VOZ SOBRE ATM REGINALDO GARCIA

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1 UNIÃO EDUCACIONAL MINAS GERAIS S/C LTDA FACULDADE DE CIÊNCIAS APLICADAS DE MINAS Autorizada pela Portaria no 577/2000 MEC, de 03/05/2000 BACHARELADO EM SISTEMAS DE INFORMAÇÃO VOZ SOBRE ATM REGINALDO GARCIA Uberlândia 2005

2 REGINALDO GARCIA VOZ SOBRE ATM Trabalho de Final de Curso submetido à UNIMINAS como parte dos requisitos para a obtenção do grau de Bacharel em Sistemas de Informação. Orientador: Prof. Esp. Alexandre Campos Uberlândia - MG 2005

3 REGINALDO GARCIA VOZ SOBRE ATM Trabalho de Final de Curso submetido à UNIMINAS como parte dos requisitos para a obtenção do grau de Bacharel em Sistemas de Informação. Orientador: Prof. Esp. Alexandre Campos Banca Examinadora: Uberlândia, 27 de Julho de Prof. Esp. Alexandre Campos Prof. Esp. Flamaryon Guerin G. Borges Prof. Esp. Luís Leonardo Siqueira Uberlândia - MG 2005

4 À minha esposa e filhos, pelo carinho e compreensão à minha ausência nos momentos dedicados a esta monografia.

5 AGRADECIMENTOS Durante todos os momentos desta jornada, nunca estive sozinho. Fui acompanhado pelo afeto e confiança de amigos e familiares que me estimularam e motivaram, para que eu chegasse até aqui. Sinto-me grato a todos os que participaram deste trabalho, pois, os que me apoiaram, também fizeram parte dele. Este apoio abasteceu-me da energia que eu necessitava para concluir meu trabalho. Minha gratidão estende-se a todos aqueles que acreditaram em meu potencial. Entre eles, destaco a Dra. Kátia Lopes Silva e o Prof. Alexandre Campos que tão bem me orientaram na elaboração deste estudo. A todos os meus familiares, pela dedicação e amor que me fortaleceram. No entanto, minha maior gratidão é a DEUS, que me conduziu em todos os instantes e permitiu que eu realizasse as conquistas em minha vida.

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7 vi RESUMO Este trabalho aborda a transmissão de voz através da utilização da tecnologia ATM, sistema criado com bases na comutação de células de tamanho fixo, com a finalidade de garantir qualidade de serviços para o transporte integrado de dados, voz e vídeo. O objetivo do estudo é fazer um levantamento de dados teóricos da voz sobre ATM. Atualmente, a forma mais conhecida para a transmissão de voz é a VoIP. Porém, a transmissão de voz sobre ATM apresenta maior qualidade devido a fatores críticos como o atraso e variação de atraso. O método de pesquisa adotado para a elaboração do texto é a Pesquisa Literária, para uma coleta de dados teóricos para a fundamentação do estudo. A pesquisa permitiu um levantamento de dados sobre a arquitetura ATM e suas diferenças básicas em relação ao modelo de referencia OSI. Permitiu, também, a verificação do conceito de encapsulamento de voz em dados para seu transporte em redes integradas concluindo-se que, embora seja uma tecnologia caracterizadamente qualitativa, atualmente é mais utilizada em Backbones, podendo ser substituída por outras de custos mais reduzidos, com funcionalidade similar. Palavras-chaves: Voz; ATM; Tecnologia; Qualidade de Serviços.

8 vii ABSTRACT This work approaches the transmission of voice over the technology ATM, system created with bases in the commutation of cells with short length and set, with the purpose to guarantee quality of services for the transport integrated of data, voice and video. The objective of the study is to currently make a theoretical datacollecting of the voice on ATM., the known form more for the voice transmission is the VoIP. However, the transmission of voice over ATM presents greater quality due the critical factors as the delay and variation of delay (jitter). The method of research adopted for the elaboration of the text is the Literary Research, for a collection of theoretical data for the recital of the study. The research allowed to a data collect on architecture ATM and its basic differences in relation to the model of reference OSI. And, also, the verification of the concept of voice in data for its transport in integrated nets concluding itself that, even ATM is a qualitative technology, currently it is used in Backbones, being able to be substituted by others of reduced costs more, with similar functionality.

9 x LISTA DE FIGURAS Figura 1: Produção de voz humana Figura 2: Aparelho Fonador Figura 3: Telefonia Digital Figura 4: Digitalização de um sinal analógico Figura 5: Instantes de Amostragem Figura 6: Representação de um Sinal de Amostragem Figura 7: Demonstração dos Valores Quantizados Figura 8: Sinal de Amostragem Figura 9: Modelo de uma Rede ATM Figura10: Apresentação de uma Rede ATM Figura 11: Camadas ATM Figura 12: Modelo de Referência Tridimensional Figura 13: Célula ATM Figura 14: Formato das células ATM para UNI e NNI Figura 15: Camada Física Figura16: Descrição das Funções de camada ATM Figura 17: Conexões da tecnologia ATM Figura 18: Conexão NNI Figura 19: Comutadores de VC e de VP Figura 20: Camada AAL... 39

10 xi Figura 21: Camada AAL Figura 22: Protocolos de Adaptação ao ATM Figura 23: Categorias de serviços ATM Figura 24: Integração de Serviços Figura 25: Encapsulamento de Voz Sobre ATM Figura 26: Encapsulamento Figura 27: Distribuição na Camada Física Figura 28: Demonstração das Células Prontas Para Transmissão Figura 29: Célula ATM no Nível de Adaptação ATM Protocolo AAL Figura 30: Célula ATM no Nível de Adaptação ATM Protocolo da AAL Figura 31: Multiplexação Estatística do Protocolo AAL

11 xvi LISTA DE TABELAS TABELA 1- Largura de Banda para Voz...49

12 xii LISTA DE SIGLAS E SIGNIFICADOS AAL: Adaptation ATM Layer ABR: Avaible Bit Rate ANSI: American National Standards Institute ATM: Assynchronous Transfer Mode ATMARP: ATM Address Resolution Protocol B-ISDN: Broadband Integrated Service Digital Network BUS: Broadcast unknown Server CAC: Controle de Admissão da Conexão CBR: Constant Bit Rate CD: Compact Disc CLP: Cell Loss Priority CRC: Cyclic Redundancy Checks CS: Convergence Sublayer ELAN: Emulation Local Area Nework FDDI: Fiber Distributed Data Inerface FR Fórum: Frame Relay Fórum Gbps: Giga bits por segundo GFC: Generic Flow Control HDTV: High Definition Television Virtual HEC: Header Error Control Hz: Hertz

13 xiii IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers IETF: Internet Engineering Task Force INATMARP: Inverse ATM Address Resolution Protocol IP: Internet Protocol ISDN: Integrated Service Digital Network IT : Information Type ITU-T: International Telecommunication Union Kbps: Kilo bits por segundo KHz: Kilohertz LAN: Local Area Network LEC: LAN Emulation Client LECS: LAN Emulation Configuration Server LES: LAN Emulation Server LLC: Logical Link Control MAC: Medium Access Control MAN: Metropolitan Area Network Mbps: Mega bits por Segundo MPLS: Mult Protocol Label Switching NRHP: Next Hop Resolution Protocol NRT-VBR: Nom Real Time Variable Bit Rate NIC: Network Interface Card NNI: Network Network Interface OSI: Organization Stardardization International PAM: Pulse Amplitude Modulation

14 xiv PBX: Private Branch Exchange PCM: Pulse Code Modulation PDH: Plesychronous Digital Hierarchies PM: Phisycal Medium POA: Multprotocol Over ATM PSTN: Public Switched Telephone Network PT: Payload Type PVC: Permanent Virtual Circuits QoS: Quality of Service RDSI-FL: Rede Digital de Serviços Integrados Faixa larga RFC: Request For Comments RT-VBR: Real Time Variable Bit Rate SAR: Segmentation And Reassembly SDH: Synchronous Digital Hierarchy SMDS: Switched Multimegabit Data Service SNAP: Subnetwork Access Protocol SONET: Synchronous optical network SVC: Switched Virtual Circuits TC: Transmission Corvergence TCP/IP: Transport control protocol / internet protocol TDM: Time Division Multiplexing TE: Terminal Equipament TP: Transmission Path UBR: Unspecified Bit Rate

15 xv UNI: User Network Interface VC: Virtual Channel VCC: Virtual Channel Connection VCI: Virtual Channel Identifier VCL: Virtual Channel Link VP: Virtual Path VPC: Virtual Path Connection VPI: Virtual Path Identifier VoATM: Voz sobre ATM VoIP: Voice over ATM WAN: Wide Area Network

16 viii SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO MECANISMOS GERAIS DA VOZ Aparelho Fonador Codificação da Fala Amostragem Processo de Quantização Processo de Codificação REDES ATM Histórico da Tecnologia ATM A Tecnologia ATM Modelo de Arquitetura de uma Rede ATM Equipamento do Usuário Switches Gateways Modelo de Camadas ATM Comparadas ao Modelo OSI Formato de Célula ATM Camada Física Subcamada do Meio Físico Subcamada de Convergência de Transmissão Entendendo a Camada Física... 27

17 ix Camada ATM Conexões ATM Comutação de Células ATM Sinalização Camada de Adaptação ao ATM Classes de Serviços Categorias de Serviços Tipos de AAL Utilização de Protocolo ATM Interoperabilidade com Redes Locais Método Emulação de LANs Emulação de LAN sobre ATM VOZ SOBRE ATM Banda Exigida pela VoATM Encapsulamento Detalhamento dos Níveis de Adaptação ATM Projetados para Transmissão de Voz Redes de Voz Convencional x Redes Integradas de Voz/Dados Aplicação da Voz em Dados VoATM como Negócio CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 65

18 1 INTRODUÇÃO As altas taxas de transferência das modernas redes de computadores viabilizaram o uso de serviços multimídia (dados, imagem, voz e qualquer outro serviço digitalizado), entre os computadores da rede, diferentemente do que acontecia com as redes de computadores tradicionais para o transporte de dados. (WIRTH, 2002). Os requisitos das modernas redes de computadores envolvem: Manuseio de múltiplos tipos de tráfego (dados, vídeo, voz), ou seja, um modo justo de cobrança dos serviços de transporte, a fim de proporcionar ao usuário o acesso a preços razoáveis e um rápido retorno do capital ao operador; Enlaces de comunicação confiáveis e flexíveis; Assegurar acessibilidade à rede, de usuários com os equipamentos existentes ou que possam, futuramente, surgir no mercado, com um mínimo de perturbações nas operações existentes. Comparada à maioria das redes e serviços existentes, a rede ATM tem uma gigantesca taxa de transmissão de dados, fator que possibilita a oferta de serviços como: vídeo sob demanda, televisão ao vivo de muitas origens, correio eletrônico, multimídia, música com qualidade de CD, interconexão de LAN, transportes de dados em alta velocidade para uso científico e industrial, além de outros serviços que ainda não foram concebidos, todos eles através de linha telefônica. A característica da voz para sua transmissão, é um fator de destaque do sistema. A transmissão da voz é um dos grandes avanços da humanidade e, ao mesmo tempo, é um desafio, na medida em que se muda a forma de transmissão.

19 A voz possui as seguintes características: Sua geração é assíncrona (um usuário pode falar a qualquer tempo). Sua transmissão precisa ser síncrona (depois que a mensagem é iniciada, ela precisa fluir continuamente enquanto se estiver falando). A banda passante requerida para conversação de voz em comunicação digital é relativamente pequena e constante (normalmente, 64 Kbps). O sinal pode conter um alto grau de erro, pois a informação, mesmo nesses casos, pode ainda ser recuperada corretamente (observe-se que, além dos mecanismos de tratamento de erro do sistema, o ser humano sempre poderá pedir ao falante que repita a frase, segundo Wirth, 2002). Diante destes argumentos, surge a questão: Porque um sistema criado por uma tecnologia como a do ATM não é totalmente utilizado em sistemas de telefonia? Parte-se da hipótese de que, sendo a tecnologia ATM desenvolvida para a garantia de qualidade de serviços em relação ao transporte de dados, deveria ser um sistema de uso generalizado pelas operadoras de telefonia, uma vez que, nos sistemas de fluxos de informação em redes IP, foram introduzidos os conceitos do ATM. Este estudo justifica-se pela importância que o sistema representa para empresas de telecomunicações mundiais, incluindo o Brasil, onde a implementação do ATM se destacou tanto nos sistemas corporativos em companhias de grande porte, quanto nas operadoras públicas (CEREDA, 1997). Sua criação foi direcionada ao desempenho de um papel centralizado e unificador na evolução de redes de computadores, pois sua tecnologia tem o potencial para viabilizar a aproximação entre as indústrias de computadores e as

20 empresas de telecomunicação, no interior da esfera dos interesses comuns e interessantes para ambas as partes. Cereda (1997: p. 2) explica que: Ao seu redor gravitam empresas representativas de segmentos industriais diversos, que englobam desde fornecedores de componentes eletrônicos até fabricantes de computadores, incluindo fornecedores de equipamentos de redes e de telecomunicações e provedores de serviços de longa distancia(...) A relevância deste trabalho relaciona-se a uma tecnologia tão importante, que tendo iniciado os serviços RDSI-FL, é hoje tão pouco difundida. Segundo Cereda (1997), em nenhum momento que antecede a história do ATM, houve um movimento que envolvesse, com tanta dinâmica, atividades da ITU-T, International Telecommunication Union Telecommnication Standartization Sector (União Internacional de Telecomunicações, Setor de Padronização em Telecomunicações), cuja tradição associa-se às empresas de telecomunicações. O objetivo deste estudo é identificar a importância do sistema ATM como tecnologia que oferece níveis elevados de qualificação na transmissão de voz. Como objetivo específico, a pesquisa pretende: Verificar quais as vantagens que a tecnologia ATM oferece em relação a outras tecnologias; O trabalho divide-se em partes organizadas enumeradas a partir do Capítulo 2, da seguinte forma: O Capítulo 2 aborda os conceitos fundamentais do sinal da voz demonstrando como ela é produzida e em quais freqüências. Trata também das informações referentes à sua digitalização abrangendo a amostragem, a quantização e a codificação;

21 No Capítulo 3 é feito um estudo teórico de Redes ATM, demonstrando os conceitos gerais da arquitetura ATM, suas camadas e os principais protocolos utilizados nas redes ATM, suas definições e explicações sobre o funcionamento de cada um dos protocolos apresentados. No Capítulo 4 é feito um estudo sobre o encapsulamento da voz em dados, possibilitando a sua transmissão em redes integradas. O Capítulo 5 contém as conclusões do estudo teórico.

22 2 MECANISMOS GERAIS DA VOZ (Como é Produzida a Voz Humana) As cordas vocais localizam-se nos anéis da laringe e a produção do som depende, basicamente de ar e da laringe. A figura 1 apresenta parte do aparelho fonador e indica a laringe que é composta pelos três anéis de cartilagem, onde se encontram as cordas vocais Estes anéis são pequenos músculos com grande poder de contração/extensão. As cordas vocais classificam-se em verdadeiras e falsas, diferenciando-se em suas medidas nos homens e mulheres. As verdadeiras (com cerca de 1 cm nos homens e até 1,5 cm nas mulheres) estão na parte inferior da laringe e as falsas na parte superior. As cordas vocais verdadeiras são responsáveis pelo som da voz normal, enquanto os falsetes são produzidos pelas cordas falsas. Durante a respiração, as cordas vocais permanecem abertas e, para a produção de som, elas se fecham, enquanto o ar faz pressão, causando uma vibração que produz o som (Produção de voz humana, 2005).. Figura 1: Demonstração das principais partes do Aparelho fonador (Produção da voz humana, 2005)

23 2.1 Aparelho Fonador O aparelho fonador é formado por 2 aparelhos: o aparelho digestivo e o aparelho respiratório, sendo dividido em cindo partes. Tem a função de produzir sons - voz cantada e voz falada. A Figura 2 apresenta e descreve as cinco partes do aparelho fonador de forma bastante resumida. Parte Componentes Função PRODUTORES Pulmões, músculos abdominais, diafragma, músculos intercostais, músculos extensores da coluna Produzem a coluna de ar que pressiona a laringe, produzindo som nas cordas vocais VIBRADOR Laringe Produz som fundamental RESSONADORES ARTICULADORES SENSOR / COORDENADOR Cavidade nasal, faringe, boca Lábios, língua, palato mole, palato duro, mandíbula Ouvido - capta, localiza e conduz o som; cérebro - analisa, registra e arquiva o som Ampliam o som Articulam e dão sentido ao som, transformando sons em orais e nasais Captam, selecionam e interpretam o som Figura 2: Partes do aparelho fonador. (Aparelho fonador, 2005)

24 A freqüência mais baixa presente na fala, está associada à sonoridade, podendo variar desde 60 Hz (para homens de voz grave) até 350 Hz (para mulheres e crianças). A voz humana é uma forma de onda mecânica com freqüências principais na faixa que vão de 300 a Hz, com alguns padrões de repetição definidos em função do timbre de voz e dos fonemas emitidos durante a conversação. O timbre é uma característica fundamental para que se possam destingir os sons e as vozes, da mesma freqüência, que sejam emitidos por diferentes instrumentos ou pessoas. Uma nota tocada em um violão é diferente da mesma nota tocada em uma flauta. A nota é, no entanto, facilmente reconhecida quando produzida pelo violão ou emitida pela flauta. O timbre depende da combinação das freqüências harmônicas que um determinado som contém e, também, das freqüências e das amplitudes desses mesmos harmônicos. 2.2 Codificação da fala Considera-se que as distâncias entre os povos foram reduzidas através dos meios de comunicação. Em relação à comunicação falada, as barreiras foram quebradas em 1876, quando da invenção do telefone por Alexander Grahan Bell. Desde então, a importância da comunicação telefônica na sociedade tem sido progressiva, aproximando as pessoas e tornando o mundo menor. A introdução da comunicação digital na década de 70 iniciou uma nova era na comunicação à distância, tendo a representação digital eficiente de sinais de fala tornando-se uma área de grande importância.

25 Qualquer informação que precisa ser armazenada em computador ou transmitida por um sistema de comunicação digital, incluindo sinais de voz, passa, necessariamente, por um processo de codificação de fonte que inclui a amostragem, a quantização e a codificação do sinal conforme mostrado na figura 3. Amostragem transmissor receptor Figura 3: modelo genérico para um sistema de codificação de fonte (TELEFONIA DIGITAL, 2002) Amostragem No processo de amostragem, um sinal de voz, que é um sinal analógico e por isso é um sinal contínuo no tempo em nível, contendo uma infinidade de valores, deve ser transformado em um sinal discreto no tempo. Para isso, tomam-se amostras do sinal original a intervalos periódicos. Isto significa que a amostragem tem, por objetivo, obter parcelas do sinal de informação, pois é através dessas parcelas que o sinal será digitalizado. Para que o sinal original possa ser recuperado a partir do sinal amostrado, é preciso que a freqüência de amostragem obedeça ao critério de Nyquist, isto é, que seja maior ou igual ao dobro da máxima freqüência do sinal (DIGITALIZAÇÃO DE UM SINAL ANALÓGICO, 2005).

26 A freqüência de amostras para aplicações em telefonia, adotada internacionalmente, é de 8 mil amostras por segundo, abreviada para 8K amostras por segundo. Desta forma, o sinal de voz é quantizado para 26 níveis distintos, sendo que, cada nível corresponde a um código de 8 bits (2 = 256). Após a codificação, o sinal é transmitido a uma taxa de 8k amostras/s x 8 bits/amostra = 64 Kbits/s e ocupará uma banda passante de, aproximadamente, 64 KHz. Vejam-se as figuras 4 e 5 a seguir, onde estão representados o sinal analógico e o momento em que são colhidas as amostras do sinal de origem. Figura 4: Representação de um sinal analógico (Digitalização de um sinal analógico, 2005).

27 ! A Figura 5 representa no eixo x os instantes em que são colhidas as amostras do sinal original. Figura 5: Instantes de amostragem retirados (Digitalização de um sinal analógico, 2005). quantizado. Na figura 6 pode-se observar o sinal amostrado que, em seguida, será Figura 6: Representação de um sinal totalmente amostrado (AMOSTRAGEM, 2005)

28 2.2.2 O processo de Quantização Na figura 7 pode-se visualizar o processo de quantização do sinal amostrado. O mapeamento do sinal, a partir do domínio contínuo, para um número contável de possíveis níveis de saída, ou seja, quantizar a infinidade de valores possíveis em outros que possam ser representados por uma quantidade finita de bits, para obter o sinal digital. Figura 7: Demonstração dos valores quantizados (QUANTIZAÇÃO E CODIFICAÇÃO, 2005) Pela figura 7 observa-se, também, que a amostragem está relacionada ao eixo X do sinal de informação, enquanto que a quantização está relacionada ao eixo Y. A idéia da quantização é aproximar uma amostra a um nível de referência, a fim de que seja codificado.

29 De forma geral, pode-se dizer que a quantização divide a faixa de sinal (eixo Y), em níveis. Cada nível corresponde a uma seqüência de bits que se transforma no sinal digital de saída O processo de codificação O desenvolvimento das tecnologias digitais nas últimas décadas criou novos tipos de serviços para transmissão de imagens e dados, as redes telefônicas digitais e o telefone móvel com transmissão digital. Por codificação digital de voz, entende-se a sua representação binária com o compromisso de manter a menor taxa de codificação possível e melhor qualidade do sinal sintetizado. A codificação da voz com alta qualidade e com um débito binário acima dos 4 Kbits/s é hoje um tema, relativamente, bem dominado. Os valores quantizados precisam ser codificados em seqüências de bits, pois, um sinal digital binário só pode ter dois valores diferentes: 0 ou 1. A figura 8 demonstra a digitalização do sinal a partir da amostragem, especificando o valor real no eixo Y, em seguida seu valor quantizado e, finalmente, o código binário, sendo possível, portanto, obter a representação de seu PCM (Pulse Code Modulation) que seria a forma de onda a ser transmitida.

30 Figura 8: Representação da codificação de um sinal a partir de sua amostragem. (QUANTIZAÇÃO E CODIFICAÇÃO, 2005)

31 3 REDES ATM ATM é, hoje, a mais importante tecnologia capaz de aproximar, em torno de grandes interesses comuns, as indústrias de computadores e de comunicações (CEREDA, 1997). No fim da década de 80 e início da década de 90, vários fatores combinados demandaram a transmissão de dados com velocidades mais altas: A evolução das redes de transmissão para a tecnologia digital em meios elétricos, ópticos e rádio; A descentralização das redes e o uso de aplicações cliente / servidor; A migração das interfaces de texto para interfaces gráficas; O aumento do tráfego do tipo rajada nas aplicações de dados e o conseqüente aumento do uso de banda; O aumento da capacidade de processamento dos equipamentos de usuário (PCs, estações de trabalho, terminais Unix, entre outros); A demanda por protocolos mais confiáveis e com serviços mais abrangentes. Nessa época consolidava-se o desenvolvimento das tecnologias ISDN e Frame Relay. Entretanto, a crescente necessidade do uso de banda e de classes de serviços diferenciadas, de acordo com o tipo de aplicação, levou ao desenvolvimento das tecnologias ATM e B-ISDN (Broadband-ISDN), com padrões e recomendações elaborados por órgão internacionais de Telecomunicações e suportados pela indústria mundial (TUTORIAL ATM, 2005)

32 3.1 Histórico da Tecnologia ATM Observa-se que, em 1980, foram estabelecidas uma série de recomendações para transmissão, roteamento, sinalização e técnicas de controles que eram necessárias para implementação da tecnologia ATM no mundo. No período de 1984 a 1988, os órgãos internacionais de padronização ITU-T (Europa) e ANSI (EUA), entre outros, estabeleceram uma série de recomendações com técnicas para transmissão, comutação, sinalização e controle para implementação de redes inteligentes baseadas em fibra óptica. Nesse período definiu-se o uso do protocolo ATM e das redes de transmissão SDH /SONET como base para os serviços Banda larga ISDN (B-ISDN). Em 1989 o ITU-T adotou as células ATM com 53 bytes e, em 1991, empresas do segmento industrial formaram o ATM Fórum, com o objetivo de promover a implementação e uso da tecnologia ATM. Formaram-se, então, comitês para abordar os aspectos técnicos de mercado e de usuários finais. Em 1996 o ATM Fórum publicou o Anchorage Accord, que contém o conjunto fundamental de especificações do ATM, assim como as especificações para migração para redes ATM e implementação futura de novos serviços, totalizando mais de 60 recomendações. O objetivo desse acordo era proporcionar uma sólida base para que os fornecedores e usuário planejassem investimentos na nova tecnologia (LEARN ABOUT ATM, 2005). A partir daí, o padrão ATM vem sendo consolidado e, vários órgãos internacionais, têm interagido com o ATM Fórum, a fim de viabilizarem especificações bilaterais visando a interação dos protocolos ou serviços. Como exemplo, podem ser citados: o FR Fórum, para viabilizar a interação do Frame

33 Relay com o ATM, e o IETF, para viabilizar a interação do TCP/IP e MPLS com o ATM. 3.2 A Tecnologia ATM ATM (Asynchronous Transfer Mode - Modo de Transferência Assíncrono), é uma tecnologia de comunicação ou, mais especificamente, de comutação rápida de pacotes baseada em padrões abertos, que se propõe a servir de transporte comum para diversos tipos de tráfego, como dados, voz (áudio), imagem estática e vídeo. Esta tecnologia é orientada em conexão. Fundamentalmente, há dois tipos de conexões, ou circuitos virtuais, ATM: os PVCs, Permanent Virtual Circuits (Circuitos Virtuais Permanentes), e os SVCs, Switched Virtual Circuits (Circuitos Virtuais Comutados). As conexões do primeiro tipo são estabelecidas através de algum tipo de mecanismo externo. Normalmente, é a intervenção manual da administração da rede; como o nome sugere, são conexões fixas que permanecem inalteradas até que nova intervenção seja realizada. As intervenções do segundo tipo são estabelecidas automaticamente, por meio de um protocolo de sinalização e não requerem uma intervenção manual. Esta tecnologia suporta taxas de transferência de dados variando de velocidades de menos de 1,544 Mbps até 10 Gbps. Como outros serviços de comutação de pacotes (Frame Relay, SMDS), ATM atinge suas altas velocidades, em parte pela transmissão de dados em células de tamanho fixo, e dispensando protocolos de correção de erros.

34 Desse modo, ela depende da integridade das linhas digitais para assegurar a integridade dos dados, ou seja, a tecnologia ATM garante que, numa dada conexão, a ordem de transferência das células seja preservada de um extremo ao outro da comunicação. Todas as informações são transportadas pela rede através das células ATM Modelo de Arquitetura de uma Rede ATM Quando diversos equipamentos estão interligados de acordo com o padrão ATM, tem-se uma rede ATM. Segundo Cereda (1997: p.12): Os diferentes possíveis arranjos das interconexões nessa rede, os equipamentos necessários para permitir essas múltiplas conexões e as regras fixadas para garantir sua correta operação impõem a adoção de um modelo de estrutura para redes ATM. As vantagens de se usar o modelo ATM, consistem na simplificação e no subseqüente tratamento do problema viabilizado por sua divisão em módulos bem identificados Equipamentos do Usuário A figura 9 apresentada a seguir, mostra um modelo de rede ATM. Os diferentes componentes e interconexões ali representados, desempenham as funções principais na arquitetura da rede. Os TEs, Terminal Equipments (Equipamentos do Usuário) que, pela necessidade de troca de informações entre equipamentos e seus usuários, são o motivo da existência da rede, conforme se encontram representados na figura 9.

35 Figura 9: Modelo de uma rede ATM (REDES II, 2005). trabalho: Exemplos de TEs em uma rede ATM, são os computadores e estações de Para incorporar esses equipamentos a uma rede ATM é necessária uma placa adaptadora, chamada de NIC (Network Interface Card), compatível com as características internas do computador ou da estação, à qual se liga através de conectores adequados. A placa adaptadora permitirá a conexão de cabo apropriado ao padrão ATM. É indispensável a presença de software responsável pela adequada interação do equipamento com a rede. Parte desse software, quando não todo ele, é executada no próprio equipamento que recebe a placa adaptadora. É possível antecipar a futura presença entre os TEs dos mais diversos tipos de dispositivos de intercomunicação de voz, dados e imagens: telefone, videofone, fac-símile, TV de definição normal, terminais de videoconferência, TV interativa e TV de alta definição (HDTV). (REDES DE ALTA VELOCIDADE- ATM, 2005)

36 A figura 10 apresenta uma rede ATM interagindo com outras tecnologias. Nela pode-se notar a necessidade de converter os dados para o protocolo ATM e isso é feito pelos equipamentos de acesso. Os frames que são gerados são enviados aos equipamentos de rede, que tem como função básica, transportar esse frames até o seu destino, usando os procedimentos de roteamento próprios do protocolo. Também na figura 10, a rede ATM é representada por uma nuvem, para deixar claro que ela não é uma simples conexão física entre pontos distintos. Essa conexão é feita através de rotas ou canais virtuais (virtual path / channel), que são configurados com uma determinada banda. A alocação de banda física na rede é feita célula a célula, no momento da transmissão de dados (Tutorial ATM, 2005) Figura 10: Apresentação de uma rede ATM (TUTORIAL ATM, 2005) Switches Os switches desempenham na rede ATM, funções que são o resultado da evolução do mundo ATM e funcionam uma como chave, que permite interligar diferentes pontos de uma rede e alterar essas conexões conforme a necessidade.

37 ! Seu objetivo é propiciar uma ligação certa entre os TEs da rede, expandindo ligações físicas e, também, fornecer pontos de acesso aos usuários da rede. A fim de atingir seus objetivos, o switch ATM desempenha funções de comutação espacial e temporal que, geralmente, são reunidas como técnicas distintas e complementares para se atingir o mesmo objetivo: direcionar as informações Gateways São os gateways que propiciam integração entre a rede ATM e outra rede não-atm. Podem-se observar dois tipos de interconexões entre os dispositivos de uma rede ATM: a UNI (interface Usuário-Rede) define a interface entre TE e switch e a NNI (interface Rede-Rede), define a interface entre switches Modelo de Camadas ATM Comparadas ao modelo OSI O protocolo ATM foi concebido através de uma estrutura em camadas, porém sem a pretensão de atender ao modelo OSI. A figura 11 apresenta a estrutura ATM e compara com o modelo OSI. Figura 11: Modelo de Camadas ATM em relação ao Molde OSI (Camadas ATM, 2005).

38 Diferentemente do Modelo de Arquitetura de rede que representa a organização dos elementos de uma rede (por exemplo: o modelo OSI), o Modelo de Camadas ATM traz uma visão da rede ATM, sob o ponto de vista da distribuição de tarefas internamente aos vários agentes nesse cenário: equipamentos e programas neles executados. De forma resumida no modelo ATM (mostrado na figura 11 acima), todas as camadas possuem funcionalidades de controle e de usuário (serviços) e podem ser divididas nas camadas: física, camada ATM e camada de aplicação conforme descrição abaixo: Física: provê os meios para transmitir as células ATM. A subcamada TC (Transmission Convergence) mapeia as células ATM no formato dos frames da rede de transmissão (SDH, SONET, PDH, etc.). A subcamada PM (Physical Medium) temporiza os bits do frame de acordo com o relógio de transmissão. ATM: é responsável pela construção, processamento e transmissão das células e pelo processamento das conexões virtuais. Esta camada também processa os diferentes tipos e classes de serviços e controla o tráfego da rede. Nos equipamentos de rede esta camada trata todo o tráfego de entrada e saída, minimizando o processamento e aumentando a eficiência do protocolo, sem necessitar de outras camadas superiores. AAL: é responsável pelo fornecimento de serviços para a camada de aplicação superior. A subcamada CS (Convergence Sublayer) converte e prepara a informação de usuário para o ATM, de acordo com o tipo de serviço, além de controlar as conexões virtuais. A subcamada SAR

39 (Segmentation and Reassembly) fragmenta a informação para ser encapsulada na célula ATM. A camada AAL implementa, ainda, os respectivos mecanismos de controle, sinalização e qualidade de serviço. De forma geral o modelo simplificado mostrado na figura 11 pode ser melhor entendido através do modelo tridimensional mostrado na figura 12. Figura 12: Modelo de Referência Tridimensional (REDE II, 2005) Observam-se nesta figura os sinais de inadequação; com relação à interpretação rígida do modelo de camadas OSI, usa-se a representação tridimensional, que é a única forma de espelhar, com fidelidade, a realidade da operação ATM. As camadas que agrupam as funções relativas às informações do usuário, estão separadas das camadas que agrupam as funções relativas às informações de controle. Ao mesmo tempo, há um outro agrupamento de funções que não se limitam a uma camada específica, mas que têm por objetivo justamente fazer uma gerência

40 integrada das diferentes funções desempenhadas em cada camada (do usuário e de controle) do modelo ATM. Finalmente, há mais um conjunto de funções de gerência que também não se enquadram no esquema de camadas e fazem a gerência global do sistema (Plano de gerência) (CEREDA, 1997). 3.3 Formato da Célula ATM A célula do protocolo ATM utiliza a estrutura simplificada com tamanho fixo de 53 bytes apresentada na figura 13 a seguir, representando uma célula NNF 1 Figura 13: Célula ATM. (TUTORIAL, 2005) Dos 53 bytes da célula ATM, cinco bytes são de cabeçalho e o restante (48 bytes) é destinado ao campo de informações. O campo de Cabeçalho carrega as informações de controle do protocolo. Devido à sua importância, possui mecanismo de detecção e correção de erros para preservar o seu conteúdo. Dois formatos diferentes para o cabeçalho da célula ATM foram definidos pelo ITU-T: um para a interface usuário-rede (UNI - User-Network Interface) e outro para a interface rede-rede (NNI - Network-to-NetworkInterface). 1 NNI Network Network Interface Interface entre a rede e rede

41 Figura14: Formato das células ATM para UNI e NNI (LEARN ABOUT ATM, 2005) Conforme a figura 14, a diferença entre os formatos está nos quatro bits usados para o controle de fluxo genérico (GFC - Generic Flow Control: controle genérico de fluxo) no cabeçalho da célula UNI, que são realocados para o campo de identificador de caminho virtual (VPI - Virtual Path Identifier: identificador de caminho virtual) no cabeçalho da célula NNI. Isto faz sentido, pois, por definição, o controle de fluxo não é realizado através de uma NNI. Uma outra vantagem é que grandes redes de chaveadores ATM interconectadas podem suportar mais caminhos virtuais (ex. redes privadas virtuais), fazendo, portanto, o chaveamento de um grande número de VCs mais eficientemente (SOARES, 1995). De forma geral, os campos das células ATM da figura 14 podem ser explicados como se segue:

42 GFC, Generic Flow Control (Controle Genérico de Fluxo) Previsto apenas na célula UNI, para utilização no controle de fluxo de células, como forma de se evitar congestionamento. VPI, Virtual Path Identifier (Identificador de Caminho Virtual) Este campo tem 8 bits de comprimento na célula UNI e 12 bits de comprimento no cabeçalho da célula NNI. Sua função é servir como parte mais significativa do código que identifica a conexão. Ele representa o número da rota virtual até o destinatário da informação útil e tem significado local apenas para a porta de origem. VCI Virtual, Channel Identifier (Identificador de Canal Virtual) Este campo tem 16 bits em qualquer dos dois tipos de cabeçalho. Corresponde à parte menos significativa do identificador de conexão (formado pelo par VPI + VCI). Representa o número do canal virtual dentro de uma rota virtual específica. Também se refere ao destinatário da informação útil e tem significado local apenas para a porta de origem. PT, Payload Type (Tipo de Carga Útil) Indica o tipo de informação contida na célula: de usuário, de sinalização ou de manutenção. CLP, Cell Loss Priority (Prioridade de Perda de Célula) Indica a prioridade em caso de necessidade de descarte de células ( células com CLP = 1 são descartadas primeiro).

43 HEC, Header Error Control (Controle de Erro de Cabeçalho) Garante correção de erros simples e detecção de erros múltiplos no cabeçalho. Secundariamente, auxilia no delineamento de células. O campo de Informação útil (payload), com 384 bits (48 bytes) carrega as informações de usuário ou de controle do protocolo. A informação útil é mantida intacta ao longo de toda a rede, sem verificação ou correção de erros. A camada ATM do protocolo considera que essas tarefas são executadas pelos protocolos das aplicações de usuário ou pelos processos de sinalização e gerenciamento do próprio protocolo para garantir a integridade desses dados. Quando é informação de usuário, o conteúdo desse campo é obtido a partir da fragmentação da informação original executada na camada AAL de acordo com o serviço. O campo pode ainda servir de preenchimento nulo, nos casos de serviços da taxa constante de bits. Quando a informação é de controle do protocolo, o primeiro byte é usado como campo de controle e os demais bytes contêm informação de sinalização, configuração e gerenciamento da rede Camada Física A Camada Física (Physical Layer- PL) apresenta duas subcamadas: a subcamada de meio físico (physical Médium PM) e a subcamada de Convergência de Transmissão (Transmission convergence TC) e isto está visualizado na figura 15 abaixo.

44 Figura 15: Camada Física (REDES II, 2005) Subcamada de Meio Físico Esta subcamada (Physical Medium Sublayer) especifica as características mecânicas, elétricas e óticas dos meios de transmissão adotados e, também, é responsável pelo sincronismo necessário à transmissão e recepção dos bits Subcamada de Convergência de Transmissão Esta camada (Transmission Convergence Sublayer), realiza funções destinadas à geração e composição dos conjuntos de bits, ao delineamento dos conjuntos de bits, à geração e verificação dos bits de controle de erro, ao desacoplamento entre as taxas de transporte dos conjuntos especiais destinados às tarefas de operação, administração e manutenção Entendendo a camada física: Cabe à subcamada TC (Transmission Convergence), oferecer um conjunto de serviços único à camada ATM, realizando funções como: desacoplamento da taxa de transmissão em relação à taxa de geração de células; Controle de erros do cabeçalho; Delineamento de células.

45 Durante a transmissão, a subcamada de convergência de transmissão recebe um fluxo de células vindo da camada ATM para transmissão e efetua a seguinte seqüência de operações: Gera o Hec Header Error Check para cada célula e o insere no campo a ele destinado. Transforma o fluxo de células em fluxo de bits, adequado para a transmissão pela subcamada inferior (PM), inserindo informações que permitirão à camada TC do receptor, recuperar as fronteiras das células transmitidas. Conforme o fluxo de saída vai sendo gerado no item 2, ele vai sendo passado para a subcamada de meio físico (PM) que se encarregará da transmissão de bits pelo meio físico. A subcamada PM tem, como função, a transmissão e a recepção da seqüência contínua de bits pelo meio físico. Ao receber a seqüência de bits transmitidos, essa subcamada simplesmente a repassa à subcamada TC. Ao recebê-la, a subcamada TC, baseada em informações inseridas pela TC Transmissora, recupera as fronteiras das células que são, em seguida, passadas à camada ATM. (SOARES, 1995) Camada ATM Assim como a camada física, a camada ATM (ATM Layer) toma parte no funcionamento de todos os elementos da rede, incluindo os comutadores. As funções dessa camada são especificadas pela recomendação I.150 e incluem:

46 Multiplexação e demultiplexação de células; Adição e remoção do cabeçalho das células; Chaveamento e encaminhamento de células baseado na informação do cabeçalho; Controle genérico de fluxo (GFC) na UNI. (SOARES, 1995). A função primordial da camada ATM é direcionar as informações recebidas, ou seja, enviá-las às camadas superiores, caso tenham chegado ao seu destino final, ou em caso contrário, remetê-las para o próximo ponto da rede, segundo a conexão anteriormente estabelecida. As informações que circulam entre a camada física e a camada ATM estão na forma das células ATM já citadas. E também especifica as funções dedicadas à comutação espacial e temporal dos conjuntos de bits, à geração, extração e adaptação dos bits correspondentes ao cabeçalho da célula e ao controle de tráfego. (CEREDA, 1997: p.27). A figura 16 representa a localização das 3 camadas ATM e especifica as funções desta camada. Figura16: Descrição das Funções de camada ATM (REDES II, 2005)

47 ! 3.4 Conexões ATM Conexões ATM podem ser classificadas de acordo com a forma que é estabelecida e com o número de usuários finais ATM envolvidos em uma transmissão. Segundo a forma como são estabelecidas, existem dois tipos fundamentais de conexões ATM: Conexões Virtuais Permanentes (PVCs - Permanent Virtual Connections) São conexões estabelecidas e encerradas por um mecanismo externo, tipicamente um software de gerenciamento de rede e,geralmente, permanecem ativas por longo tempo. Conexões Virtuais Chaveadas (SVCs - Switched Virtual Connections) - São conexões estabelecidas e encerradas automaticamente através de um protocolo de sinalização e permanecem ativas até que um sinal indique que a conexão deve ser encerrada (REDES DE ALTA VELOCIDADE ATM, 2005) 3.5 Comutação de Células ATM O comutador se forma por várias portas associadas às linhas físicas da rede. Tem como função retransmitir através da porta de saída as células que chegam pelas portas de entrada, mantendo a ordem das células em cada conexão. A

48 tecnologia ATM é baseada no uso de conexões virtuais. O ATM implementa essas conexões virtuais através de 3 conceitos: TP (Transmission Path): é a rota de transmissão física (por exemplo, circuitos das redes de transmissão SDH/SONET) entre 2 equipamentos da rede ATM. VP (Virtual Path): é a rota virtual configurada entre 2 equipamentos adjacentes da rede ATM. O VP usa como infra-estrutura os TP s. Um TP pode ter um ou mais VP s. Cada VP tem um identificador VPI (Virtual Paths Identifier), que deve ser único para um dado TP. VC (Virtual Channel): é o canal virtual configurado, também, entre 2 equipamentos adjacentes da rede ATM. O VC usa como infra-estrutura o VP. Um VP pode ter um ou mais VC s, Cada VC tem um identificador VCI (Virtual Channel Identifier) que, também, deve ser único para um dado TP. A figura 17 ilustra esses conceitos. Figura 17: Demonstração das conexões da tecnologia ATM (TUTORIAL ATM, 2005) Podem-se definir 2 tipos de conexões virtuais:

49 VPC (Virtual Paths Connection): é a conexão de rota virtual definida entre 2 equipamentos de acesso ou de usuário. Uma VPC é uma coleção de VP s configuradas para interligar origem e destino. VCC (Virtual Channel Connection): é a conexão de canal virtual definida entre 2 equipamentos de acesso ou de usuário. Uma VCC é uma coleção de VC s configuradas para interligar origem e destino. A figura 18 demonstra que apenas os identificadores VPI/VCI nas conexões UNI da origem e do destino têm os mesmos valores. Nas conexões NNI entre equipamentos, os valores de VPI/VCI são definidos em função da disponibilidade de VP s ou VC s. Figura 18: Representação de conexão NNI. (TUTORIAL ATM, 2005) Em cada equipamento, as células dos VPC s são encaminhadas de acordo com o seu VPI e, as células dos VCC s, de acordo com a combinação VPI/VCI. A partir dessas conexões virtuais o ATM implementa todos os seus serviços. Em especial, o ATM implementa também os circuitos virtuais (VC) mais comuns, quais sejam:

50 PVC (Permanent Virtual Circuit): esse circuito virtual é configurado pelo operador na rede através do sistema de Gerência de Rede, como sendo uma conexão permanente entre 2 pontos. Seu encaminhamento através dos equipamentos da rede pode ser alterado ao longo do tempo devido à falhas ou reconfigurações de rotas, porém as portas de cada extremidade são mantidas fixas e de acordo com a configuração inicial. SVC (Switched Virtual Circuit): esse circuito virtual disponibilizado na rede de forma automática, sem intervenção do operador, como um circuito virtual sob demanda para atender, entre outras, as aplicações de voz que estabelecem novas conexões a cada chamada. O estabelecimento de uma chamada é comparável ao uso normal de telefone, onde a aplicação de usuário especifica um número de destinatário para completar a chamada e o SVC é estabelecido entre as portas de origem e destino. (TUTORIAL, 2005). Células numa rede ATM são transportadas através de conexões fim a fim em redes ATM que são denominados Virtual Channel Connection VCC (conexão com caminho virtual). Uma VCC é formada pela concatenação de conexões virtuais estabelecidas nos vários enlaces do qual as células serão encaminhadas. Cada célula deve identificar, para o comutador, por qual VCL ( cada conexão virtual em um enlace é denominada de enlace de canal virtual ou Virtual Channel Link - VCL) ela foi enviada, através de alguma informação contida no seu cabeçalho. Os campos VCI e VPI da célula são os responsáveis por essa identificação. Chamam-se, os campos VCI e VPI, em conjunto, de rótulo da célula.(soares 1995). A associação de entradas a cada VCC, nas tabelas de rotas, implica em um volume alto de processamento, tanto no momento da conexão como no momento do

51 encaminhamento. Para reduzir o processamento em alguns nós de comutação, é comum que várias VCCs sejam roteadas pelos mesmos caminhos em determinadas partes da rede. Desta forma, as tabelas de rotas não precisam conter uma entrada para cada VCC estabelecida, mas sim para cada conjunto de VCCs, que seriam comutadas em conjunto formando as VPCs. VPCs são formadas através da concatenação de enlaces de caminho virtual (Virtual Path Link VPL), correspondendo aos diferentes enlaces que, juntos, formam o caminho entre dois pontos. Já que o VPI é apenas uma parte do rótulo da célula utilizada para o seu encaminhamento, podemos imaginar que existem duas camadas de comutação: uma camada inferior, onde apenas o VPI é examinado e uma camada superior, na qual, dado um VCI contido naquele VPI, a comutação poderá ser efetuada. Alguns nós na rede poderão efetuar a comutação baseando-se apenas no VPI (utilizando somente a camada inferior ) enquanto que, outros, farão a comutação baseando-se no rótulo completo (VPI + VCI) conforme a figura 19 abaixo. Figura 19: Comutadores de VC e de VP (REDES II, 2005)

52 Tanto VPCs quanto VCCs podem ser permanentes (também chamados dedicados) ou chaveados (estabelecidos dinamicamente através de procedimento de sinalização). 3.6 Sinalização Pelo fato do ATM ser uma tecnologia orientada à conexão, é necessária a execução de procedimentos de controle independentes da efetiva transferência de dados. Sinalização é a designação genérica para as funções que controlam dinamicamente conexões ATM. Essas funções são implementadas por um protocolo, chamado protocolo de sinalização (REDES DE ALTA VELOCIDADE ATM, 2005). Os mecanismos de sinalização do protocolo ATM são uma parte dos seus mecanismos de controle. As funções principais definidas são as seguintes: Estabelecimento e finalização de conexões ponto a ponto; Seleção e alocação de VPI/VCI; Solicitação de classe de qualidade de serviço; Identificação de solicitante de conexão; Gerenciamento básico de erros; Notificação de informações na solicitação de conexões; Especificação de parâmetros de tráfego.

53 O ATM possui procedimentos de sinalização específicos para essas funções, baseados no envio de mensagens a partir dos equipamentos de acesso (ou de usuário) de origem para os equipamentos de destino, a fim de negociar ao longo da rede o estabelecimento de conexões. É, basicamente, uma evolução dos procedimentos de estabelecimento de chamadas dos sistemas de telefonia convencionais, aplicados às redes de dados, com sinalizações indicando se a conexão pode ser efetuada ou não, se ela deve ou não ser terminada de forma normal ou anormal e o estado da conexão. Sua duração pode ser variável, para uma conexão estabelecida sob demanda e de forma automática, ou permanente, para uma conexão configurada pelo operador, que deve estar sempre disponível. A partir desse conjunto de funções, podem ser estabelecidas as diversas funcionalidades dos serviços existentes no ATM. Entre elas, podem-se citar: Estabelecimento de conexões ponto-a-ponto; Estabelecimento de conexões ponto-multiponto; Estabelecimento de conexões multiponto-multiponto; Estabelecimento de conexões multicast (um para muitos unidirecional).(tutorial, 2005). As conexões em uma rede ATM, como foi visto anteriormente, são de dois tipos: PVC e SVC. No primeiro caso, PVC, os valores VPI/VCI nos switches que participam da conexão devem ser manualmente configurados pelo administrador. Apesar de ser um trabalho tedioso, ele só precisa ser feito uma única vez, pois uma vez estabelecida a conexão, ela fica permanente.

54 A conexão do tipo PVC é uma boa escolha para conexões que estão sempre em uso ou são frequentemente de alta demanda. O outro tipo de conexão, SVC, é uma solução para as requisições de conexões sob demanda. A conexão SVC é estabelecida quando necessária e liberada quando a informação toda chegar ao seu destino. Para apresentar esta característica dinâmica, a conexão SVC utiliza o procedimento de sinalização. A fase de estabelecimento da conexão, também chamada de fase de setup, antecede a transferência de dados. Sua função básica é a de estabelecer um contrato entre o usuário e a rede. Ambos acertam, neste contrato, as características do tráfego da conexão. A execução deste contrato, uma característica fundamental do ATM, ocorre no âmbito de dois conjuntos de parâmetros. O primeiro, chamado de parâmetro de tráfego, especifica grandezas como taxa máxima de bits, taxa sustentada (média) de bits, tolerância a rajadas e fontes geradoras de fluxo de dados (vídeo, voz e etc). O segundo parâmetro particulariza ainda mais o fluxo de dados com a intenção de atribuir um Quality of Service QoS à conexão. O estabelecimento destas informações garante ao usuário, de um lado, que a rede fornecerá um tipo de serviço conhecido e previsível, com o qual o usuário poderá contar. De outro lado, permite à rede avaliar, na fase de setup, se o serviço requerido poderá ser suportado sem prejuízo dos parâmetros QoS das conexões já existentes. Esta é uma possibilidade que pode ser verificada através da execução de uma função de controle chamada CAC (Controle de Admissão da Conexão). Caso em uma conexão hipotética existam switches, todos estes switches devem aceitar os parâmetros atribuídos na fase de setup para que a conexão seja estabelecida.

55 Outra função importante, derivada dos dados fornecidos durante a fase de setup, é o policiamento do usuário, realizado durante a transferência de dados, para verificar se este permanece dentro dos limites estabelecidos pelo QoS. Em seguida à fase de setup, vem a segunda fase da conexão, que corresponde à transferência de dados propriamente dita. Por fim, finalizando o processo, tem-se uma fase de encerramento da conexão para a liberação dos recursos que estavam alocados para conexão em questão. Portanto, por sinalização entende-se a designação genérica para as funções que controlam, dinamicamente, as conexões ATM, que são implementadas por um protocolo conhecido como protocolo de sinalização. Como este protocolo é distinto dos que são utilizados na transferência de dados e, geralmente, é executado em fases diferentes, designa-se o protocolo de sinalização como um protocolo fora de banda, pois ele não compartilha da mesma faixa de passagem ocupada pelos dados de uma conexão. 3.7 Camada de Adaptação ao ATM A camada de adaptação (ATM Adaptation Layer - AAL) tem, como função, compatibilizar e oferecer os serviços desejados pelas camadas superiores. Sua função principal é segmentar os dados em células ATM. A AAL é a primeira camada de protocolo fim a fim no modelo de referência da RDSI-FL, como ilustrado na figura 20 abaixo.

56 Figura 20: Camada AAL, Conexão fim a fim (REDES II, 2005) A AAL é divida em duas subcamadas : a subcamada de Segmentação e Recomposição (Segmentation and Reassembly SAR) e a Subcamada de Convergência (Convergence Sublayer CS), conforme a figura 21. Figura 21: Representação da camada AAL (REDES II, 2005). Subcamada de Segmentação e Recomposição (Segmentation and Reassembly Sublayer) - Especifica as funções dedicadas a decompor as mensagens oriundas das camadas superiores, de forma a adapta-las para o envio à camada adjacente inferior (camada ATM) equivalentemente, há as funções dedicadas a recompor as mensagens, a partir dos conjuntos de bits recebidos da camada inferior. Subcamada de Convergência (Convergence Sublayer) - Especifica as funções dedicadas a propiciar serviços típicos da camada de transporte do modelo

57 ! OSI às aplicações das camadas superiores. Ou seja dependendo do tipo de serviço, pode efetuar as tarefas de : multiplexação de serviços, detecção de perdas de células e recuperação da relação temporal da informação original no destino. 3.8 Classes de Serviço O ITU T definiu quatro classes de serviços: da Classe A à Classe D. O ATM Fórum definiu mais uma classe : a Classe X. Ver a figura 22. Figura 22: Classes de serviços definidas na recomendação I.362 do ITU-T e protocolos de adaptação ao ATM (REDES II, 2005). Classe A Classe utilizada para emulação de circuitos. (Aplicações que necessitam de serviços isócronos com a transmissão de voz e vídeo a taxas constantes, sem compressão ou compactação). Classe B Esta classe é, basicamente, destinada para tráfego de voz e vídeo cujas reproduções são feitas à taxa constante, mas que podem ser codificadas com taxas variáveis através de compressão e compactação. Classe C Serviços de Classe C são os tradicionais serviços encontrados em redes de comutação de pacotes com conexão como X.25, por exemplo.

58 São serviços não isócronos orientados à conexão, onde a variação estatística do retardo não cause maiores problemas. Serviços de classe D: são serviços sem conexão e com taxa variável. Correspondem aos serviços sem conexão das redes de dados, como os de interconexão de redes com TCP/IP. Classe X A classe X define um serviço orientado à conexão ATM. A camada AAL, neste caso, não tem função Categorias de serviços A Figura 23 representa as categorias de serviços existentes na tecnologia ATM. A classe CBR (Constant bit rate taxa constante) é a categoria utilizada para a transmissão de voz. Figura 23:Categorias de serviços ATM (REDES II, 2005)

59 3.8.2 Tipos de AAL Existem cinco tipos de AAL: AAL 0: É conhecida também com AAL nula e corresponde ao processo que conecta o usuário da AAL diretamente ao serviço oferecido pela camada ATM. Esse tipo representa a ausência de funções da camada AAL, representando o fornecimento de serviços da camada ATM; AAL 1: A AAL 1 é utilizada para serviços de classe A. Esses serviços são para tráfego de taxa constante (CBR), onde o sincronismo existente na origem deve ser reproduzido no destino. As funções da AAL 1 são: O recebimento de informação na origem e o seu empacotamento em unidades do tamanho do campo de informação das células para a transmissão através da rede. A entrega da informação ao usuário no outro lado da rede, mantendo a sincronização existente na origem. AAL 2: É utilizada para prover os serviços de classe B, isto é, serviços para dados com tráfego de taxa variável. Vídeo e áudio compactado ou comprimido são os exemplos mais comuns desta classe. AAL 3/4: A AAL 3/4 fornece suporte para serviços de Classe C (com conexão) e classe D (sem conexão). Originalmente, dois tipos de AAL foram propostos para o suporte às classes C e D: a AAL 3 e a AAL 4, respectivamente. Esses dois tipos foram combinados durante o processo de definição das normas, quando se concluiu que vários procedimentos comuns eram executados a ambas as classes de serviço.

60 Entre estes se incluem as funções associadas à subcamada SAR e mais algumas das funções executadas pela subcamada CS. AAL 5: Originalmente denominada SEAL (Simple and Efficient Adaptation Layer), a AAL 5 foi elaborada para operar de forma mais eficiente que a AAL 3/ Utilização dos Protocolos ATM Quando do surgimento da tecnologia ATM havia a expectativa de que ela conviveria por pelo menos uma década com as infra-estruturas que já existiam para as LANs e WANs. E para o futuro esperava-se que as novas infra-estruturas já fossem definidas para o modelo ATM. Por este motivo, de convivência com outras tecnologias, fez-se necessária a utilização de cenários alternativos com o objetivo de promover a conectividade e a interoperabilidade da tecnologia ATM e das tecnologias empregadas nas LANs e WANs da época Interoperabilidade Com Redes Locais São diversas as interoperações com redes locais, a saber: a) Operação em modo nativo: Neste método, os protocolos da camada de rede estão colocados diretamente sobre a infra-estrutura ATM e tem como vantagem, a possibilidade de os protocolos de rede explorarem propriedades da tecnologia ATM como o suporte a QOS, por exemplo. Mas tem como desvantagem o fato de requerer, obrigatoriamente, modificações dos drivers que implementam a interface da camada já existente.

61 b) Protocolos utilizados em modo nativo: IP Clássico sobre ATM: Especificada pela RFC 1577, o IP Clássico sobre ATM aborda dois aspectos essenciais: O encapsulamento dos pacotes ; A resolução dos endereços. A RFC 1577 especifica que a implementação do IP Clássico deve suportar o método de encapsulamento conhecido como IEEE Esse é um método de encapsulamento em que um cabeçalho padrão, chamado LLC/SNAP, é adicionado em cada pacote encapsulado. Este cabeçalho que contém 8 octetos identifica o tipo do protocolo associado ao pacote encapsulado. A RFC 1577 define, também, como 9180 octetos o tamanho default da unidade máxima de transferência a ser utilizada pelos usuários no ambiente IP Clássico. Uma vez que o cabeçalho possui 8 octetos, o campo de dados do pacote AAL5 será 9188 octetos. De qualquer forma o limite máximo do tamanho do campo de dados do AAL5 é de octetos. No tocante à resolução de endereços, a RFC 1577 define dois protocolos: ATMARP (ATM Address Resolution Protocol) e INATMARP (Inverse ATM Address Resolution protocol). O protocolo ATMARP é que permite a obtenção do endereço ATM de um TE (Terminal Equipament) a partir do seu endereço IP. Por outro lado, o protocolo InATMARP realiza a operação inversa. Os pacotes InATMARP e ATMARP são encapsulados em pacotes AAL5 assim como os pacotes I P, ou seja utilizando o método LLC/SNAP. MPOA ( Multiprotocolo sobre ATM)- As especificações do ATM Fórum e IETF para o protocolo MPOA faz uso dos esquemas(das especificações) do IP Clássico sobre ATM e também do protocolo IETF NRHP (Next Hop Resolution

62 Protocol). O protocolo MPOA apresentou-se como sendo uma solução de roteamento na camada de rede que integra protocolos e padrões que existiam para fornecer as funcionalidades do roteamento sobre switches de redes ATM. A especificação MPOA é composta por: LANE, NHRP e o roteador virtual. O roteador virtual emula as funcionalidades das redes de roteamento tradicionais, mas sem as limitações existentes do desempenho do roteametno hop-by-hop. Para tal, conexões de atalho são estabelecidas sobre a estrutura ATM para qualquer host ou dispositivo de borda (edge device) com suporte ao MPOA, independente da sub-rede à qual pertença. (REDES II, 2005). Com a utilização do protocolo de interoperabilidade MPOA, é possível identificar os fluxos de dados e fazer o mapeamento nos canais virtuais da rede ATM, isto é, realizar uma espécie de roteamento sem saltos. De forma geral, o protocolo MPOA se mostra como uma alternativa superior à LANE e ao Classical IP, porque possibilita que múltiplos protocolos possam se rotear nas redes ATM. A vantagem do MPOA é a facilidade de gerenciamento, o suporte ao QOS, redução do tráfego broadcast e utiliza o roteamento na camada 3 separando as tarefas de roteamento e comutação. Por tudo isso, observa-se que este protocolo utiliza-se mais das vantagens da tecnologia ATM, porém tem no LANE e no IP Clássico, tecnologias mais antigas e já implementadas por diversos fabricantes Método Emulação de LANs O objetivo deste método de interoperabilidade com ATM, é oferecer à camada de rede os mesmos serviços e interfaces oferecidos pelos protocolos existentes da subcamada MAC, de forma a esconder a infra-estrutura ATM subjacente. Sua

63 vantagem é o fato de permitir que os protocolos usados, continuem em uso, não havendo necessidade de qualquer alteração de seus drivers. Sua desvantagem é que, ao esconder as propriedades típicas da infra-estrutura ATM, a emulação de LAN impede que os benefícios da tecnologia ATM sejam explorados pelos protocolos e pelas aplicações que as utilizam Emulação de LAN sobre ATM Para esta implementação, foi previsto pelo ATM Fórum, a inserção de uma camada adicional que é introduzida imediatamente acima da camada de adaptação; neste caso, a partir do protocolo AAL5. Uma vez que as características de broadcast e multcast típicas das LANs opõem-se à natureza orientada pela conexão das redes ATM, cabe ao ambiente de Emulação de LAN oferecer recursos para a emulação das características originais das LANs apontadas acima. Conforme as especificações do ATM Fórum, cada ELAN é composta pelas entidades descritas abaixo: LEC (LAN Emulation Client): LEC é a entidade que, nos TEs ATM, executa as funções de transferência de dados, resolução de endereços e outras funções de controle. É ela que fornece ás Camadas superiores as interfaces de serviço que emulam a subcamada MAC das ELANs. LES (LAN Emulation Server): LES é a entidade responsável pelas funções de coordenação e controle da ELAN. Ele fornece recursos para o registro e a resolução de endereços MAC (Associação entre os endereços MAC e os correspondentes endereços ATM).

64 BUS (Broadcast and Unknown Server): É a entidade que manipula todo o tráfego broadcast e multicast na ELAN. LECS (LAN Emulation Configuration Server) É a entidade responsável pela atribuição dos LECs individuais a deferentes ELANs. De forma geral a operação de Emulação de LANs pode ser explicada de acordo com Cereda (1997). O LEC formula uma solicitação LE_ARP, que é o protocolo (LAN Emulation Address Resolution Protocol) utilizado pelos LECs para encontrar o endereço ATM correspondente a um dado endereço MAC, e a envia ao LES: Se o LES é capaz de reconhecer o mapeamento solicitado, ele pode enviar a resposta diretamente ao LEC que a solicitou; Se o LES não consegue resolver a solicitação, ele a repassa para todos os LECs associados, esperando uma resposta daquele que conheça o endereço MAC considerado; Se, numa transmissão, o LEC não conhece o endereço ATM de destino, antes de iniciar a transferência dos dados ele envia ao LES uma solicitação LE_ARP. Enquanto espera pela resposta, o LEC transfere todo o tráfego para o Bus, utilizando a conexão bidirecional existente entre eles. No caso mais geral, o BUS repassa esse tráfego para todos os LECs, num procedimento conhecido como inundação (ou flooding), imitando desta maneira, o caráter não-orientado á conexão das redes originais emuladas.

65 4 VOZ SOBRE ATM Neste trabalho, observou-se que a tecnologia ATM, é um método de chaveamento capaz de transmitir células de tamanho fixo. Têm-se como características básicas do ATM: Células de tamanho fixo de 53 bytes; Serviços orientados à conexão; Suporta múltiplos tipos de serviços na mesma rede; Aplicável para tráfego em LAN e WAN; Utiliza circuitos virtuais; Minimiza o atraso (delay) e a variação do atraso (jitter) (CISCO SYSTEMS, 1999/2000). Dessa forma, a figura 24 representa, graficamente, os serviços oferecidos pela tecnologia ATM. Figura 24: integração de serviços (CISCO SYSTEMS, 1999/2000)

66 O serviço de voz faz parte da classe RT-VBR (Real Time Variable Bit Rate), esta classe de serviço tem prioridade de transmissão em relação às outras classes de serviços. 4.1 Banda exigida para VoATM A banda para transmissão exigida pelos serviços de voz, depende dos algoritmos de compressão e mais o cabeçalho exigido, de acordo com a rede a ser transmitida. A tabela 1 apresenta a largura de banda exigida na transmissão de voz usando as conexões ATM: TIPO DE INFORMAÇÃO LARGURA NOMINAL LARGURA EXIGIDA PARA VOATM Voz com QoS normal 8 Kbps 14,13 Kbps Voz com QoS melhor 12 kbps 21,2 Kbps Tabela 1: Largura de Banda Exigida pela voz (Cisco Systems, 1999/2000) O cálculo para determinar a largura de banda exigida pela tecnologia ATM segue abaixo: Já que dos 53 bytes de uma célula ATM, 30 bytes são de carga útil (payload) e 23 bytes são de cabeçalho (overhead), tem-se: Voz normal Voz com qualidade 30 Kbps 53 Kbps 30 Kbps 53 Kbps 8 Kbps X 12 Kbps X 8 x 53 / 30 x X 12 x 53 / 30 x X X = 14,13 Kbps X = 21,2 Kbps

67 ! Portanto, de acordo com a tabela 1 e os cálculos descritos acima, para tráfego de voz com a QoS normal é exigida uma largura de banda de 14,13 Kbps e, para tráfego de voz com um melhor QoS, é exigida uma largura de banda de 21,2 Kbps (CISCO SYSTEMS, 1999/2000). Quando a voz é encapsulada para transmissão em ATM, a célula apresenta os seguintes componentes: 5 bytes de cabeçalho ATM; 4 bytes de cabeçalho de voz; 30 bytes de carga útil (a voz em si); 14 bytes de cabeçalho diversos (preenchimento). Isso pode ser melhor visualizado na figura 25 abaixo: Figura 25: Encapsulamento de Voz Sobre ATM (Cisco Systems, 1999/2000). As células ATM reduzem o atraso (delay) e, o jitter, em relação a pacotes de tamanho variável, por possuírem buffers de tamanho fixo, não precisam nem calcular o tamanho da célula, nem realizar o processo de fragmentação e remontagem.

68 4.2 Encapsulamento Quando as aplicações de voz chegam à partir das camadas superiores, representada na Figura 26 como mensagem, a subcamada de convergência, começa a tratar esta mensagem de forma a dar condições da mesma ser transmitida pelo protocolo ATM. Sendo assim, a subcamada CS coloca o cabeçalho referente a esta subcamada, na figura 26 nomeado como cabeçalho A. Em seguida, a subcamada de segmentação e remontagem (SAR) também se encarrega de adicionar o cabeçalho B referente a esta subcamada; então, a célula já possui 48 octetos (REDES II, 2005) Figura 26: Encapsulamento (REDES II, 2005) É na camada ATM que são adicionados 4 octetos, podendo ser visualizado na Figura 26 como cabeçalho C e o envio da célula para a camada física. Neste

69 momento, (figura 27) a subcamada TC é responsável por delimitar as células, gerar o cálculo do CRC e a inserção do HEC, quando a célula, finalmente, com 53 octetos, pode ser transmitida. Figura 27: Distribuição na Camada Física (REDES II, 2005) A camada PM, então, é a responsável pela adequação dos bits ao meio e, se necessário, a conversão eletro-óptica. A figura 28 representa de maneira simplificada, uma informação de voz sendo segmentada e transmitida numa rede ATM. Figura 28: Demonstração Das Células Prontas Para Transmissão (CISCO SYSTEMS, 1999/2000)

70 4.3 Detalhamento dos Níveis de Adaptação ATM Projetados Para Transmissão de Voz. Os diferentes tipos de Adaptação ao ATM foram desenvolvidos para diferentes tipos de tráfego, cada um com suas vantagens e desvantagens. Esta parte do estudo trata, especificamente, do AAL1 (para taxa constante CBR) e o AAL2 (para taxa variável RT-VBR). O AAL1 foi projetado para transmissão de voz. Uma vez que a voz é tolerante a erro, não é necessário o CRC (controle de erro). Porém, as células ATM contendo voz devem chegar aos seus destinos na mesma seqüência que foram enviadas na sua origem, além de terem que chegar a uma taxa constante de transmissão. O AAL1 é que garante a seqüência das células, pois se não houvesse essa garantia, o transmissor poderia, por exemplo, enviar a palavra OBA e o receptor poderia receber BOA. Numa célula ATM é possível transportar amostras de voz com bits de fontes diferentes. Já que a voz precisa ser transmitida de forma síncrona e sem atraso, se o transmissor emitir poucas amostras de voz, pode ser que algumas células sejam completadas parcialmente. Mas, o AAL1 foi planejado de forma a corrigir esse fato: ele insere números de seqüência nas células, identifica que porção da célula está transportando voz e qual porção está vazia, serviço ao qual é dado o nome de Modo de Serviço Fluinte. A figura 29 mostra a estrutura da SAR (Subcamada de quebra e remontagem) para o protocolo AAL1; nela pode-se observar o SN (número de seqüência), com 3 bits para identificação da seqüência das células, impedindo que as mesmas sejam completadas parcialmente.

71 Figura 29: Célula ATM no Nível de Adaptação ATM - ProtocoloAAL1 (WIRTH, Modificado) Através do protocolo AAL1, foi possível executar emulação de circuitos sobre os backbones ATM para tráfego de voz. Este tipo de conexão carregaria tipicamente circuitos transparentes fim a fim entre switches de voz TDM ou PBX digital. Mas, isso não é muito eficiente, porque não há otimização na largura de banda disponível, já que as conexões AAL1 alocam a largura de banda, mesmo quando não está sendo usada. Reconhecendo que o AAL1 teve limitações o ITU-T(International Telecommunications Union) desenvolveu um outro protocolo de AAL (WIRTH, 2002). O AAL2 foi criado para transmitir dados RT-VBR (classe Real Time-Variable Bit Rate); garante banda passante sob demanda, com uma taxa de transmissão variável. No caso de transmissão de voz em uma videoconferência, não se pode usar a classe CBR e o AAL2 é utilizado pois, além de transmitir o som da voz, devese transmitir, também, a imagem. Neste caso, é necessário tanto o sincronismo quanto o sequenciamento das células, além da necessidade do CRC.

72 A figura 30 identifica a estrutura da célula ATM na camada de adaptação utilizando o protocolo AAL2, nela nota-se a existência do CRC, além do IT (Tipo de informação) que diz se é uma célula inicial, intermediária ou final da composição de uma tela. Figura 30: Célula ATM no Nível de Adaptação ATM Protocolo da AAL2 (WIRTH 2002, modificado) O padrão do tipo 2 da camada de adaptação ao ATM, por suportar a classe CBR e RT-VBR, é aplicável a uma variedade maior de serviços. O AAL2 fornece uma largura de banda eficiente na transmissão, ou seja, o AAL2 vai além do AAL1 e os usuários podem emitir o tráfego em taxas variáveis, dependendo da disponibilidade da informação, satisfazendo aplicações sensíveis ao atraso como a voz. O protocolo AAL2 possui um sistema de multiplexação estatística, para otimizar o uso dos recursos disponíveis na rede, ao contrário do alocamento fixo do

73 AAL1. Com AAL2, a banda não utilizada pode ser alocada para outras demandas de tráfego. Sendo assim, múltiplos canais de voz com banda variando, podem ser transmitidos em uma única conexão ATM. Conforme apresenta a Figura 31, o AAL2 suporta tamanhos variáveis de payload em cada célula, permitindo que diversos pacotes pequenos de fontes diferentes ou de período de tempo diferentes, sejam encapsulados em uma única célula ATM (WHITE PAPER, 2005). Figura 31: Multiplexação Estatística do Protocolo AAL2 (WHITE PAPER, 2002)

74 4.4 Redes de Voz Convencional Versus Redes Integradas Voz/Dados Esta parte do trabalho começa por uma discussão caracteristicamente comum, tanto para redes integradas de voz e dados, quanto para redes de voz convencionais: sinalização, endereço, roteamento e o custo efetivo. Porém, uma característica não é comum: o atraso (delay), que é relevante para as aplicações integradas. O custo benefício de uma rede integrada será de pouco valor, se a qualidade da voz transmitida nestas redes for baixa. Os recursos compartilhados devem ser corretamente projetados para acomodar as exigências críticas de ambos os tipos de tráfego (CISCO SYSTEMS, 1999/2000). Na rede de voz convencional, o atraso não é o maior problema, mas, em se tratando de voz em redes integradas, o atraso é reconhecido como um fator que afeta a qualidade da transmissão de voz. O grande colaborador deste atraso (delay) é a propagação do atraso ou variação do atraso (jitter). Esta propagação pode ser entendida como o tempo que leva um sinal de voz transmitido pelo meio físico a determinadas distâncias. Quando a distância é curta, a propagação do atraso é insignificante, mas se a distância é grande, a propagação do atraso é levada em consideração. Por exemplo uma chamada telefônica de Munique para Frankfurt tem 1ms de atraso, mas, uma chamada de Munique a Los Angeles tem um atraso de 32 ms. A adição de equipamentos de voz e o atraso inerente das redes, fazem do atraso (delay) um fator crítico de gerenciamento, quando se integra voz em redes de dados. Atualmente, a voz em redes integradas utiliza sinalização, endereçamento e distribuição para estabelecer comunicação entre usuários finais:

75 Redes de voz têm sido projetadas para limitar o atraso e a variação do atraso; A voz tem trafegado integrada a dados porque estes não são sensíveis ao atraso como o trafego de voz. Deve ser observado que o atraso de empacotamento depende do comprimento do pacote; em intervalos de 32 a 64 Bytes, a eficiência de transmissão é maior e, por isso, VoATM possui diversos mecanismos para controlar o atraso e a variação do atraso. A potencialidade do QoS do ATM está na utilização da célula ATM de 53 Bytes, que reduz os buffers internos nos nós de comutação. Buffer pequeno garante um atraso pequeno e o jitter pode ser controlado, limitando os atrasos decorrentes das filas, por ser uma célula pequena e de tamanho fixo (CISCO SYSTEMS, 1999/2000) Aplicação de Voz Em Dados Hoje, há diversas alternativas atrativas à telefonia pública convencional e às linhas alugadas; dentre estas, as mais interessantes são as tecnologias de transmissão de voz sobre as redes de dados como VoATM. A voz aparece na rede como dados e assim pode ser transportada sobre as redes normalmente reservadas a dados, onde os custos são freqüentemente menores do que as redes de voz. A voz encapsulada usa menos largura de banda que a voz convencional, visto que a voz convencional exige 64 Kbps e, a voz encapsulada, necessita freqüentemente menos de 10 Kbps. Em muitas empresas, há uma capacidade suficiente de reserva em redes de dados, que poderiam ser utilizadas no tráfego de voz com custo nulo, mas estas redes podem ser usadas sob dois contextos: pela dispersão geográfica da empresa

76 e pelo tipo de serviço. A economia e a tecnologia destas empresas podem não ser afetadas por estes fatores separadamente, mas, em algumas áreas com a combinação dos dois contextos, pode haver um ganho considerável. As telecomunicações nos países são reguladas por administrações nacionais ou por órgãos governamentais, ambos baseados em regulamentos locais. Em alguns países como os EUA, pode haver níveis de autoridade de regulamentação, mas, em todos os casos, é importante que haja um planejamento de negócio sobre os uso de redes de dados para voz, para se assegurar que esteja operando conforme todas as leis e regulamentos na área de rede. Esse assunto normalmente requer uma pesquisa direta, mas o status atual dos regulamentos pode ser generalizado como segue: Chamadas telefônicas usando redes integradas dentro de um país, em uma mesma empresa, é normal; as chamadas externas para esta mesma empresa, desde que seja de empregados, clientes e fornecedores e representem o negócio da empresa, ficam sob regulamentação local; Chamadas internacionais entre empresas de uma mesma companhia são, normalmente, toleradas pelos órgãos regulamentadores; O uso de redes integradas para ligações públicas, fica sujeito à regulamentação; Quando a rede integrada é usada para chamadas públicas entre países, a origem fica sujeita aos regulamentos nacionais nos países envolvidos e também a todas as provisões do tratado internacional de chamadas. Dessa maneira, fica seguro dizer que, as empresa poderiam empregar voz em redes integradas e as linhas tradicionais das companhias telefônicas não perderiam seu motivo de existência, sendo empregadas normalmente (TERABRIDGE, 2005).

77 ! A tecnologia ATM é também utilizada como infra-estrutura para transporte de voz sobre IP, conhecido como VoIP; este método de transmissão de voz também por pacotes é, atualmente, muito utilizado e conhecido, mas, tão grande é a sua descrição que fica, então, aberto para uma outra pesquisa. 4.5 VoATM como Negócio A tecnologia ATM transporta dados, voz e vídeo em pacotes de tamanho fixo com grande habilidade e segurança. Já que os pacotes de voz passam através da rede ATM em seu formato digital, existe a oportunidade de se executarem processos adicionais nesses pacotes, tais como: compressão, supressão de silêncio, criptografia e conversão. O mercado do ATM começou considerar estes serviços como valor agregado e os tem oferecido aos clientes. O crescimento da Internet e a demanda por dados e serviços mais avançados, causaram problemas aos sistemas PSTN (Public Switched Telephone Network). O PSTN foi projetado, originalmente, para assegurar chamadas com duração relativamente curtas e, por isso, houve uma distribuição estatística de troncos de acordo com a quantidade de usuário de uma determinada região. Porém a duração média de uma chamada por um usuário de Internet discada excede os parâmetros de projeto do PSTN original. Isso faz com que se reduza a disponibilidade do serviço em algumas regiões, o que é contrário a lei. A única maneira que as companhias telefônicas podem resolver esta questão utilizando a tecnologia TDM, seria adicionar mais troncos T1 (padrão americano para transmissão de 1540 Kbps), o que é uma solução cara (TERABRIDGE, 2005).

78 VoATM permite contornar esse problema e assegura mais tráfego porque os circuitos usados para transportar voz são virtuais, isto é, são definidos somente por um caminho lógico, por um canal virtual da rede ATM. A tecnologia ATM fornece a largura de faixa na demanda exigida por suas switches; assim cada chamada tem seu próprio caminho virtual através da rede e pode ser faturado, baseado em quantidade de pacotes realmente transmitidos. As amostras de voz podem ser transmitidas com segurança e flexibilidade ao seu destino, sem estar sob circuitos de troncos caros, amarrando as chamadas de outros usuários. Hoje em dia os negócios exigem custo baixo e largura de banda elevada. VoATM tem o retorno de, quase duas vezes o investimento, com equipamentos TDM. A garantia desta demanda permitiu às operadoras adicionarem capacidades e facilidades aos seus clientes, bem como, em certos casos, repassar algumas destas economias aos usuários. Como fator adicional, a viabilidade da tecnologia de VoATM tem a maioria dos principais fornecedores de produtos de telefonia, projetos que são encaminhados para desenvolverem redes que suportarão a exigência do mercado. Entretanto, a maioria das execuções, na atualidade, são altamente proprietárias e incompatíveis entre si. Muitos fornecedores menores já têm produtos que podem ser usados como componentes de uma rede de VoATM.

79 5 CONCLUSÃO O surgimento da tecnologia ATM adveio, da necessidade de se integrar em uma única rede, serviços de voz, vídeo e dados, utilizando os mesmos meios físicos. Tudo isso se deveu principalmente ao crescimento da Internet que passou a exigir mais largura de banda na transmissão de dados cada vez mais complexos. A perspectiva de uma integração das infra-estruturas de redes e de telecomunicações começa, finalmente, a tomar forma. Mas, este processo ainda está à espera de uma normalização da gestão de comunicações de voz com base em ATM e em IP. Outro entrave é a base legada (instalada). Apesar de a integração entre telecomunicações e redes já ter começado há vários anos, ainda é possível observar nos dias de hoje que, a realidade da utilização da voz por meio da tecnologia ATM entre TEs, não é utilizada em larga escala como se imaginou na década de 80. A tecnologia ATM vem sendo utilizada como backbone de redes locais e de longa distância, também por permitir uma fácil integração com outras tecnologias como Ethernet, Frame Relay, FDDI. O que muitas empresas fizeram foi implantação do ATM no backbon, sem a necessidade de modificar a rede já instalada, na grande maioria, baseada no padrão Ethernet. Esta integração tornou-se possível porque houve o desenvolvimento dos diversos protocolos (Classical IP, LANE e MPOA) para traduzirem as características intrínsecas em cada tecnologia, fazendo com que elas sejam incorporadas à tecnologia ATM.

80 A tecnologia ATM confere alta escalabilidade sobre o aumento do número de nós na rede e ao aumento de largura de banda. Confere baixa latência, principalmente, devido ao tamanho pequeno e à seqüência ordenada das células. Finalmente, tem como característica, o funcionamento com altas velocidades de transmissão, com padrão de 155 Megabits, passando por altas taxas com 622 Megabits até 2 Gigabits. É interessante comparar o ATM com o Ethernet, cujo padrão mínimo é de 10 Megabits, o fast Ethernet de 100 Megabits, o que ainda está abaixo da velocidade mínima do ATM no backbone. Embora o Gigabit Ethernet, atualmente, funcione com velocidades de 1 e 10 Gigabits, nem sempre seu desempenho é tão bom quanto o ATM, devido às características que são exclusivas do ATM. Conclui-se que, apesar de todas as vantagens viabilizadas pelo sistema de voz sobre ATM descritos neste trabalho, os avanços tecnológicos possibilitaram a criação de novas formas de transmissão de voz via rede de computadores, com qualidade e velocidades similares às do ATM, oferecendo ainda, as vantagens de custos menores e redução de tempo transacional, como detalhes que favorecem ao usuário. Como ao usuário, muitas vezes, interessam os custos, esta alternativa pode se apresentar mais pragmática. Entretanto, o ATM tem implícito em seu sistema geral de transmissão de voz, um rico legado em termos de infra-estrutura, haja vista que, foi criado com bases em alta qualidade, segurança e velocidade de transmissão de serviços integrados e que serve de paradigma para as recriações atuais visando a mesma finalidade. Este estudo delimitou o seu desenvolvimento sobre um tema amplo, pois, a transmissão de voz sobre ATM tem extensos espaços para explorações que não cabem nesta pesquisa. Há, portanto, viabilidade de se dar continuidade a este

81 estudo, com a finalidade de complementação de dados que possam ser utilizados como parâmetros comparativos, entre as diversas tecnologias de transmissão de voz, como por exemplo : o VoIP, o VoADSL e o VoIP over WiFi, com a tecnologia VoATM.

82 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CARVALHO, Tereza C.M. de B. Tecnologias Convergentes, Laboratório de Arquitetura e Redes de Computadores LARC/PCS/EPUSP. [email protected] CEREDA, Ronaldo L. D. et. Al. ATM, O Futuro das Redes. São Paulo: Makron Books, 1997 CVOICE. Apostila. Cisco Voice over Frame Relay, ATM, and IP. Vol. 2. Version 1.0. Student Guide. Text Part Number: Cisco Systems, Inc. USA: 199/2000. GROSSMANN, Bernard Dr. Et al. Quality of Service in Voice over Packet Infrastructures. (Apostila White Paper). SIEMENS Information Communication Networks. August, LEAN ABOUT ATM. Acessado em 12 de Maio de 2005 Disponível em: REDES DE ALTA VELOCIDADE- ATM. Acessado em 15 de Março de 2005.Disponível em: SOARES,Luiz F. G.; LEMOS, Guido; COLCHER, Sérgio. Redes de Computadores. Das LANs, MANs e WANs às Redes ATM. 7ª ed. revista e ampliada em Rio de Janeiro: Campus, STTALLINGS, Willian. Data & Computer Communications. 6ª ed. New Jersey. TANENBAUM, Andrew. Redes de Computadores. Rio de Janeiro: Campus, TERABRIDGE. Voice Telephony Over Asynchronous Transfer Mode (VToA). Acessado em 17 de Julho de Disponível em: Web ProForum Tutorials

83 TUTORIAL ATM, Acessado em 12 de Maio de 2005 Disponível em: WIRTH, Almir. IT MASTER. Tecnologias de Rede & Comunicação de Dados. Rio de Janeiro: Alta Books, 2002 SITES ACESSADOS: Acessado em 17 de Maio de Acessado em 17 de Maio de Acessado em 17 de Maio de Acessado em 13 de Maio de Acessado em 07 de Março de Acessado em Março de Acessado em Março de Acessado em 12 de Maio de Acessado em 12 de Maio de Acessado em Maio/ em Maio de Acessado em 17 de Julho de FONTES ACESSADAS PARA FIGURAS Figura 1 Produção de voz humana, acessado em 12 de Maio de Disponível em:

84 Figura 2 Aparelho Fonador. Acessado em 12 de Maio de Disponível em: Figura 3: Telefonia Digital. Acessado em 12 de Maio de 2005 Disponível em: Figura 4: Digitalização de um sinal analógico. Acessado em 12 de Maio de 2005 Disponível em: Figura 5: Amostragem. Acessado em 12 de Maio de 2005 Disponível em: Figura 6: Amostragem. Acessado em 12 de Maio de 2005 Disponível em Figura 7- Quantização E Codificação, Acessado em 12 Maio de 2005 Disponível em: Figura 8 - Quantização E Codificação, Acessado em 12 Maio de 2005 Disponível em: Figura 9 - Redes II. Acessado em Maio de Disponível em Figura10: Apresentação de uma Rede ATM. Acessada em Maio de 2005 Disponível em Figura 11 Camadas ATM. Acessado em Maio de 2005 Disponível em

85 Figura 12: Modelo de Referência Tridimensional. Acessado em Maio de 2005 REDE II, Disponível em: Figura 13: Célula ATM. Acessado em Maio de 2005 Disponível em: Figura14: Formato das células ATM para UNI e NNI. Acessado em Maio de 2005 Disponível em: Figura 15: Camada Física. Acessado em 17 de Maio de Disponível em: Figura16: Descrição das Funções de camada ATM. Acessado em Maio de Figura 17: Conexões da tecnologia ATM. Acessado em Maio de Disponível em: Figura 17: Demonstração das Conexões da Tecnologia ATM. Acessado em Maio de Disponível em: Figura 18: Conexão NNI. Acessado em Maio de Disponível em: Figura 19: Comutadores de VC e de VP. Acessado em Maio de 2005 Disponível em: Figura 20: Camada AAL. Acessado em Maio de Disponível em: Figura 21: Camada AAL, Acessado em Maio de Figura 22: Protocolos de Adaptação ao ATM. Acessado em Maio de 2005.

86 Disponível em: Figura 23: Categorias de serviços ATM. Acessado em Maio de Disponível em: Figura 24: integração de serviços (CISCO SYSTEMS, 1999/2000) Figura 15: Encapsulamento de Voz Sobre ATM (CISCO SYSTEMS, 1999/2000) Figura 26: Encapsulamento (REDES II, 2005) Disponível em: Figura 27: Distribuição na Camada Física (REDES II, 2005). Acessado em Maio de Disponível em: Figura 28: Demonstração Das Células Prontas Para Transmissão (CISCO SYSTEMS, 1999/2000) Figura 29: Célula ATM no Nível de Adaptação ATM Protocolo AAL1 (WIRTH, 2002; modificado) Figura 30: Célula ATM no Nível de Adaptação ATM Protocolo da AAL2 (WIRTH, 2002; modificado)

87 !