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Evolução das Redes de Transporte: Packet Transport Networks e MPLS-TP As redes de telecomunicações de hoje evoluíram substancialmente desde os dias dos serviços simples de telefonia. Hoje em dia uma grande variedade de tecnologias é implementada, convivendo com um número substancial de falhas, suportando uma gama de aplicações baseadas em dispositivos de ponta de usuários; aplicações essas que geram uma grande diversidade de taxas de bits, e que estão sendo cada vez mais utilizadas nas redes. Em paralelo, os novos serviços e modos de comunicação em rede (ex.: peer-to-peer) estão emergindo e se proliferando rapidamente, modificando o perfil do tráfego de dados de maneiras imprevisíveis. Já é tomado como fato que a abordagem atual da arquitetura da rede de transporte não está atendendo as novas exigências impostas. Não obstante, uma readequação das arquiteturas de rede é mandatória na busca por uma rede de telecomunicações segura, confiável e com uma boa relação custo-benefício. A pesquisa hoje em dia gira em torno de noções de como a dinamicidade da rede pode ser potencialmente aumentada, como o custo de propriedade pode ser reduzido, e como o custo de serviços de rede pode ser diminuído. Através de uma análise simples do paradigma de arquitetura de rede existente, pode-se notar que a eficiência e robustez das redes de hoje são alcançadas através da interação entre duas tecnologias mutuamente exclusivas: pacotes (normalmente IP/MPLS e Ethernet) e circuitos (SDH/SONET, OTN e WDM), que coexistem em redes de transporte com um baixo nível de interoperabilidade e uma duplicidade significante de funcionalidades. Aparentemente, para uma otimização geral, é fundamental aumentar a sinergia entre as camadas e reduzir essa duplicidade de funcionalidades. Partindo desse pressuposto, as tecnologias emergentes, que ainda se encontram em processo de padronização, visam combinar as melhores funções de comutação por circuito e por pacote. Dentre os órgãos de padronização, duas tecnologias principais estão sendo discutidas: PBB-TE (IEEE 802.1Qay, baseado no Ethernet) e MPLS-TP (desenvolvido pelo ITU-T e IETF, com base no MPLS). Estas duas tecnologias constituem a base para as propostas de implementação das novas redes de transporte que possibilitarão aos provedores alavancar suas infra-estruturas para um melhor aproveitamento dos recursos disponíveis, enquanto se adéquam ao novo modelo de serviços que o mercado exige. Este tutorial procura apresentar as alternativas vislumbradas para a evolução das redes de transporte, com base nas tecnologias Packet Transport Networks e MPLS-TP. O tutorial foi preparado a partir do trabalho de conclusão de curso “Evolução das Redes de Transporte: Packet Transport Networks e MPLS-TP”, elaborado pelo autor, e submetido Curso de Pós-Graduação em Engenharia de Redes e Sistemas de Telecomunicações, ministrado no Instituto Nacional de Telecomunicações – INATEL, como requisito parcial para obtenção do grau de especialista em Engenharia de Redes e Sistemas de Telecomunicações. Foi orientador do trabalho o Prof. Dr. Carlos Roberto dos Santos. 1

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Evolução das Redes de Transporte: Packet Transport Networks e MPLS-TP As redes de telecomunicações de hoje evoluíram substancialmente desde os dias dos serviços simples detelefonia. Hoje em dia uma grande variedade de tecnologias é implementada, convivendo com um númerosubstancial de falhas, suportando uma gama de aplicações baseadas em dispositivos de ponta de usuários;aplicações essas que geram uma grande diversidade de taxas de bits, e que estão sendo cada vez maisutilizadas nas redes. Em paralelo, os novos serviços e modos de comunicação em rede (ex.: peer-to-peer)estão emergindo e se proliferando rapidamente, modificando o perfil do tráfego de dados de maneirasimprevisíveis. Já é tomado como fato que a abordagem atual da arquitetura da rede de transporte não está atendendo asnovas exigências impostas. Não obstante, uma readequação das arquiteturas de rede é mandatória na buscapor uma rede de telecomunicações segura, confiável e com uma boa relação custo-benefício. A pesquisahoje em dia gira em torno de noções de como a dinamicidade da rede pode ser potencialmente aumentada,como o custo de propriedade pode ser reduzido, e como o custo de serviços de rede pode ser diminuído. Através de uma análise simples do paradigma de arquitetura de rede existente, pode-se notar que aeficiência e robustez das redes de hoje são alcançadas através da interação entre duas tecnologiasmutuamente exclusivas: pacotes (normalmente IP/MPLS e Ethernet) e circuitos (SDH/SONET, OTN eWDM), que coexistem em redes de transporte com um baixo nível de interoperabilidade e uma duplicidadesignificante de funcionalidades. Aparentemente, para uma otimização geral, é fundamental aumentar asinergia entre as camadas e reduzir essa duplicidade de funcionalidades. Partindo desse pressuposto, astecnologias emergentes, que ainda se encontram em processo de padronização, visam combinar as melhoresfunções de comutação por circuito e por pacote. Dentre os órgãos de padronização, duas tecnologias principais estão sendo discutidas: PBB-TE (IEEE802.1Qay, baseado no Ethernet) e MPLS-TP (desenvolvido pelo ITU-T e IETF, com base no MPLS). Estasduas tecnologias constituem a base para as propostas de implementação das novas redes de transporte quepossibilitarão aos provedores alavancar suas infra-estruturas para um melhor aproveitamento dos recursosdisponíveis, enquanto se adéquam ao novo modelo de serviços que o mercado exige. Este tutorial procura apresentar as alternativas vislumbradas para a evolução das redes de transporte, combase nas tecnologias Packet Transport Networks e MPLS-TP. O tutorial foi preparado a partir do trabalho de conclusão de curso “Evolução das Redes de Transporte:Packet Transport Networks e MPLS-TP”, elaborado pelo autor, e submetido Curso de Pós-Graduação emEngenharia de Redes e Sistemas de Telecomunicações, ministrado no Instituto Nacional deTelecomunicações – INATEL, como requisito parcial para obtenção do grau de especialista em Engenhariade Redes e Sistemas de Telecomunicações. Foi orientador do trabalho o Prof. Dr. Carlos Roberto dos Santos.

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Yuri Leonardo de Almeida Bacharelado em Ciência da Computação pela Universidade Nove de Julho (Uninove – São Paulo, SP).Pós-Graduação em Engenharia de Redes e Sistemas de Telecomunicações pelo Instituto Nacional deTelecomunicações (INATEL – Santa Rita do Sapucaí, MG). Atuou como Consultor Técnico na Corptec - Corporate Technology, executando atividades área de projetospara soluções e produtos voltados para a área de redes e segurança da informação, e como Analista deMonitoração Bilíngue na Convergys do Brasil, executando atividades de suporte 1º nível e monitoração dedesempenho de sistema proprietário de tarifação de telefonia celular, com escalonamento de chamados paraas equipes de níveis superiores (principalmente na Índia) através de comunicação via telefoneexclusivamente em inglês. Atuou também como Operador de Infraestrutura na CPM Braxis, executando atividades a partir do NOC(Network Operation Center) 24x7 relativas à administrando de infraestrutura de ativos de rede e servidoresWintel/UNIX de cliente internacional do segmento bancário, em ambiente de Operação ITIL v2 compliant(equipe 100% certificada), utilizando as melhores práticas recomendadas pela biblioteca, e comoCoordenador Técnico de Projetos na ITC Technology Solutions, executando ativividades de coordenaçãotécnica de projetos diversos de redes/telecom em projeto de grande porte de uma estatal do segmento deenergia, proprietária da maior rede de fibra óptica do país, que consistia na migração dos ativos de rede de70 sites distintos e implantação de uma solução de conectividade que utilizasse os recursos físicos e lógicosdisponíveis da melhor maneira possível. Atualmente trabalha como Trainee Expert na Oi (Rio de Janeiro, RJ), executando atividades em processo deJob Rotation – passagem temporária por diversas áreas de tecnologia da empresa para fins de conhecimentode processos organizacionais e levantamento de oportunidades de melhoria dentre os procedimentosexistentes, sendo o enfoque atual voltado à análise, otimização e automatização de processos de gerência deredes IP e fixas (centrais telefônicas). Email: [email protected]

Categorias: Banda Larga, Redes Ópticas

Nível: Introdutório Enfoque: Técnico

Duração: 20 minutos Publicado em: 15/08/2011

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Redes de Transporte: Introdução O estudo das redes de transporte é um campo vasto e altamente multidisciplinar no mundo dastelecomunicações. Um iniciante que começar a estudar esse conteúdo pode se sentir intimidado pelavariedade e complexidade de arquiteturas e tecnologias de rede que têm se proliferado na última década.Mesmo um expert na área pode se sentir desorientado com a grande variedade de funções de rede e suascaracterísticas. Este trabalho visa discutir a arquitetura atual das redes de transporte e porque ela já é consideradainadequada para suportar os tipos de serviços oferecidos hoje. Partindo desse conceito, são apresentadas asprincipais propostas para evolução e adequação das redes de transporte às exigências impostas pelos novosmodelos de negócio, juntamente com as características das mesmas e alguns de seus pontos positivos enegativos. Após a análise das tecnologias emergentes, são apresentadas algumas pesquisas de mercado queapontam o MPLS-TP como a tecnologia mais adequada para esse cenário, demonstrando em alguns casosreais de aplicação as vantagens do uso dessa tecnologia e quais benefícios tangíveis ela poderia trazer parauma operadora e/ou provedor de serviços de telecomunicações.

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Redes de Transporte: Conceitos Básicos Por mais de um século, a visão tradicional das redes de telecomunicações tem sido uma combinação detecnologias de transmissão e comutação. Mesmo que a transmissão e a comutação continuem sendo oselementos básicos de construção de qualquer rede, o básico das redes de telecomunicações cobre um escopomuito maior hoje em dia. Essa nova visão deve-se principalmente à introdução de tecnologias digitais, queestão trilhando o caminho de redes baseadas em pacotes. Este capítulo trata de definir as características fundamentais das redes modernas, demonstrando conceitosbásicos para a compreensão das tecnologias apresentadas mais a frente, de modo a facilitar a investigação daevolução arquitetural das redes de transporte em termos de novos serviços de rede que suportam aplicaçõesemergentes voltadas ao cliente final.

Paradigmas de Comutação Em comparação com as redes analógicas antigas, as redes digitais baseadas em pacotes podem ser tantoorientadas à conexão quanto não orientadas, ter um plano de controle para automação de algumas funções,implementar vários esquemas de resiliência, executar um grande número de serviços de rede que suportamas aplicações dos usuários, entre outras características. As redes digitais podem transferir informações entre os nós por meio da utilização de dois paradigmasfundamentais: comutação de circuito ou comutação de pacote. Em redes comutadas por circuito, os dados são organizados em fluxos de bit contínuos e ininterruptos. Nestemodo de operação, um link físico dedicado entre um par de nós é estabelecido. Antes de iniciar atransferência de dados em uma conexão específica, a própria conexão deve ser “provisionada”, ou seja, osnós de comutação da rede devem ser configurados para prover o link físico exigido. Isso implica em umaalocação exclusiva de recursos de rede por todo o período no qual a conexão existir. Esse tipo de tarefa(provisionamento) é normalmente realizado por elementos dedicados que pertencem ao sistema de controleda rede; os recursos de rede são liberados assim que a conexão terminar. É dessa maneira que a rede legada de telefonia (POTS – Plain Old Telephony Service) tem funcionado atéhoje. A reserva privada de recursos de rede previne outras conexões de utilizá-las enquanto o primeiroestiver ativo, e isso pode levar a um uso ineficiente da rede. Em redes comutadas por pacote, os dados são organizados em pacotes de tamanho finito que sãoprocessados um a um nos nós da rede e encaminhados com base na informação de cabeçalho do pacote.Neste cenário de rede, cada pacote se utiliza dos recursos de comutação e transmissão apenas durante otempo de sua duração, e esses recursos de rede são compartilhados por todos os pacotes. Esse processo deencaminhamento e agregação de pacotes é chamado de multiplexação estatística, e representa o maiorbenefício das redes comutadas por pacote sobre as redes comutadas por circuito em termos de eficiência deaproveitamento da rede. Exemplos típicos de tecnologias de comutação de circuito e de comutação de pacote são: SDH(Synchronous Digital Hierarchy) e Ethernet, respectivamente. As redes comutadas por pacote podem, por sua vez, trabalhar nos modos: não orientado à conexão eorientado à conexão.

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No modo não orientado à conexão, os pacotes são encaminhados salto a salto do nó de origem ao nó dedestino de acordo apenas com a informação contida no cabeçalho do pacote, e nenhuma negociação detransferência é feita de antemão pelos nós da rede envolvidos na conexão; isto é, o nó de origem, os nósintermediários (opcionais) e o nó de destino. No modo orientado à conexão, a transferência de pacotes entre o nó de origem e o nó de destino é efetuadaatravés de esquemas definidos de negociação e reserva de recursos entre os nós da rede; ou seja, atransferência é precedida por uma fase de configuração de conexão, tendo em seguida a fase de utilizaçãoda conexão, e após essa a fase de destruição da conexão. Exemplos típicos de protocolos de rede baseados em pacotes que trabalham em modos não orientados aconexão e orientados a conexão são: IP (Internet Protocol) e ATM (Asynchronous Transfer Mode),respectivamente. A principal característica do modo não orientado à conexão é que os pacotes são roteados através da redeapenas com base nos algoritmos de encaminhamento presentes em cada nó; com isso, as rotas dos pacotespodem variar de acordo com o status da rede. Por exemplo, problemas de cabos ou sobrecarga de tráfegosão possíveis causas de re-roteamento de tráfego; no modo não orientado à conexão a nova rota de umpacote não é planejada com antecedência e em geral é imprevisível. Já no modo orientado à conexão, a rota de qualquer conexão é planejada com antecedência e, no caso defalhas, o tráfego é re-roteado por um novo caminho que pode ser determinado de antemão. Como oroteamento e o re-roteamento têm um forte impacto na qualidade de uma conexão de pacotes, os doismodos são utilizados para diferentes serviços de rede dependendo da qualidade exigida e do custorelacionado.

Estruturação em Camadas As funções de uma rede de telecomunicações têm se tornado cada vez mais complexas. Elas incluemtransferência de informações, integração de tráfego e aspectos de sobrevivência, e gerenciamento de rede emonitoramento de desempenho, apenas mencionando as principais. Para manter essa complexidadecrescente sob controle e ter uma visão clara da estrutura da rede, modelos de rede em camadas foramdesenvolvidos. De acordo com esses modelos, as funções da rede são subdivididas em uma estruturahierárquica de camadas. Cada camada engloba um conjunto de funções de rede homogêneas devidamenteorganizadas para prover serviços definidos para a camada superior, enquanto utiliza serviços oferecidos pelacamada inferior. Por exemplo, em uma rede Ethernet, a camada física provê serviços de transmissão dedados para a camada de enlace. Para melhor entender a arquitetura de uma rede de transporte, é essencial compreender as funcionalidadesdas três camadas inferiores: rede, enlace e física:

Camada de Rede – A função principal da camada de rede é oferecer funções de roteamento. Elatambém oferece fragmentação e remontagem dos dados nos endpoints. A tecnologia de camada 3mais comum é o IP. Ele gerencia a transferência de dados não orientada à conexão através de umarede baseada em roteadores.Camada de Enlace – Provê quadros, sincronização e controle de fluxo. A camada de enlace tambémexecuta a transferência de dados vindos da camada de rede. Exemplos típicos de camadas de enlacesão o Point-to-Point Protocol (PPP) e o Ethernet MAC (Media Access Control – IEEE 802.1)Camada Física – A camada física define o meio de transmissão utilizado para conectar osdispositivos operando nas camadas superiores (ex.: enlace). O meio físico pode ser, por exemplo,

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pares de cabos de cobre, cabos coaxiais ou fibras ópticas. A camada física também define acodificação de modulação (ex.: Manchester, 8B/10B) e a topologia física (ex.: anel, malha,barramento). As tecnologias mais comuns que implementam funcionalidades de camada 1 são:Ethernet (IEEE 802.3), SDH e OTN (Optical Transport Network).

É de conhecimento comum que o modelo Open System Interconnection (OSI) é uma excelente referênciapara o estudo de arquiteturas de rede. No entanto, as tecnologias de rede comercialmente disponíveis nãoestão alinhadas exatamente com os níveis descritos no modelo OSI básico.

Divisão em Planos O modelo em camadas engloba todas as funções de rede relacionadas à transferência de dados. No entanto,as redes de transporte modernas normalmente possuem funções adicionais voltadas ao gerenciamento darede e ao controle automático da rede. Consequentemente, a totalidade das funções de rede pode serclassificada em três grupos chamados de planos: O plano de dados, o plano de gerenciamento e o plano decontrole. As funções que caracterizam cada plano estão resumidas abaixo:

Plano de Dados – O plano de dados visa enquadrar e transportar fisicamente os blocos de dados atéseu destino final. Essa operação inclui todas as funções de transmissão e comutação.Plano de Controle – O plano de controle executa as funções básicas de sinalização, roteamento edescoberta de recursos. Essas operações são essenciais para a introdução de automação em funçõesde rede de alto nível como: estabelecimento de conexões (ex.: cálculo de rotas, verificação dedisponibilidade de recursos e sinalização de início e fim de conexão), reconfiguração de conexõessinalizadas e recuperação de conexões em casos de falhas na rede.

Plano de Gerenciamento – O plano de gerenciamento executa funções de gerenciamento comocomunicação de alarmes, configuração de sistemas e provisionamento de conexões para os planos de dadose de controle. A complexidade de um plano de gerenciamento depende fortemente na disponibilidade de umplano de controle. Por exemplo, o plano de gerenciamento de redes telefônicas tradicionais comutadas porcircuito é bem mais complexo do que o de redes de transporte com um plano de controle, já que, noexemplo posterior, certas tarefas (ex.: provisionamento e recuperação de conexões) são executadasdiretamente pelo plano de controle.

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Redes de Transporte: Necessidade de Evolução As redes de amanhã irão, em sua maioria, carregar dados em pacotes. Como resultado, uma evolução dasredes comutadas por circuito baseadas em multiplexação por divisão de tempo (TDM – Time DivisionMultiplexing) está ocorrendo, e novas arquiteturas otimizadas para carregar pacotes estão sendo definidas.A função de uma rede de transporte é carregar informações entre dispositivos de serviços ponta-a-ponta.Esses dispositivos podem ser DSLAMs (Digital Subscriber Line Access Multiplexer), gateways,agregadores T1/E1, BRASs (Broadband Remote Access Server), etc. Sistemas de transporte tradicionais baseados em plataformas SDH/SONET oferecem serviços de rede debaixa velocidade e granularidade de largura de banda (64 Kbps, 1.5 Mbps, 2 Mbps, 50 Mbps, 150 Mbps, 600Mbps, etc.), assim como serviços de transmissão de alta velocidade em grandes distâncias. No entanto, nosdomínios metropolitanos (MAN – Metropolitan Area Network) e de acesso/agregação, há uma necessidadedas operadoras de simplificar e otimizar a rede de transporte de pacotes visando reduzir os gastos cominvestimento (CAPEX – Capital Expenditure) e operacionais (OPEX – Operational Expenditure) em suasredes de próxima geração.

Necessidade de Melhoria Na última década, a proliferação de tecnologias eletrônicas e de fibra óptica tem permitido aos serviços derede evoluir do perfil voltado exclusivamente para telefonia para uma abundância de serviços que sãotransportados com base em IP. Esses avanços tem tido um grande impacto nos motivadores para a evoluçãoda rede. Hoje em dia o projeto e planejamento da rede é o resultado da correlação entre diferentesmotivadores tecnológicos, legais e econômicos [1]:

Introdução de novos serviços. Um operador de rede ou provedor de serviços pode decidir oferecernovos serviços com base nas demandas dos clientes ou em tendências de mercado.Crescimento do tráfego. A crescente penetração e uso intensivo de novos serviços aumentam a cargada rede.Disponibilidade de novas tecnologias. As tecnologias eletrônicas, ópticas e de software continuamoferecendo novos avanços na transmissão, comutação e controle dos fluxos de informação baseadosem circuitos e pacotes.Grau de padronização e interoperabilidade de novos equipamentos de rede. As redes modernassão sistemas muito complexos. Necessitando de interação de vários tipos de equipamentos através deprotocolos dedicados. A padronização e a interoperabilidade são requisitos chave para uma integraçãoadequada dos diversos elementos de rede diferentes.Leis e regulamentações. Leis nacionais e regulamentações do governo podem criar limitações eoportunidades que irão definir novos atores para a implantação e utilização das redes.Potencial de mercado e quantidade de investimentos. A disponibilidade do recurso financeiro e opotencial do mercado de telecomunicações são motivadores econômicos chave para odesenvolvimento das redes.

Vendo por outro lado, nos tempos economicamente desafiadores de hoje, os clientes estão tentandominimizar seus gastos comprando os produtos e serviços certos. Para os provedores de serviços, alcançaresses requisitos dos clientes em sua infra-estrutura é um grande desafio, especialmente considerandomargens de lucro aceitáveis [2]. Com a forte competição que está ocorrendo, provedores de serviço precisam defender suas rendasexistentes de serviços e estimular o crescimento da demanda com novos serviços. A competição está ditando

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preços atrativos, criação e entrega mais rápida de serviços e uma experiência melhor para o usuário. Os provedores de serviço perceberam que um cliente assinando vários serviços é muito mais lucrativo queum cliente assinando um serviço só. E isso se torna ainda mais lucrativo se a mesma infra-estrutura puder serutilizada para oferecer esses vários serviços. Esse tipo de convergência de serviços está mudando osmodelos de negócio de Telecom. No entanto, acompanhar a mudança dos modelos de negócio traz maisdesafios para as infra-estruturas de rede:

As empresas demandam soluções avançadas para negócios para alavancar o valor e a eficiência docliente;Os clientes exigem conteúdo diversificado e pacotes de serviços;Os usuários finais querem acesso aos seus serviços a qualquer hora, em qualquer lugar, por meio dequalquer dispositivo;Serviços convergentes e multimídia necessitam de capacidades melhores de tarifação pelo provedor deserviços;Com diversas tecnologias, serviços e dispositivos, as comunicações estão se tornando cada vez maiscomplexas; construir a fidelidade do cliente exige uma experiência simples e fim-a-fim, independenteda tecnologia.

A tendência geral em direção à convergência de serviços oferece oportunidades significativas; no entanto, asredes de Telecom legadas não estão equipadas o suficiente para suportar essas novas ofertas. Ao mesmotempo, vários desenvolvimentos tecnológicos, incluindo as redes baseadas em pacote, serviram de estopimpara uma onda de mudanças com implicações na rede. A aplicação dessas novas tecnologias trarábenefícios-chave para os negócios, incluindo aumento de renda advinda dos novos serviços, gerenciamentomelhorado de clientes, e economia de gastos operacionais. O gráfico da figura 1 mostra a previsão decrescimento de receita em face desta realidade.

Figura 1: Previsão de crescimento do mercado de PTNs A migração direcionada às redes baseadas em pacote tem sido uma tendência dominante na indústria. Atransição tem tido um caráter evolucionário, com a rede de acesso aos assinantes tendo recebido a maiorparte da atenção inicial. Agora a atenção está sendo passada para a otimização das redes de transporte paraa entrega multisserviço. Essas redes de transporte historicamente consistem de redes SDH e MAN. Nos próximos itens serão discutidas as limitações das tecnologias de transporte legadas em responder aosrequisitos emergentes de serviços. O conceito de uma Rede de Transporte de Pacotes (PTN – PacketTransport Network) será introduzido juntamente com uma descrição de como uma PTN poderia ajudar osprovedores de serviço a responder aos desafios crescentes e aproveitar a oportunidade de convergência.

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Novos Requisitos Segue uma visão geral dos requisitos arquiteturais para que as redes de transporte passem a suportar osserviços acima descritos [1]. Requisitos funcionais da rede De um ponto de vista arquitetural, os serviços de dados têm sido tradicionalmente transportados por umavasta gama de protocolos e tecnologias. Por exemplo, os serviços IP são transportados através da rede denúcleo normalmente dependendo de redes de transmissão SDH, ATM ou Ethernet. Uma alternativa bemdifundida utilizada em redes de transporte convergentes atuais é investir em uma rede em malha deroteadores IP/MPLS, interconectados através de fibras diretas ou conexões por lambda (λ) e sem nenhumainteração multicamadas. A abordagem “tudo baseado em IP” provou ser válida na última década, mas com as tendências atuais detráfego ela levaria a problemas de escalabilidade. No momento, os nós de backbone necessitam decapacidades de comutação de vários terabits por segundo, e isso é previsto para dobrar a cada 2 anos. Osroteadores também são muito caros e não são otimizados para transporte de tráfego de alta largura de banda,enquanto as tecnologias de transporte como SONET/SDH não são eficientes o suficiente para o transportede pacotes, devido uma granularidade inflexível de largura de banda. Por outro lado, um número de serviços emergentes (ex.: novas aplicações multimídia mantidas através dainternet, como serviços de vídeo em tempo real de alto consumo de largura de banda) estão impondo novasexigências na arquitetura “tudo baseado em IP” atual em termos de largura de banda e QoS (Quality ofService) – disponibilidade e atraso fim-a-fim. Além do mais, a mobilidade dos usuários e dispositivos e osnovos perfis de tráfego necessitam de uma rede com uma dinamicidade sem precedentes e que seja capaz desuportar padrões de tráfego imprevisíveis. Escalabilidade da rede O termo escalabilidade é uma característica de uma arquitetura de rede que denomina a habilidade deacomodar uma carga maior de tráfego sem necessitar de uma readequação em larga escala e/ou um grandegasto com recursos. Um exemplo (negativo) típico que demonstra falta de escalabilidade é um anel SDHonde recursos adicionais e configurações manuais são mandatórias para aumentar a capacidade entre doisnós. Tendo isso em mente, as redes de transporte do futuro devem ser escaláveis para poder suportarvolumes de tráfego e clientes tanto já existentes quanto ainda desconhecidos. A falta de escalabilidade é demonstrada de duas maneiras distintas. Primeiro, através de uma implementaçãoexcessiva de recursos de rede para acomodar maiores volumes de tráfego. Essa ineficiência leva a maioresCAPEX e OPEX que são normalmente atribuídos ao alto custo da comutação. A resolução desse problemaexige a implementação de tecnologias que consigam transportar o tráfego com um menor custo por bit. Emsegundo lugar, ele é associado com restrições de escalabilidade arquiteturais ou do plano de controle devidoao número excessivo de elementos de rede a serem controlados (ex.: o número de caminhos na rede). Pararesolver isso se faz necessária a adoção de arquiteturas em camadas e hierarquias de agregação. Habilidade de reconfiguração da rede A habilidade de reconfiguração da rede se refere à habilidade da rede de mudar o status de algumas ou todasas conexões estabelecidas, de modificar os parâmetros dessas conexões (ex.: modificar a quantidade delargura de banda alocada) ou modificar o modo como os serviços são oferecidos (mudando o roteamento de

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uma dada conexão para permitir um melhor aproveitamento de uma rota diferente ou melhorar obalanceamento de carga das conexões, por exemplo). O interesse em ter uma rede reconfigurável vem do fato que os perfis de tráfego mudam com muitafrequência, podendo ser fomentados por padrões de tráfego simétricos, crescimento inesperado do tráfego,possíveis serviços móveis de dados/multimídia, conectividade geográfica variada, e serviços emergentescomo o conteúdo gerado pelo usuário. Todos esses fatos tornam aceitável a idéia de pensar em um futurocom perfis de tráfego altamente variáveis na rede, tornando a reconfigurabilidade uma característicaaltamente vantajosa em arquitetura de dados. Relação custo-benefício Tomando como fato a competição acirrada e a pressão sobre os operadores de rede no mercado detelecomunicações, assim como o custo decrescente de custo por bit cobrado do usuário final, a únicasolução para os provedores de serviço se manter competitivo é reduzir os custos do transporte de tráfego.Portanto a efetividade do custo é um requisito óbvio para qualquer tecnologia nova. Abordagens básicaspara alcançar essa redução de custos são construir redes sobre tecnologias baratas em escala econômica,adaptadas ao tráfego de dados em rajada das aplicações e especificamente projetadas para manter acomplexidade funcional em um nível mínimo. Para facilitar essa redução de custo por bit mesmo napresença de crescimento imprevisível de tráfego, soluções modulares são de sumária importância. Soluções padronizadas A padronização de soluções é um ponto chave, porque ela garante a interoperabilidade entre equipamentosde diferentes fornecedores e, como consequência, permite um ambiente multi-fabricantes. Isso leva aeconomias em escala que reduzem custos, já que um grande número de fornecedores usa a mesmatecnologia. Além disso, a padronização permite aos operadores da rede implantar a rede com componentesde diferentes fornecedores, evitando assim criar uma dependência de um único fabricante, tanto do ponto devista tecnológico quanto econômico. Diferenciação de qualidade de serviço (QoS) Uma característica que diferencia as várias aplicações é a diferente necessidade de recursos da rede detransporte exigida por cada uma (ex.: largura de banda mínima / máxima, disponibilidade, segurança, atraso,jitter ou variação de atraso, perda de pacotes, taxa de erro, prioridade e buffer). Por esse motivo, as redestêm de suportar diferenciação de QoS já que seu principal objetivo é garantir uma entrega multisserviçoadequada às diferentes aplicações. A intenção das especificações de QoS é utilizar mecanismos da rede paraclassificar e gerenciar o tráfego da rede ou a reserva de largura de banda, visando prover níveis de serviçoprevisíveis para que as exigências de qualidade dos serviços sejam cumpridas. Mecanismos de resiliência Um aspecto importante que caracteriza os serviços oferecidos pelas redes de telecomunicações é adisponibilidade do serviço. Mecanismos de resiliência devem estar presentes para reagir a falhas na rede,oferecendo soluções de backup para recuperar as conexões afetadas pela falha. Os mecanismos típicos deresiliência oferecem proteção completa contra todas as falhas isoladas; elas se distinguem em termos dequão rápido a recuperação é feita e na quantidade de capacidade de backup necessária para a proteção, parasuportar completamente esse evento de falha isolada. Os esquemas de resiliência podem também sercaracterizados dependendo de sua habilidade de oferecer vários níveis de proteção (ex.: proteção completacontra falhas isoladas, proteção de melhor esforço, sem proteção, e pró-atividade em caso de falha) e

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também dependendo de sua capacidade de oferecer serviços de disponibilidade muito alta (ex.: proteçãocompleta contra múltiplas falhas). Para os clientes da rede de transporte, o aspecto importante é adisponibilidade de serviço resultante, medida em termos de disponibilidade média de serviço em um períodode tempo (ex.: 1 ano) e em tempo máximo de interrupção do serviço. Operação, Administração e Manutenção (OAM) Uma exigência fundamental é manter um controle adequado sobre a infra-estrutura de rede: monitoramentosimples, gerenciamento de alarmes e ferramentas de configuração são necessárias. A tendência atual para aredução do OPEX e simplificação da manutenção aponta para operações e manutenção distribuídasautomatizadas. As tecnologias de transporte ou comutação de classe de operadora e as soluções de transmissão diferem deoutras tecnologias em se tratando das funcionalidades de OAM: elas são importantes não só naadministração e gerenciamento da rede, mas também para oferecer serviços e lidar com os clientes.Ferramentas e mecanismos de operação eficientes também devem ser implementados dentre as redes detransporte. Finalmente, é importante considerar a interoperabilidade entre as diferentes camadas de rede que necessitamde independência mútua; por esse motivo, a tecnologia de transporte necessita ser autossuficiente paraprover seu próprio OAM, independentemente de suas camadas cliente e servidora. Suporte a tráfego multicast Um padrão de transferência multicast permite a transmissão de dados para múltiplos recipientes da rede aomesmo tempo com apenas um fluxo de transmissão para os switches. Uma rede com capacidade de multicastdeve garantir a comunicação entre um único transmissor e todos os receptores através da entrega do mesmofluxo de transmissão para os vários recipientes, duplicando os dados apenas quando os caminhos seguemdiferentes rotas. A rede (não os dispositivos do cliente) deve ser capaz de duplicar os fluxos de dados. Sóexistem dois graus dessa funcionalidade para suportar transferências multicast: capaz ou incapaz (multicast éuma propriedade binária – ligada/desligada) A distribuição multicast é considerada uma ferramenta útil para tecnologias de transporte quando lidandocom IPTV e aplicações similares. No entanto, é apontado que multicast de camada 2 não é a única soluçãopara distribuir IPTV. Multiplicidade de sinais de clientes Os itens anteriores destacaram que as redes MAN estão recebendo tráfego de várias aplicações diferentes,como dados de negócios, navegação Web, peer-to-peer, e-Business, armazenamento, e novas aplicaçõescomo streaming de vídeo, videoconferência, VoIP (Voice over IP) e aplicações de telemedicina. Aprevalência de serviços multimídia e a expansão do triple-play têm uma função importante na carga edistribuição de tráfego nas redes metro e de núcleo. Um forte aumento da penetração do acesso banda larga,baseado em uma combinação de diferentes tecnologias de acesso móvel e fixo, é esperado nos próximosanos, favorecendo o aumento do nomadismo de terminais, que pode introduzir um tráfego mais variável eimprevisível, especialmente na área metro. Por outro lado, os serviços corporativos de VPN (Virtual PrivateNetwork), que vão de VPNs baseadas em MPLS até serviços legados, estão de acordo com o mercadoempresarial de telecom. De um ponto de vista tecnológico, a maioria dos serviços está migrando para um enquadramento Ethernet.

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Essa tendência faz com seja mandatório para as redes metro/núcleo suportar serviços Ethernet de clientes.Não obstante, muitas redes legadas ainda são baseadas em outros padrões, como SDH e ATM, e elas aindaprecisam suportar esses tipos de tecnologia. Uma infra-estrutura de transporte que possa carregar tráfegogerado tanto por acesso móvel quanto fixo é um desafio importante para as redes de transporte do futuro. Aplicações fixas e móveis apresentam requisitos similares de QoS, e podem ser apresentadas em 4 classes diferentes: melhor esforço,streaming, tempo real e transacional. No entanto, as exigências atuais de largura de banda são menores para aplicações móveis do quepara aplicações fixas, devido a limitações no acesso à internet banda larga sem fio e também pelo tamanho e resolução das telas dosterminais.

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Redes de Transporte: Packet Transport Networks As tecnologias de pacotes vêm dominando o cenário de redes locais (LAN – Local Area Network) por maisde 25 anos, e hoje em dia elas também estão sendo amplamente utilizadas nas redes de transporte, ondemuitos serviços de rede são baseados em paradigmas de pacotes. As razões principais desse sucesso sãoduas: primeiro, a eficiência superior das redes de pacote em aproveitamento de recursos de rede devido àagregação estatística de tráfego baseado em pacotes; segundo, a flexibilidade inerente das redes de pacoteque podem suportar uma variedade sem número de aplicações de usuários com alguns poucos serviçosfundamentais de rede. No entanto, até agora, o transporte do tráfego de pacotes tem sido feito sobre a tecnologia de comutação porcircuito já disponível para telefonia. Um exemplo típico é representado pelo transporte ethernet sobre redesNG-SDH (Next Generation SDH). Essa solução é justificada pela grande disponibilidade de equipamentosSDH em redes de transporte já instaladas, e pelas excelentes funcionalidades de OAM dessa tecnologia. Essas funcionalidades são fundamentais para provisionar serviços de redes de pacotes com a qualidadeexigida pela maioria das aplicações de usuários, mas elas não são suportadas pelas tecnologias de pacotesdas LANs. Esta situação está mudando rapidamente, pois uma nova geração de tecnologias de rede baseadasem pacote está emergindo. Esses novos cenários combinam a eficiência e a flexibilidade das redes de pacotecom as funcionalidades de controle e gerenciamento efetivos das redes baseadas em circuito. Essas novastecnologias estão sendo chamadas de Packet Transport Technologies (PTTs). Existem propostas para introduzir túneis facilitando ao protocolo Ethernet obter funcionalidades deengenharia de tráfego e transformando-o em uma plataforma orientada à conexão. Esse desenvolvimentoestá atualmente em processo de padronização pelo IEEE e pelo ITU-T onde ele é conhecido como ProviderBackbone Bridge with Traffic Engineering (ou simplesmente PBB-TE). Uma abordagem alternativa que está em padronização no ITU-T e IETF é evoluir as pilhas de protocolosIP/MPLS integrando funções de OAM para redes de transporte de classe de operadora. Essa PTT, conhecidacomo MPLS-TP (MPLS Transport Profile) inclui funcionalidades tradicionalmente associadas com redes detransporte, como comutação de proteção e funções de operação e manutenção, visando prover umparadigma de operação, controle e gerenciamento comum a outras tecnologias de transporte (ex.: SDH,OTN, WDM). A tendência imposta pelo aumento dramático de tráfego de pacotes e as vantagens óbvias em evoluir asredes comutadas por circuito existentes em redes comutadas por pacote irá fazer das PTTs uma soluçãoviável para construir uma infra-estrutura unificada de transporte. Operadores de rede que já implementaramuma rede NG-SDH para tráfego agregado podem seguir uma linha mais conservadora de migração em suasredes e continuar com soluções de comutação em circuito baseadas em tecnologias ópticas.

NG-SDH Nos últimos vinte anos, a tecnologia SDH se estabeleceu como a tecnologia predominante de transporte porfibra óptica nas redes de operadoras. Grande parte de sua adoção é dada pela sua compatibilidade com osserviços mais comumente utilizados até então, entre eles a transmissão de voz, que utilizapredominantemente a abordagem de comutação de circuitos para estabelecimento de conexões. Atecnologia também é altamente padronizada, como definido pelo ITU-T. Num aspecto geral, nenhumatecnologia tem um nível de maturidade na camada física óptica como o SDH/SONET [3].

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No entanto, com o nível maior de transmissão de dados e o desenvolvimento da pilha de protocolos TCP/IP,várias falhas da tecnologia SDH vieram à tona destacando sua incapacidade de suportar eficientemente otransporte de dados em pacotes. Isso não foi uma surpresa, já que a tecnologia de pacotes foi criada edesenvolvida em um ambiente diferente (redes locais) e por diferentes instituições de padronização. Asolução para mesclar o tráfego de pacotes com o tráfego TDM foi prevista com o desenvolvimento datecnologia ATM. O ATM é uma tecnologia altamente flexível e amplamente utilizada em redes deprovedores de serviços. Suas maiores falhas, no entanto, são o alto custo de implementação, a complexidadetecnológica e as limitações em termos de largura de banda que se tornam plenamente perceptíveis em taxasalém de 2,5 Gbits/s. Devido a essas dificuldades outras soluções alternativas surgiram. As dificuldades quese tornaram óbvias com essas soluções alternativas no passado devem-se em grande parte a sua abordagemparcial, já que alguns requisitos nunca foram cumpridos. O mercado oferece alguns equipamentos que sãocapazes de atender requisitos de transferência em vários níveis, mas tudo depende de quando ele foidesenvolvido e nas preferências dos fabricantes. A falha principal dessas soluções é a falta de padronização,resultando em uma limitação da área de uso, devido a questões de interoperabilidade com outras soluções. As instituições de padronização insistiram em preparar um conjunto de recomendações que ofereceriasoluções padronizadas para transmissões multisserviços eficientes através de uma rede SDH. Os sistemasadequados a essas recomendações estão se tornando amplamente estabelecidos no segmento de transporteóptico das redes modernas. O SDH deste modo se transformou no NG-SDH, que permite em teoria atransferência e convivência dos tráfegos TDM e de pacotes, sendo esse último baseado no protocolo IP. As três técnicas mais importantes que facilitam a convergência de serviços em redes NG-SDH são:

Generic Framing Procedure (GFP)

É um protocolo universal de adaptação de sinais, baseado na recomendação G.7041 do ITU-T. Ele utiliza omapeamento de tráfego de banda larga para convergir o Ethernet, Fiber Channel ou qualquer outro tipo dedado de pacote para o SDH ou diretamente para uma rede de transmissão óptica utilizando a tecnologiaWDM. Comparado com outras tecnologias padronizadas anteriormente, como “Packet over SDH”, ATM eX.86, assim como tecnologias proprietárias individuais, ele oferece diversas vantagens. O GFP permiteencapsulamento de quadros de dados tanto de estrutura fixa quanto variável e garante a interoperabilidadequando são utilizados equipamentos de diferentes fabricantes.

Virtual Concatenation (VCAT)

O VCAT é uma técnica de multiplexação inversa, desenvolvida através das recomendações G.707/Y.1322 eG.783 do ITU-T. Ela permite o empilhamento de vários canais independentes de baixa velocidade em umúnico canal de alta velocidade. Utilizando o VCAT, o tráfego de dados é levado em um número de containersparalelos menores que são transportados individualmente através da rede e reassimilados ao chegar aodestino. Cada canal em um Virtual Concatenation Group (VCG) pode estar em diferentes caminhos. Aalocação flexível de largura de banda é conseguida através da escolha apropriada do número e tamanho doscontainers de dados. O VCAT aumenta a eficiência do transporte de serviço de dados em comparação comum virtual container SDH de largura de banda fixa.

Link Capacity Adjustment Scheme (LCAS)

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O LCAS é um esquema de sinalização que segue as recomendações G.7041/Y.1305 do ITU-T, e que permitea dois pontos de um canal VC dinamicamente ajustarem a largura de banda de acordo com requisiçõesvindas do NMS (Network Management System) sem interferir no tráfego. Um engano comum é pensar que oLCAS permite ao SDH ajustar um canal VCAT automaticamente de acordo com a taxa de dados. De fato oNMS precisa enviar um comando para o nó de origem para adicionar/remover um sub-canal de/para o canalVCAT existente. O nó de origem usa comandos LCAS para notificar o nó de destino sobre a adição/remoçãodo sub-canal. Muitos provedores de serviço com uma grande base de SDH instalada acreditam que conseguem oferecerserviços Ethernet independente de onde ou quando a demanda se originar. Esse serviço é simplesmente umcanal SDH com interfaces de acesso Ethernet para usuários através de mapeamento GFP. Com o VCAT, osprovedores de serviço podem alocar a largura de banda “ideal” de acordo com as necessidades do cliente.Adicionalmente, o LCAS oferece proteção para os grupos VCAT além da proteção nativa do SDH. Tudo isso parece ser muito promissor, mas já é conhecida a ineficiência do NG-SDH em oferecer serviços de

dados [2]. Ela se divide em duas áreas:

Alocação de Banda Inflexível

A alocação de largura de banda para um serviço Ethernet em uma rede NG-SDH deve ser um fator integralde um container VC-11/VC-12/VC-3/VC-4. Outra restrição é que os membros do VCG devem ter o mesmotamanho. Por exemplo, se um cliente começar com um serviço de 100 Mbps utilizando um container concatenadoVC-12-46v (46 unidades de um container VC-12, sendo que cada unidade comporta 2,176 Mbps, resultandoem 46 * 2,176 = 100,096 Mbps), mas depois quiser aumentar sua largura de banda para 1000 Mbpsutilizando um VC-4-7v (cada VC-4 comporta 149,76 Mbps, portanto temos 7 * 149,76 = 1048,32 Mbps), oserviço teria que ser interrompido pois o operador teria que recriar a rota. Isso resulta em interrupção deserviço já que o circuito de baixa ordem (VC-12-46v) deve ser removido e o de alta ordem (VC-4-7v) deveser adicionado.

Superutilização de Largura de Banda para QoS

O Acordo de Nível de Serviço (SLA – Service Level Agreement) normalmente define a largura de banda, alatência, a variação de latência e as regras de descarte de pacotes. Para garantir a largura de bandacontratada, um provedor de serviços teria que provisionar um circuito Ethernet sobre SDH, virtualmenteconcatenado ou não, levando em consideração as taxas de pico dos serviços de rajada que ele vende paraseus clientes. O tráfego de dados trabalha inerentemente em rajadas, e taxas de pico de vários fluxos detráfego normalmente não ocorrem ao mesmo tempo. Com isso, a média real de utilização em cada um dessescircuitos SDH é normalmente uma fração da taxa de pico, o que faz com que a utilização geral da rede sejabaixa. Por exemplo, um anel STM-16 pode suportar até duas conexões Gigabit Ethernet (GE) utilizando VCAT. Emcontraste, os provedores de serviço Ethernet estão acostumados a utilizar um único anel GE para atenderdois clientes GE porque eles sabem que o tráfego mais pesado de ambos os clientes raramente é simultâneo,

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e ambos os clientes irão perceber uma taxa efetiva de 1Gbps. Mesmo quando o tráfego em rajada ocorrersimultaneamente, o Ethernet pode usar funções de controle de fluxo e modelagem de tráfego para evitar aperda de pacotes. E, finalmente, o custo de um anel GE é substancialmente menor do que o de um anelSTM-16.

PBB-TE O PBB-TE (Provider Backbone Bridges with Traffic Engineering) é uma tecnologia que adapta o protocoloEthernet para atuar em redes de transporte de classe de operadora. Ele se baseia no princípio dasobreposição de rótulos de VLANs (Virtual LAN) e do encapsulamento MAC-in-MAC definido no padrãooriginal do IEEE 802.1ah (Provider Backbone Bridges – PBB), mas difere desse pelo fato de eliminar omecanismo de flooding, tabelas de encaminhamento dinamicamente criadas e protocolos STP (SpanningTree Protocol). Comparado ao PBB e seus predecessores, o PBB-TE se comporta de maneira maisprevisível e seu comportamento pode ser facilmente controlado pelo operador de rede, ao custo de exigir aconfiguração da conexão em cada ponte (bridge) ao longo do caminho a ser percorrido pelo tráfego. Asfunções de OAM do PBB-TE são baseadas no padrão IEEE 802.1ag. Ele foi inicialmente concebido comoum protocolo proprietário da empresa Nortel, denominado Provider Backbone Transport (PBT), mas foipadronizado pelo IEEE posteriormente e renomeado para 802.1Qay – Provider Backbone Bridges withTraffic Engineering (PBB-TE). As funcionalidades e comportamentos orientados à conexão do PBB-TE, assim como sua abordagem deOAM, são inspirados nas tecnologias SDH/SONET. O PBB-TE também consegue oferecer níveis deproteção de caminho similares aos vistos no esquema de proteção UPSR (Unidirectional Path SwitchedRing) em redes SDH/SONET. Histórico Originalmente projetado como um protocolo de comunicação de rede local (LAN), o Ethernet permite aoscomputadores e nós se interconectarem em uma rede pequena. Mas para expandir seu alcance para a infra-estrutura de núcleo, o Ethernet precisaria oferecer garantias de confiabilidade e qualidade de serviço declasse de operadora para milhares de computadores por distâncias metropolitanas, nacionais e até globais,sem afetar sua simplicidade e relação custo-benefício. A nova adição ao padrão IEEE 802.1 conhecidacomo Provider Backbone Bridge with Traffic Engineering (PBB-TE), é amplamente reconhecida como asolução classe de operadora para esse problema do Ethernet. Esse padrão é baseado no formato de quadros PBB (definido no padrão IEEE 802.1ah; também conhecidocomo MAC-in-MAC), no qual um quadro Ethernet existente é encapsulado em outro quadro Ethernet. Essaabordagem permite a separação dos domínios Ethernet de cliente e de operadora enquanto mantém astécnicas de encaminhamento e detecção de erros do Ethernet. Com o crescimento das redes, os switches de núcleo tinham que gerenciar um número maior de endereçosMAC em suas tabelas de encaminhamento. Combinado com o número limitado de VLANs, isso aumentou acomplexidade das redes. A abordagem PBB 802.1ah propôs o encapsulamento de um quadro Ethernet docliente em um quadro Ethernet da operadora, completo com seu próprio espaço de endereço MAC, comoilustra a figura 2. Em uma rede PBB, os quadros são comutados de acordo com o endereço MAC do switchde backbone. A vantagem principal dessa abordagem é a completa separação entre os domínios de cliente ede operadora, permitindo que os quadros do cliente sejam transportados de maneira transparente dentro dosquadros da operadora. Isso reduz enormemente a complexidade das tabelas de encaminhamento dosswitches, já que as entradas são limitadas às dos switches da rede da operadora.

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Figura 2: Encapsulamento PBB quadro-em-quadro

O PBB também introduziu um campo chamado I-Tag, que permite à operadora atribuir parâmetros de QoS edefinir um identificador único de cliente (I-SID). Com isso, os fluxos de tráfego possuem um único I-Tag porcliente, e o QoS pode ser realizado por cliente ao invés de ser por VLAN. Além disso, como o I-SID possuium comprimento de 24 bits, podem haver mais de 2 milhões de identificadores de serviço. Princípio de Operação Um serviço é identificado por um I-SID (Backbone Service Instance Identifier) e cada serviço é associado aum tronco PBB-TE. Cada tronco PBB-TE é identificado por um trio formado por B-DA (Bridge –Destination Address), B-SA (Bridge – Source Address) e B-VID (Bridge – VLAN ID). O B-SA e o B-DAidentificam as pontes de origem e destino respectivamente, que são os endpoints do tronco. O B-VID é umidentificador de VLAN do backbone que é utilizado para distinguir diferentes troncos voltados ao mesmodestino. O sistema de gerenciamento configura os troncos PBB-TE de todas as pontes de borda e de núcleocriando entradas estáticas na tabela de encaminhamento; o sistema de gerenciamento é responsável porgarantir que não haverá loops de encaminhamento. As pontes da borda do backbone mapeiam quadros de e para um I-SID e realizam as funções deencapsulamento e desencapsulamento de cabeçalhos MAC. As pontes de núcleo atuam como nós detrânsito. Os pacotes são encaminhados com base no VLAN ID (B-VID) e no endereço MAC de destino(B-DA). Ambas as funções (borda e núcleo) estão ilustradas na figura 3.

Figura 3: Pontes de borda (edge) e núcleo (core)

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O encaminhamento é baseado nas entradas estáticas da base de dados de encaminhamento (FDB –Forwarding DataBase); o aprendizado dinâmico de endereços MAC não é utilizado. Quaisquer quadrosbroadcast ou multicast recebidos são descartados ou encapsulados como unicast dentro do tronco. Todos ospacotes de Destination Lookup Failure são descartados ao invés de serem enviados por flooding.Eliminando todo o broadcast e o flood, e utilizando apenas caminhos livres de loops configurados pelosistema de gerenciamento, não há mais nenhuma necessidade de se utilizar um protocolo spanning-tree. No Ethernet legado, poucos mecanismos existiam para determinar se um link de rede tiver falhado. Essafunção era garantida pelo mecanismo de aprendizado do spanning-tree, que era automaticamente realizadoem intervalos específicos. Em uma situação onde o link entre dois dispositivos falhava, o processo deaprendizado do spanning-tree iria automaticamente redescobrir a interrupção da rede e eleger novas rotasbaseadas em seus novos cálculos. Esses mecanismos interrompem o fluxo do tráfego até os processos deaprendizado e cálculo terminarem, levando tipicamente de 3 a 5 segundos com o RSTP (Rapid SpanningTree Protocol). Isso também causa uma seleção arbitrária de rotas. O link mais rápido pode não ser sempreo selecionado, pois apenas o de menor custo o é, o que pode não ser vantajoso para o cliente. No PBB-TE, como o spanning-tree é desabilitado e as rotas são configuradas pelos operadores de rede, aresiliência da rede também se torna um item configurável. A rede pode conter pelo menos dois caminhos,um caminho de trabalho e um caminho de proteção. O caminho de trabalho consiste no caminho principaltomado pelos quadros em operação normal enquanto o caminho de proteção é o caminho reserva no caso docaminho principal falhar. A atribuição de caminhos é baseada no B-VID atribuído aos quadros durante seu encapsulamento no switchde borda. Com isso, o operador de rede deve determinar as VLANs de trabalho e de proteção assim comoconfigurar as rotas que cada VLAN deve tomar na rede. No PBB-TE, a engenharia de tráfego é baseada no controle do encaminhamento dado ao provedor, diferentedo Ethernet legado. Ao fornecer o controle do encaminhamento para o provedor, o PBB-TE ofereceencaminhamento determinístico; ex.: as rotas são pré-configuradas através de um software degerenciamento externo [4]. Para o PBB-TE, problemas de caminho são determinados pelo monitoramento de mensagens de checagemde continuidade, do mecanismo de gerenciamento de falhas de conectividade do padrão 802.1ag, que devemser recebidas em intervalos específicos. No evento de um dispositivo do núcleo ou backbone não receberuma dessas mensagens após um intervalo específico, assume-se que há uma falha no link. Os quadros sãoentão automaticamente encaminhados através do caminho de proteção dentro de 50ms. O tempo derecuperação do PBB-TE está, portanto, dentro da exigência de menos de 50ms das redes de transportetradicionais, enquanto oferecem caminhos determinísticos e valor agregado para as redes de operadora. Em suma, as principais características do PBB-TE são:

Engenharia de tráfego e resiliência;Entrega determinística e segura;Escalabilidade de serviço;Simplicidade operacional;Tunelamento do Ethernet com interoperabilidade total com MPLS;Independência entre as camadas de serviço e transporte – os serviços dentro do túnel poderiam serEthernet, IP, MPLS pseudowires, ou VPLS.

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IP/MPLS O MPLS foi originalmente desenvolvido pelo IETF para resolver problemas de desempenho de roteadoresde núcleo de redes IP. No entanto desde então o MPLS tem visto fortes aplicações nas redes convergentesde núcleo dos provedores de serviço, e como uma plataforma para serviços de dados como o IP-VPN. O MPLS é essencialmente um sistema de rotulamento projetado para acomodar múltiplos protocolos. LabelSwitched Paths (LSPs) são utilizados para definir os caminhos dos pacotes na rede e com isso um modoorientado à conexão é introduzido em uma rede não orientada à conexão. O uso de rótulos MPLS permiteaos roteadores evitar a carga de processamento de ter de verificar intrinsecamente cada pacote e executarfunções complexas de busca de rotas com base em endereços IP. A tecnologia MPLS oferece aos clientes uma solução versátil que ajuda significantemente a resolver osproblemas que existem nas redes atuais:

VelocidadeEscalabilidadeGerenciamento de Classe de Serviço e Qualidade de ServiçoEngenharia de TráfegoConvergência de Voz, Vídeo e Dados

O MPLS surgiu como uma solução inteligente para alcançar os requisitos de largura de banda e degerenciamento de serviços das redes de backbone de próxima geração baseadas em IP. O MPLS ataca osproblemas relacionados à escalabilidade e roteamento, e ele pode ser executado sobre redes ATM e FrameRelay existentes. O MPLS melhora a rede de um cliente oferecendo:

Encaminhamento de dados em alta velocidade entre localidades do cliente;A habilidade de criar uma rede parcialmente ou totalmente em malha, comumente descrita como“any-to-any”, com apenas uma única conexão física e lógica por local;Reserva de largura de banda para aplicações e capacidades de priorização.

O MPLS permite que a rede transmita pacotes de dados utilizando protocolos de roteamento IP padrão dequalquer localidade para qualquer localidade através de um caminho curto predeterminado através da rede.O MPLS combina as funcionalidades mais desejáveis das redes de camadas 2 e 3, juntando a velocidade eeficiência de uma rede camada 3 com a segurança e a confiabilidade de uma rede camada 2. Uma funcionalidade chave oferecida por uma rede MPLS é a Classe de Serviço (CoS – Class of Service). ACoS permite a definição opcional de exigências de largura de banda e de priorização de tráfego poraplicação. Fazendo com que a rede esteja ciente das aplicações que por ela trafegam, o tráfego pode sergerenciado de uma maneira apropriada para cada aplicação nele contida. Classes para cada tipo de tráfegopodem ser indicadas de várias maneiras a partir do momento que o tráfego entra na rede. Com a função de Fast ReRoute (FRR) do MPLS, uma rede pode implementar comutação de proteção emmenos de 50ms. O conjunto de tecnologias IP/MPLS é maduro o suficiente para vários cenários deaplicação. O que o impede de ser o candidato ideal para uma rede de transporte de próxima geração são as

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seguintes características:

As tecnologias IP/MPLS são deveras complicadas, e os roteadores IP/MPLS são caros.Para algumas aplicações de rede de transporte, como backhaul móvel (MBH – Mobile BackHaul),todos os serviços são transportados de estações rádio-base para uma central, eliminando a necessidadede roteamento complexo. Como os padrões de tráfego são relativamente estáticos, as poderosasfunções de roteamento do IP/MPLS são desperdiçadas.Como a maioria das redes de transporte é baseada em SDH, o pessoal responsável pela manutençãoda rede está acostumado com os procedimentos de operação e manutenção das redes SDH. Oplanejamento, operação e manutenção da rede IP/MPLS representaria uma grande curva deaprendizado para esse pessoal, aumentando o custo total de propriedade do provedor de serviços.O IP/MPLS não possui as funções de OAM necessárias para gerenciar serviços de nível de operadora.

T-MPLS / MPLS-TP Com a tendência de redes baseadas em pacote em alta, o ITU-T se interessou em adaptar o MPLS paratorná-lo “classe de operadora”, de acordo com os reconhecidos princípios de arquitetura do ITU-T. Oresultado foi o Transport MPLS (T-MPLS), uma tecnologia de rede de transporte de pacotes orientada àconexão baseada no MPLS que oferece conexões ponto-a-ponto gerenciadas para redes de diferentescamadas (como por exemplo Ethernet). O T-MPLS, como uma nova formulação do MPLS, foi projetado especificamente para ser aplicado em redesde transporte. Ele é formado por padrões bem conhecidos e pela ampla implementada tecnologia IP/MPLS,mas oferece uma implementação mais simples, onde funcionalidades que não eram relevantes paraaplicações orientadas à conexão foram removidas e brechas críticas de funcionalidades de transporte foramsanadas. O T-MPLS está sendo desenvolvido pelo ITU-T desde fevereiro de 2006. Ele usa os mesmos princípiosarquiteturais de rede em camadas que é utilizado em outras tecnologias como SDH e OTN. Provedores deserviço já possuem processos de gerenciamento e procedimentos de trabalho baseados nesses princípios.Dessa maneira o T-MPLS oferece uma tecnologia confiável de transporte de pacotes que é familiar etambém alinhada com as redes de transporte baseadas em circuito. Ou seja, ele suporta os processos degerenciamento e os procedimentos de trabalho em larga escala já existentes. Adicionalmente, as melhoriaschave para o MPLS – oferecidas pelo T-MPLS, como LSPs ponto-a-ponto bidirecionais, proteção de LSPfim-a-fim, e suporte avançado a OAM permitem um controle mais abrangente dos recursos da rede detransporte, levando a um gasto menor com despesas operacionais. No entanto, diferente do MPLS, o T-MPLS não suporta um modo não orientado à conexão e visa ser menosabrangente em escopo, menos complexo em operação, e facilmente gerenciado. As funcionalidades decamada 3 foram eliminadas e o plano de controle utiliza um mínimo de mecanismos IP, levando aimplementações em equipamentos que condizem com as necessidades dos provedores de serviços detransmissão de pacotes em alto volume com baixo custo em suas arquiteturas de próxima geração. OT-MPLS foi formulado em conjunto com as redes de transporte atuais baseadas em circuito, seguindo osmesmos modelos arquiteturais, gerenciais e operacionais. Partindo disso ele visa oferecer um caminho idealde evolução para muitos provedores serviços em suas redes de acesso e metro, em direção a um modelofuturo completamente baseado em pacotes. Outra maneira de enxergar o T-MPLS é imaginá-lo como um subconjunto do MPLS estritamente orientado àconexão [2], como explorado nos itens abaixo.

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Sobrevivência é um fator específico à rede de transporte. O T-MPLS define seus mecanismos deproteção utilizando as seguintes recomendações do ITU-T: G.8131/Y.1382 (Comutação de proteçãolinear do T-MPLS com opções 1+1, 1:1 e 1:N) e G.8132/Y.1383 (Comutação de proteção em anel doT-MPLS). A funcionalidade Fast ReRoute (FRR) exige o uso do LSP Merge, que foi excluído doT-MPLS. Como não há um plano de controle envolvido, o desempenho da comutação de proteçãopode ser bem rápido.O OAM é específico para a rede de transporte e a funcionalidade é referenciada da recomendaçãoY.1711 (Mecanismo de OAM para redes MPLS) do ITU-T. Ela oferece os mesmos conceitos emétodos de OAM (ex.: verificação de conectividade, supressão de alarmes, indicação de defeitosremotos) já disponíveis em outras redes de transporte, sem requerer as funcionalidades complexas doplano de dados IP.O plano de controle do T-MPLS (específico para a rede de transporte) não foi definido. Em outraspalavras, o plano de gerenciamento será utilizado para provisionamento manual/automatizado, damesma maneira que as redes SDH e OTN são provisionadas hoje. No entanto, como é o caso de outrastecnologias de transporte, foi previsto que o plano de controle do T-MPLS seria o ASON(Automatically Switched Optical Network) / GMPLS (Generalized MPLS) e com isso seria obtidauma operação mais inteligente e dinâmica.Não há reserva de rótulos. O T-MPLS não reservaria rótulos para seu próprio uso independentementedo MPLS. Quaisquer requisitos para atribuições de rótulos especiais serão vistos pelo IETF ecoordenados com os padrões MPLS. Isso ajuda a garantir que a interoperabilidade será prontamenteatendida.O ITU-T aprovou a primeira versão de sua recomendação para transporte de pacotes chamadaarquitetura T-MPLS em 2006. Por volta de 2008, a tecnologia tinha alcançado o estágio aonde algunsfabricantes começaram a suportá-la em seus equipamentos de transporte óptico. Ao mesmo tempo, oIETF estava trabalhando em um novo mecanismo chamado Pseudo Wire Emulation Edge-to-Edge(PWE3) que emula os atributos essenciais de um serviço como ATM, TDM, Frame Relay ou Ethernetsobre uma rede comutada por pacotes, que pode vir a ser uma rede MPLS, descrito na RFC 3916.

Um grupo de trabalho conjunto (JWT) foi formado entre o IETF e o ITU-T para alcançar um alinhamentomútuo dos requisitos e dos protocolos. Com base na atividade do grupo, foi acordado que um futuro trabalhode padronização, no IETF, irá focar em definir o perfil de transporte do MPLS (MPLS-TP) utilizando osmesmos requisitos funcionais que motivaram o desenvolvimento do T-MPLS. Quando as RFCs (Request ForComments) do MPLS-TP tiverem alcançado um nível de maturidade técnica comparável com asrecomendações do T-MPLS já existentes, o ITU-T irá alinhar este último com as realizações do IETF. Afigura 4 detalha o fluxo do processo de padronização entre os dois órgãos.

Figura 4: Colaboração entre ITU-T e IETF para desenvolvimento do MPLS-TP As especificações do MPLS-TP estão progredindo a um ritmo considerável, visto que as recomendações

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G.81xx do ITU-T já forneceram as bases. As primeiras especificações estáveis do IETF para o MPLS-TPforam concretizadas em 2009 e expansões futuras e refinamentos são esperados até o fim de 2010. Características O objetivo do MPLS-TP é oferecer transporte orientado à conexão para serviços baseados em pacotes sobreredes ópticas aproveitando a tecnologia MPLS, que é amplamente difundida. A chave para essa tecnologia éa definição e implementação de funcionalidades de OAM e resiliência para garantir as característicasnecessárias para uma rede de transporte classe operadora – operações escaláveis, alta disponibilidade,monitoramento de desempenho e suporte a multi-domínios. As características chave do MPLS-TP são [5]:

É estritamente orientado à conexão;É agnóstico a clientes – pode carregar serviços de camadas 1, 2 ou 3;É agnóstico à camada física – pode ser executado sobre PHYs (Physical Layers) Ethernet,SONET/SDH (recomendação G.783) e OTN (recomendações G.709 e G.872) utilizando GFP(recomendação G.7041), WDM, etc., como demonstrado pela figura 5;Oferece poderosas funções de OAM, similares às disponíveis em redes de transporte ópticastradicionais (ex.: SONET/SDH, OTN); essas funções de OAM são uma parte integral do plano dedados MPLS-TP, e são independentes do plano de controle;Oferece vários esquemas de proteção no plano de dados similares aos disponíveis em redes detransporte ópticas tradicionais;Permite provisionamento de rede por meio de um NMS centralizado e/ou um plano de controledistribuído;O plano de controle do GMPLS também é aplicável às camadas de cliente e servidor do MPLS-TP epermite o uso de uma abordagem comum para o gerenciamento e controle de redes de transportemulti-camadas;

Figura 5: Transporte de serviços sobre MPLS-TP As redes de transporte atuais (SONET/SDH) são tipicamente operadas por um NOC (Network OperationsCenter) utilizando um NMS que se comunica com os elementos de rede que estão em campo através da redede gerenciamento de telecomunicações (TMN – Telecommunications Management Network). O NMSoferece funções bem-conhecidas de gerenciamento FCAPS, que são: Falhas, Configuração, Auditoria,Desempenho e Segurança, como definido na recomendação M.3400 do ITU-T. Juntamente com as funçõesde sobrevivência da rede como proteção e recuperação, valores aproximados de disponibilidade de acima de99,999% foram alcançados graças às funcionalidades de OAM altamente sofisticadas que existem nas redesde transporte atuais. Esse paradigma de gerenciamento de rede bem-conhecido foi tomado como base para o desenvolvimento danova tecnologia MPLS-TP para as redes de transporte de pacotes. Além disso, o MPLS-TP ofereceprovisionamento dinâmico dos caminhos de transporte através de um plano de controle. O plano de controle

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é utilizado principalmente para oferecer funções de recuperação para aumentar a capacidade desobrevivência da rede frente a falhas e facilitar o provisionamento de caminhos fim-a-fim através da rede oudo domínio da operadora. A operadora tem a escolha de habilitar o plano de controle ou de operar a rede nomodo tradicional, sem o plano de controle, através de um NMS, como ilustrado na figura 6. Vale notar que oplano de controle não torna o NMS obsoleto – o NMS necessita não só configurar o plano de controle, mastambém interagir com ele para fins de gerenciamento de conexões.

Figura 6: Características de sobrevivência e resiliência do MPLS-TP OAM e Sobrevivência no MPLS-TP As funções de OAM e sobrevivência para redes MPLS-TP visam reduzir a complexidade operacional darede associada com o monitoramento e gerenciamento do desempenho da rede, gerenciamento de falhas, ecomutação de proteção. Elas são necessárias para poder operar sem nenhuma função da camada IP. Um dos objetivos do OAM do MPLS-TP é oferecer as ferramentas necessárias para monitorar e gerenciar arede com os mesmos atributos oferecidos pelas tecnologias de transporte legadas. Por exemplo, o OAM éprojetado para trafegar no mesmo caminho exato que os dados iriam. Em outras palavras, o OAM doMPLS-TP monitora PWs ou LSPs. Dois componentes importantes dos mecanismos de OAM são o GenericAssociated Channel (G-Ach) e o Generic Alert Label (GAL). Como seus nomes indicam pelo termo“generic”, eles permitem que um operador mande qualquer tipo de tráfego de controle em um PW(PseudoWire) ou um LSP. O G-ACh é usado tanto em PWs e nos LSPs do MPLS-TP. O GAL é usado hojenos LSPs do MPLS-TP para sinalizar o G-ACh. O G-ACh é muito similar ao canal associado que foi definido pela RFC 4385 do IETF [6]. O G-ACh é comoum container ou um canal que percorre o PW e carrega mensagens OAM. Por exemplo, uma mensagemVirtual Circuit Connectivity Verification (VCCV) pode ser enviada através de um canal associado paramonitorar se o PW está disponível. O canal associado é uma função genérica, podendo também serexecutado sobre LSPs. Essa função genérica é capaz de carregar tráfego do usuário, tráfego OAM, e tráfegode gerenciamento sobre um PW ou um LSP, inclusive informações de Automatic Protection Switching(APS) e Data Communication Channel (DCC) / Signaling Communication Channel (SCC) / ManagementCommunication Channel (MCC), que são canais utilizados em circuitos SDH. A figura 7 demonstra os 2

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formatos de mensagens OAM utilizados.

Figura 7: Formato de mensagem OAM de pseudowire e de LSP É importante ressaltar que essa construção genérica definida para o MPLS-TP será reutilizada peloIP/MPLS. Isso irá fornecer um conjunto extenso de ferramentas de OAM e suportar funções de FCAPS paragerenciamento fim-a-fim. Plano de Controle do MPLS-TP O IETF também definiu o GMPLS como uma generalização do plano de controle do MPLS paradesenvolver um plano de controle dinâmico que pudesse ser aplicado às redes ópticas e às comutadas porpacote. A arquitetura GMPLS é descrita na RFC3945. O plano de controle do GMPLS, ou sua contrapartedo ITU-T, ASON (descrito na recomendação G.8080), suporta funções de gerenciamento de conexões assimcomo técnicas de proteção e recuperação (como demonstrado na figura 8) e através disso oferececapacidade de sobrevivência da rede através de redes compostas por roteadores IP, comutadores MPLS-TP,ADMs (Add-Drop Multiplexer) ópticos, cross-connects e dispositivos WDM.

Figura 8: Topologia MPLS-TP com exemplos de proteção O MPLS-TP pode utilizar o plano de controle distribuído para habilitar um provisionamento de serviçosrápido, dinâmico e confiável em ambientes multi-fabricantes e multi-domínios utilizando protocolos

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padronizados que garantem interoperabilidade [5]. O plano de controle do MPLS-TP é baseado em uma combinação do plano de controle MPLS parapseudowires e do plano de controle GMPLS para LSPs MPLS-TP, respectivamente. O plano de controledistribuído do MPLS-TP oferece as funções básicas de sinalização, roteamento, engenharia de tráfego ecálculo de caminhos com base em restrições. Essas funcionalidades garantem sua própria sobrevivência epermitem a si mesmo recuperar-se de falhas e degradações. Outras funções incluem graceful restart econfigurações redundantes. Além disso, o plano de controle do MPLS-TP é separado do plano de dados, aoponto de falhas no plano de controle não impactarem o plano de dados e vice-versa. Aplicações A tecnologia MPLS-TP usa o plano de dados do MPLS e visa simplificar os complicados cenários deaplicação do mesmo. Ela diminui os custos de equipamentos, operação e manutenção. O plano de dados éseparado do plano de controle – isso leva a uma alta estabilidade, confiabilidade e flexibilidade da rede.Com um forte mecanismo de OAM e funções de comutação de proteção, a PTN baseada em MPLS-TPpode alcançar o mesmo nível de confiabilidade e resiliência que a rede SDH/NG-SDH. Quando comparadacom as amplamente difundidas redes SDH, e as mais recentes NG-SDH, vê-se que a rede MPLS-TP é umpasso em direção ao futuro:

A metodologia operacional é similar, se não for a mesma, que a de uma rede SDH. Isso éparticularmente importante para grandes provedores de serviço que podem ter um extenso processo esistemas de provisionamento e controle automatizado desenvolvido ao longo dos anos. Um grandeimpacto em treinamento e capacitação de pessoal também pode ser evitado.A rede de gerenciamento utiliza os processos familiares de transporte:

Provisione o que você quer;Receba relatórios de desempenho periodicamente ou instantaneamente;Receba alertas através de alarmes se um problema ocorrer;Detecte problemas facilmente utilizando relações entre problemas e alarmes.

A extensão de suporte a pacotes complementa o plano de transporte atual, que é baseado em suamaioria em tecnologias de comutação por circuito. A rede de transporte atual necessita de extensõespara suportar o transporte de pacotes, enquanto o MPLS-TP oferece suporte nativo a essa arquitetura,trabalhando de maneira mais rápida e eficiente, e oferecendo um melhor controle e utilização dosrecursos disponíveis.O plano de controle do MPLS-TP (baseado no GMPLS) tem uma abordagem similar ao do SDH eOTN e também é alinhado com os modelos existentes de gerenciamento.Redes baseadas em pacote oferecem maior eficiência de largura de banda do que redes baseadas emcircuito. Isso se torna cada vez mais evidente com o crescimento do tráfego de dados a cada dia quese passa, e traz a oportunidade de uma agregação maior de serviços sob a mesma estrutura, comomostrado na figura 9.

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Figura 9: MPLS-TP como plataforma unificada de transporte Comparada com as redes baseadas em IP/MPLS, a PTN baseada em MPLS-TP oferece as seguintesvantagens:

Focando no domínio do transporte, ao invés de tentar também cobrir aplicações de roteamento, oMPLS-TP é uma abordagem mais simples que o IP/MPLS. Mais uma vez, isso pode evitar um impactoem larga escala em treinamento e capacitação de pessoal, e em complexidade de rede.O custo total de propriedade (TCO - Total Cost of Ownership) se torna menor que na abordagemIP/MPLS, visto que o MPLS-TP omite o roteamento orientado a IP e a complexidade desse processo.O MPLS-TP suporta OAM e proteção/redundância em cada camada.Abordagem orientada à conexão com esquemas de proteção tradicionais e ferramentas de OAMcentradas em transporte que estão alinhadas com as arquiteturas estabelecidas.Desempenho de transporte garantido e QoS para todo tipo de serviço de cliente suportado.Projetado desde o começo para redes de transporte, o MPLS-TP terá suporte a uma solução completade sincronização, visando garantir a exatidão de relógio para os equipamentos da rede, principalmentenas redes 3G (3rd Generation).

A figura 10 ilustra os pontos compartilhados entre as arquiteturas IP/MPLS e MPLS-TP, juntamente com ascaracterísticas exclusivas de cada tecnologia.

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Figura 10: Pontos em comum entre o IP/MPLS e o MPLS-TP O MPLS-TP atende as necessidades de serviços de pacotes de alta largura de banda, juntamente com OAMin-band, provisionamento por NMS e proteção determinística de caminhos com recuperação rápida [7].Algumas características técnicas do MPLS-TP que são vantajosas para redes de transporte de pacotes, estãolistadas abaixo. LSP Congruente Bidirecional Isso permite às redes baseadas em MPLS-TP emular as redes de transporte clássicas, ou seja, a transmissãoe a recepção seguindo o mesmo caminho através da rede. Esse conceito, representado na figura 11,simplifica as operações para conectividade bidirecional. Ele também melhora o jitter, já que a variância doatraso dos pacotes é diminuída. A resolução de problemas também é simplificada e melhorada através douso das ferramentas de OAM fornecidas pelo MPLS-TP.

Figura 11: LSP bidirecional Sem LSP Merge As arquiteturas IP/MPLS permitem o LSP Merge, uma técnica que consiste na combinação de LSPs com omesmo destino para fins de redução de overhead e ganho de velocidade de transmissão. A questão é queessa técnica que resulta em perda de informação relativa ao LSP individual. Essa informação é crítica paraoferecer as funcionalidades de OAM desejadas pelos provedores de serviço. O MPLS-TP não permite queos LSPs sejam combinados, mantendo a identificação de cada LSP fim-a-fim. A figura 12 ilustra o conceitodo LSP merge.

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Figura 12: LSP merge

Sem Penultimate Hop Popping (PHP) A retirada do último rótulo MPLS antes do último nó da rede, mostrado na figura 13, é permitida em redesbaseadas em IP/MPLS visando reduzir a carga de processamento no roteador de borda da rede, porém elacausa a perda do contexto do LSP no roteador adjacente. Como o último rótulo é utilizado como oidentificador para as funcionalidades OAM oferecidas pelo MPLS-TP, isso não é permitido em redesMPLS-TP. Além disso, o PHP não oferece nenhum benefício aparente para VPNs de camada 2.

Figura 13: Penultimate Hop Popping

Sem Equal Cost MultiPath (ECMP) Como discutido em itens anteriores, o MPLS-TP suporta LSPs bidirecionais congruentes para transportarqualquer tipo de tráfego e não permite a combinação de LSPs. Com isso, deve existir apenas um caminhofim-a-fim predeterminado para alcançar o destino em um dado salto, não possibilitando o balanceamento decarga (ilustrado na figura 14) por meio de caminhos diferentes. Isso oferece um padrão de tráfegodeterminístico e permite aos provedores de serviço mais confiança em garantir os SLAs assim como garantirmelhores capacidades de monitoramento de tráfego.

Figura 14: Equal Cost MultiPath / Balanceamento de carga

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Redes de Transporte: Tendências do Mercado No cenário atual, os padrões principais de PTNs são o MPLS-TP e o PBB-TE. Essencialmente os dois visamutilizar a tecnologia de comutação de pacotes já existente para criar uma rede de transporte de pacotesorientada à conexão; no âmbito tecnológico, eles tentam alcançar a separação do plano de dados do planode controle, para oferecer serviços com alta confiabilidade, operabilidade e manutenção simples através demecanismos de OAM e proteção. A empresa especializada Infonetics Research conduziu uma pesquisa para descobrir qual era o plano dosprovedores de serviço em se tratando de sua rede de transporte: utilizar PBB-TE, MPLS-TP, ambos, outecnologias alternativas de transporte para construir suas PTNs. O relatório resultante: “MPLS-TP andPBB-TE Go Toe-to-Toe: Service Provider Survey”, foi lançado em dezembro de 2008. O PBB-TE possui dois pontos principais que minimizam sua chance de adoção em grande escala [8].Primeiramente, 32% dos provedores de serviços entrevistados não consideram, ou já consideraram erejeitaram a implementação do PBB-TE, enquanto apenas 5% demonstraram o mesmo sentimento para como MPLS-TP. Além disso, mesmo o MPLS-TP não estando totalmente definido e padronizado, quase 80%dos provedores de serviço dizem considerar o uso do MPLS-TP, enquanto 53% consideram o PBB-TE. Se oMPLS-TP fosse definido na data de publicação dessa pesquisa, o MPLS-TP teria uma chance muito maiorde se tornar o padrão de fato entre esses dois protocolos, porém ainda haveria uma grande chance de oPBB-TE continuar como uma segunda alternativa viável. O gráfico da figura 15 demonstra a diferençavisível entre as opiniões dos entrevistados. A empresa entrevistou profissionais responsáveis pela decisão de compra em operadoras e provedores deserviços de telecomunicações nas regiões EMEA (Europa, Oriente Médio e África), Ásia-Pacífico eAmérica do Norte. Os provedores que participaram da pesquisa já possuem ou irão possuir uma rede detransporte baseada em pacotes até o fim de 2010, e representaram por volta de 20% da renda mundial deprovedores de serviços de telecomunicações nos anos de 2007 e 2008.

Figura 15: Pesquisa de opinião entre MPLS-TP e PBB-TE Com base em outra pesquisa, datada de abril de 2010, a consultoria Frost & Sullivan lançou o estudo“Market Tracing of PTN Development Trend in China”. O estudo sugere que o mercado de PTN na Chinatem mostrado um rápido crescimento em escala comercial, em grande parte devido à expansão do 3G. Nas soluções de rede metro IP, as demandas e os custos são maiores e mais complexos do que os da rede denúcleo. A abordagem da PTN atende a demanda de um uso eficiente de largura de banda, QoS, segurança esincronização de alta precisão [9].

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De acordo com a introdução do estudo, na área de padronização, o MPLS-TP está progredindo a passoslargos, atraindo um grande número de operadoras e fabricantes de equipamentos. O número de fabricantesque anunciaram suportar o MPLS-TP é significantemente maior que os fabricantes que suportarão oPBB-TE; em contraste, o progresso do padrão PBB-TE foi mais calmo e atraiu menos atenção. A falênciada Nortel também impactou em muito a aceitação do protocolo, visto que a empresa era a principalpatrocinadora do PBB-TE. Não obstante, a maioria das operadoras atuais possui uma rede de núcleobaseada em IP/MPLS, e a experiência com essas redes faz com que seja esperado que o MPLS-TP tenha amaior fatia de mercado no segmento de transporte. As redes móveis baseadas em IP aumentam a necessidade de tecnologias PTN. O estudo aponta que alémdos requisitos tradicionais dos serviços baseados em IP, a rede móvel também possui requisitos adicionaispara sincronização, atraso, confiabilidade e segurança, trazendo à tona mais demandas para uma rede detransporte que atenda essas necessidades. O desenvolvimento sucessivo das operadoras estimula a implantação das PTNs. Os serviços detelecomunicações baseados em TDM estão praticamente saturados, enquanto os serviços baseados empacotes estão rapidamente crescendo e gradualmente ocupando de 60% a 70% de todo o tráfego, ou atémais. A comercialização do serviço 3G na China ainda é recente. As operadoras precisam que suas redessuportem serviços baseados em IP com altas taxas de crescimento esperadas em longo prazo. As tecnologiasPTN visam ser escaláveis para suportar a expansão das redes e atender as demandas das operadoras desde ocomeço. Com o avanço das estações base 3G baseadas em IP e a comercialização de serviços móveis das operadorasdomésticas chinesas, espera-se que as redes PTN entrem em estágio de aplicação comercial nos próximos1-2 anos [9]. No presente momento 3 operadoras domésticas demonstram mais interesse nodesenvolvimento de redes de transporte baseadas em IP. A operadora China Mobile foi a primeira a iniciaros testes com PTNs MPLS-TP. A China Telecom e a China Unicom vão logo atrás e irão gradualmentecomeçar seus estudos e testes com essa tecnologia.

MPLS-TP em redes móveis – Mobile Backhaul (MBH) Nos últimos anos as operadoras de redes móveis têm passado por difíceis decisões sobre a evolução de suasredes, tanto para rádio quanto para transporte (backhaul). A introdução dos PDAs Blackberry, a explosão dodispositivo iPhone e tecnologias similares na área dos smartphones criou uma carga imensa nas redes debackhaul móvel. Um número crescente de usuários de celular está utilizando aplicações de dados como, porexemplo: e-mail, SMS, vídeos (YouTube), redes sociais (Facebook) e diversas aplicações em tempo-real.Todas essas aplicações são baseadas em IP e a largura de banda exigida ultrapassa em muito as exigênciasde outras aplicações de até então. As operadoras móveis já aceitaram o fato que a rede de transporte móvel terá que evoluir para atender asnovas demandas. Já há um entendimento comum que a evolução irá aproximar a rede MBH, aos poucos, daabordagem de transporte baseado em IP. Ao planejar uma evolução e migração desse porte, as operadorasde rede celular se afrontam com alguns desafios que devem ser cumpridos de maneira holística (nãoindividualmente, mas sim como um todo), que incluem: escalabilidade, suporte a multisserviço, altadisponibilidade, QoS fim-a-fim, OAM e gerenciabilidade da rede, padronização, interoperabilidade, menorcusto total de propriedade, entre outros. No entanto, as operadoras de redes móveis estão relutantes em migrar sua rede de backhaul móvel para

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redes comutadas por pacotes, pois até pouco tempo se acreditava que esse tipo de rede não seria capaz deoferecer os níveis de qualidade e confiabilidade necessários para suportar serviços de voz [10]. Esse é oprincipal dilema das operadoras em se tratando de suas redes de transporte, porém com a introdução deredes de pacotes orientadas à conexão, há uma possibilidade cada vez maior de solucionar essa questão damelhor maneira possível. Desafios Principais

Sincronização em redes comutadas por pacote Sincronização é um fator crucial em qualquer rede, mas é notavelmente mais crítico em redes de backhaulmóvel, e é provavelmente a função mais desafiadora a ser suportada sobre redes comutadas por pacote. Emuma rede TDM, o relógio é transportado nativamente sobre a rede, mas em uma rede baseada em pacotesque é assíncrona por natureza, há a necessidade de existir um mecanismo dedicado para transportar orelógio de uma maneira exata e confiável com um consumo mínimo de largura de banda, além de não serafetado por problemas típicos de redes de pacotes, como atraso e perda de pacotes. Soluções de backhaul devem oferecer idealmente opções para sincronização dependentes de PWE3 ou não.Quando dependentes, na há necessidade de uso de largura de banda adicional para transportar o relógio.Quando independentes, um PW fracionário dedicado para o transporte unicast ou multicast, ou umprotocolo de sincronização de tempo, como o IEEE 1588v2, podem minimizar o consumo de largura debanda. Também é conveniente possuir uma porta externa para recepção e envio das informações do relógiodo sistema para poder usufruir de sincronização por GPS ou fornecer essas informações para elementos naBTS (Base Transceiver Station) ou NodeB. Para sincronização em redes de pacotes, é importante ter um relógio que seja tanto exato quanto preciso.Quando o relógio de uma estação rádio-base não é exato, ele calcula que um segundo é um pouco menor ouum pouco maior do que ele realmente é. Geralmente, uma inexatidão desse tipo pode causar desconexões ouhandoffs inadequados em dispositivos móveis. Além disso, em redes CDMA (Code Division MultipleAccess) ou UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), onde a fase (tempo) de transmissão deveser estritamente precisa, esse relógio irá perder a exatidão com o passar do tempo, e com isso a estaçãorádio-base irá começar a transmitir um pouco antes ou depois do timeslot que é reservado a ela. Quantomaior esse erro, o mais cedo ou mais tarde a estação irá transmitir, até que ela irá sobrepor o timeslot deoutra estação, causando interferências indesejadas entre células. Um relógio preciso também é importante,pois um relógio impreciso irá trazer problemas similares, porém entre canais. Com exatidão e precisão entreos relógios, as estações rádio-base podem coordenar suas transmissões para maximizar a largura de bandaefetiva, reduzir o número de chamadas/conexões perdidas, e diminuir os gastos operacionais voltados a essesproblemas [11]. Exatidão da frequência de referência Estações base de qualquer geração (2G, 2.5G e 3G) precisam de uma frequência de referência altamenteexata, pois elas podem derivar as frequências de transmissão dessa referência. Se os relógios não estiveremsuficientemente similares, poderá haver processos de sincronização lentos entre as células durante ohandoff. Os mecanismos de recuperação de relógio dos gateways pseudowire devem seguir as recomendaçõesG.823/G.824 (Interfaces de tráfego e sincronização) usando cenários definidos na recomendação G.8261(dependendo no relógio de referência local da estação base e na qualidade do algoritmo de “limpeza” dorelógio). Para estações macro, a exatidão deve ser menor que 50 partes por bilhão (PPB – Parts Per

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Billion) quando sincronizado a um relógio de referência primário (stratum 1) ou uma unidade de distribuiçãode sincronismo (stratum 2), e a sua própria exatidão deve estar no padrão de stratum 3. Protocolos celulares As MSCs (Mobile Switching Center), BSCs (Base Station Controller) e BTSs precisam estar sincronizadaspara garantir uma interconexão sem erros. Adicionalmente, há a necessidade das BTSs estaremsincronizadas umas com as outras para garantir uma estabilidade adequada de frequências na interfaceaérea. Diferentes tipos de redes celulares têm diferentes exigências de sincronização. Por exemplo, redesCDMA precisam de uma exatidão de frequência de 50 ppb e têm exigências rigorosas de precisão de tempo,mas suportar CDMA sobre redes de pacote é relativamente simples já que o CDMA utiliza receptores GPS(Global Positioning System) em cada site. Portanto cada estação base está efetivamente seauto-sincronizando com relógios mestres na rede de satélites GPS. Estações base GSM (Global System for Mobile Communications), W-CDMA (Wideband CDMA) e UMTSdependem de um relógio retirado da linha T1/E1 ou do link de microondas ao qual elas estão conectadas.Essas tecnologias exigem menos de 50 ppb de erro de frequência para suportar o mecanismo de handoffquando as estações móveis se deslocam da área de cobertura de uma célula para outra. Qualidade de serviço As técnicas de qualidade de serviço permitem um melhor serviço para certos fluxos sobre outros. Porexemplo, tráfego de controle, sinalização e voz sobre dados de melhor esforço. Similarmente tráfego CDMAdeve ser priorizado sobre o tráfego de melhor esforço para diminuir o atraso e a quantidade de chamadasderrubadas durante um soft handoff. Os mecanismos de QoS são especialmente importantes em redes de backhaul móvel para garantir serviçosaceitáveis sobre linhas T1/E1 já que eles ajudam a minimizar a latência de rede, o jitter e a perda de pacotes.Em situações onde a perda de pacotes é inevitável, as soluções pseudowire devem possuir mecanismos paraminimizar o efeito compensando por pacotes perdidos e fora de seqüência. Adicionalmente para minimizar alatência introduzida pela rede e pelos pseudowires, é importante tratar os pacotes apenas nos pontos deentrada e saída da rede. Operação, Administração e Manutenção O OAM é utilizado para monitorar a saúde de uma rede e diagnosticar problemas remotamente, sem anecessidade de deslocamento até o local. O OAM dedicado é necessário para verificação de conectividade,especialmente no caso de protocolos não orientados à conexão como o Ethernet, senão quando não houvertráfego, não haverá verificação. Os mecanismos de OAM baseados em ATM e em pseudowires também sãomuito importantes para a rede MBH. As funções de OAM incluem:

Verificação de falhas fim-a-fim (ex.: perda de pacotes/células e status remoto)Validação de configurações de dispositivos (ex.: erros de configuração)Diagnósticos e monitoramento de desempenho (ex.: atraso e variação de atraso)Redundância de pseudowires e encaminhamento de alarmes para a rede para funções de recuperaçãoautomática.

MPLS-TP em Redes de Acesso via Rádio Uma das razões principais para a criação do MPLS-TP foi simplificar o uso do MPLS em redes que não são

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dominadas por topologias de malha. A última milha e a milha intermediária das redes MBH são exemplospredominantes de casos desse tipo. Não é surpresa perceber que o uso do MPLS-TP nessas partes da redepode ser benéfico às operadoras móveis quando expandindo a abordagem IP/MPLS do núcleo até a rede deacesso via rádio (RAN – Radio Access Network), como visto na figura 16.

Figura 16: Redes MBH com MPLS-TP Os benefícios de se utilizar o MPLS-TP no backhaul da rede móvel estão detalhados nos itens a seguir [12]: Previsibilidade O uso de LSPs e PWs bi-direcionais definidos por um NMS central cria conexões previsíveis edeterminísticas. Essa previsibilidade é altamente exigida em redes suscetíveis a atrasos e mudanças navariação de atrasos que podem afetar o QoS. A rede MBH, particularmente o caminho entre a BTS/NodeB ea BSC/RNC é um exemplo típico desse tipo de rede. A capacidade de estabelecer um caminho determinístico com atraso conhecido é um aspecto importante aoplanejar mecanismos de temporização sobre pacote (ToP – Timing over Packet) utilizando soluçõesbaseadas em camada 2, como o IEEE 1588v2. Utilizando a abordagem IP/MPLS, mesmo com suascapacidades de engenharia de tráfego, encontrar o caminho mais adequado para os pacotes de tempo não secompara com os complexos algoritmos de cálculo de rota implementados pelos sistemas NMS no nível derede. Uso de um NMS O MPLS-TP define como opção o provisionamento estático de caminhos através de um NMS central. O uso

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do NMS, que possui toda a informação sobre o status da rede – elementos, conexões físicas, utilização delargura de banda, falhas – e algoritmos robustos de cálculo de rotas oferecem uma visão mais abrangente eviabilizam um melhor planejamento e previsão do comportamento de cada caminho (LSP e/ou pseudowire)provisionado. A informação coletada e armazenada no NMS garante aos operadores uma excelente base de dados (tantoatual quanto histórica) para o planejamento de adequação e expansão da rede. O fato que a largura de bandaalocada em cada elemento da rede e link é conhecida permite aos operadores apontar os locais da rede quenecessitam de uma expansão ou de mais recursos. Além disso, o operador é capaz de planejar as tarefasoperacionais e de manutenção com antecedência e de uma maneira que minimizará as interrupções deserviço. Mecanismos de OAM melhorados As redes IP/MPLS clássicas não possuem ferramentas e mecanismos de OAM suficientes, especialmente demonitoramento de desempenho. Os mecanismos existentes não atendem as exigências de uma rede detransporte real como o MBH. O MPLS-TP traz novos conceitos e mecanismos ao IP/MPLS, sem mudar sua natureza, que é testada econhecida por mais de uma década sobre o SDH e outros protocolos de transporte. O bloco arquitetural maisnovo trazido pelo MPLS é o Tandem Connection Monitoring (TCM). O TCM permite a segmentação darede em diferentes domínios, visando monitorar o desempenho do LSP e do PW em cada domínioseparadamente mas sem perder o monitoramento do caminho e do serviço fim-a-fim. O conceito TCM queexiste em redes SDH é importante para operadoras móveis que possuem parte da rede alugada de terceiros.Com o TCM eles podem monitorar o desempenho na entrada e na saída das nuvens dos terceiros para finsde manutenção e conformidade com contratos de SLA. O uso misto do OAM Ethernet (Y.1731, 802.1ag) e do OAM MPLS (Y.1711) reforça o OAM do MPLS-TP eoferece aos operadores informações como medidas de delay dos LSPs, informações de traceroute, perda depacotes e funcionalidades de diagnósticos. As informações obtidas através dos mecanismos demonitoramento antigos e novos ajudam na implementação de um nível maior de resiliência da rede e dotráfego, que é uma parte importante nas redes MBH. Resiliência Os mecanismos de resiliência existentes no IP/MPLS foram mantidos como parte do esquema MPLS-TP,mas outros mecanismos que não necessitam do envolvimento de roteamento IP foram adicionados. Essesmecanismos são mais simples, e mais determinísticos por natureza. Dois novos mecanismos, um paraproteção de anéis, e outro para proteção linear 1:1 e 1+1 foram aproveitados do mundo SDH e garantem arecuperação da rede de várias falhas em menos de 50ms. Vale ressaltar que esses mecanismos são exclusivosdo plano de dados e independem de um plano de controle externo para funcionar, garantindo um nívelbásico de sobrevivência à rede mesmo em um cenário aonde não há a utilização de um plano de controledistribuído. Custo total de propriedade O TCO engloba todos os aspectos de criação e migração da rede. Ele leva em consideração assuntos comoaquisição de novos equipamentos, recrutamento e treinamento de pessoal, criação ou melhoria deprocedimentos operacionais, implementação de novos esquemas de planejamento e gerenciamento, etc. Emum estágio de migração, onde a operadora já possui pessoal, procedimentos e equipamentos em produção,

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manter um TCO baixo é algo de sumária importância. Um dos benefícios da migração da rede MBH paraMPLS-TP é o TCO relativamente baixo exigido. A economia no TCO é evidente em vários aspectos:

Os equipamentos MPLS-TP possuem um custo menor de aquisição – ele elimina a necessidadede alto poder de processamento para suportar roteamento de alta capacidade já que oselementos de rede são baseados em uma arquitetura de camada 2.Mecanismos de OAM e resiliência – suportam uma reação mais rápida a eventos de interrupçãoda rede, reduzindo o tempo de manutenção e o custo.O NMS esconde um grande nível de complexidade dos usuários – torna mais fácil treinar opessoal operacional em MPLS-TP, dada a abordagem similar ao SDH.O MPLS-TP tem como base o IP/MPLS – garante total interoperabilidade com o núcleo da redeexistente. Não é necessidade de dispositivos intermediários para conectar uma parte da rede jámigrada para MPLS-TP ao núcleo IP/MPLS.

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Redes de Transporte: Considerações Finais Os motivadores técnico-econômicos estão guiando o progresso do negócio de telecomunicações, jáque os serviços de rede não são mais apenas de interesse público, como eram quando providos porempresas estatais. Esse tipo de cenário ainda está evoluindo de acordo com as demandas dos clientese com as evoluções tecnológicas. A evolução da infra-estrutura da rede faz com que a mesma se torne multi-funcional. Partindo disso, oesquema antigo de que uma rede atende apenas a um propósito e a um tipo de cliente (estruturavertical) deve ser mudado para atender uma matriz de serviços baseados em uma única infra-estruturade transporte. Tendo como base essa informação, as empresas devem readequar seu modelo denegócio para uma abordagem onde possam gerar mais receita, elaborar estratégias e levantar novasoportunidades de negócios, criar e lucrar em cima de sinergias, e alinhar suas operações não só paraobter benefícios no âmbito financeiro, mas também para criar um nome forte no mercado. De fato, astecnologias de rede e a evolução do ambiente de mercado afetam todos os componentes de ummodelo de negócio, como o nicho de mercado, a geração de renda e a competitividade com empresasdo mesmo segmento. As operadoras e os provedores de serviço estão percebendo que a readequação de sua infra-estruturanão é uma opção, mas sim uma necessidade para conseguir manter uma taxa aceitável de crescimento,que inclui não só a aquisição de novos clientes, mas também agregação de valor aos já existentes.Nesse aspecto a rede de transporte tem um papel crucial na estratégia a médio e longo prazo, dado ocrescimento sem precedentes do tráfego de dados por parte dos usuários finais e das demandas pornovos serviços cada vez mais próximos da ubiqüidade. A comutação de pacotes terá um grande papel na crescente demanda por largura de banda eflexibilidade nas redes de transporte. Ainda não é claro quando algumas implementações dessastecnologias estarão disponíveis, mesmo que elas sejam desenvolvidas e padronizadas (tantotecnicamente quanto economicamente) antes de 2012, o que é relativamente improvável. No entanto,o crescimento dramático da quantidade de tráfego e a necessidade de QoS fim-a-fim, em particularpara serviços de rede baseados em pacotes, podem abrir portas para as PTTs como uma nova soluçãode camada 1/camada 2 que possa suprir as necessidades existentes. Uma evolução mais além das PTTs poderia ser representada por soluções inovadoras baseadas emcomutação de pacotes, que ofereceriam as seguintes funcionalidades:

A comutação de pacotes já teria na própria camada 2 a dinamicidade e flexibilidade exigida, jáque o tamanho apropriado de pacotes oferece uma melhor granularidade com menor gasto deprocessamento quando comparado aos pacotes/quadros curtos utilizados pelo IP ou peloEthernet.Confiabilidade, monitoramento e funcionalidades de QoS seriam oferecidas diretamente emcamada 2, oferecendo um serviço sólido de rede de classe de operadora que suportaria serviçosde camadas superiores a um baixo custo.

Nas redes metropolitanas, a arquitetura será representada por protocolos com suporte ao Ethernetdotados de extensões de controle, monitoramento e QoS, sendo o MPLS-TP o exemplo maispromissor das tecnologias que oferecem essas funcionalidades. O MPLS-TP é uma tecnologia otimizada para transporte de pacotes, porém não limitada apenas a essefim; ele oferece um caminho de evolução das redes baseadas em SONET/SDH para a abordagem decomutação de pacotes, mantendo o suporte às tecnologias de circuito através de emulação via

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pseudowires. Ele possibilita uma convergência entre os equipamentos de transporte e núcleo,oferecendo a flexibilidade e a escalabilidade exigida pelos serviços Ethernet e IP, enquanto preserva agerenciabilidade, resiliência, desempenho determinístico e as funcionalidades de OAM tradicionaisdas redes de transporte. Ele também permite uma integração completa fim-a-fim com infra-estruturasIP/MPLS existentes e futuras; através do uso do IP/MPLS no núcleo e do MPLS-TP no transporte, osprovedores de serviços terão uma maneira consistente de provisionar recursos, resolver problemas egerenciar suas redes de ponta a ponta. Para chegar a níveis de eficiência ainda maiores, os provedores podem simplificar suas operaçõesatravés da redução do número de pessoas necessárias para provisionar os serviços, e reduzir o temponecessário para descobrir e resolver problemas na rede. Uma abordagem interessante para alcançaresses objetivos é focar em automatizar certas funções da rede através de um plano de controledistribuído baseado no protocolo GMPLS, que é projetado para permitir um provisionamentoautomatizado de recursos independente do fabricante e da camada que está requisitando o recurso.Com isso, os serviços na rede de dados que venham a requisitar conectividade ou reconfiguraçõespoderão ser atendidos com mais eficiência e controle. Além disso, ao invés de provisionar site por site,o plano de controle cria um ambiente de rede homogêneo onde o provisionamento é feito ao longo detoda a rede, fim-a-fim. As arquiteturas nas redes de transporte em curto prazo vão essencialmente combinar certoscomponentes do plano de controle e do plano de gerenciamento em um esquema híbrido. Esse tipo deesquema é aplicado em casos específicos de estabelecimento de conexão, como por exemplo, quandoa rede de transporte provê uma conexão permanente na borda da rede (no caso, as conexões com asredes dos clientes), mas utiliza conexões dinâmicas sinalizadas entre os equipamentos de núcleo paraoferecer caminhos fim-a-fim com níveis de serviço esperados, como pode ser visto na figura 17.

Figura 17: Esquema híbrido de estabelecimento de conexões

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Referências [1] STAVDAS, A. (Ed.). Core and Metro Networks. Chichester, Reino Unido: John Wiley & Sons,2010. ISBN 978-0-470-51274-6. [2] UTSTARCOM. MPLS-TP based Packet Transport Networks. UTStarCom. Alameda, EstadosUnidos. 2009. CP-WP-MPLS-TP PTN-1109. [3] CABALLERO, J. M. Migration to Next Generation SDH. Trend Communications. [S.l.]. 2005.Apresentação de slides. [4] DIALLO, T. Provider Backbone Bridge with Traffic Engineering: A Carrier EthernetTechnology Overview. EXFO. Quebec, Canadá. 2009. [5] BELLER, D.; SPERBER, R. MPLS-TP – The New Technology for Packet TransportNetworks. Alcatel-Lucent. Stuttgart, Alemanha. 2010. [6] CISCO SYSTEMS. Understanding MPLS-TP and its benefits. Cisco Systems. San Jose,Estados Unidos. 2009. [7] ARMSTRONG, R. Z. MPLS-TP: What's the Big Deal? exZAKtec, Novembro 2009. Disponívelem:http://www.exzaktec.com/2009/11/mpls-tp-big-deal/Acesso em: 10 Julho 2010. [8] HOWARD, M. MPLS-TP and PBB-TE Go Toe-to-Toe: Service Provider Survey. InfoneticsResearch, Dezembro 2008. Disponível em:http://www.infonetics.com/pr/2008/pots.survey.2008.nr.aspAcesso em: 10 Julho 2010. [9] LAN, N.; HAOYONG, H.; CHENDONG, J. The Eve of PTN Entering into Commercial-scale inChina. ZTE Corporation, Abril 2010. Disponível em:http://www.zte.com.cn/cn/events/ptn_en/dialogue/201006/t20100625_186884.htmlAcesso em: 07 Agosto 2010. [10] UTSTARCOM. MPLS-TP based 3G/LTE Mobile Backhaul Networks. UTStarCom. Alameda,Estados Unidos. 2009. CP-WP-MPLS-TP MBN-1109. [11] SCHWARTZ, E. Mobile Backhaul: Challenges and Opportunities. RAD DataCommunications. Tel Aviv, Israel. 2008. [12] ERLICH, E. Benefits of MPLS-TP Usage in Mobile Backhaul Networks. Celtro. Petah Tikva,Israel. 2010. [13] NIVEN-JENKINS, B. et al. RFC 5654 - Requirements of an MPLS Transport Profile. InternetEngineering Task Force (IETF), Setembro 2009. Disponível em:http://tools.ietf.org/html/rfc5654Acesso em: 11 Julho 2010.

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Page 39: Evolução das Redes de Transporte: Packet Transport ... · PDF fileEvolução das Redes de Transporte: Packet Transport Networks e MPLS-TP As redes de telecomunicações de hoje evoluíram

[14] BRYANT, S.; ANDERSSON, L. RFC 5317 - JWT Report on MPLS Architectural Considerationsfor a Transport Profile. Internet Engineering Task Force (IETF), Fevereiro 2009. Disponível em:http://tools.ietf.org/html/rfc5317Acesso em: 11 Julho 2010. [15] BOCCI, M. et al. RFC 5921 - A Framework for MPLS in Transport Networks. InternetEngineering Task Force (IETF), Julho 2010. Disponível em:http://tools.ietf.org/html/rfc5921Acesso em: 29 Julho 2010. [16] BUSI, I.; NIVEN-JENKINS, B.; ALLAN, D. draft-ietf-mpls-tp-oam-framework-07 - MPLS-TPOAM Framework. Internet Engineering Task Force (IETF), Julho 2010. Disponível em:http://tools.ietf.org/html/draft-ietf-mpls-tp-oam-framework-07Acesso em: 30 Julho 2010. [17] LAM, H.-K.; MANSFIELD, S.; GRAY, E. draft-ietf-mpls-tp-nm-req-06 - MPLS TP NetworkManagement Requirements. Internet Engineering Task Force (IETF), Outubro 2009. Disponívelem:http://tools.ietf.org/html/draft-ietf-mpls-tp-nm-req-06Acesso em: 12 Julho 2010. [18] FROST, D.; BRYANT, S.; BOCCI, M. draft-ietf-mpls-tp-data-plane-04 - MPLS Transport ProfileData Plane Architecture. Internet Engineering Task Force (IETF), Julho 2010. Disponível em:http://tools.ietf.org/html/draft-ietf-mpls-tp-data-plane-04Acesso em: 29 Julho 2010. [19] JONNALA, N. Understanding MPLS-TP. [S.l.]: Cisco Systems, 20 Abril 2010. Gravação deapresentação via WebEx. [20] PEPELNJAK, I. How will Multiprotocol Label Switching (MPLS) interact with MPLS-TP in thefuture? SearchTelecom, Abril 2010. Disponível em:http://searchtelecom.techtarget.com/expert/KnowledgebaseAnswer/0,289625,sid103_gci1509913_mem1,00.htmlAcesso em: 09 Agosto 2010. [21] REED, B. What's next for MPLS? Network World, Dezembro 2009. Disponível em:http://www.networkworld.com/news/2009/122109-mpls-future.htmlAcesso em: 09 Agosto 2010. [22] LUM, M. MPLS-TP: is the end of the road in sight? fibresystems.org, Julho 2009. Disponívelem:http://fibresystems.org/cws/article/magazine/39835Acesso em: 08 Agosto 2010. [23] SERODIO, L. Recomendação de switches metro-ethernet. registro.br, Dezembro 2009.Disponível em:http://eng.registro.br/pipermail/gter/2009-December/028057.htmlAcesso em: 12 Julho 2010. [24] GIANGROSSI, I. MPLS Transport Profile. Cisco Systems. [S.l.]. 2009. Apresentação de

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slides. [25] JEFREE, T. IEEE Ratifies 802.1Qay (PBB-TE). Institute of Electrical and ElectronicsEngineers (IEEE), Junho 2009. Disponível em:http://standards.ieee.org/announcements/802.1Qay_Ratified.htmlAcesso em: 12 Agosto 2010. [26] SANTITORO, R. Connection-oriented Ethernet - Attributes and Applications. Fujitsu. Toronto,Canadá. 2009. Apresentação de slides.

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Redes de Transporte: Teste seu entendimento 1. Quais são as 3 camadas de rede inferiores, primordiais para o entendimento de uma rede deTransporte?

Física, Enlace e Rede.

Física, Enlace e Apresentação.

Física, Sessão e Rede.

Sessão, Apresentação e Rede. 2. Qual das alternativas representa um dos grupos ou planos de funcionalidades adequados àrepresentação e estudo de redes?

Planos de Dados.

Plano de Controle.

Plano de Gerenciamento.

Todas as anteriores. 3. Qual das alternativas não representa um conjunto de vantagens que a tecnologia MPLSoferece para resolver os problemas das redes atuais?

Velocidade, Escalabilidade e Engenharia de Tráfego.

Gerenciamento otimizado de espectro de rádio

Gerenciamento de Classe de Serviço e Qualidade de Serviço.

Convergência de Voz, Vídeo e Dados.

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