UNIVERSIDADE DE SANTA CRUZ DO SUL - UNISC

DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA

CURSO DE BACHARELADO EM CIÊNCIAS DA COMPUTAÇÃO

TRABALHO III - RESUMOS

ADILSON ARTHUR MOHR


Redes de Computadores I

Leandro Vaguetti

Santa Cruz do Sul, 22 de abril de 2003.

Apresentação dos resumos das principais tecnologias de rede de alta velocidade: ISDN, B-ISDN, N-ISDN, Frame Relay, ATM e Comunicação por Satélite.

ISDN, B-ISDN e N-ISDN :

Havia a necessidade de uma integração entre tecnologia de transmissão digital e chaveamento de circuito. Para isso, foram criadas as "Redes Digitais Integradas" ("Integrated Digital Networks" - IDNs). No entanto, a distribuição geográfica das redes telefônicas aliada a maior capacidade de transmissão, deixou clara a possibilidade de aproveitar essa mesma estrutura para transmissão de dados. Surgiu assim a idéia das redes ISDN ("Integrated Services Digital Network"), ou Rede Digital Serviços Integrados, se referindo à integração de serviços de comunicação.

A ITU-T (International Telecommunications Union), na época CCITT (Comité Consultatif International Télégraphique et Téléphonique), foi o órgão responsável pela padronização da estrutura e dos protocolos para a implementação do ISDN. Através desta tecnologia, voz e dados são levados através de canais (canal B) ocupando uma banda de 64 Kbps. Alguns roteadores limitam os canais B a uma capacidade de 56 Kbps. Um canal de dados (canal D) manipula sinal a 16 Kbps ou 64 Kbps, dependendo do tipo de serviço. Note que, em terminologia de ISDN, "K" quer dizer 1.000, e não 1.024 como na maioria das aplicações de computador. Assim também para M (1.000.000).

Há dois tipos básicos de serviço de ISDN: Interface de Taxa básica (BRI) e Interface de Taxa Primária (PRI). BRI consiste em dois canais B de 64 kbps e um canal D de 16 kbps num total de 144 kbps. Este serviço básico tem a pretensão de satisfazer as necessidades da maioria dos usuários individual. Já o PRI é planejado para usuários com maiores exigências de capacidade. Tipicamente a estrutura de canal é: 23 canais B mais um canal D a 64 kbps num total de 1536 kbps. Na Europa, PRI consiste em 30 canais B mais um canal D a 64 kbps num total de 1984 kbps. Também é possível suportar múltiplas linhas PRI com um canal D a 64kbps usando Non-Facility Associated Signaling (NFAS).

Canais H provêem um modo de se agregar canais B. Eles são implementados como:

• H0=384 Kbps (6 canais B)

• H10=1472 Kbps (23 canais B)

• H11=1536 Kbps (24 canis B)

• H12=1920 Kbps (30 canais B) - Internacional (E1) somente

Para acessar serviços BRI, é necessário subscrever a uma linha de telefone ISDN. Cliente deve estar dentro de 18000 pés (aproximadamente 3.4 milhas ou 5.5 km) da companhia de telefone para serviço BRI; além disso, são requeridos dispositivos repetidores caros, ou o serviço ISDN não estará disponível para todos. Clientes também precisarão de equipamento especial para comunicar com o roteador da companhia de telefone e com outros dispositivos ISDN. Estes dispositivos incluem ISDN Adaptadores Terminais (às vezes chamado, incorretamente, "de Modem ISDN") e roteadores ISDN.

Em 1988, nas primeiras etapas de elaboração das recomendações, surgiu um novo conceito com a proposta do ISDN Faixa Larga ou B-ISDN (Broadband ISDN), que foi definido pela ITU-T como "uma estrutura capaz de atender serviços que necessitem canais com taxas de transmissão superiores aos do canal primário estabelecido pelo ISDN". Essa nova estrutura foi proposta tendo em vista:

• a crescente demanda de serviços de banda larga;

• a disponibilidade de novas tecnologias de transmissão de alta velocidade, de chaveamento e de processamento de sinal;

• a melhoria da capacidade de processamento de dados e imagens na máquina cliente;

• o avanço no processamento de aplicações em software;

• a necessidade de integrar serviços interativos e de distribuição.

A proposta do B-ISDN veio, sem dúvida alguma, causar um impacto muito maior em termos de novas aplicações para redes de computadores, principalmente em aplicações que envolvam imagens ou vídeos, sejam elas interativas ou não, resultando em transmissões rápidas, por volta de 155 Mbit/s, 622 Mbit/s e 2.4 Gbit/s, desde que exista meios de transmissão que suportem essas velocidades. . A figura 1 mostra a evolução das tecnologias de transmissão em relação as aplicações que utilizam mídias visuais. É possível perceber que a tecnologia digital fez crescer as possibilidades de aplicações que envolvem imagem e vídeo. Inicialmente havia recursos suficiente para transmitir somente vídeos de baixa resolução. Com a evolução da tecnologia ISDN para B- ISDN torna-se viável transmitir até mesmo vídeo ou sinal de TV de alta resolução - HDTV. A partir do surgimento do B-ISDN, o conceito original do ISDN passou a ser referido como ISDN Faixa Estreita ou N-ISDN ("Narrowband ISDN"). Assim como a tecnologia de rede Frame Relay foi desenvolvida para trabalhar sobre o N-ISDN, a tecnologia ATM surgiu para atender aos requisitos de transmissão para o B-ISDN.

Frame Relay :

Devido ao crescente aumento nas taxas de transmissão nas redes atuais, as linhas discadas, dedicadas e as redes públicas de comutação de pacotes (X.25), devido aos seus altos retardos e às taxas de transmissão baixas, não se configuram como as melhores opções para conexão. O frame-relay é uma técnica de comutação rápida de pacotes (desenvolvida inicialmente para a RDSI), que visa eliminar uma grande parte do cabeçalho da célula utilizada no X.25, diminuindo o processamento das células nos nós. Vejamos algumas características do X.25, de modo a facilitar o entendimento do frame-relay:

• pacotes de controle de chamadas transportados no mesmo canal e no mesmo circuito virtual que os pacotes de dados;

• ocorrência da multiplexagem dos circuitos virtuais no nível de rede;

• ocorrência do controle de erro e de endereçamento nos níveis de enlace e de rede.

Estas características implicam em um cabeçalho muito grande para as células a serem transportadas. Além disso, o transporte destas células envolve sempre o envio de um reconhecimento de recepção (acknowledgment) da parte de cada nó da rede por onde a célula passa para o nó anterior. O processamento da célula nos nós deve manter, ainda, o circuito virtual compatível com o gerenciador de chamadas e controle de erros/endereços do protocolo. Toda essa complexidade no cabeçalho é necessária devido à susceptividade da informação à influência dos ruídos introduzidos pelos canais da rede. Com o desenvolvimento da tecnologia de transmissão digital e a crescente utilização das fibras ópticas como meio de transmissão (necessária na RDSI-FL devido à largura de faixa), a qualidade da transmissão aumentou muito, de modo que todo esse controle de erros se torna exagerado e subutiliza a capacidade efetiva de altas taxas de transmissão de dados de uma RDSI. Aproveitando isto, o frame-relay visa diminuir o tempo de processamento das células nos nós eliminando uma parte do cabeçalho da célula original X.25. Isso faz com que o frame-relay possua algumas diferenças em relação ao X.25, como:

• eliminação completa do nível de rede, pois o roteamento e a multiplexação dos caminhos virtuais ocorrem no nível de enlace;

• não possui campo de controle, de modo que não há o processamento de "acknowledgments", "rejects", mecanismos de janela ou qualquer outro tipo de controle de fluxo (diminuindo o processamento nos nós de comutação da rede);

• não existe controle de erro nem de endereçamento fim-a-fim (estes ocorrem em um nível mais alto, se necessário, porém o controle de erro nó-a-nó foi eliminado totalmente);

• sinalização do controle de chamada transportado num caminho virtual diverso do usuário (nós intermediários não precisam manter seus status ou processar mensagens relativas a controle de chamadas em conexão fim-a-fim).

ATM :

Constitui a melhor solução disponível para agregar os serviços de voz, transferência de dados, imagem em tempo real ou comprimida, através da previsão das necessidades dos diferentes tipos de serviço e da oferta da largura de banda necessária para responder ao aumento de tráfego registrado. Engloba o plano de controle de ligações, de utilizador para transmitir dados dos utilizadores, e de gestão para controle da rede ATM. A camada de adaptação divide-se na sub-camada de convergência, que desempenha funções de multiplexagem, detecção de perda e recuperação de células e na sub-camada de segmentação e reassemblagem que é responsável pela fragmentação das unidades de dados em células no emissor e pela operação inversa no receptor. A camada ATM tem como funções o controlo do fluxo de dados, o processamento do cabeçalho, a translação de VPI e VCI e a multiplexagem e desmultiplexagem de células. A camada física é constituída pela sub-camada do meio físico e pela sub-camada de convergência de transmissão. A primeira garante às camadas superiores o acesso ao meio físico (transmissão e recepção de bits), enquanto que a segunda encarrega-se da geração e verificação do HEC, enquadramento das células e sincronização com a camada superior.

O ATM é uma tecnologia escalonável, de múltiplos serviços, alta velocidade, com taxas de transmissão que chegam a 622 Mbps, capaz de fornecer serviços com diversas características de transferência. Pode oferecer serviços com taxas de bits variáveis ou constantes, serviços isócronos (voz e vídeo) ou assíncronos (dados) e fornecer suporte a serviços orientados a conexão ou sem conexão. A estrutura para comutação ATM é independente da taxa de dados e fornece suporte à comutação da rede pública e à LAN a taxas altíssimas. A informação é organizada em células de tamanho fixo que são enviadas em seqüência e se organizam quando chegam ao destino.

O ATM utiliza circuitos virtuais (SVC) e as informações estão agrupadas em células de 53 bytes (48 de dados e 5 de cabeçalho) em redes de voz, dados e imagens. As células são transmitidas através de circuitos virtuais, onde a rota é definida no momento da conexão. Pode ser usada na transmissão de informações em aplicações cuja natureza e requisitos de performance são distintos. Devido à alocação dinâmica da largura de banda, sua utilização é possível em aplicações de tempo real (telefonia e vídeo) e também em transmissão de dados entre computadores, tanto em redes locais (LAN) quanto em redes abertas de longo alcance (WAN).

As características de tamanho fixo e reduzido das células trazem algumas vantagens quando comparadas a tecnologias de células maiores e/ou de tamanho variável, o que aumenta a complexidade da rede. O tempo de empacotamento é um dos fatores a favor das células pequenas. Quanto maior o tamanho da célula, maior o tempo de empacotamento, o que causa maior atraso de transferência.

O único argumento contrário à utilização de células pequenas é o grande “overhead” que possuem. Isto diminui a capacidade efetiva de transmissão da rede. Porém, as características positivas sobressaem às negativas.

O encaminhamento da célula é baseado na informação do cabeçalho contido em cada uma das células. Estas células são transmitidas através de conexões de circuitos virtuais (SVC’s) estabelecidos, sendo sua entrega e comutação feitas pela rede. Esta tecnologia se adapta facilmente às exigências de uma grande gama de tráfegos, suportando, com isso, diferentes tipos de serviços.

A tecnologia ATM está dividida basicamente em três camadas.

Camada de Adaptação: permite o uso do ATM com outros protocolos de comunicação, tais como o Ethernet, Token Ring, IP, etc.

Camada ATM: faz a multiplexação das células lógicas vindas de uma mesma interface física. Possibilita um serviço orientado a conexão para camadas superiores, gerando circuitos virtuais entre camadas (SVC’s).

Camada Física: empacotamento de células, recuperação dos códigos de controle e de erros, inserção de células de preenchimento e sincronismo

Vantagens do ATM:

A tecnologia ATM é a mais adequada para interligação de LAN’s em alta velocidade, onde o maior interesse de tráfego está fora de um segmento da LAN, ou ainda, quando o volume de transações requer taxas superiores a 2 Mbps. Além disso, apresenta:

• O tamanho da célula é definido por um fórum internacional, permitindo sua uniformização e uma arquitetura não proprietária;

• Os comutadores ATM (switches) são muito rápidos e mais baratos que os roteadores;

• Permite rodar com qualidade impecável aplicações de vídeo e áudio, mesmo com outros aplicativos gerando tráfego;

• Permite reservar banda para as aplicações e, por isso, é o mais indicado para aplicações multimídia.;

• Altíssima confiabilidade, com excelente custo/benefício;

• Comutação de células;

• Excelente desempenho, com suporte a QoS (Quality Of Service);

• Arquitetura modular e aberta, com facilidade de ampliação, seguindo padronização internacional;

• Oferece altas taxas de transferência : 2, 25, 34, 155 e 622 Mbps;

• Compatibilidade com tecnologias existentes: Ethernet, Fast Ethernet, FDDI, Token Ring, Frame-Relay, E1, E3, SDH, entre outras;

• Modo de Transferência das RDSI-FL;

• Aplicação excelente para backbones e também viável para desktops em virtude da ótima performance;

• Gerenciamento mais fácil.

Desvantagens do ATM:

• Altos custos de implementação;

• As células ATM possuem grande overhead, o que diminui a capacidade efetiva de transmissão da rede;

• A falta de padronização dos protocolos de camadas superiores;

• Existem poucas provedoras de meio público interligadas por backbones ATM.

Comunicação por Satélite :

Na sua grande maioria Geoestacionários - colocados em órbita sobre o equador como se estivesse parado no espaço em relação a um observador na Terra - o satélite, do ponto de vista de transmissão, é uma simples estação repetidora dos sinais recebidos da Terra que são detectados, deslocados em freqüência, amplificados e retransmitidos de volta à Terra. Um satélite típico é composto de uma parte comum (“bus”) onde se encontram as baterias, painéis solares, circuitos de telemetria e a parte de propulsão, e da carga útil (“payload”) composta essencialmente dos circuitos repetidores, denominados “transponders”.

A União Internacional de Telecomunicações (UIT) dividiu o espaço geoestacionário em 180 posições orbitais, cada uma separada da outra de um angulo de 2°. O Brasil pleiteou 19 posições orbitais junto à UIT. Destas, atualmente sete se encontram designadas para uso dos operadores brasileiros (Star One, Loral e Hispasat).

As freqüências mais utilizadas para comunicação via satélite são as da banda C e banda Ku, conforme a tabela abaixo.

Um transponder em banda C tem, típicamente, 36MHz de largura de banda, enquanto que os de banda Ku tem típicamente 27MHz. Internacionalmente, a banda mais popular é a banda Ku, pois permite cursar tráfego com antenas menores que as de banda C, devido ao fato das suas freqüências serem mais altas. Entretanto, devido ao mesmo fato, a transmissão em banda Ku é mais suscetível a interrupções causadas pela chuva. Dessa forma a banda C é mais popular em países tropicais. No Brasil durante muito tempo só se utilizou a banda C. Mais recentemente, a banda Ku vem recebendo maior aceitação.

As aplicações onde a comunicação via satélite são mais indicadas são aquelas em que:

• Deseja-se espalhar a mesma informação, no link de descida, por uma região geográfica muito extensa como, por exemplo, para a TV e a Internet.

• Deseja-se atingir localidades remotas como, por exemplo, campos de mineração, madeireiras, propriedades rurais e suburbanas e postos em rodovias.

• Deseja-se que o tempo de implantação seja muito rápido, ou de uso ocasional, como, por exemplo, para shows, rodeios, corridas de automóvel.

A estação terrena mais popular que existe é a VSAT, uma abreviatura para Very Small Aperture Terminal. Geralmente são estações com antenas variando de 80 cm a 2 metros e pouco de diâmetro.

Arquitetura:

Uma rede VSAT é composta de um número de estações VSAT e uma estação principal (“hub station”). A estação principal dispõe de antena maior e se comunica com todas as estações VSAT remotas, coordenando o tráfego entre elas. A estação “hub” também se presta como ponto de interconexão para outras redes de comunicação.

Topologias: Existem duas topologias de redes VSAT: a estrela e a malha (“mesh”). Na topologia em estrela as estações VSAT se comunicam exclusivamente com a estação “hub” e na topologia em malha há comunicação direta entre as VSATs. Na topologia em estrela, para uma estação VSAT se comunicar com outra estação do mesmo tipo deve se comunicar com a estação “hub” e esta retransmitir o sinal para a outra estação VSAT, ocorrendo nesse caso o fenômeno denominado de duplo salto, pois o sinal vai e volta duas vezes do satélite.

Constituição física: Uma estação VSAT é composta de duas unidades físicas distintas, a Unidade Externa (ODU – “outdoor unit”) e a Unidade Interna (IDU – “indoor unit”). Na ODU fica a antena, alimentador e a parte de RF, o transmissor e o receptor propriamente dito. Na IDU fica toda a parte de banda básica, constituída essencialmente do modem. A IDU se conecta à ODU por meio de cabos coaxiais onde a transmissão é feita a nível de freqüência intermediária (FI), geralmente na faixa de 2 GHz. A distância máxima que a ODU pode ficar da IDU varia de 50 a 100 metros.

Alocação de canais: Para que uma estação VSAT se comunique é necessário que à mesma esteja associado um canal de RF. Essa associação pode ser permanente ou por demanda, variando dinamicamente. Quando a associação é permanente existe um canal fixo para cada VSAT e temos o método de alocação PAMA (“Permanent Assignment Multiple Acess”) ou acesso múltiplo com alocação permanente. Quando a alocação é dinâmica existe um “pool” de canais administrados pela estação “hub” do qual são alocados os canais para cada VSAT na medida em que sejam solicitados e para o qual são liberados ao término do uso. Neste caso temos o método de alocação DAMA (“Demand Assignment Multiple Access”) ou acesso múltiplo com alocação por demanda.

Métodos de acesso:Seja a alocação de canais PAMA ou DAMA, existe uma variedade de métodos de acesso e partilhamento de canais. Os principais são mostrados a seguir:

• TDMA (“Time Division Multiple Acess”) ou acesso múltiplo por divisão de tempo, no qual a cada canal está associado um intervalo de tempo que se repete periódicamente.

• FDMA (“Frequency Division Multiple Access”) ou acesso múltiplo por divisão de frequencia, no qual a cada canal está associada uma frequência

• FTDMA (“Frequency Time Division Multiple Access”) ou acesso múltiplo por divisão de frequencia e tempo, que é uma combinação dos dois anteriores, onde cada canal está associado um par ordenado de frequência e intervalo de tempo.

• CDMA (“Code Division Multiple Access”) ou acesso múltiplo por divisão de código, que utiliza a técnica de espalhamento espectral (“spread spectrum”) onde a cada canal está associado um código, que é a chave de decodificação daquele canal.

Referências Bibliográficas

SOARES, Luiz Fernando G., Redes de Computadores: das LANs, MANs e WANs às redes ATM, Rio de Janeiro- RJ, Editora Campus, 1995.

MOHR, Adilson Arthur, Trabalho I - Tecnologias de Rede, Santa Cruz do Sul - RS, 2003

SILVEIRA, Regina Melo - Redes de Alta Velocidade e as Aplicações Multimídia

DUQUE, Welton Sthel, PROTOCOLOS DE ALTA VELOCIDADE, Vila Velha – ES, 2003

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VALENTIM, Hugo - Telemoveis.com - tudo sobre Telecomunicações – Artigos. Capturado em 22/04/2003. Online. Disponível em http://www.telemoveis.com/articles/item.asp?ID=81

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