RAQUEL COSTA CORRÊA REDES COMUTADAS

Transcrição

1 1 RAQUEL COSTA CORRÊA REDES COMUTADAS ASSOCIAÇÃO PARAIBANA DE ENSINO RENOVADO FACULDADE PARAIBANA DE PROCESSAMENTO DE DADOS JOÃO PESSOA 2003

2 REDES COMUTADAS 2

3 3 FICHA CATALOGRÁFICA C824r CORRÊA, Raquel Costa Redes Comutadas. João Pessoa, p. (Monografia) 1. REDES DE COMPUTADORES I. Título

4 4 RAQUEL COSTA CORRÊA REDES COMUTADAS Monografia apresentada ao Curso Superior de Tecnologia em Processamento de Dados, da Faculdade Paraibana de Processamento de Dados, como requisito à obtenção do grau de Tecnólogo em Processamento de Dados. Orientador: Prof. Mestre Geovane Vitor Vasconcelos ASSOCIAÇÃO PARAIBANA DE ENSINO RENOVADO FACULDADE PARAIBANA DE PROCESSAMENTO DE DADOS JOÃO PESSOA 2003

5 5 LISTA DE ILUSTRAÇÕES LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS RESUMO INTRODUÇÃO CAPÍTULO 1- REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Classificação das Redes de Computadores Funcionamento das Redes de Computadores Hierarquia de Protocolos CAPÍTULO 2- PROTOCOLO X Funcionamento Nível de Pacote Chamada Transmissão de Dados Fragmentação Nível de Link Nível Físico (X-21) CAPÍTULO 3-TECNOLOGIA ATM Funcionamento Níveis do ATM Transporte de Células Estrutura da Célula ATM Camada de Adaptação Estrutura do Pacote AAL CAPÍTULO 4-TECNOLOGIA Frame Relay Funcionamento Estrutura do Quadro Frame Relay...40 CONSIDERAÇÕES FINAIS ABSTRACT REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 44

6 6 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS AAL Acknowledge ATM Buffer Clear Request CLP CPI CSMA/CD DCE DTE Frames HOST IEEE LAN LAPB MAN Manchester NIC NNI Packet-Swithing Point-to-point PVC RENPAC RM- OSI ATM Adaption Layer Mecanismo de confirmação e recebimento de dados Asynchronous Transfer Mode Memória para armazenamento Término da conexão Cell Loss Priority Common Part Indication Método de acesso Data Circuit Terminating Equipament Data Terminal Equipament Quadros Elemento de uma rede Institute of Electrical and Electronics Engineers Local Àrea Network Protocol Stack Embedded Networking Metropolitan Àrea Network Tipo de codificação Network Interface Card Network to Network Interface Comutação de pacote Transmissão ponto a ponto Permanent Virtual Circuit Rede pública Open Systems Interconnection SAR Store-and Forward Segmentation And Reassembling Transmissão armazena e segue

7 7 SVC Switch UNI UU VCI VPI WAN Switched Virtual Circuit Equipamento responsável por interligar elementos de uma mesma rede User to Network Interface User to User Indication Virtual Channel Identifier Virtual Path Identifier Wide Área Network

8 8 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1: Arquitetura de Redes de Computadores...16 Figura 2: Arquitetura do X Figura 3: Funcionamento do X Figura 4: Pacote X-25 de pedido de chamada...22 Figura 5: Estrutura do pacote X-25 Módulo Figura 6: Fragmentação de pacote X Figura 7:Juntando pacotes menores em um só pacote maior em redes X Figura 8: Encapsulamento do protocolo X Figura 9: Arquitetura do ATM...31 Figura 10: Representação de um canal virtual ATM...32 Figura 11: Exemplo de circuitos virtuais em uma rede ATM...33 Figura 12: Estrutura da Célula ATM...34 Figura 13: Estrutura de pacote AAL Figura 14: Arquitetura do Frame Relay...38 Figura 15: Estrutura do quadro Frame Relay... 40

9 9 RESUMO Este estudo tem como objetivo avaliar o funcionamento e o projeto arquitetural das tecnologias X-25, ATM e Frame Relay. A pesquisa sobre as tecnologias foi fundamentada da curiosidade em redescobrir a literatura, transcrevendo-a da forma como foi abstraída, abrangendo os conhecimentos referentes à área de arquitetura e funcionamento das tecnologias, buscando a explanação de diferentes protocolos para absorção e interação com tecnologias surgidas em épocas diversas. Das três plataformas abordadas neste estudo, duas delas acusam alta taxa de confiabilidade (ATM e X-25), sendo a tecnologia ATM mais onerosa e, portanto, economicamente menos viável, ao contrário da tecnologia X-25, que além de pioneira no ramo tecnológico, possui um custo acessível. Já o protocolo Frame Relay, possui semelhança com o protocolo X-25 e com a tecnologia ATM, na razão de serem redes comutadas, mas em contrapartida, difere destes no que tange às redes orientadas à conexão. Este estudo, fundamentado em literatura disponível, pode subsidiar os profissionais na aplicação das tecnologias citadas.

10 10 INTRODUÇÃO Esta monografia objetiva relacionar os diversos tipos de redes comutadas existentes, mostrando suas arquiteturas e seus funcionamentos, buscando fazer uma comparação entre as tecnologias X-25, ATM e Frame Relay, para uma determinada rede de computadores, seja esta rede local (LAN-Local Área Network) rede metropolina (MAN-Metropolitan Área Network) ou rede geograficamente distribuída (WAN-Wide Área Network). A princípio, apresentamos um breve histórico contendo a evolução das redes de computadores de forma panorâmica e, logo em seguida, a classificação e os funcionamentos das redes de computadores. Em seguida, descrevemos o funcionamento e a arquitetura de cada uma das tecnologias abordadas e, finalmente, argumentamos a respeito da utilização da melhor tecnologia para cada tipo de rede de computadores. Com este estudo esperamos esclarecer as vantagens explícitas do uso das tecnologias no mundo atual, fazendo uma comparação desde as tecnologias pioneiras as mais emergentes. A literatura disponível indica que a tecnologia do futuro é a ATM, embora seja muito onerosa, não descartando as tecnologias Frame Relay e X-25, uma vez que, apesar de um menor custo, quando agregadas a ATM, também são tecnologias altamente utilizadas. A relevância desta questão decorre de uma curiosidade em redescobrir a literatura, transcrevendo-a da forma como foi abstraída, abrangendo os conhecimentos referentes à área de arquitetura e funcionamento das tecnologias em estudo.

11 11 As fontes de informações utilizadas são documentais, bibliográficas, eletrônicas e jornalísticas que, primeiramente, são analisadas e, por seguinte, discutidas. No primeiro capítulo, explana-se de forma genérica e resumida as redes de computadores, abordando: a classificação e o funcionamento das mesmas e a hierarquia dos protocolos. No segundo capítulo, explica-se o protocolo X-25, aprofundando-se nas subdivisões do nível de pacote tais como: chamada, transmissão de dados e fragmentação. No terceiro capítulo, explora-se a tecnologia ATM, o seu funcionamento e seus níveis tais como: transporte de células, estrutura da célula ATM, camada de adaptação e a estrutura do pacote AAL5. No quarto capítulo, a atenção foi voltada à tecnologia Frame Relay, mostrando seu funcionamento e arquitetura, e expondo um estudo comparativo entre as tecnologias supracitadas.

12 12 CAPÍTULO 1- REVISÃO BIBLIOGRÁFICA As Redes de Computadores surgiram da necessidade da interligação de dois ou mais computadores, originando o conjunto de computadores interligados fisicamente (desde poucos centímetros até milhares de quilômetros), interconectados através de sistemas de comunicação, realizando trabalhos de processamento de dados isoladamente ou em colaboração Classificação das Redes de Computadores As Redes de Computadores são basicamente classificadas quanto a distribuição geográfica em três tipos: I. Rede em Área Local (Local Área Network LAN) Segundo Soares (1997), são redes privadas, que permitem a interconexão de equipamentos de comunicação de dados numa pequena região. As Lans destinguem-se dos outros tipos de redes por possuírem tamanho restrito, tecnologia de transmissão por difusão, topologia em barramento, estrela e anel, dentre outras características técnicas. II. Rede de Área Metropolitana (Metropolitan Área Network MAN) Segundo Soares (1997), são redes que cobrem distâncias maiores do que as Lans operando em velocidades maiores. III. Rede em Área de Longo Alcance (Wide Área Network WAN) Segundo Soares (1997), são redes geograficamente distribuídas que contêm grandes coleções de máquinas (hosts) que executam aplicações de usuários. Essas máquinas

13 13 são conectadas por uma sub-rede de comunicação, cujo trabalho é transportar mensagens de máquina a máquina, como um sistema telefônico, simplificando, portanto, seu projeto. Na maioria das Wans, a sub-rede consiste de dois componentes distintos: I. Linhas de Transmissão, também conhecidos de circuitos, canais ou troncos, que transmitem bits entre elementos da rede; II. Elementos de Comutação, que são equipamentos especializados, usados para conectar duas ou mais linhas de transmissão, escolhendo o melhor caminho para os dados percorrerem para chegar ao seu destino. São chamados de vários nomes, como p.ex: nós de comutação de pacotes; sistemas intermediários; comutadores de dados; roteadores (termo mais usado). Em uma rede de longa distância, a sub-rede de transmissão pode ser organizada como: I. Ponto-a-Ponto, onde a transmissão de dados entre duas máquinas que não compartilham um canal de comunicação se dá pela utilização de máquinas intermediárias, em um princípio de organização de sub-rede chamada de ponto-a-ponto (point-to-point) ou de armazena-e-segue (store-and-forward) ou comutação de pacote (packet-swithing). Nessa forma, uma consideração importante de projeto é a topologia de conexão de roteadores. II. Ponto-a-Multiponto, onde a transmissão de dados é baseada em um sistema de satélites ou de rádiodifusão em terra. Todos os roteadores podem ouvir a transmissão que uma máquina faz para o satélite ou rádiodifusores.

14 14 A Internet, na realidade, é a maior de todas as inter-redes em funcionamento no mundo atualmente Funcionamento das Redes de Computadores O serviço básico fornecido por uma Rede de Computadores é o transporte de dados de um elemento (nó, host) origem para um elemento destino, com extrema eficiência e segurança. A transferência de dados através da rede pode se dar de três formas: I. Comutação de circuito, quando os dados são transferidos através de um enlace físico permanente entre a origem e o destino, estabelecido durante toda a comunicação (como na rede telefônica, p.ex.); II. Comutação de mensagens, quando os dados são transferidos integralmente através de um enlace lógico temporário entre a origem e o destino, podendo haver nós intermediários que devem poder armazenar os dados temporariamente (como no serviço de correio normal, p.ex.); III. Comutação de pacotes, quando os dados são divididos em pacotes de tamanho fixo (ou variável) e transmitidos através de enlaces lógicos temporários entre a origem e o destino, podendo cada pacote seguir um caminho físico diferente, sendo necessário reorganizá-los no destino (como na RENPAC, Internet, p.ex.). A transmissão é tão complexa que é dividida em partes funcionais, ditas camadas (de software e hardware), cada camada realizando uma subtarefa específica para a camada superior. I. A 1ª camada (mais inferior) normalmente representa o hardware de comunicação (interface de comunicação/placa de rede);

15 15 II. A 2ª camada interage diretamente com o hardware de comunicação; III. A última camada (mais superior) interage (normalmente) com o usuário. Uma camada n em uma origem, fala com a camada equivalente em um destino seguindo um conjunto de regras ao qual chamaremos de protocolo. A um determinado conjunto de camadas com seus respectivos protocolos dá-se o nome de Arquitetura de Rede de Computadores. Segundo Tanenbaum (1997), As modernas redes de computadores são projetadas de forma altamente estruturada e o conjunto de camadas e protocolos é chamado de arquitetura de rede. A especificação da arquitetura deve conter informação suficiente para que um implementador possa escrever o programa ou construir o hardware de cada camada de tal forma que obedeça corretamente ao protocolo apropriado. A seguir são mencionadas de forma detalhada, as técnicas de estruturação das redes de computadores: 1.3. Hierarquias de Protocolos A maioria das redes de computadores é organizada em camadas (também chamadas de níveis), cada uma construída sobre seu predecessor, para reduzir a complexidade de projeto. O número de camadas, o nome, o conteúdo e a função de cada camada diferem de uma rede para outra. No entanto, em todas as redes, o propósito de cada nível é oferecer serviços aos níveis superiores, protegendo-os dos detalhes de como os serviços oferecidos são de fato implementados.

16 16 Na realidade, são os processos parceiros que se comunicam utilizando o protocolo, em que aqueles são entidades que compõem as camadas correspondentes em máquinas diferentes. Observamos na Figura 1 que as setas simples representam a comunicação virtual e as setas duplas, a comunicação física. Figura 1: Arquitetura de Redes de Computadores Fonte: Tanenbaum, Na verdade, nenhum dado é transferido diretamente da camada n de uma máquina para a camada n de outra máquina. Ao contrário, cada camada passa dados e informações de controle para a camada imediatamente abaixo, até que o nível mais baixo seja alcançado. Abaixo do nível 1 está o meio físico de transmissão, através do qual a

17 17 transmissão de fato ocorre. Entre cada par de camadas adjacentes há uma interface, que define quais operações e serviços a camada inferior oferece à camada superior.

18 18 CAPÍTULO 2 PROTOCOLO X-25 O X-25 é um conjunto de protocolos padrão de acesso a redes públicas de dados de comutação de pacotes, que funciona com o mesmo princípio da tecnologia ATM, que vamos explicar no capítulo seguinte Funcionamento Quando falamos apenas X-25 estamos nos referindo à camada nível de pacote. A camada nível de link, que é equivalente a camada de enlace no RM-OSI, é a camada responsável por converter os pacotes recebidos do protocolo X-25 em quadros (frames) que vão ser transmitidos pela rede. Os quadros são recebidos pela camada nível físico, mas foram enviados pela camada superior a ela, que é nível de link, onde estes vão ser transformados em sinais elétricos que vão ser transmitidos pela rede. No entanto, as camadas nível de link e nível físico do padrão X-25 são correlacionadas ao protocolo X-25 como sendo parte dele, significando que o X-25 tem um único tipo de estrutura física atrelada a estas camadas, conforme visto na Figura 2.

19 19 OSI 7 Aplicação 6 Apresentação 5 Sessão 4 Transporte 3 Rede 2 Link de Dados 1 Física X-25 Nível de Pacote (X-25) Nível de Link (LAPB) Nível Físico (X-21) Figura 2: Arquitetura do X-25 Fonte: Torres, Segundo Torres (2001), O protocolo X-25 trabalha com dois conceitos: DTE (Data Terminal Equipment) e DCE (Data Circuit Terminating Equipment). Normalmente o DTE é um computador e o DCE é um roteador ou um swicth sendo o caminho entre eles normalmente representado por uma rede LAN. O DCE também pode ser um modem. Muitas redes X-25 implementam os recursos X-25 dentro da rede por onde os dados circulam, a fim de torná-la cem porcento orientada à conexão, mas, na realidade, essas implementações não são padronizadas. DCE REDE DCE FIGURA 3: Funcionamento do X-25 Fonte: Torres, 2001.

20 20 Uma desvantagem em redes X-25 é o atraso típico de 6000 milisegundos, causado pelo funcionamento desse protocolo. Cada DCE armazena os dados recebidos para depois enviá-los para o destino, em vez de simplesmente comutar a origem com o destino, ou seja, os dados enviados do DTE A para o DTE B são armazenados pelo DCE A, para então serem enviados para o DCE B, que também os armazena, para só então enviar para o DTE B. Esse mecanismo é chamado de store-andforward. Torres (2001). Pelo fato de os DCEs armazenarem os dados a serem transmitidos para a rede, os DCEs precisam ter bastante buffer para esse armazenamento. Segundo Torres (2001) para que o DTE A inicie uma comunicação com o DTE B, existem três possibilidades : 1. O DTE A informa ao DCE A que ele quer estabelecer uma conexão com o DTE B. Esse procedimento é conhecido como chamada. Quando a chamada é estabelecida, é fechado o circuito virtual. No X-25 o circuito virtual é chamado SVC (Switched Virtual Circuit). 2. O DCE A informa ao DTE A que o DTE B está querendo estabelecer uma conexão com ele, ou seja, o DTE A está recebendo uma chamada. 3. A conexão do DTE A com o DTE B pode ser estabelecida permanentemente. Esse tipo de conexão é chamado PVC (Permanent Virtual Circuit). A conexão PVC equivale, no sistema telefônico, a uma Linha Privada (LP) com uma conexão 24 horas por dia ligando dois locais. Já a conexão SVC equivale a uma chamada telefônica convencional.

21 Nível de Pacote O protocolo X-25 utiliza um número de 12 bits para numerar os canais de comunicação. Nos pacotes X-25 o número do canal é separado em dois campos: grupo (com 4 bits); canal (com 8 bits). Vamos a seguir, observar como uma conexão é estabelecida e, em seguida, como os dados são transmitidos Chamada Para estabelecer uma conexão, o DTE de origem (chamaremos de A) envia um pedido de chamada para o DTE de destino (chamaremos de B). Esse pedido de chamada é um pacote que possui o tamanho do DTE de origem e destino, o número do canal (que pode ser de grupo ou de canal) tipo, comprimento do endereço DTE de origem, endereço DTE de destino, comprimento do campo serviços, serviços e dados como estrutura. Os campos endereço DTE de origem, endereço DTE de destino e serviços possuem tamanho variável, por isso a existência de um campo para definir o comprimento desses campos dentro do pacote. O campo Serviços serve para comunicar ou configurar serviços adicionais na rede X-25 como o tamanho da janela de comunicação e a velocidade de transmissão. Esses serviços não fazem parte da especificação X-25 padrão, por isso, variam de acordo com o desenvolvedor que está implementando à rede X-25.

22 Número do Canal Tipo Comprimento do Comprimento do Endereço (4bits) Grupo (4bits) Canal (8bits) (8bits) Endereço DTE de Origem (4 bits) DTE de Destino (4 bits) Endereço DTE de Endereço DTE Comprimento do Campo Serviços Dad Origem de Destino Serviços os (8 bits) FIGURA 4: Pacote X-25 de pedido de chamada Fonte: Torres, O DTE A, ao comunicar-se com o DCE A, escolhe um número de canal que esteja vago, coloca esse número no campo número do canal. O campo tipo informa que o pacote é um pedido de chamada. Se o DTE B aceitar o pedido de chamada do DTE A, ele enviará um pacote de chamada aceita para o DTE A. Esse pacote passando pelo DCE B e pelo DCE A irá fechar o circuito virtual, isto é, cria o SVC. O canal usado para comunicar o DTE A com o DCE A irá permanecer o mesmo até o término da conexão, assim como o canal usado para comunicar o DCE com o DTE B. A conexão só chegará ao fim quando um dos dois DTEs enviar um pacote de término de conexão para o seu DCE, ocasionado o chamado clear request. O DCE enviará esse pacote para o outro DCE, liberando a conexão assim que o pedido for confirmado pelo outro DCE, desfazendo o circuito virtual e liberando os canais ocupados na comunicação Transmissão de Dados O protocolo X-25 permite o uso de dois tipos de pacotes de dados:

23 23 O módulo 8; O módulo 128. No primeiro tipo, o número do pacote e o número de confirmação utilizam 3 bits e em uma conexão o transmissor pode enviar até 8 pacotes antes de receber a confirmação do primeiro pacote pelo receptor. Já no segundo tipo, o número do pacote e o número de confirmação utilizam 7 bits e em uma conexão o transmissor pode enviar até 128 pacotes antes de receber a confirmação de recebimento do primeiro pacote. Especificamos que o tamanho do módulo identifica o tamanho da janela do protocolo X-25. A escolha entre pacotes módulo 8 ou módulo 128 depende da implementação da rede. Em alguns casos, a escolha do tipo de pacote se dá quando a rede é implementada, ou seja, automaticamente. Em outros casos, em cada chamada é possível escolher o tipo de pacote. Após o estabelecimento de uma conexão, não é possível alterar o tipo de pacote que está sendo usado. Q D 0 1 Número do Canal Número de (4 bits) (1 bit) (2 bits) Grup Canal Confirmaçã (Bits) (Bits) o (3 bits) M Número 0 Dados (1 bit) de Pacote (1 bit) (3 bits) FIGURA 5: Estrutura do pacote X-25 Módulo 8 Fonte: Torres, Os campos existentes nos dois módulos são os mesmos, o que muda é a ordem que eles se apresentam. O terceiro e o quarto bit do cabeçalho indicam se o pacote é

24 24 módulo 8, quando possuem o valor igual a 01, ou se o pacote é módulo 128, com valor igual a 0. É essa a forma como é feita a identificação do tipo de pacote utilizado. O bit D informa se o número de confirmação (acknowledge) informado indica o recebimento do pacote no DTE de destino (este bit estando em 1) ou somente ao DCE no qual o DTE de destino está conectado (este bit estando em 0). Já o bit M quando ativado, indica que houve a fragmentação do pacote e há mais pacotes a serem recebidos que pertencem ao mesmo pacote em geral. A área de dados do pacote X-25 pode ter um tamanho entre 64 e bytes, sendo 128 bytes o valor mais comum de ser encontrado. Salientamos que o X-25 é um protocolo simétrico. Ele permite transmissões e recepções simultâneas, ou seja, transmissões full-duplex. À medida que o computador recebe os dados, ele pode, ao mesmo tempo, está enviando pacotes de confirmação sem, com isso, ter de parar de receber mais dados Fragmentação O caminho entre o DTE e o DCE é normalmente uma rede local. Devemos lembrar que um DTE é sempre um computador, e um DCE é um roteador. Então, se o tamanho dos pacotes na rede de origem for maior de que os pacotes da rede de destino, o pacote de dados necessita ser fragmentado.

25 bytes 1 M bytes 2 M bytes 3 M bytes bytes 5 M bytes 6 M bytes 7 M bytes bytes bytes FIGURA 6: Fragmentação de pacote X-25 Fonte: Torres, Na Figura 6 mostramos uma rede de origem trabalhando com pacotes de bytes e uma rede de destino com a mesma quantidade de bytes. Ao chegar no roteador, este fragmentará o pacote em vários outros com o tamanho de pacote que está sendo usado na rede. O bit M indica, quando ativado, que o próximo pacote possui informações que estavam presentes originalmente no mesmo pacote, ou seja, o bit M indica Mais dados.

26 26 Na fragmentação, o DCE receptor fará a seqüência de numeração dos pacotes fragmentada independente da numeração original. É importante ressaltar que esse sistema de fragmentação também funciona no sentido contrário, isto é, quando a rede de destino utiliza pacotes maiores do que a rede de origem. O DCE de destino armazena os pacotes menores em um só, de forma que haja uma quantidade maior, para que só assim possa enviá-los à sua rede LAN, de maneira sequencializada bytes 1 M bytes 2 M bytes 3 M bytes bytes bytes 5 M bytes 6 M bytes 7 M bytes bytes FIGURA 7: Juntando pacotes menores em um só pacote maior em redes X-25 Fonte: Torres, Nível de Link (LAPB, LINK ACCESS PROTOCOL, BALANCED) O nível de link é responsável por pegar os pacotes gerados pelo nível de pacote e encapsulá-los em forma de quadros que são enviados para a rede. O protocolo maisusado nessa camada é o LAPB. Observe o pacote X-25 sendo encapsulado em um frame LAPB:

27 27 Cabeçalho X-25 Pacote X-25 Área de dados Cabeçalho LAPB Área de dados Rabo LAPB FIGURA 8: Encapsulamento do protocolo X-25. Fonte: Torres, Quadro LAPB O protocolo LAPB possui quatro campos: Flag indica o início ou fim do quadro. Sempre possui o valor (7 Eh); Endereço é usado para indicar o sentido dos comandos de controle. O valor 1 nesse campo indica quadros contendo comandos do DTE para o DCE e respostas do DCE para o DTE. O valor 3 indica quadros contendo comandos do DCE para o DTE e respostas do DTE para o DCE; Controle indica o tipo de quadro, como, por exemplo, Quadro de Informação, quando o quadro possui dados a serem transmitidos, e, Quadro de Supervisão, quando possui comandos de controle. Vejamos alguns dos comandos LAPB possíveis:

28 28 Comando LAPB Descrição RR (Receive Ready) O dispositivo recebeu corretamente um quadro e está pronto para receber o próximo. RE (Reject) Pede a retransmissão de todos os quadros a partir de um determinado número de seqüência. RNR (Receive Not Ready) Indica que o dispositivo não está pronto para receber mais dados. DISC (DISConnection) Pedido de desconexão. DM (Disconnected Mode) Resposta ao pedido de desconexão. FRMR (FraMe Reject) Rejeita o ultimo quadro recebido. Tabela 1: Comandos LAPB possíveis. Fonte: Torres, Checksum é calculado e colocado nesse campo, para que o dispositivo receptor possa recalculá-lo e verificar se os dados chegaram íntegros Nível Físico (X-21) Segundo Torres (2001) a especificação X-21 é mais usada em redes X-25 e determina o conector e os pinos do conector que os dispositivos de redes X-25 devem utilizar. Esse conector possui quinze pinos que são mostrados a seguir.

29 29 Pino Sinal Significado Origem 1 Não usado T(a) Transmissão DTE 3 C (a) Controle DTE 4 R (a) Recepção DCE 5 I (a) Indicação DCE 6 S (a) Temporização dos bits DCE 7 B (a) Temporização do quadro DCE 8 Terra Terra - 9 T (b) Transmissão DTE 10 C (b) Controle DTE 11 R (b) Recepção DCE 12 I (b) Indicação DCE 13 S (b) Temporização de bits DCE 14 B (b) Temporização dos bytes DCE 15 Não usado - - Tabela 2: Pinos do conector que os dispositivos de redes X-25 devem utilizar. Fonte: Torres, O DTE utiliza os pinos T e C para transmitir dados para o DCE. Já o DCE utiliza os pinos R e I para transmitir dados para o DTE. Dessa forma, os termos transmissão e recepção usados por X-21 referem-se ao DTE. O pino S é um sinal de clock que informa o início e o final da cada bit de dado. Já o pino B é um sinal de clock que indica o início e o final de cada byte (grupo de 8 bits), que normalmente não é utilizado. Portanto, o protocolo X-25 apesar de ter surgido há vários anos, é ainda um canal de comunicação virtual bastante utilizado nos dias de hoje em diversas e grandes empresas, como por exemplo, a Embratel e o Banco do Brasil.

30 30 CAPÍTULO 3 TECNOLOGIA ATM No capítulo seguinte, fala-se do protocolo Frame Relay, que assim como as tecnologias X-25 e ATM são redes comutadas, mas em contrapartida, não é um protocolo orientado à conexão e, portanto, a entrega dos pacotes não é garantida. Futuramente, a tendência é de o sistema telefônico, TV digital por assinatura, Internet e Videoconferência se fundirem em um só tipo de rede, e a tecnologia ATM é, até agora a mais cotada para oferecer esse tipo de serviço em larga escala. Segundo Torres (2001) redes ATM (Asynchronous Transfer Mode) são redes comutadas orientadas à conexão que funcionam com o mesmo princípio das redes X- 25. O ATM trabalha nas camadas mais baixas do modelo OSI (camadas1 a 3) e, portanto, necessita de um protocolo trabalhando em cima dele. Na arquitetura ATM não há uma correlação exata das camadas ATM (Camada de Adaptação e Transporte de Células) com as camadas 2 e 3 do modelo OSI, por isso a figura abaixo não mostra nenhuma comparação desse modelo com o ATM. Vale salientar que todas as camadas ATM estão fisicamente implementadas na placa de rede ATM.

31 31 Protocolos TCP/IP, Frame Relay, Driver da Placa de Rede Camada de Adaptação Transporte de Células Física Placa de Rede ATM Figura 9: Arquitetura do ATM Fonte: Torres, A nível técnico, o ATM não é uma rede orientada à conexão, pois não utiliza nenhum mecanismo de confirmação e recebimento de dados (acknowledge). Em contrapartida, as redes ATM se baseiam na transmissão de dados via fibras ópticas, onde a taxa de erro é inexistente. Como as fibras transmitem dados por luz, as interferências eletromagnéticas (ruídos) não corrompem os dados que estão sendo transmitidos. É por esse motivo que, apesar de não haver o acknowledge dos pacotes ATM, as redes ATM são classificadas como redes orientadas à conexão Funcionamento Nas redes ATM cada canal virtual é identificado com um número de 24 bits, possibilitando a existência de até canais em cada DCE (2 24 ). No ATM o DCE é normalmente um switch, que tem como função, definir a rota entre a origem e o destino, isto é, nesse tipo de rede possui a mesma função de um roteador.

32 32 O canal virtual, em sua identificação, possui dois campos: um de oito bits chamado VPI (Virtual Path Identifier) e outro de 16 bits chamado VCI (Virtual Channel Identifier). Assim, a identificação de canal virtual é também chamada por VPI/VCI. Veja a ilustração abaixo: VPI 8 bits VCI 16 bits Figura 10: Representação de um canal virtual ATM Fonte: Torres, A divisão do par VPI/VCI em dois campos facilita na hora dos switches da rede definirem o caminho da origem até o destino. Analisando a rede da Figura 10, todos os circuitos virtuais ligando o switch 1 ao 2 irão utilizar o mesmo número VPI, uma vez que todos esses circuitos virtuais estão usando o mesmo caminho da origem até o destino. Observe que todos os circuitos virtuais ligando o switch 1 ao switch 3 possuem um outro número VPI. Os números VCI identificam o circuito virtual dentro daquele caminho. Em caminhos diferentes, os circuitos virtuais podem usar o mesmo número VCI, pois o VPI será diferente. É importante notar que a numeração de circuitos virtuais é referente a cada switch. Vejamos a ilustração a seguir:

33 33 VPI=2, VCI=1 REDE 1 SWITCH 1 VPI=2, VCI=2 VPI=2, VCI=3 SWITCH 2 REDE 2 SWITCH 3 REDE 3 Figura 11: Exemplo de circuitos virtuais em uma rede ATM Fonte: Torres, Níveis do ATM Transporte de Células Os pacotes ATM são chamados células. No ATM não existe possibilidade de as células serem entregues fora de ordem. As células são enviadas em ordem e elas são recebidas na mesma ordem de envio. As células ATM são extremamente pequenas, carregando somente 48 bytes de dados. Esse é o ponto mais estranho do ATM. Ter células pequenas compromete o desempenho por causa da velocidade de chaveamento, pois na transmissão de dados são necessárias mais células ATM. Com isso, os switches terão de ser extremamente rápidos para poder ler e decodificar os cabeçalhos das células, já que eles existirão em maior quantidade nas redes ATM do que em qualquer outro tipo de rede. Torres (2001).

34 34 As células ATM são apresentadas de dois tipos: UNI (User to Network Interface) = é usada no transporte de dados entre um computador e um switch. NNI (Network to Network Interface) = é usada no transporte de dados entre dois switches Estrutura da Célula ATM A diferença da célula UNI para a célula NNI está nos primeiros quatro bits do cabeçalho. Em células UNI, esse campo é usado para identificação de controle de fluxo. Em células NNI, esse campo é usado para o endereçamento VPI, aumentando o endereço VPI em quatro bits, passando de oito para 12 bits. Controle de Fluxo VPI VCI Tipos de CLP Checksu Dados (UNI) ou VPI (NNI) 8 16 Dados 1 bit m 48 4 bits bits bits 3 bits 1 bit bytes Figura 12: Estrutura da Célula ATM Fonte: Torres, Descrição dos campos existentes nas células ATM: Controle de Fluxo: só existe em células UN; VPI (Virtual Path Identifier): campo para o endereçamento VPI; VCI (Virtual Channel Identifier): campo para endereçamento VCI; Tipo de Dados: identifica o tipo de dados que a célula ATM está transportando.

35 35 Veremos na tabela a seguir, os possíveis valores para esse campo: Valor Tipo de Dados 000 Dados, sem congestionamento, não é a última célula 001 Dados, sem congestionamento, é a última célula 010 Dados há congestionamento, não é a última célula. 011 Dados há congestionamento, é a última célula. 100 Informações de controle entre dois switches 101 Informações de controle entre o primeiro e o último switch do caminho 110 Informação sobre a taxa de transferência em serviços ABR 111 Reservado Tabela 3: Valores dos campos ATM Fonte: Torres, CLP (Cell Loss Priority): células que tenham esse bit ativado serão descartadas primeiro no caso de congestionamento de rede. Checksun: é o checksun dos dados do cabeçalho da célula, não abrange a área de dados Camada de Adaptação Devido ao tamanho da área de dados das células ATM -48 bytes- existe uma camada intermediária entre os protocolos de alto nível a serem usados e a camada de Transporte de Células. Essa camada é chamada de Adaptação e abreviada como AAL (ATM Adaption Layer) e tem como função pegar os dados recebidos dos protocolos de alto nível, encapsulá-los em um pacote específico da mesma e dividi-los em blocos de 48 bytes a serem enviados para a camada inferior. Esse processo é chamado SAR (Segmentation And Reassembling).

36 36 A máquina receptora irá fazer o papel inverso: a sua camada de adaptação irá pegar as células de 48 bytes recebidas e remontar os pacotes específicos dessa camada, de forma a enviar os dados contidos na área de dados desse pacote para os protocolos de alto nível que estejam instalados na máquina Estrutura do Pacote AAL5 Única especificação que sobreviveu dentre vários padrões existentes. É a especificação padrão quando nos referimos à camada de adaptação ATM e possui informações de controle ao final do pacote. Área de Dados Pad UU CPI Comprimento Checksun até bytes de 0 a 47 bytes 8 bits 8 bits 16 bits 32 bits Figura 13: Estrutura de pacote AAL5 Fonte: Torres, A área de dados do pacote AAL5 é variável, podendo conter até 64 KB de dados, o que é mais do que suficiente para alojar pacotes recebidos dos protocolos de alto nível usados. Descrição dos campos existentes no pacote AAL5: 1 Pad: como o pacote será dividido e transportado em células ATM que comportam 48 bytes cada, o comprimento total do pacote tem de ser um múltiplo exato de 48 bytes. Caso contrário, esse campo é usado. São adicionados zeros até que o pacote tenha um comprimento total múltiplo de 48 bytes. 1 Nota: O termo pacote usado aqui se refere ao pacote de dados enviados pela camada superior, chamada Camada de Adaptação, à camada de transporte de células.

37 37 UU (User to User Indication): atualmente não é usado, podendo ter qualquer valor. CPI (Common Part Indication): também não é utilizado, podendo ser preenchido por zeros. Comprimento: indica o tamanho da área de dados em bytes. Checksun: checksun do pacote.

38 38 CAPÍTULO 4 PROTOCOLO FRAME RELAY O Frame Relay juntamente com as tecnologias X-25 e ATM formam um conjunto de protocolos baseados em redes comutadas. A diferença destas duas tecnologias em relação à tecnologia Frame Relay é a ausência de redes orientadas à conexão. Já se compararmos o protocolo Frame Relay ao protocolo X-25 veremos que eles são muito parecidos, mas têm como grande diferença o fato de o protocolo Frame Relay não ter a garantia da entrega dos dados, isto é, a confirmação da verificação do recebimento dos pacotes, conforme ocorre com o protocolo X-25. O protocolo Frame Relay opera nas camadas 2 e 3 do modelo OSI, como veremos a seguir: OSI 7 Aplicação 6 Apresentação 5 Sessão 4 Transporte 3 Rede 2 Link de Dados 1 Física Frame Relay Frame Relay Física Figura 14: Arquitetura do Frame Relay Fonte: Torres, 2001.

39 39 Pelo fato de o protocolo Frame Relay não possuir nenhum mecanismo para verificar se o datagrama chegou ou não ao destino, este consegue ser mais rápido do que o protocolo X-25, uma vez que neste, o receptor precisa enviar uma confirmação (acknowledge) ao transmissor a cada pacote recebido. A criação do protocolo Frame Relay ocorreu com o propósito da invenção de um protocolo mais rápido, que não incorporasse um sistema de retransmissão de pacotes. O Frame Relay surgiu em uma época em que linhas digitais já estavam disponíveis, onde a taxa de erros é muito baixa, e as retransmissões de pacotes perdidos ou com erros não são tão freqüentes quanto em linhas analógicas, na época da criação do protocolo X-25. Os canais T1 (de 1,544 Mbps, padrão usado nos EUA) ou E1 (de 2 Mbps, padrão usado na Europa e no Brasil), são utilizados na interligação de redes. Pode-se também utilizar os canais T1 ou E1 com taxas menores que as taxas máximas, pagando-se menos pelo serviço, isto é, utiliza canais T1 ou E1 fracionários, onde a demora na retransmissão de um pacote é compensada pela velocidade na transmissão de dados, sem garantia da entrega dos dados Funcionamento Cada canal virtual no Frame Relay é conhecido como DLCI (Data Link Connection Identifier). O tipo de conexão mais utilizado em redes Frame Relay é o PVC (Permanent Virtual Circuit), onde a conexão fica permanentemente aberta, e é estabelecida pelo provedor de serviço, mas há permissão do protocolo para conexões utilizando o método por chamada (SVC, Switched Virtual Circuit). As redes Frame Relay são redes públicas e, portanto, para obtê-las faz-se necessário o contrato de um serviço de uma empresa, como a Embratel, por exemplo,

40 40 em que são solicitadas as velocidades máximas de transferência, ou seja, a velocidade do link da sua rede com a rede Frame Relay, e a velocidade média de transmissão, chamada CIR (Committed Information Rate). Apesar das redes Frame Relay serem redes comutadas, a velocidade média, CIR é usada para detectar o congestionamento da rede, uma vez que a rede pode usar linhas de comunicação de diferentes velocidades. Há duas probabilidades de ocorrência do congestionamento em redes Frame Relay: I. Se a rede mais rápida enviar mais dados que o roteador é capaz de processar; II. Se a velocidade de transmissão de quadros for maior que o CIR estipulado na entrada da rede Frame Relay Estrutura do Quadro Frame Relay O quadro da tecnologia Frame Relay é muito parecido com o quadro LAPB usado no protocolo X-25. A figura 15 ilustra o quadro Frame Relay: Flag DLCI C/R EA DLCI FECN BECN DE EA Checksum Flag ( ) 6 bits 1 bit 1 bit 4 bits 1 bit 1 bit 1 bit 1 bit Dados 6 bits ( ) 8 bits 8 bit FIGURA 15: Estrutura do quadro Frame Relay Fonte: Torres, A composição do quadro Frame Relay é a seguinte: Flag: sempre possui o valor (7Eh) e indica o início e o final de um quadro;

41 41 DLCI (Data Link Connection Identifier): indica o número do canal a ser usado na comunicação do DTE (um computador) com o DCE (um roteador); C/R (Comando/Resposta): informa se os dados contidos no quadro são um comando ou uma resposta; EA (Extended Address): permite que o tamanho do cabeçalho seja aumentado em um ou dois bytes, usados para o endereçamento; FECN (Forward Explicit Congestion Notification): usado para sinalizar congestionamento; BECN (Backward Explicit Congestion Notification): usado para sinalizar congestionamento; DE (Discard Eligibility): quando ativado, indica que o quadro possui preferência para ser descartado em situações de congestionamento.

42 42 CONSIDERAÇÕES FINAIS As arquiteturas abordadas nesta monografia, apresentam características específicas que as diferem uma da outra, com relação a aplicabilidade, evolução e eficiência dessas tecnologias de rede. A análise das três tecnologias supracitadas que satisfazem às redes comutadas, proporcionou a visibilidade de que se torna inviável atribuir responsabilidade a uma ou outra tecnologia, pois todo levantamento tecnológico adquirido para quaisquer empresas vai depender das suas necessidades. As redes ATM e X-25 são alternativas mais interessantes, uma vez que apresentam melhores características técnicas quando comparadas a outras redes de transporte de dados, apesar do alto custo de implantação, principalmente da rede ATM. Na análise da rede Frame Relay, verificamos que esse tipo de rede tem um conjunto de vantagens que promovem seu uso, mesmo não sendo uma rede orientada à conexão, característica que eleva a qualidade operacional das redes ATM e X-25. A principal contribuição dessa monografia foi a de oferecer informações técnicas sobre as tecnologias retromencionadas, através de uma comparação sistemática que revela a importância de cada uma dessas tecnologias no cenário mundial das redes de computadores de grande alcance, que necessitam cada vez mais de largura de banda que contemple a quantidade e a variedade de dados que devem ser transportados de um lugar para outro com eficiência e garantia de entrega (qualidade de serviço). Trabalhos futuros podem explorar um detalhamento mais acentuado dessas tecnologias, bem como abordar outras arquiteturas de redes e, dessa forma, promover uma comparação, tendo como base esse trabalho.

43 43 ABSTRACT This study has as objective the avaliation of the funcionnament and architetural project of X-25, ATM and Frame Relay. The Survey about these techinologies was based in a curiosity: redescover the literute, rewriting it in the same way that it was abstrected, the knowledgement reffered to architeture area and working of these tecchilogies, looking for the explanation of different Protocolls in order to absorve and interact with tecnilogies appeared in different ages pears. Among these plataforms in this study, two of them have high confiability taxes ATM and X-25, being ATM techinology the most, so, the least. On the other hand, X-25 techinology, wich is the pioneer in techinological, has na easier financail acess. When it comes to Frame Relay, it has similarities with X-25 protocoll and ATM techinology because all of them are commuted webs. However it is different of those techinologies web oriented to conections are considered. This study, based on avaiable literature, may substract profrssionals on appliction of these techinologies.

44 44 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALBUQUERQUE, Fernando. TCP/IP INTERNET Protocolos & Tecnologias. 3. ed. Rio de Janeiro: Axcel Books do Brasil Editora, BAKER, Fred. ``ATM e RSVP". Business Communications Review, Editora Mantel Media, São Paulo, junho de DUARTE, Emeide Nóbrega. Etal. Manual Técnico para Realização de Trabalhos Monográficos dissertações e teses. 4. ed.joão Pessoa: Editora Universitária, MCQUILLAN, John. ``Desconstruindo o ATM". Business Communications Review, Editora Mantel Media, São Paulo, maio de Guia Internet de Conectividade, Cyclades, 1996, São Paulo. RIGATIERI, Vanderlei. ``Desconstruindo o ATM". Business Communications Review, Editora Mantel Media, São Paulo, maio de SOARES, Luiz Fernando Gomes.et/al. Redes de Computadores das Lans, Mans e Wans as Redes ATM. 9.ed.São Paulo:Campus, TANENBAUM, Andrew S. Redes de Computadores. 2.ed.São Paulo:Campus,1997. TORRES, Gabriel.Redes de Computadores Curso Completo.Rio de Janeiro: Axcel Books do Brasil Editora, ATM, Fórum. disponível: Acesso em: 22/09/2002. CREARE, Engenharia Elétrica Ltda. disponível:

45 45 acesso em:20/09/2002. Disponível: Acesso em:19/08/2002. Disponível: Acesso em:18/07/2002.