REDES COM INTEGRAÇÃO DE SERVIÇOS. Década de 90 Uma instrução a cada 1 ns
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- Alícia Santiago Alcaide
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1 REDES COM INTEGRAÇÃO DE SERVIÇOS Década de 70 - Uma instrução a cada 100 ns Década de 90 Uma instrução a cada 1 ns Melhoria de 100 vezes Em 20 anos. Década de kbps da ARPANET Melhoria de Década de 90 1 Gbps comunicação ótica Vezes em 20 anos. Com tais evoluções os diferentes tipos de informação passaram a integrar os sistemas multimídia. Por outro lado os sistemas de comunicação foram desenvolvidos para o transporte de tipos específicos de informação a saber: - O sistema telefônico atual para o tráfego de voz. - As redes de comutação de pacotes para dados textuais. - As redes de radiodifusão ou a cabo para o transporte de vídeo e televisão. Tal cenário deu origem às REDES COM INTEGRAÇÃO DE SERVIÇOS as quais significam: Uma única rede capaz de atender aos serviços de áudio, vídeo e texto, de forma a obter uma economia devido ao compartilhamento de recursos. APLICAÇÕES DE BANDA LARGA: Segundo o ITU-T: Qualquer serviço que requer canais de transmissão capazes de suportar taxas maiores que aquelas do acesso primário das RDSI- FE (T1= 1,544 Mbps e E1= 2,048 Mbps).
2 Classificação: 1. SERVIÇOS CONVERSACIONAIS: Provêem meios para a transferência fim-a-fim em tempo real. Exemplos: Vídeotelefonia, vídeo-conferência, transferência de documentos multimídia em tempo real (facsimile de alta resolução, anotação de voz, etc), serviços de segurança, supercomputação virtual e teleação. 2. SERVIÇOS DE RECUPERAÇÃO: Fornecem o recurso de recuperação remota de informação armazenada. Exemplos: Vídeo texto, livrarias eletrônicas e vídeo sob demanda. 3. SERVIÇOS DE MENSAGEM: Oferecem a comunicação entre usuários via unidades de armazenamento, com funções de store-andforward. 4. SERVIÇOS DE DISTRIBUIÇÃO: - SEM O CONTROLE DO USUÁRIO: Distribuição de áudio, vídeo, documentos (jornais, revistas e livros), cotas da bolsa de valores e difusão de TV. - COM O CONTROLE DO USUÁRIO: Substituição de documentos tradicionais (livros, revistas, jornais, etc) pelos equivalentes eletrônicos. REQUISITOS DE COMUNICAÇÃO DAS DIVERSAS MÍDIAS: Três são as classes de tráfego geradas: - Tráfego contínuo com taxa constante (CBR Constant Bit Rate). - Tráfego em rajada (Brusty) - Tráfego contínuo com taxa variável (VBR Variabel Bit Rate).
3 Tais classes são provenientes dos seguimentos de tráfego gerado pelas seguintes fontes: TEXTO: - É em sua maioria em rajada. - Tem taxa variável. - Pouco influenciado pelos retardos. - Geralmente não pode aceitar erros. IMAGEM GRÁFICA: - É em sua maioria em rajada. - Tem taxa variável. - Pouco influenciada pelos retardos. - Imagens no formato matricial podem aceitar alguns erros e nível de bit, desde que não sejam imagens médicas. - Imagens vetoriais e comprimidas não podem aceitar erros. ÁUDIO: - Gera tráfego contínuo à taxa constante (CBR) se não houver compactação por detecção de silêncio, quando então é gerado tráfego em rajada (VBR). - Gera problemas em tempo real quando os retardos são muito grandes, sendo estipulado a nível continental o retardo máximo de 40 ms e intercontinental de 80 ms. - Na transmissão em tempo real de telefonia, erros de 1% são toleráveis. - Nas mídias gráficas e de texto, bem como em algumas técnicas de compressão onde o erro pode se propagar, os erros são intoleráveis. - Tem-se como um limite superior para a vazão, que sinais de áudio de alta qualidade, como CD estéreo, requerem taxas de 1,411 Mbps usando codificação PCM de 16 bits.
4 VÍDEO: - Gera tráfego contínuo à taxa constante, podendo eventualmente gerar tráfego a taxa variável, uma vez que foram usadas técnicas de compactação ou de compressão. - Quanto à taxa de erros, embora tolerável, não é fácil de definir. Dependendo do algoritmo de compactação: - Se o erros podem se propagar, taxas de erro não são toleráveis. - Se não podem se propagar taxas de erro são toleráveis. - A vazão média gerada depende da qualidade, sendo que nos sistemas de televisão mais usados, uma taxa de dados de 250 Mbps é aceitável. Do exposto tem-se que o sistema de comunicação a suportar tal tecnologia deve permitir negociar, entre outras coisas: - O retardo máximo de transmissão. - A variação máxima de retardo para o atendimento dos requisitos de especificação de áudio e vídeo isócronos. - Os mecanismos para compensação da variação estática do retardo. - O valor da vazão necessária para a abertura de uma conexão. - As taxas de erros de bits e de pacote toleráveis (separadamente negociadas). - Para todos os tipos de erro, a especificação de qual estratégia a ser adotada: detecção, detecção e correção ou nada. - Os mecanismos para controle de fluxo e de congestionamento. - As aplicações para o fechamento de uma conexão, caso não seja possível atender a todos os requisitos. EVOLUÇÃO DAS REDES DE COMUNICAÇÃO: - Início do século XX surge o telefone.
5 - Até meados dos anos 60 a rede telefônica era analógica, em que predominava a modulação e a comutação de circuitos era inicialmente por chaveamento espacial e posteriormente por chaveamento de freqüências. - Surgimento das redes de comunicação de dados empregando técnicas de comutação de pacotes. - Surgimento das LANs, MANs, redes públicas de comutação de pacotes, etc. - Já em meados do anos 60, a rede telefônica presenciaria a introdução de circuitos digitais entre as centrais telefônicas. - Nos anos 80 as centrais começaram a se tornar digitais. INTEGRAÇÃO DE SERVIÇOS EM LANs E MANs: Só é possível com a introdução de tecnologias como FDDI e DQDB para as MANs. ALOCAÇÃO DE SERVIÇOS EM REDES FDDI: Oferece duas classes de serviços: Sícrono e Assíncrono. Serviços síncronos: - É preferível mesmo no caso do tráfego em rajadas, por assegurar um retardo de transmissão constante. - No caso da transmissão de áudio, os intervalos de silêncio podem ser aproveitados para a transmissão assíncrona. O mesmo raciocínio é válido para vídeo. - A compensação da variação estática do retardo, tanto para áudio quanto para vídeo deve ser feita em algum protocolo de nível superior.
6 - Os serviços isócronos por não gastarem tempo na montagem de pacotes, vem a beneficiar mídias como áudio e vídeo onde o retardo de transmissão é importante e as perdas são suportáveis. Serviços assíncronos: - No caso de mídias com tráfego em rajadas sem restrições de tempo, a classe assíncrona pode ser usada sem restrições. ALOCAÇÃO DE SERVIÇOS EM REDES DQDB: A perspectiva para a alocação das diversas mídias aos serviços oferecidos pela rede DQDB segue as mesmas considerações para a FDDI. COMPARAÇÃO ENTRE AS REDES FDDI E DQDB: Serviços Assíncronos: - Em altas velocidades o desempenho é maior no DQDB. - O overhead da camada MAC DQDB pode comprometer seu desempenho, sendo o mesmo dependente da velocidade e da distância. - O DQDB oferece um serviço assíncrono orientado à conexão muito útil quando se quer confiabilidade sem restrições severas de tempo real. Serviços Isócronos: - A FDDI tem maior liberdade para alocar canais de diversas taxas. - A FDDI II garante um retardo determinístico. - No DQDB a variação máxima suportada do retardo é sustentada pela função de convergência isócrona.
7 EVOLUÇÃO DAS REDES PÚBLICAS DE COMUTAÇÃO DE PACOTES: - Atualmente as infra-estruturas para comunicação de dados e voz evoluíram por caminhos distintos. - Embora com limitações, graças à tecnologia digital, essas redes puderam acomodar outros serviços. - As redes com integração de circuitos exigem tecnologia diferente das convencionais formas de comutação de circuitos ou de pacotes. - A comutação de circuito não suporta tráfego com taxa variável ou em rajada. - A comutação de pacotes apresenta dificuldades quando submetida a tráfego contínuo. - Os requisitos para tráfego contínuo são: - Retardo máximo de transferência assegurado. - Compensação das variações aleatórias do retardo. - Redes públicas de comutação de pacotes exigem volume de processamento nos nós de comutação, limitando assim a velocidade de transmissão. - Atualmente algumas novas tecnologias vem dar suporte às existentes, à saber: - Algoritmos de compensação das variações estáticas do retardo. - Algoritmos de controle de tráfego. - Técnicas de comutação rápida de pacotes como frame relay e a tecnologia ATM. O SISTEMA TELEFÔNICO ATUAL: - Em 1876 Alexander Graham Bell patenteou a invenção do telefone.
8 (a) (b) (c) - ( a ) Situação inicial do sistema telefônico. - ( b ) Sistema implantado pela Bell Telephone Company em ( c ) Sistema telefônico atual. Já em 1890 o sistema telefônico poderia ser dividido nas seguintes três partes: - As estações de comutação. - Os fios agora substituídos por pares trançados. - As conexões de longa distância entre estações de comutação. Embora tenham ocorrido algumas modificações, tal esquema prevaleceu por mais de 100 anos. A configuração atual é a seguinte: Telephone End office Toll office Intermediate switching office(s) Toll office End office Telephone Local loop Toll connecting trunk Very high bandwidth intertoll trunks Toll connecting trunk Local loop No sistema telefônico atual são destacados três componentes principais:
9 - Loops locais (Cabos de par trançado, sinalização analógica), - Troncos (fibra ótica ou microonda na maioria digitais), e - Estação de comutação. A POLÍTICA DAS COMPANHIAS TELEFÔNICAS: Após a divisão da Bell Systems em 1984, os EUA foram divididos tal como Figura abaixo LATAs (Local Access and Transport Areas), que correspondem aos códigos de área. - Em cada LATA existe uma LEC (Local Exchange Carrier) responsável pelo monopólio do sistema telefônico convencional dentro da LATA. - Todo fluxo de transmissão entre LATAs é de responsabilidade da IXC (Interexange Carrier).
10 RDSI-FE: Idealizado a partir de 1984 sob o controle do CCITT, em comum acordo com as companhias telefônicas mundiais, veio a apresentar um padrão internacional para substituição do sistema telefônico vigente, por um outro totalmente digital. SERVIÇOS DA RDSI-FE: As recomendações I.200 (service Capabilities) do ITU-T, fornecem uma classificação e um método para a descrição dos serviços RDSI-FE, os quais são classificados como: Serviços de Entrega: - Utilizam o STM (Syncronous Transfer Mode) para o acesso e transferência na rede integrada. - Correspondem aos três níveis inferiores do OSI, incluindo a transmissão física de bits e entrega de informações ao destino. - Diferentes tipos de entrega são caracterizados por parâmetros como: - Modo de operação: - Orientado à comutação de pacotes, ou - Orientado à comutação de circuitos. - Taxa de entrega em bps. - Protocolos de nível 1, 2 e 3 utilizados, - Etc. Tele Serviços: - Utilizam dos serviços de entrega como suporte para oferecer serviços correspondentes aos dos níveis 4 a 7 do OSI. - Exemplos são: Telefonia, Teletex, Videotex e Correio Eletrônico.
11 Serviços Suplementares: - São serviços definidos para utilização em conjunto com serviços de entrega e tele serviços. - A exemplo tem-se: Tarifação reversa. FE: MODELO DE REFERÊNCIA DE PROTOCOLOS PARA RDSI- ARQUITETURA DE SISTEMA DA RDSI-FE: A idéia chave por trás da RDSI-FE é um PIPE DE BITS DIGITAIS, entre o cliente e a concessionária através do qual os dados fluem:! "#
12 ( )*+! " # $! % % &"' O CCITT definiu quatro pontos de referência, R, S, T e U, entre os diversos dispositivos, a saber: U É a conexão entre o NT1 e a central RDSI. T É aquilo que o conector NT1 fornece ao cliente e define o ponto de acesso à rede telefônica. S Tem função similar ao ponto T. R É um ponto de referência para conexão de equipamentos não RDSI.
13 A INTERFACE DO RDSI-FE: O PIPE de bits RDSI aceita vários canais TDM, sendo os seguintes padronizados: A Canal telefônico analógico de 4 KHz. B Canal PCM digital de 64 Kbps para voz ou dados. C Canal digital de 8 ou 16 Kbps. D Canal digital de 16 Kbps para sinalização fora de banda. E Canal digital de 64 Kbps para sinalização RDSI interna. F Canal digital de 384, e Kbps. Embora a combinação arbitrária de canais não seja permitida, foram padronizadas as seguintes combinações: 1. Taxa básica: 2B + 1D. 2. Taxa principal: 23B + 1D (EUA, Japão) 30B + 1D (Europa, Brasil). 3. Híbrida: 1A + 1C.
14 RDSI-FL: Mesmo que a RDSI-FL se consolidasse, um novo problema iria persistir: AS REDES MÚLTIPLAS. Por exemplo: - SMDS e Freme Relay usam tecnologia própria. - O DQDB embora use tecnologia telefônica, constitui uma outra rede. - A rede de TV a cabo é outra que a companhia telefônica gostaria de controlar. A solução imaginada a curto prazo é: - Uma rede que em um futuro próximo, seja capaz de substituir o sistema telefônico e todas as redes especializadas. - Tal rede integraria todos os tipos de transferência de informações, com uma taxa de dados gigantesca, fornecendo uma grande quantidade de serviços. Tal sistema telefônico embora não venha a se caracterizar a curto prazo, vem a cada dia sendo discutido mais. TECNOLOGIA DE SUPORTE: A tecnologia na qual a RDSI-FL se baseia é a ATM (Asynchronous Transfer Mode). Tal tecnologia tem as seguintes características: - Toda informação deve ser transmitida em células de 53 bytes, das quais 5 bytes são cabeçalho e 48 bytes são dados. - A tecnologia de comutação de células, tem as seguintes vantagens: - É flexível em termos de aceitar tráfego a taxa constante (áudio e vídeo) ou variável (dados). - Em velocidades altas a comutação de células é muito mais fácil que as técnicas tradicionais de multiplexação, principalmente quando o meio é a fibra ótica.
15 - A difusão (TV) é mais fácil de ser obtida na comutação de células do que de circuitos. - Por serem orientadas à conexão a ordem de envio das células é a mesma da de chegada. ASPÉCTOS DE SERVIÇOS RDSI-FL: A recomendação I.211 do ITU-T descreve os serviços oferecidos pela RDSI-FL. Tais serviços constituem grupos tal como apresentado na figura abaixo e descritos a seguir. Classificação dos serviços de Banda Larga Serviços Interativos Serviços de Distribuição Serviço Conversacional Serviço de Mensagem Serviço de Recuperação Serviços de distribuição com o controle do usuário Serviços de distribuição sem o controle do usuário SERVIÇOS INTERATIVOS: Caracterizam o diálogo entre o usuário do serviço e o provedor do serviço. - SERVIÇOS CONVENCIONAIS: - São diálogos interativos com operações em tempo real. - Alguns exemplos são: Teleprocessamento interativo, troca de mensagem entre duas pessoas, comunicação LAN a LAN.
16 - SERVIÇOS DE MENSAGEM: - Inclui a comunicação tanto conversacional quanto sob demanda de usuário a usuário. - EX.: Vídeo-mail e . - SERVIÇO DE RECUPERAÇÃO: Cai na categoria store-andforward na qual a informação está disponível para uso público. SERVIÇOS DE DISTRIBUIÇÃO: Caracterizam os serviços de difusão. - COM O CONTOLE DO USUÁRIO: Permite uma fonte central distribuir informação para um grupo de pessoas, baseado em algum tipo de repetição cíclica. - EX.: Vídeo sob demanda. - SEM O CONTROLE DO USUÁRIO: Inclui os serviços de difusão convencionais. - EX.: Televisão e rádio. O MODELO DE REFERÊNCIA RDSI-FL: É baseado nos modelos de referência OSI e RDSI-FE.
17 O mesmo contém três planos: - PLANO USUÁRIO: (U-PLANE) É responsável por providenciar transparência de informação ao usuário, fluxo de controle e operações de recuperação. - PLANO CONTROLE: (C-PLANE) É responsável por estabelecer e liberar uma conexão de rede e por administrar conexões. - PLANO GERÊNCIA: (M- PLANE) Tem duas funções: - PLANO GERÊNCIA: É responsável pela coordenação de todos os planos. - CAMADA GERÊNCIA: Responsável por gerenciar as entidades nas camadas e conduzir serviços OAM (Operação, Administração e Manutenção). Afigura abaixo é outra forma de se ver o RM RDSI-FL: A camada AAL é projetada para separar diferentes tipos de tráfego tais como voz, vídeo e dados. A mesma é dividida em duas subcamadas: - CS (Convergence Sublayer): Dependente da aplicação.
18 - SRA (Segmentation and Reassembly Sublayer): Consiste em segmentar a carga em SDUs de 48 octetos e remonta-la na recepção. A camada ATM é responsável pela gerência do envio e do recebimento de células. Ela acrescenta e processa o cabeçalho de 5 octetos. O protocolo Q.2931 usado para fazer conexões na rede ATM é uma variação do protocolo Q.931 da RDSI-FL. A camada SAAL, Camada de Adaptação Sinalizante ATM, suporta o transporte de mensagens Q.2931 entre máquinas rodando SVCs ATM. A mesma é dividida em: - AAL CP: (Common Part) Detecta tráfego corrupto através de qualquer interface usando o C-PLANE. - SSCOP: (Parte do Serviço Comum orientado à conexão) Suporta a transferência de tráfego de comprimento variável através da interface e recupera de unidades de dado de serviço erradas. - SSCF: (Função de Coordenação de Serviço Específico) Providencia a interface para a camada Q O plano U contém softwares específicos e seus protocolos irão funcionar somente se: (1) O plano C estabeleceu uma conexão com sucesso. (2) A conexão foi estabelecida com sucesso. O plano U providencia os serviços de gerência requeridos.
19 EXEMPLOS PLANOS RDSI-FL: DE OPERAÇÕES ENTRE CAMADAS NOS
20 FUNÇÕES RDSI-FL:
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