Donato Marino - Blog UGF Redes

Universidade Federal do Rio de Janeiro
Núcleo de Computação Eletrônica
Donato Antonio Marino Junior
REDES METRO ETHERNET:
Uma Visão Geral da Tecnologia
Rio de Janeiro
2005
Donato Antonio Marino Junior
REDES METRO ETHERNET:
Uma Visão Geral da Tecnologia
Monografia apresentada para obtenção do título de
Especialista em Gerência de Redes de Computadores no
Curso de Pós-Graduação Lato Sensu em Gerência de
Redes de Computadores e Tecnologia Internet do Núcleo
de Computação Eletrônica da Universidade Federal do Rio
de Janeiro – NCE/UFRJ.
Orientador:
Prof. Moacyr Henrique Cruz de Azevedo, M.Sc., UFRJ,
Brasil
Rio de Janeiro
2005
Donato Antonio Marino Junior
REDES METRO ETHERNET:
Uma Visão Geral da Tecnologia
Monografia apresentada para obtenção do título de
Especialista em Gerência de Redes de Computadores no
Curso de Pós-Graduação Lato Sensu em Gerência de
Redes de Computadores e Tecnologia Internet do Núcleo
de Computação Eletrônica da Universidade Federal do Rio
de Janeiro – NCE/UFRJ.
Aprovada em setembro de 2005.
_____________________________________________________
Prof. Moacyr Henrique Cruz de Azevedo, M.Sc., UFRJ, Brasil
Dedico este trabalho ao meu Pai, que sempre me apoiou, mesmo que
nem sempre de forma clara. Jovem, nos deixou no decorrer deste
curso de Pós-Graduação para sentar-se ao lado do Criador.
AGRADECIMENTOS
Agradeço ao Prof. Moacyr, pelo seu tempo e apoio dispensado neste
trabalho. Sua orientação foi fator fundamental para que esta monografia tenha sido
realizada com grande satisfação, apesar de todos os problemas encontrados no
caminho. A todos os professores do Núcleo de Computação Eletrônica da UFRJ,
sem exceção, por sua excelência e dedicação na construção do nosso
conhecimento. A todos os amigos do MOT, pela seriedade e pela alegria, sempre
no momento certo.
RESUMO
MARINO Jr., Donato Antonio. REDES METRO ETHERNET: Uma Visão Geral da
Tecnologia. Monografia (Especialização em Gerência de Redes e Tecnologia
Internet). Núcleo de Computação Eletrônica, Universidade Federal do Rio de
Janeiro. Rio de Janeiro, 2005.
Este trabalho sintetiza uma visão da tecnologia Metro Ethernet e sua
utilização nas redes metropolitanas e de longa distância. Apresenta desde a criação
do padrão Ethernet e sua evolução, até a implementação do Metro Ethernet sob a
infra-estrutura de redes metropolitanas de legado. Além disso, apresenta o padrão
definido pelo Metro Ethernet Fórum, com os parâmetros e atributos utilizados nos
serviços Ethernet em redes metropolitanas.
ABSTRACT
MARINO Jr., Donato Antonio. REDES METRO ETHERNET: Uma Visão Geral da
Tecnologia. Monografia (Especialização em Gerência de Redes e Tecnologia
Internet). Núcleo de Computação Eletrônica, Universidade Federal do Rio de
Janeiro. Rio de Janeiro, 2005.
This work synthesizes a vision of the Metro Ethernet technology and its use in
the metropolitan area networks and wide area networks. It presents since the
creation of the Ethernet standard and its evolution, until the implementation of Metro
Ethernet under the legacy metropolitan area infrastructure. Moreover, it presents the
standard defined in the Metro Ethernet Forum, with the parameters and attributes
used in Ethernet services in metropolitan area networks.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – O esboço de Metcalfe
Figura 2 – Visão geral do Metro Ethernet
Figura 3 – O Ethernet over SONET
Figura 4 – Exemplo de utilização do VCAT
Figura 5 – O dispositivo RPR age como um packet ADM conectado a um
meio compartilhado
Figura 6 – A proteção do RPR
Figura 7 – O Resilient Packet Ring
Figura 8 – Ethernet hub-and-spoke
Figura 9 – A proteção do Ethernet com o protocolo spanning-tree
Figura 10 – Separação lógica do tráfego e dos serviços
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – As características do SONET
Tabela 2 – Protocolos de rede suportados pelo GFP
Tabela 3 – Serviços UNI
Tabela 4 – Serviços EVC
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SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO
2 O PADRÃO ETHERNET E AS REDES METROPOLITANAS DE LEGADO
2.1 O PADRÃO ETHERNET
2.1.1 A Evolução do Padrão
2.1.1.1 O Fast Ethernet e o Full Duplex
2.1.1.2 O Gigabit Ethernet
2.2 AS REDES METROPOLITANAS DE LEGADO
2.2.1 TDM – Time Division Multiplexing
2.2.2 SONET/SDH – Hierarquia de Sinais Digitais
2.2.3 As Tecnologias utilizadas na Interligação de Redes MAN / WAN
2.2.3.1 O ATM – Assynchronous Transfer Mode
2.2.3.2 O Frame-Relay
3 AS REDES METRO ETHERNET
3.1 TECNOLOGIAS METRO ETHERNET
3.1.1 Ethernet over SONET/SDH
3.1.2 RPR – Resilient Packet Ring
3.1.3 Transporte Ethernet
4 OS SERVIÇOS METRO ETHERNET – PADRÕES
4.1 O METRO ETHERNET FÓRUM
4.2 OS SERVIÇOS METRO ETHERNET
4.2.1 Parâmetros e Atributos dos Serviços Ethernet
4.2.1.1 Atributo de Interface Física Ethernet
4.2.1.2 Parâmetros de Tráfego
4.2.1.3 Parâmetros de Performance
4.2.1.4 Parâmetros de Classes de Serviços (CoS)
4.2.1.5 Atributos de Serviço de Entrega de Quadros
4.2.1.6 Atributo de Suporte a Tag VLAN
5 CONCLUSÃO
REFERÊNCIAS
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1 INTRODUÇÃO
O objetivo principal deste trabalho é apresentar, de forma sintetizada, a
tecnologia Metro Ethernet, suas vantagens técnicas e estudos para sua utilização
nas redes metropolitanas de legado.
As grandes operadoras de telecomunicações já se movimentam na direção
desta tecnologia, adequando a infra-estrutura instalada para tal. Conceitos como
simplicidade, otimização de recursos, performance e segurança, são perseguidos
por estas empresas ao implementarem esta tecnologia. A oferta de enlaces mais
rápidos e robustos às empresas e ao público em geral é fator importante para o
desenvolvimento de nosso país, assim como o crescimento qualitativo do
conhecimento e da cultura de nossa população. Indiretamente, a utilização de
tecnologias com estas vantagens possibilitarão a democratização da informação nos
vários campos do conhecimento. Desta forma, o tema em questão torna-se de
grande relevância na criação de uma infra-estrutura cada vez melhor e mais
disponível a todos.
A tecnologia Metro Ethernet deve ser a próxima área no crescimento da
indústria de infra-estrutura de redes, e representará uma grande mudança de como
os serviços de dados são oferecidos à empresas e aos usuários residenciais. A rede
metropolitana sempre foi um ambiente desafiador na entrega de serviços de dados
pois foi construída de forma a atender as necessidades de disponibilidade e
confiabilidade do tráfego de voz. As operadoras de telecomunicações deverão definir
importantes mudanças para a implementação de uma nova geração de serviços de
dados demandados pelas empresas e consumidores. Esta não será somente uma
mudança tecnológica, mas também uma mudança no modelo operacional e
11
empresarial que possibilitará que estas operadoras passem a oferecer novos e
melhores serviços de dados.
O trabalho apresentado foi estruturado para mostrar a visão geral desta nova
tecnologia. O capítulo 2 discorrerá sobre a criação do padrão Ethernet, sua evolução
para os padrões Fast Ethernet, Gigabit Ethernet e o mais recente 10 Gigabit
Ethernet. Ainda no capítulo 2, é apresentada a atual estrutura das redes
metropolitanas, com as principais tecnologias utilizadas.
O capítulo 3 apresenta a tecnologia Metro Ethernet, seus conceitos e
soluções para a utilização na infra-estrutura existente, preservando assim o
investimento feito anteriormente pelas operadoras de telecomunicações.
Por fim, o capítulo 4 apresenta o Metro Ethernet Fórum, órgão criado para
definir o escopo, conceitos e terminologias de implementação do Metro Ethernet e os
atributos e parâmetros mais importantes para a implementação desta tecnologia.
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2 O PADRÃO ETHERNET E AS REDES METROPOLITANAS DE LEGADO
2.1 O PADRÃO ETHERNET
A tecnologia de redes locais Ethernet foi criada por Robert Metcalfe em 1973,
no PARC (Palo Alto Research Center, da Xerox), que provê a interconexão de
estações de trabalho, para troca de dados entre elas e para impressoras
[SPURGEON].
O Ethernet foi uma evolução do ALOHA, que foi idealizado para transmitir
dados entre vários computadores utilizando um canal de rádio. Cada estação
poderia enviar dados quando quisesse e aguardava por uma confirmação. Caso esta
confirmação não fosse recebida por um determinado tempo, presumia-se que teria
havido uma colisão, fato gerado pela transmissão simultânea de duas ou mais
estações. Neste caso, as estações aguardavam um tempo aleatório para retransmitir
os dados.
Porém, à medida que o tráfego aumentava, a taxa de colisão do canal
também aumentava. Devido a este fato, o percentual de utilização real do canal
ficava em torno de apenas 18%. Para tentar minimizar o problema, foi idealizado o
Slotted Aloha, que através de um clock central dividia o tempo em slots, e só era
possível iniciar uma transmissão no início desta faixa de tempo. Com isto, a
utilização máxima do canal ficava em torno de 37%.
Pensando em melhorar o Aloha, Robert Metcalfe desenvolveu um sistema
que incluía mecanismo de detecção de colisão. Além disso, incluiu neste novo
sistema um mecanismo de verificação do meio antes de transmitir, ou “escutar antes
de falar”. O meio físico compartilhado poderia ser utilizado por acessos múltiplos,
aonde cada estação “escutava” o meio antes de transmitir. No caso de ser detectada
13
uma colisão, cancelava-se a transmissão, aguardava-se um tempo aleatório e
depois o quadro era retransmitido. O algoritmo deste novo sistema é o CSMA/CD,
ou Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect (Sensor de Portadora de
Acesso Múltiplo com Detecção de Colisão). Com este novo sistema, Metcalfe
conseguiu uma utilização do canal de até quase 100%.
Figura 1 – O esboço de Metcalfe
A taxa de transmissão da primeira versão do Ethernet era de apenas 2,94
Mbps, adaptado para os padrões da Xerox, já que toda a pesquisa foi feita dentro da
empresa.
Em 1980 foi realizado um consórcio de empresas e o Ethernet começou a se
tornar um padrão de tecnologia de interligação de redes locais. A DEC, a Intel e a
Xerox lançaram uma versão chamada DIX Ethernet que utilizava taxa de
transmissão de 10Mbps utilizando o cabo coaxial grosso (ou Thick Ethernet, padrão
10Base5).
O IEEE (Instutute of Electrical and Electronics Engineers), órgão mundial
responsável
por
desenvolver
padrões
técnicos,
incluindo
computares
e
telecomunicações, publicou em 1985 o IEEE 802.3 Carrier Sense Multiple Access
14
with
Collision
Detection
(CSMA/CD)
Access
Method
and
Phisical
Layer
Specifications.
2.1.1 A evolução do padrão
Com o tempo, outros meios físicos de transmissão foram surgindo, e vários
suplementos do IEEE padronizavam vários outros tipos de mídias, tais como o cabo
coaxial fino (IEEE 802.3a), o cabo par trançado (IEEE 802.3i), a utilização de fibra
ótica (IEEE 802.3j) e outros.
Além de novos meios físicos, novas taxas de transmissão foram
desenvolvidas mantendo o funcionamento básico do padrão Ethernet. A primeira
evolução em termos de taxa de transmissão foi publicada no suplemento IEEE
802.3u, que padronizou o Fast Ethernet e a autonegociação de transmissão,
possibilitando a utilização da taxa de 10 Mbps junto com a nova taxa de 100 Mps
introduzida na publicação do suplemento.
2.1.1.1 O Fast Ethernet e o Full Duplex
O Fast Ethernet foi publicado em junho de 1995 no suplemento 802.3u.
Trabalha a 100 Mbits/s, com protocolos e formato idêntico ao 802.3. Na sua
utilização half-duplex não apresentou grandes diferenças em relação ao 10 Mbits/s
além de, é claro, a sua velocidade de propagação. Com a publicação do suplemento
802.3x em 1997, que se refere ao Ethernet Full-Duplex, houve uma mudança na
forma de acesso ao meio com a suspensão da detecção da colisão, desta forma
duplicando a banda de transmissão [SPURGEON].
O full duplex baseia-se na transferência ponto-a-ponto entre dois hosts, com a
utilização de switches (criando micro-segmentos) não havendo necessidade da
15
detecção de colisão. Por outro lado, a criação de um link ponto a ponto também tira
do Ethernet Full-duplex a necessidade do sensor de portadora, já que sendo apenas
dois pontos não é preciso “escutar” o meio.
Portanto, o algoritmo CSMA/CD não é utilizado no fast ethernet full-duplex,
melhorando ainda mais sua performance e mantendo a confiabilidade.
2.1.1.2 O Gigabit Ethernet
Desenvolvida entre 1998 e 1999, a tecnologia de redes Gigabit Ethernet alia
várias vantagens em relação a tecnologias de alta velocidade em WANs. Pelo fato
de ser uma tecnologia essencialmente de LANs, possui fácil configuração e
provisionamento simples. Foi publicada em junho de 1998, no suplemento 802.3z.
Funciona essencialmente em full-duplex, mantendo o protocolo e formatos idênticos
ao 802.3 e é utilizada apenas com switches [AZEVEDO].
A evolução do Ethernet para a plataforma full-duplex permitiu o suporte para
conexões dedicadas e escaláveis a taxas de transmissão que já chegam a 10
Gbits/s (10 Gigabit Ethernet, padrão IEEE 802.3ae).
Mantendo a base e a simplicidade do padrão e sua evolução e
aperfeiçoamento, várias operadoras de telecomunicações começaram a alavancar o
emprego do Ethernet na agregação de tráfego de dados e voz, em múltiplos pontos
de acesso nas redes metropolitanas (daí o nome Metro Ethernet, popularizado pelo
mercado).
Estuda-se neste momento a utilização do Ethernet para a implementação do
acesso local das redes de telecomunicações, o EFM, Ethernet in the First Mile
(muitas vezes chamado de Last Mile).
16
2.2 AS REDES METROPOLITANAS DE LEGADO
As redes metropolitanas de legado (ou a atual estrutura das MANs) consistem
principalmente da tecnologia TDM, ou time division multiplexing, que foi projetada e
otimizada para serviços de voz.
2.2.1 TDM – Time Division Multiplexing
Tipo de multiplexação onde dois ou mais canais de informação são
transmitidos através do mesmo meio de transmissão, através de alocação de um
intervalo de tempo diferente (time slot) para a transmissão de cada canal
[AZEVEDO]. Um sinal de sincronismo ou identificador é normalmente necessário
para saber qual o canal a ser utilizado. O TDM é ineficiente se o tráfego é
intermitente porque o slot de tempo é alocado independente do canal possuir dados
a transmitir. Para tentar solucionar este problema foram idealizados os
multiplexadores determinísticos, que mesmo assim podem desperdiçar banda pela
necessidade de sinais de controle e uma alocação de tempo mínima, mesmo que o
canal não possua dados a transmitir.
2.2.2 SONET/SDH – Hierarquia de Sinais Digitais
O SONET (Synchronous Optical Network) é uma tecnologia de camada física
(padronizada pela ANSI Institute) desenvolvida para prover uma estrutura universal
de transmissão e multiplexação, com taxas de transmissão na faixa do megabit ao
gigabit por segundo, com sistema sofisticado de operação e gerenciamento. O SDH
(Synchronous Digital Hierarchy) , padronizado pelo ITU é bastante similar ao
SONET, porém sua hierarquia de multiplexação de sinais é derivada do SONET
[BATES].
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Uma das funções do SONET é prover o transporte de sinais digitais de níveis
mais baixos, tais como links DS-1, DS-2 e DS-3. De acordo com as características
de seu quadro, como quantidade de bytes e taxa de amostragem, o canal básico do
SONET (STS-1, Synchronous Transport Signal – 1) possui taxa de 51,84 Mbps. A
taxa do canal básico do SONET comporta 28 canais DS-1 (1.544 Mbps) ou 1 canal
DS-3 (44.736 Mbps). A tabela 1 apresenta as principais taxas de transmissão do
SONET e suas características:
Tabela 1 – As características do SONET
2.2.3 As Tecnologias Utilizadas na interligação das Redes MAN / WAN
As tecnologias mais utilizadas na interligação entre redes metropolitanas e de
longa distância são o ATM e o Frame-Relay.
2.2.3.1 O ATM – Assynchronous Transfer Mode
O ATM é uma tecnologia baseada na comutação e multiplexação de células
de dados, com mecanismo de transporte orientado à conexão para um grande
conjunto de serviços [TRILLIUM]. Células ATM de tamanho fixo possibilitam a
comutação rápida em dispositivos de hardware. Permitem que diferentes fluxos de
dados de dados sejam multiplexados em um canal de dados. Cada fluxo de dados
18
de dados é um canal de conexão virtual (PVC ou SVC), identificado no cabeçalho de
cada célula ATM. Como principais vantagens do ATM, temos o controle de fluxo,
roteamento de células pelo melhor caminho, utilização otimizada de banda, QoS
definida para cada tipo de conexão e outros.
Uma grande quantidade de aplicações como dados, voz e imagem podem
utilizar o ATM. Vários tipos de camadas de adaptação (AAL) foram definidas para
que as diferentes aplicações sejam mapeadas dentro das células ATM.
Dentre várias interfaces físicas, o ATM pode facilmente utilizar o SONET
como meio de transporte para suas células.
Vários recursos foram desenvolvidos para o ATM de modo a adaptá-lo para
vários tipos de tecnologias já existentes. São eles:
a. Classical IP-over-ATM – Permite aos usuários do IP migrarem para a utilização
do ATM como tecnologia de transporte de dados, mantendo as aplicações
existentes de sistemas IP de legado. Cria sub-redes lógicas IP (LIS) para
comunicação via roteadores e utiliza o protocolo ATMARP em substituição ao
tradicional ARP.
b. Lan Emulation (LANE) – Emula dentro da estrutura ATM uma rede 802.3
Ethernet ou 802.5 Token Ring. Através da LANE é possível a comunicação de
hosts utilizando uma interface similar à comunicação através de endereços MAC.
Possibilita a utilização de qualquer protocolo de camada de rede.
c. Multiprotocol Over ATM (MPOA) – No evento da disseminação do uso de redes
IP sob ATM e a utilização de redes virtuais emuladas, a carga dos roteadores
aumentou. Para amenizar este fato, foi especificado pelo ATM Fórum o serviço
MPOA, que utiliza os recursos do ATM para estabelecer uma conexão
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permanente durante uma transmissão. Uma das principais funções do MPOA é
prover conexão fim-a-fim entre as inter-subredes que estão diretamente
conectadas ao ATM ou redes legadas, que podem ou não estar usando LANE,
conseguindo assim aproveitar as vantagens oferecidas pelo QoS do ATM.
2.2.3.2 O Frame-Relay
O Frame-Relay é uma tecnologia de comutação de pacotes em alta
velocidade [BATES]. A comutação de pacotes é uma tecnologia store and forward
para redes onde as mensagens dos usuários são “quebradas” em pedaços menores
chamados de pacotes. Cada pacote possui o seu cabeçalho contendo o endereço
de destino e informações de controle. Os pacotes são enviados da origem ao
destino através do compartilhamento de links de dados e utilizam o conceito do TDM
para compartilhar estes meios de transmissão.
A comutação de pacotes em alta velocidade é uma combinação de
comutação de pacotes com a utilização de links de alta velocidade e baixo retardo. A
comutação de pacotes em alta velocidade é uma tecnologia hold and forward
desenhada para reduzir o atraso, diminuir o overhead e processamento e reduzir
custos. Foi idealizada para ser utilizada em circuitos de alta velocidade com baixo ou
nenhum erro. Os erros são corrigidos nas duas pontas, ao invés de sobrecarregar os
roteadores no caminho.
O Frame-Relay insere os dados em um quadro (opera no nível 2 da camada
OSI) e o transporta através de um circuito virtual permanente (PVC) sem necessitar
do tratamento de erros que as antigas redes X.25 utilizavam. Diferente das redes
X.25, o Frame-Relay não utiliza o reconhecimento positivo de dados (ACK)
ou
negativo de dados (NACK). No X.25, qualquer pacote corrompido gerava um pedido
20
de retransmissão pelo nó da rede, o que não acontece no Frame-Relay onde as
camadas superiores fazem esta correção. Apesar destas diferenças, os dois
serviços utilizam conceitos do TDM.
21
3 AS REDES METRO ETHERNET
Metro Ethernet é um termo genérico usado para descrever uma tecnologia de
rede Ethernet em uma área metropolitana. Utiliza toda a escalabilidade, simplicidade
e flexibilidade que a tecnologia Ethernet tem a oferecer [WHALLEY].
Nas redes corporativas, o Metro Ethernet tem dois propósitos principais: a
conectividade com a Internet
e a conectividade entre sites corporativos
geograficamente distantes. Na ilustração abaixo é apresentada uma visão geral do
Metro Ethernet.
Figura 2 - Visão geral do Metro Ethernet
De acordo com a figura 2:
a. Os enlaces são ponto a ponto e podem ser de qualquer taxa de transmissão
em Ethernet.
b. Os nós podem ser switches ou roteadores, dependendo de sua localização na
MEN (Metro Ethernet Network), de acordo com os serviços fornecidos.
22
c. Em grandes distâncias, enlaces WAN podem interligar as MEN. Os serviços
podem ser classificados em ponto-a-ponto, multiponto-a-multiponto ou pontoa-multiponto. Podem ser também classificados de acordo com a largura de
banda necessária. A largura de banda pode ser fornecida por demanda de
1Mbps a 1Gbps, em incrementos de apenas 1Mbps.
d. Vários níveis de resiliência 1 podem ser obtidos na combinação de técnicas de
proteção de redes. Podem ser fim-a fim ou nó-a-nó.
e. A Qualidade de Serviços (QoS) é conseguida através de várias técnicas de
hardware ou software, além de uma taxa máxima de “perda de pacotes”
garantida.
Na perspectiva do usuário final, a qualidade de serviços está
definida no contrato comercial junto à operadora de telecomunicações (SLA –
Service Level Agreement)
3.1 TECNOLOGIAS METRO ETHERNET
3.1.1 Ethernet over SONET/SDH
Muitas operadoras de telecomunicações realizaram grandes investimentos
em infra-estrutura SONET/SDH nas redes metropolitanas. Para a utilização desta
infra-estrutura foi idealizado o EoS (Ethernet over SONET) que além de proteger o
investimento, traz vantagens na utilização deste meio [HALABI].
1
Resiliência: Capacidade da infra-estrutura de se recobrar facilmente ou se adaptar
às mudanças no estado dos enlaces.
23
O EoS otimiza as redes de transporte para adaptar o tráfego de dados e
armazenamento, principalmente para o Ethernet e redes óticas. Recursos como
VCAT (Virtual Concatenation), que possibilita a utilização flexível de largura de
banda, LCAS (Link Adjustment Capacity Scheme), que provê um ajuste dinâmico da
utilização desta banda, e GFP (Generic Framing Procedure), que possibilita a
utilização de outros quadros além do Ethernet, são as principais vantagens desta
tecnologia Metro Ethernet [JANDE].
Figura 3 – O Ethernet over SONET
O VCAT, Virtual Concatenation, é uma técnica de multiplexação inversa, que
endereça alocação de banda associada com a hierarquia de sinais digitais do
SONET/SDH. Possibilita qualquer combinação de canais SONET/SDH em um fluxo
de dados, concatenando-os para obter melhor aproveitamento da largura de banda
[HALABI].
24
Normalmente o Ethernet pode ser mapeado em um canal que encapsula toda
a largura de banda, o que resulta na possível ociosidade deste canal, já que o
SONET/SDH opera com canais de largura de banda de tamanho fixo. Com o VCAT,
o Ethernet pode ser mapeado em vários canais de menor tamanho que podem ser
roteados separadamente através da rede. O ponto de chegada pode compensar
qualquer atraso no caminho e reagrupar os canais virtuais novamente no fluxo de
dados único original. Os dispositivos intermediários da infra-estrutura da rede
SONET/SDH não precisam suportar o VCAT, possibilitando a compatibilidade com
as redes de legado instaladas.
Figura 4 – Exemplo de utilização do VCAT
O exemplo da figura 4 mostra a eficiência da utilização da largura de banda
que o VCAT pode proporcionar. Se a concatenação padrão for utilizada e a largura
de banda requerida é de 300 Mbps, a operadora de telecomunicações tem a opção
de fornecer múltiplas interfaces DS-3, utilizando técnicas de multiplexação de
pacotes para distribuir o tráfego através destas interfaces. Fornecer múltiplas DS-3
25
(44.736 Mbps) ao cliente é normalmente ineficiente, pois aumenta muito o custo e
não garante a utilização da totalidade da largura de banda, devido à característica
do SONET e sua hierarquia de sinais. A alternativa seria alocar uma OC-12 (622
Mbps) mas também haveria um grande desperdício de largura de banda. Com a
VCAT, a operadora poderia fornecer um canal de 300 Mbps concatenando 6 canais
DS-3 como se fosse um canal único, evitando o desperdício de largura de banda.
O LCAS, Link Adjustment Capacity Scheme, é uma extensão do VCAT que
permite a mudança dinâmica do número de canais SONET em um grupo de canais
virtuais [CISCO]. Estes canais podem ser adicionados ou excluídos durante o
fornecimento do serviço, sem causar impacto no tráfego deste canal virtual. O LCAS
fornece um mecanismo de controle que incrementa ou decrementa a capacidade do
grupo de canais virtuais (VGC – Virtual Group Channel) para a largura de banda
requerida. Além disso tem a capacidade de remover temporariamente um canal
membro que apresentou falha. Este serviço ocorre de forma transparente, sem
perdas. As vantagens do LCAS incluem:
•
Possibilidade de incrementar ou decrementar a capacidade do grupo de canais
virtuais em fragmentos de sua largura de banda;
•
Mudanças na capacidade da largura de banda de forma transparente;
•
Remoção automática de canais membro que apresentem falhas, assim como a
alocação de canais para suprir esta falha;
•
Interligação de grupos de canais virtuais que utilizam LCAS com outros que não
utilizam e vice-versa;
•
Controle unidirecional do grupo de canais virtuais, oferecendo a possibilidade de
conexões assimétricas.
26
O GFP, Generic Framing Procedure, é o primeiro mecanismo de
“enquadramento” capaz de endereçar um grande número de aplicações de
transporte de dados dando suporte a uma variedade de protocolos de rede
(resumidos na tabela 2) [FISCHABER]. O GFP foi apresentado pelo ITU na
recomendação G.7041/Y.1303, e provê um mapeamento flexível e eficiente de
vários protocolos em uma rede de transporte de dados.
O GFP utiliza um fluxo de dados baseado em byte que mapeia diretamente
em um fluxo de dados síncrono, como o SONET/SDH. O GFP mapeia protocolos
baseados em pacotes, como o Ethernet, Fibra Ótica, FICON e ESCON (tecnologias
usadas pela IBM em computadores de grande porte para comunicação com
unidades de armazenamento de dados ou storages através de fibra ótica), e vários
formatos de vídeo digital no SONET/SDH, normalmente utilizando o VCAT para
prover canais de dados com taxas específicas. Comparado a outros tipos de
enquadramentos, tais como o PoS (Packet over SONET/SDH), ATM e codificação
8B/10B, o GFP oferece uma redução significativa da latência e melhoria da utilização
da largura de banda. O GFP utiliza dois modos de mapeamento, o GFP-F e o
GFP-T.
O GFP-F é normalmente utilizado para enquadrar protocolos baseados em
pacotes/quadros tais como o IP/PPP ou Ethernet/MAC. Um quadro GFP é gerado
antes de ser transmitido através da rede SONET/SDH.
O GFP-T oferece transmissão direta de fluxos de dados que necessitam de
baixa latência, tais como VoIP, video digital (ex. DVB-ASI) e aplicações SAN
(Storage Area Network) tais como FICON/ESCON. O GFP-T é otimizado para
protocolos que utilizam a codificação 8B/10B.
27
Tabela 2 – Protocolos de rede suportados pelo GFP
Protocolos com
Mapeamento de Quadros
Protocolos com
Mapeamento Transparente
Ethernet
Fibre Channel
PPP
Gigabit Ethernet
RPR (IEEE 802.17)
ESCON
FC-BBW
DVB ASI
Multiple - Access Protocol
Over SDH (MAPOS)
FICON
Asynchronous FC
A principal vantagem do GFP é permitir de forma flexível e eficiente a
utilização da largura de banda com um mecanismo que combina elementos comuns
e específicos de cada tipo de pacote.
3.1.2 RPR – Resilient Packet Ring
O Resilient Packet Ring oferece duas grandes vantagens que antes eram
exclusivas do SONET, que são o suporte eficiente à topologia em anel e a
recuperação rápida em caso de rompimento físico de fibras óticas ou falhas em links
de dados [RESILIENT PACKET RING ALLIANCE]. Além disso, procura efetivar um
controle de congestionamento e justiça na utilização da largura de banda.
A utilização da topologia em anel nas redes metropolitanas tem larga
utilização devido à possibilidade de recuperação à falhas. A topologia em anel é
muito utilizada nas redes SONET/SDH, porém possui a desvantagem conhecida de
desperdiçar banda em seus canais de largura fixa, ineficiência na utilização de
tráfego multicast (já que reserva um canal fixo para cada ponto) e na utilização de
28
um anel duplo para a redundância e recuperação de falhas, desperdiça 50% da
banda disponível. Em um cenário de topologia em anel utilizando a tecnologia
Ethernet, comparado ao SONET/SDH, utiliza melhor a largura de banda. Porém é
lento na recuperação de falhas, já que utiliza o protocolo spanning tree para esta
recuperação, comparado a outras técnicas existentes.
O RPR, aprovado como Standard (802.17) pelo IEEE em meados de 2004, é
um protocolo MAC que opera na camada 2. Preservando a independência das
camadas, pode operar sobre o SONET, Ethernet ou DWDM, tecnologias de camada
física. O MAC RPR é baseado na arquitetura Add-Drop Muxes (ADM), em
comparação à arquitetura de comutação do Ethernet.
No RPR os dispositivos implementam a noção de “caminho de trânsito”, em
que cada nó deixa passar o tráfego não direcionado a ele, não havendo necessidade
de recebê-lo, enfileirá-lo e agendar sua transmissão. Basicamente a entidade MAC
existente em cada nó executa três funções. “Add”, para inserir o tráfego destinado a
outro nó, “Drop” , para receber e retirar o tráfego assinado ao nó (no caso de uma
transmissão multicast ele não retira o tráfego do anel) e “Pass”, para encaminhar o
tráfego em trânsito de um nó para outro. O caminho de trânsito efetivamente se
transforma em parte do meio de transmissão e faz com que o anel RPR se comporte
como um único e contínuo meio compartilhado por todos os nós do anel, o que
facilita a utilização em altas taxas de transmissão.
29
Figura 5 – O dispositivo RPR age como um packet ADM conectado a um meio
compartilhado
O RPR possui um grau de resiliência natural, por ser um protocolo de pacotes
dentro de uma topologia em anel. Mensagens de proteção são trocadas entre
estações para informar o estado do anel. Estão definidos mecanismos de
redirecionamento e de cobertura. Todas as estações em um anel devem usar o
mesmo mecanismo de proteção.
Figura 6 – A proteção do RPR
30
Uma importante característica do RPR é o controle de igualdade ou justiça
(fairness). O protocolo de justiça RPR proporciona uma distribuição justa da largura
de banda disponível para todas as estações em um anel, mesmo nos momentos em
que o anel possui alto tráfego ou congestionamento [RESILIENT PACKET RING
ALLIANCE]. Alguns dos objetivos do protocolo de justiça RPR:
a. Justiça baseada no peso da fonte transmissora. Em qualquer segmento ligado
ao anel, a largura de banda disponível é alocada a cada nó na proporção ao
seu peso relativo. Por exemplo, se todos os nós possuem peso similar, a
largura de banda disponível será compartilhada de forma similar por todos os
nós. Caso um dos nós possua um peso maior, a largura de banda alocada ao
nó será proporcional ao peso do nó dividido pela soma dos pesos de todos os
nós.
b. Requerimento de largura de banda. O protocolo de justiça deve ser capaz de
requerer largura de banda não utilizada que é disponibilizada mas não
utilizada.
c. Tempo de resposta rápida. Pelo fato do tráfego ser muito variável, para
possibilitar a máxima utilização da largura de banda e para garantir que o
protocolo seja responsável por mudanças instantâneas no tráfego, ele deve
responder de forma imediata a estas mudanças.
d. Utilização de grandes taxas de largura de banda. O protocolo deve ser
habilitado a lidar com grandes taxas de largura de banda, mesmo sob cargas
próximas a 100% de utilização do anel.
e. Escalabilidade. O protocolo deve ser escalável e deve ser capaz de atender
as taxas de largura de banda e diâmetros do anel previstos no padrão.
31
Nem os SONET ADM´s nem os switches Ethernet têm esta capacidade de
gerenciamento de banda, tornando o RPR uma solução excelente para a otimização
destes recursos.
Encontramos também nesta tecnologia vantagens na utilização do tráfego
multicast ou broadcast. No RPR, em um tráfego unicast, o pacote recebido pode ser
recebido e retirado do anel ou encaminhado a outro nó. No broadcast ou multicast, o
quadro pode ser recebido e encaminhado a outro nó, possibilitando a utilização de
apenas um pacote para vários ou todos os nós da rede. Na figura 7 é apresentado
um exemplo de uma rede metropolitana utilizando-se da tecnologia RPR, com seus
vários serviços e tipos de provedores.
Figura 7 – O Resilient Packet Ring
32
O Resilient Packet Ring como centro desta solução permitirá ao provedor de
serviços oferecer largura de banda ao usuário final, com a promessa de recuperação
de falha em tempo inferior a 50 ms. Cada nó provê banda a ser adicionada ou
excluída conforme a necessidade.
O algoritmo de controle de igualdade residente no RPR irá prevenir que
nenhum nó do anel monopolize banda ou aumente demasiadamente o atraso.
Dispositivos RPR customizados para várias demandas de largura de banda
poderão ser utilizados de acordo com a necessidade e tamanho do usuário final, o
que representa menor custo e popularização da solução.
O exemplo apresentado na figura 7 demonstra a integração entre o Ethernet e
tecnologias de redes de pacotes em anel. O Ethernet é usado para acesso e
encadeamento de linhas de transmissão, tanto em 10/100 Mbits (Nó B), Gigabit (Nó
C) ou 10 Gbits (Nó A).
3.1.3 Transporte Ethernet
A tecnologia Ethernet não está limitada a ser apenas uma tecnologia de
acesso. Muitos estudos foram e estão sendo feitos para estender o Ethernet como
uma tecnologia de transporte sobre as redes metropolitanas [HALABI]. No caso da
sua utilização como tecnologia de transporte, a rede de acesso pode ser
implementada em anel ou hub-and-spoke (switch central com topologia estrela).
Na implementação Gigabit Ethernet hub-and-spoke, switches Ethernet dualhomed
2
são utilizados na sala de telecomunicações do edifício ou unidade que
receberá o link de dados, próximos a pontos de presença da operadora de
2
O termo dual-homed refere-se a duas interfaces de rede no mesmo dispositivo.
Neste caso particular, refere-se a dois enlaces entre dois switches, usados para a
redundância da conexão.
33
telecomunicações. É utilizada uma fibra ótica dedicada ao edifício, utilizando WDM.
Desta forma é garantida a escalabilidade desta conexão, comparada com a
tecnologia em anel. Para efeitos de redundância podem ser utilizados dois canais de
fibra com balanceamento de carga e recursos como agregação de links (link
agregation, IEEE 802.3ad) para criar um canal de alta velocidade ao edifício. Desta
forma, no caso de uma falha, uma das fibras pode suprir toda a necessidade até a
intervenção técnica. O protocolo spanning tree é utilizado como mecanismo de
tolerância a falhas, no caso do rompimento de uma fibra ou queda de link. A figura 8
ilustra a topologia hub-and-spoke.
Figura 8 – Ethernet hub-and-spoke
Muitas implementações de fibra ótica nas redes metropolitanas foram
dispostas na topologia em anel. Para otimizar o custo envolvido, foi idealizada a
implementação de uma rede Gigabit Ethernet nesta topologia. Similar ao
funcionamento do hub-and-spoke, um switch ethernet dual-homed é o centro de
34
distribuição, e está ligado a um ponto de presença. Apesar da topologia em anel, a
rede funciona no padrão Ethernet, ou seja, uma porta de um dos switches da
topologia é bloqueada pelo protocolo spanning tree. Em caso de rompimento da fibra
o sistema leva algum tempo para se recuperar, devido ao protocolo spanning tree
ser lento. Mesmo com a utilização do novo protocolo Rapid Spanning Tree (IEEE
802.1w), que permite uma convergência mais rápida, não chega a ter a velocidade
de recuperação de falhas que um RPR ou SONET. A figura 9 ilustra a operação da
tecnologia apresentada.
Figura 9 - A proteção do Ethernet com o protocolo spanning tree
Este tipo de tecnologia de transporte em anel também tem limitações de
largura de banda, sendo que a taxa de transmissão máxima utilizada nesta
implementação é de 1 Gbit/s.
35
4 OS SERVIÇOS METRO ETHERNET - PADRÕES
4.1 O METRO ETHERNET FÓRUM
O Metro Ethernet Fórum (MEF) é uma organização sem fins lucrativos criada
em Junho de 2000 para definir o escopo, os conceitos e a terminologia para a
implementação dos serviços Ethernet nas redes metropolitanas. Os principais
objetivos do MEF são definir os Serviços Ethernet para redes metropolitanas de
transporte e a arquitetura, protocolos e gerenciamento de todas as redes Metro
Ethernet para suporte a estes serviços [HALABI].
4.2 OS SERVIÇOS METRO ETHERNET
Numa visão geral, os serviços Metro Ethernet (ME) se comunicam através de
dois tipos, serviços E-Line (ELS) ou serviços ponto-a-ponto e serviços E-LAN ou
serviços multiponto-a-multiponto. Nesta estrutura o serviço E-Line pode ser usado
para criar serviços privados ou virtuais como uma linha Ethernet privada (analogia
Ethernet para uma linha privada TDM, como uma T1 ou T3) ou a linha Ethernet
privada virtual (tal como um serviço similar à infra-estrutura Frame-Relay). Instâncias
similares podem ser criadas usando o serviço E-LAN.
O MEF define uma interface usuário-rede (UNI) e uma conexão virtual
Ethernet (EVC). O UNI é uma interface padrão Ethernet que é o ponto de
demarcação entre o equipamento e o provedor de serviços da rede metropolitana
[HALABI]. O EVC é definido como “uma associação de dois ou mais UNIs”. Em
outras palavras o EVC é um túnel lógico que conecta dois ou mais locais, permitindo
a transferência de quadros Ethernet entre eles. O EVC também se comporta de
36
forma a separar os diferentes clientes e provê privacidade nos dados e segurança
similar ao Frame-Relay ou PVCs ATM.
4.2.1 Parâmetros e Atributos dos Serviços Ethernet
O MEF desenvolveu uma estrutura de serviços Ethernet para ajudar usuários
e provedores com uma nomenclatura comum para seus parâmetros e atributos. Para
cada um dos serviços principais (ELS e E-LAN), o MEF definiu vários destes
atributos e serviços. Os principais:
•
Atributo de Interface Física Ethernet
•
Parâmetros de Tráfego
•
Parâmetros de Performance
•
Parâmetros de CoS (Classes de Serviços)
•
Atributo de Serviço de Entrega de Quadros
•
Atributo de Suporte a Tag VLAN
4.2.1.1 Atributo de Interface Física Ethernet
O atributo de interface física Ethernet tem os seguintes parâmetros:
•
Mídia Física – Define o tipo de mídia através do padrão IEEE 802.3. Por
exemplo, 10BASE-T, 100BASE-TX, 1000BASE-CX, etc.
•
Velocidade – Define a taxa de transmissão Ethernet. Por exemplo, 10Mbps, 100
Mbps, 1Gbps, 10Gbps.
•
Modo – Indica o suporte para full-duplex ou half-duplex, além do suporte para
auto-negociação entre portas Ethernet.
•
Camada MAC – Especifica qual camada MAC é suportada como especificado no
padrão 802.3-2002
37
4.2.1.2 Parâmetros de Tráfego
O MEF definiu um grupo de perfis de largura de banda que podem ser
aplicados no UNI ou no EVC. Um perfil de largura de banda é o limite na taxa a qual
o quadro Ethernet pode trafegar através do UNI ou EVC. Os atributos do perfil de
largura de banda são os seguintes:
•
Largura de Banda ingressa e egressa por UNI
•
Largura de Banda ingressa e egressa por EVC
•
Largura de Banda ingressa e egressa por identificador CoS
•
Largura de Banda ingressa por destino UNI por EVC
•
Largura de Banda egressa por origem UNI por EVC
Os atributos de serviço no perfil de largura de banda consistem nos seguintes
parâmetros de tráfego:
•
CIR – Commited Information Rate – Taxa de informação garantida, ou a banda
mínima garantida que a rede deve prover ao serviço em condições normais de
operação. O serviço pode suportar uma CIR por VLAN na interface UNI. Porém,
a soma de todas as CIR não deve ultrapassar a velocidade da interface física. O
CIR tem um outro parâmetro associado denominado CBS, Commited Burst Size,
ou taxa de rajada garantida. O CBS é o tamanho garantido de rajada (acima do
CIR) que não será descartada ou marcada como candidata à descarte.
•
PIR – Peak Information Rate – Taxa de informação de pico, ou a taxa acima do
CIR na qual o tráfego é permitido na rede, caso esta não esteja congestionada. O
PIR tem um outro parâmetro associado denominado MBS, Maximum Burst Size,
ou tamanho máximo de pico. O MBS é o tamanho máximo de rajada (acima do
PIR) que não será descartada.
38
4.2.1.3 Parâmetros de Performance
Os parâmetros de performance indicam a qualidade do serviço prestado ao
assinante (usuário). São eles disponibilidade, atraso, variação de atraso e perda.
A disponibilidade é especificada pelos seguintes atributos:
•
Tempo de ativação do serviço UNI – especifica o tempo em que o serviço (novo
ou modificado) é solicitado até ser ativado e se tornar disponível para utilização.
•
Tempo médio de recuperação de UNI – especifica o tempo que o UNI fica
indisponível (devido a uma falha) até retornar a sua operação normal.
•
Tempo de ativação do serviço EVC – especifica o tempo em que o serviço (novo
ou modificado) é solicitado até ser ativado e se tornar disponível para utilização.
O EVC torna-se disponível após a ativação do UNI, mas em uma estrutura EVC
multiponto, somente após a ativação de todos os UNI é que o serviço EVC fica
disponível.
•
Disponibilidade EVC – especifica com que freqüência o assinante do EVC
satisfaz ou excede o atraso, perda ou variação de atraso sobre o mesmo
intervalo de monitoração. Caso não satisfaça aos critérios de performance, tornase indisponível.
•
Tempo médio de recuperação de EVC – especifica o tempo que o EVC fica
indisponível (devido a uma falha) até retornar à sua operação normal.
O atraso é um parâmetro crítico que impacta de forma significativa o QoS
para aplicações em tempo real. O atraso entre dois pontos em uma rede
metropolitana é uma soma de atrasos, iniciando de uma UNI até um fim, transitando
pela rede metro Ethernet, e da UNI até o fim do caminho. A rede metro Ethernet por
39
si só insere atrasos adicionais baseados na velocidade do backbone e no nível de
congestionamento. O parâmetro atraso é especificado nos seguintes atributos:
•
Largura de Banda ingressa e egressa por identificador CoS (atributo de serviço
UNI)
•
Classe de Serviço (CoS) (atributo de serviço EVC)
A variação de atraso é outro parâmetro que afeta a qualidade do serviço. A
variação de atraso tem efeito prejudicial em aplicações de tempo real, como telefonia
IP. A variação de atraso é especificada nos seguintes atributos:
•
Largura de Banda ingressa e egressa por identificador CoS (atributo de serviço
UNI)
•
Classe de Serviço (CoS) (atributo de serviço EVC)
A perda indica o percentual de quadros Ethernet que pertencem ao perfil de
serviço e não são transferidos entre UNIs após um determinado período de tempo.
Aplicações como e-mail ou web browser são mais tolerantes às perdas que
aplicações de tempo real como VoIP. O parâmetro de perda é especificado nos
seguintes atributos:
•
Largura de Banda ingressa e egressa por identificador CoS (atributo de serviço
UNI)
•
Classe de Serviço (CoS) (atributo de serviço EVC)
40
4.2.1.4 Parâmetros de Classe de Serviços (CoS)
Os parâmetros de classe de serviços podem ser definidos para os assinantes
baseados em várias identificações:
•
Porta Física – Forma mais simples de QoS que aplica à porta física da conexão
UNI. Todo o tráfego que entra e sai da porta tem o mesmo CoS.
•
Endereços MAC de origem / destino – Este tipo de classificação é utilizado para
dar diferentes tipos de serviços baseados em combinações de fonte e destino de
endereços MAC.
•
Identificação de VLAN – Esta é uma forma bastante prática de marcar a CoS se o
assinante tem diferentes serviços na porta física onde o serviço é definido por
uma identificação de VLAN.
•
Valor 802.1p – O campo 802.1p permite que a portadora marque até 8 níveis de
prioridades para o tráfego do assinante. Switches Ethernet utilizam este campo
para priorizar tráfego para aplicações de tempo real em detrimento de tráfego de
melhor esforço.
•
ToS DiffServ/IP – O campo ToS do IP possui 3 bits e é utilizado para prover 8
tipos diferentes de prioridade. Similar ao campo 802.1p, se for usado como
prioridade para o encaminhamento do quadro. Porém, fica no cabeçalho do
próprio IP, e não no cabeçalho do tag Ethernet 802.1Q. Os Serviços
Diferenciados (DiffServ) são um mecanismo mais sofisticado de CoS do que o de
prioridades do ToS. Permite 64 tipos diferentes de CoS. Apesar de mais
vantajoso em relação ao ToS na configuração de parâmetros Cos, possui difícil
gerenciamento no caso de utilizarmos todas as suas possibilidades e alto custo
para o assinante. Devido a este fato, apenas algumas CoS são mantidas para os
serviços pelas operadoras de telecomunicações.
41
4.2.1.5 Atributos de Serviço de Entrega de Quadros
O atributo de serviço EVC pode definir se um quadro específico pode ser
descartado, entregue incondicionalmente ou entregue condicionado para cada par
de UNIs requisitado. As diferentes possibilidades de quadros Ethernet são:
•
Quadros Unicast – São quadros com um endereço MAC específico de destino.
Caso o endereço MAC de destino seja conhecido pela rede local, este é entregue
diretamente. Caso contrário, o comportamento da rede local é encaminhar o
quadro para a VLAN específica.
•
Quadros Multicast – São quadros destinados a um grupo seleto de destinos.
Pode ser um quadro com o bit menos significante definido com o valor binário 1,
exceto para o broadcast.
•
Quadros Broadcast – O IEEE 802.3 define o endereço de broadcast como
endereço MAC de destino FF.FF.FF.FF.FF.FF .
Os pacotes de controle de processos são diferentes dos pacotes de controle
de protocolo necessários para algumas aplicações. Por exemplo pacotes BPDU são
necessários para o STP (Protocolo spanning-tree). O provedor deve decidir se
encaminha ao túnel ou descarta estes pacotes através do EVC, dependendo do
serviço. Os protocolos de camada 2 que podem trafegar por um EVC, são:
•
Quadros de controle MAC IEEE 802.3x – 802.3x é um controle de mecanismo
XON/XOFF que permite que a interface Ethernet envie um quadro de pausa,
caso o tráfego esteja congestionado no egresso do switch Ethernet.
•
LACP (Link Aggregation Control Protocol) – Protocolo de controle de agregação
de link, protocolo que permite a agregação de várias interfaces Ethernet entre
dois switches, criando um canal de dados de grande capacidade.
42
•
Autenticação de Porta IEEE 802.1x – Este protocolo permite ao usuário (uma
porta Ethernet) se autenticar em uma rede através de um servidor de
autenticação, tal como o Radius.
•
GARP (Generic Attribute Registration Protocol) – Protocolo genérico de registro
de atributo, protocolo que provê uma infra-estrutura genérica nos dispositivos de
uma rede local, por exemplo, uma estação de usuário e um switch, e podem
registrar e remover o registro de valores de atributos, tais como identificadores de
VLAN.
•
STP – Spanning Tree Protocol – Protocolo que evita loops entre switches em
uma rede local, bloqueando portas através da troca de pacotes especiais.
•
All-Bridge Multicast – Utiliza um endereço MAC específico (padronizado) para
trocar quadros de controle entre as bridges.
4.2.1.6 Atributo de Suporte a Tag VLAN
As tags VLAN nas organizações indicam domínios lógicos de broadcast,
como diferentes grupos de trabalho. O ME cria um ambiente onde uma rede
Ethernet dá suporte a várias redes de empresas e compartilham a mesma infraestrutura, onde cada rede tem sua própria segmentação. O suporte a diferentes
níveis de VLAN e a habilidade de manipular estas tags tornou-se requisito de grande
importância.
Considere o exemplo de um edifício onde a operadora de telecomunicações
instala um switch na sala de equipamentos e oferece múltiplas conexões Ethernet
para vários escritórios. Neste caso, cada assinante é identificado pela porta física do
switch a qual está conectado. Em um ambiente de vários assinantes, cada um tem o
seu conjunto de VLANs com tráfego concomitante às dos outros assinantes. Para a
43
operação neste tipo de ambiente, as operadoras estão adotando um modelo muito
similar ao dos serviços ATM e Frame-Relay. Cada assinante recebe uma
identificação similar a do Frame-Relay (DLCI’s), que identifica a EVC por onde o
tráfego do assinante flui. No caso do Ethernet, a identificação de VLAN funciona
como identificador. A Figura 10 ilustra o exemplo.
Figura 10 – Separação lógica do tráfego e dos serviços
44
No exemplo, cada assinante possui um identificador de VLAN associado a
ele. Para fazer esta distinção, o MEF identifica as VLANs internas do assinante pelo
nome CE-VLAN. Existem dois tipos de suporte às tags VLAN:
•
VLAN tag Preservation / Stacking (Preservação / Empilhamento)
Neste tipo de suporte, todos os quadros Ethernet são recebidos do assinante
e deverão ser transportados sem alterações na identificação da VLAN na rede do
provedor através do seu EVC. Esta operação é típica em serviços como uma
extensão de rede local, onde a mesma rede é estendida entre dois diferentes locais
da empresa, e as configurações de VLAN devem ser mantidas.
•
VLAN tag Translation / Swapping (Tradução / Troca)
Neste caso, a tradução ou troca ocorre quando as tags VLAN são locais à
UNI, significando que, caso exista de um lado do EVC, é independente da tag VLAN
do outro lado. Caso um dos lados do EVC não suporte tags VLAN, o provedor
remove este tag do quadro Ethernet antes destes serem enviados ao destino. Por
exemplo, no caso de uma fusão de duas empresas que queiram juntar as suas redes
locais, mas as identificações de VLAN internas são diferentes. O provedor pode
remover a tag VLAN de um lado no momento da transmissão e traduzi-la no outro
lado do EVC para o tag VLAN da rede de destino de uma forma transparente para
os dois pontos.
Nas tabelas 3 e 4 estão resumidos os atributos e parâmetros do serviço
Ethernet para UNIs e EVCs.
45
Tabela 3 - Serviços UNI
Atributo de Serviço UNI
Valores de Parâmetros ou Faixa de Valores
Mídia Física
Interface física padrão Ethernet
Velocidade
10 Mbps, 100 Mbps, 1Gbps ou 10Gbps
Modo
Full-Duplex ou auto-negociação
Camada MAC
Ethernet e/ou IEEE 802.3-2002
Largura de Banda Ingressa e Egressa Não, ou um dos seguintes parâmetros: CIR, CBS,
PIR, MBS. Se não, nenhum perfil de largura de
por UNI
banda por UNI será setado, caso contrário, os
parâmetros de tráfego CIR, CBS, PIR e MBS devem
ser setados
Largura de Banda Ingressa e Egressa Não, ou um dos seguintes parâmetros: CIR, CBS,
por EVC
PIR, MBS.
Largura de Banda Ingressa e Egressa Não, ou um dos seguintes parâmetros: CIR, CBS,
PIR, MBS. Se um dos parâmetros for escolhido,
por identificador CoS
especificar o identificador CoS, valor de atraso,
variação de atraso, perda. Se não, nenhum perfil de
largura de banda por identificador CoS será setado,
caso contrário, os parâmetros de tráfego CIR, CBS,
PIR e MBS devem ser setados.
Largura de Banda Ingressa e Egressa Não, ou um dos seguintes parâmetros: CIR, CBS,
por destino UNI por EVC
PIR, MBS.
Perfil de Largura de Banda Egressa Não, ou um dos seguintes parâmetros: CIR, CBS,
por fonte UNI por EVC
PIR, MBS.
Protocolo de Controle de Processo de Processa, descarta ou repassa ao EVC os seguintes
quadros de controle:
Camada 2
• Quadros de Controle MAC IEEE 802.3x
• LACP
• Autenticação de Porta IEEE 802.1x
• GARP
• STP
• All-Bridge Multicast
Tempo de Ativação de Serviço UNI
Valor de Tempo
46
Tabela 4 - Serviços EVC
Atributo de Serviço UNI
Valores de Parâmetros ou Faixa de Valores
Tipo de EVC
Ponto-a-Ponto ou Multiponto-a-Multiponto
Preserva CE-VLAN ID
Sim ou Não
Preserva CoS CE-VLAN ID
Sim ou Não
Entrega do quadro Unicast
Descarta, entrega incondicionalmente, ou entrega
condicionalmente para cada par de UNIs
Entrega do quadro Multicast
Descarta, entrega incondicionalmente, ou entrega
condicionalmente para cada par de UNIs
Entrega do quadro Broadcast
Descarta, entrega incondicionalmente, ou entrega
condicionalmente para cada par de UNIs
Protocolo de Controle de Processo de Descarta ou encaminha ao túnel os seguintes
Camada 2
quadros de controle:
• Quadros de Controle MAC IEEE 802.3x
• LACP
• Autenticação de Porta IEEE 802.1x
• GARP
• STP
• All-Bridge Multicast
Tempo de Ativação de Serviço EVC
Valor de Tempo
Disponibilidade do EVC
Valor de Tempo
Tempo Média de Reativação EVC
Valor de Tempo
Classe de Serviço (CoS)
Identificador de CoS, valor de atraso, variação de
atraso, perda.
47
5 CONCLUSÃO
De acordo com o que foi apresentado neste trabalho, a tecnologia Metro
Ethernet alia todas as facilidades de uma tecnologia idealizada para redes locais
com a performance e resiliência desejáveis em enlaces metropolitanos e de longa
distância. A simplicidade na utilização de switches, com a conseqüente queda no
custo da infra-estrutura, unida às tecnologias de recuperação de falhas, como o
protocolo spanning-tree por exemplo, além da flexibilidade no fornecimento de
largura de banda de acordo com as necessidades imediatas do cliente, tornam esta
tecnologia uma das mais promissoras na área de telecomunicações para os grandes
centros urbanos.
Outra questão importante é a utilização da infra-estrutura de legado para
manter o investimento, o que tornou esta tecnologia aplicável em curtíssimo prazo.
Como
também
foi
apresentado,
a
evolução
da
tecnologia
Ethernet
(10/100/1000/10000 Mbits/s) possibilitou que os enlaces Metro Ethernet atingissem
altas taxas de transmissão, antes conseguidas apenas na infra-estrutura
SONET/SDH, com custo proibitivo para muitas empresas.
Outras vantagens como a implementação de QoS para o tráfego de voz ou
vídeo através dos enlaces, melhor utilização de largura de banda ociosa causada
pelos canais TDM, gerenciamento mais fácil para o SLA junto ao cliente, explicam o
investimento das operadoras de telecomunicações na direção desta tecnologia.
Empresas de telecomunicações como Telemar, Iqara Telecom e Intelig são
pioneiras na implementação de projetos de infra-estrutura Metro Ethernet no Brasil.
A Telemar, juntamente com a Promon Engenharia, implementou em março de 2003
o primeiro projeto de rede Metro Ethernet do Brasil [PROMON] , na cidade de Recife,
para atender à Emprel, Empresa Municipal de Informática, interligando vários órgãos
48
públicos do governo municipal através de fibras óticas com tráfego em alta
velocidade. Juntamente com a Cisco Systems, que forneceu os equipamentos para
a infra-estrutura Metro Ethernet, a Telemar expandiu no final de 2003 esta infraestrutura às cidades de São Paulo, Rio de Janeiro e Belo Horizonte [TELEMAR]. O
primeiro cliente da Telemar no Rio de Janeiro foi a Petrobrás, que contratou um
enlace de 100Mbits/s para interligar dois endereços da companhia de petróleo
brasileira.
O crescimento da solução Metro Ethernet tem sido intenso desde então,
indicando que a tecnologia será cada vez mais utilizada pelas empresas, governos
e, em futuro próximo, por clientes residenciais.
49
REFERÊNCIAS
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Dados e Teleprocessamento. Rio de Janeiro: NCE/UFRJ, 2003
2. AZEVEDO, Moacyr H. C. de. Apostila da Disciplina de Projeto de Redes,
Equipamentos e Infra-Estrutura. Rio de Janeiro: NCE/UFRJ, 2003
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VCAT
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LCAS.
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http://www.cisco.com/en/US/netsol/ns341/ns396/ns114/ns99/networking_solution
s_white_paper09186a00801e121e.shtml. Acesso em 16 jun. 2005.
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http://www.supercommnews.com/2004/Monday/exper/larscom.cfm. Acesso em 6
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http://www.digibarn.com/collections/diagrams/ethernet/index.html. Acesso em: 7
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9. PROMON Engenharia. Promon faz o primeiro projeto de Metro Ethernet para
Telemar.
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Release
de
01
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2003.
Disponível
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10. SPURGEON, Charles E. Ethernet: O Guia Definitivo. Rio de Janeiro: Campus,
2000. 446p.
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Protocol. Disponível em http://www.rpralliance.org/articles/ACF1A.pdf . Acesso
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50
12. RESILIENT PACKET RING ALLIANCE. An Introduction to Resilient Packet
Ring Technology. Disponível em http://www.rpralliance.org/articles/ACF16.pdf .
Acesso em 7 jan. 2005.
13. TELEMAR. Telemar e Cisco expandem rede Metro Ethernet para São Paulo,
Rio de Janeiro e Belo Horizonte. Press Release de 10 dez. 2003. Disponível
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http://www.telemar.com.br/institucional/assessoria/txt_press2.asp?text=45.
Acessado em 25 jul. 2005.
14. TRILLIUM Digital Systems, Inc. Comparison of IP-over-SONET and IP-overATM Technologies. Disponível em http://www-t.zhwin.ch/it/ksy/Block01/IPATMTrillium/wp_ip.html . Acessado em 07 jan. 2005.
15. WHALLEY, Mark. Metro Ethernet Networks – A Technical Overview.
Disponível em http://www.metroethernetforum.org/PDFs/WhitePapers/metroethernet-networks.pdf. Acesso em 5 jan. 2005.