Universidade Federal do Rio de Janeiro

Núcleo de Computação Eletrônica

Donato Antonio Marino Junior

REDES METRO ETHERNET:

Uma Visão Geral da Tecnologia

Rio de Janeiro

2005

Donato Antonio Marino Junior

REDES METRO ETHERNET:

Uma Visão Geral da Tecnologia

Monografia apresentada para obtenção do título de Especialista em Gerência de Redes de Computadores no Curso de Pós-Graduação Lato Sensu em Gerência de Redes de Computadores e Tecnologia Internet do Núcleo de Computação Eletrônica da Universidade Federal do Rio de Janeiro – NCE/UFRJ.

Orientador:

Prof. Moacyr Henrique Cruz de Azevedo, M.Sc., UFRJ,

Brasil

Rio de Janeiro

2005

Donato Antonio Marino Junior

REDES METRO ETHERNET:

Uma Visão Geral da Tecnologia

Monografia apresentada para obtenção do título de Especialista em Gerência de Redes de Computadores no Curso de Pós-Graduação Lato Sensu em Gerência de Redes de Computadores e Tecnologia Internet do Núcleo de Computação Eletrônica da Universidade Federal do Rio de Janeiro – NCE/UFRJ.

Aprovada em setembro de 2005.

_____________________________________________________ Prof. Moacyr Henrique Cruz de Azevedo, M.Sc., UFRJ, Brasil

Dedico este trabalho ao meu Pai, que sempre me apoiou, mesmo que nem sempre de forma clara. Jovem, nos deixou no decorrer deste curso de Pós-Graduação para sentar-se ao lado do Criador.

AGRADECIMENTOS

Agradeço ao Prof. Moacyr, pelo seu tempo e apoio dispensado neste trabalho. Sua orientação foi fator fundamental para que esta monografia tenha sido realizada com grande satisfação, apesar de todos os problemas encontrados no caminho. A todos os professores do Núcleo de Computação Eletrônica da UFRJ, sem exceção, por sua excelência e dedicação na construção do nosso conhecimento. A todos os amigos do MOT, pela seriedade e pela alegria, sempre no momento certo.

RESUMO

MARINO Jr., Donato Antonio. REDES METRO ETHERNET: Uma Visão Geral da Tecnologia. Monografia (Especialização em Gerência de Redes e Tecnologia Internet). Núcleo de Computação Eletrônica, Universidade Federal do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro, 2005.

Este trabalho sintetiza uma visão da tecnologia Metro Ethernet e sua utilização nas redes metropolitanas e de longa distância. Apresenta desde a criação do padrão Ethernet e sua evolução, até a implementação do Metro Ethernet sob a infra-estrutura de redes metropolitanas de legado. Além disso, apresenta o padrão definido pelo Metro Ethernet Fórum, com os parâmetros e atributos utilizados nos serviços Ethernet em redes metropolitanas.

ABSTRACT

MARINO Jr., Donato Antonio. REDES METRO ETHERNET: Uma Visão Geral da Tecnologia. Monografia (Especialização em Gerência de Redes e Tecnologia Internet). Núcleo de Computação Eletrônica, Universidade Federal do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro, 2005.

This work synthesizes a vision of the Metro Ethernet technology and its use in the metropolitan area networks and wide area networks. It presents since the creation of the Ethernet standard and its evolution, until the implementation of Metro Ethernet under the legacy metropolitan area infrastructure. Moreover, it presents the standard defined in the Metro Ethernet Forum, with the parameters and attributes used in Ethernet services in metropolitan area networks.

LISTA DE FIGURAS

PáginaFigura 1 – O esboço de Metcalfe 13Figura 2 – Visão geral do Metro Ethernet 21Figura 3 – O Ethernet over SONET 23Figura 4 – Exemplo de utilização do VCAT 24Figura 5 – O dispositivo RPR age como um packet ADM conectado a um

meio compartilhado 29Figura 6 – A proteção do RPR 29Figura 7 – O Resilient Packet Ring 31Figura 8 – Ethernet hub-and-spoke 33Figura 9 – A proteção do Ethernet com o protocolo spanning-tree 34Figura 10 – Separação lógica do tráfego e dos serviços 43

LISTA DE TABELAS

PáginaTabela 1 – As características do SONET 17Tabela 2 – Protocolos de rede suportados pelo GFP 27Tabela 3 – Serviços UNI 45Tabela 4 – Serviços EVC 46

SUMÁRIO

Página1 INTRODUÇÃO 10 2 O PADRÃO ETHERNET E AS REDES METROPOLITANAS DE LEGADO 12 2.1 O PADRÃO ETHERNET 12 2.1.1 A Evolução do Padrão 14 2.1.1.1 O Fast Ethernet e o Full Duplex 14 2.1.1.2 O Gigabit Ethernet 15 2.2 AS REDES METROPOLITANAS DE LEGADO 16 2.2.1 TDM – Time Division Multiplexing 16 2.2.2 SONET/SDH – Hierarquia de Sinais Digitais 16 2.2.3 As Tecnologias utilizadas na Interligação de Redes MAN / WAN 17 2.2.3.1 O ATM – Assynchronous Transfer Mode 17 2.2.3.2 O Frame-Relay 19 3 AS REDES METRO ETHERNET 21 3.1 TECNOLOGIAS METRO ETHERNET 22 3.1.1 Ethernet over SONET/SDH 22 3.1.2 RPR – Resilient Packet Ring 27 3.1.3 Transporte Ethernet 32 4 OS SERVIÇOS METRO ETHERNET – PADRÕES 35 4.1 O METRO ETHERNET FÓRUM 35 4.2 OS SERVIÇOS METRO ETHERNET 35 4.2.1 Parâmetros e Atributos dos Serviços Ethernet 36 4.2.1.1 Atributo de Interface Física Ethernet 36 4.2.1.2 Parâmetros de Tráfego 37 4.2.1.3 Parâmetros de Performance 38 4.2.1.4 Parâmetros de Classes de Serviços (CoS) 40 4.2.1.5 Atributos de Serviço de Entrega de Quadros 41 4.2.1.6 Atributo de Suporte a Tag VLAN 42 5 CONCLUSÃO 47 REFERÊNCIAS 49

10

1 INTRODUÇÃO

O objetivo principal deste trabalho é apresentar, de forma sintetizada, a

tecnologia Metro Ethernet, suas vantagens técnicas e estudos para sua utilização

nas redes metropolitanas de legado.

As grandes operadoras de telecomunicações já se movimentam na direção

desta tecnologia, adequando a infra-estrutura instalada para tal. Conceitos como

simplicidade, otimização de recursos, performance e segurança, são perseguidos

por estas empresas ao implementarem esta tecnologia. A oferta de enlaces mais

rápidos e robustos às empresas e ao público em geral é fator importante para o

desenvolvimento de nosso país, assim como o crescimento qualitativo do

conhecimento e da cultura de nossa população. Indiretamente, a utilização de

tecnologias com estas vantagens possibilitarão a democratização da informação nos

vários campos do conhecimento. Desta forma, o tema em questão torna-se de

grande relevância na criação de uma infra-estrutura cada vez melhor e mais

disponível a todos.

A tecnologia Metro Ethernet deve ser a próxima área no crescimento da

indústria de infra-estrutura de redes, e representará uma grande mudança de como

os serviços de dados são oferecidos à empresas e aos usuários residenciais. A rede

metropolitana sempre foi um ambiente desafiador na entrega de serviços de dados

pois foi construída de forma a atender as necessidades de disponibilidade e

confiabilidade do tráfego de voz. As operadoras de telecomunicações deverão definir

importantes mudanças para a implementação de uma nova geração de serviços de

dados demandados pelas empresas e consumidores. Esta não será somente uma

mudança tecnológica, mas também uma mudança no modelo operacional e

11

empresarial que possibilitará que estas operadoras passem a oferecer novos e

melhores serviços de dados.

O trabalho apresentado foi estruturado para mostrar a visão geral desta nova

tecnologia. O capítulo 2 discorrerá sobre a criação do padrão Ethernet, sua evolução

para os padrões Fast Ethernet, Gigabit Ethernet e o mais recente 10 Gigabit

Ethernet. Ainda no capítulo 2, é apresentada a atual estrutura das redes

metropolitanas, com as principais tecnologias utilizadas.

O capítulo 3 apresenta a tecnologia Metro Ethernet, seus conceitos e

soluções para a utilização na infra-estrutura existente, preservando assim o

investimento feito anteriormente pelas operadoras de telecomunicações.

Por fim, o capítulo 4 apresenta o Metro Ethernet Fórum, órgão criado para

definir o escopo, conceitos e terminologias de implementação do Metro Ethernet e os

atributos e parâmetros mais importantes para a implementação desta tecnologia.

12

2 O PADRÃO ETHERNET E AS REDES METROPOLITANAS DE LEGADO

2.1 O PADRÃO ETHERNET

A tecnologia de redes locais Ethernet foi criada por Robert Metcalfe em 1973,

no PARC (Palo Alto Research Center, da Xerox), que provê a interconexão de

estações de trabalho, para troca de dados entre elas e para impressoras

[SPURGEON].

O Ethernet foi uma evolução do ALOHA, que foi idealizado para transmitir

dados entre vários computadores utilizando um canal de rádio. Cada estação

poderia enviar dados quando quisesse e aguardava por uma confirmação. Caso esta

confirmação não fosse recebida por um determinado tempo, presumia-se que teria

havido uma colisão, fato gerado pela transmissão simultânea de duas ou mais

estações. Neste caso, as estações aguardavam um tempo aleatório para retransmitir

os dados.

Porém, à medida que o tráfego aumentava, a taxa de colisão do canal

também aumentava. Devido a este fato, o percentual de utilização real do canal

ficava em torno de apenas 18%. Para tentar minimizar o problema, foi idealizado o

Slotted Aloha, que através de um clock central dividia o tempo em slots, e só era

possível iniciar uma transmissão no início desta faixa de tempo. Com isto, a

utilização máxima do canal ficava em torno de 37%.

Pensando em melhorar o Aloha, Robert Metcalfe desenvolveu um sistema

que incluía mecanismo de detecção de colisão. Além disso, incluiu neste novo

sistema um mecanismo de verificação do meio antes de transmitir, ou “escutar antes

de falar”. O meio físico compartilhado poderia ser utilizado por acessos múltiplos,

aonde cada estação “escutava” o meio antes de transmitir. No caso de ser detectada

13

uma colisão, cancelava-se a transmissão, aguardava-se um tempo aleatório e

depois o quadro era retransmitido. O algoritmo deste novo sistema é o CSMA/CD,

ou Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect (Sensor de Portadora de

Acesso Múltiplo com Detecção de Colisão). Com este novo sistema, Metcalfe

conseguiu uma utilização do canal de até quase 100%.

Figura 1 – O esboço de Metcalfe

A taxa de transmissão da primeira versão do Ethernet era de apenas 2,94

Mbps, adaptado para os padrões da Xerox, já que toda a pesquisa foi feita dentro da

empresa.

Em 1980 foi realizado um consórcio de empresas e o Ethernet começou a se

tornar um padrão de tecnologia de interligação de redes locais. A DEC, a Intel e a

Xerox lançaram uma versão chamada DIX Ethernet que utilizava taxa de

transmissão de 10Mbps utilizando o cabo coaxial grosso (ou Thick Ethernet, padrão

10Base5).

O IEEE (Instutute of Electrical and Electronics Engineers), órgão mundial

responsável por desenvolver padrões técnicos, incluindo computares e

telecomunicações, publicou em 1985 o IEEE 802.3 Carrier Sense Multiple Access

14

with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Phisical Layer

Specifications.

2.1.1 A evolução do padrão

Com o tempo, outros meios físicos de transmissão foram surgindo, e vários

suplementos do IEEE padronizavam vários outros tipos de mídias, tais como o cabo

coaxial fino (IEEE 802.3a), o cabo par trançado (IEEE 802.3i), a utilização de fibra

ótica (IEEE 802.3j) e outros.

Além de novos meios físicos, novas taxas de transmissão foram

desenvolvidas mantendo o funcionamento básico do padrão Ethernet. A primeira

evolução em termos de taxa de transmissão foi publicada no suplemento IEEE

802.3u, que padronizou o Fast Ethernet e a autonegociação de transmissão,

possibilitando a utilização da taxa de 10 Mbps junto com a nova taxa de 100 Mps

introduzida na publicação do suplemento.

2.1.1.1 O Fast Ethernet e o Full Duplex

O Fast Ethernet foi publicado em junho de 1995 no suplemento 802.3u.

Trabalha a 100 Mbits/s, com protocolos e formato idêntico ao 802.3. Na sua

utilização half-duplex não apresentou grandes diferenças em relação ao 10 Mbits/s

além de, é claro, a sua velocidade de propagação. Com a publicação do suplemento

802.3x em 1997, que se refere ao Ethernet Full-Duplex, houve uma mudança na

forma de acesso ao meio com a suspensão da detecção da colisão, desta forma

duplicando a banda de transmissão [SPURGEON].

O full duplex baseia-se na transferência ponto-a-ponto entre dois hosts, com a

utilização de switches (criando micro-segmentos) não havendo necessidade da

15

detecção de colisão. Por outro lado, a criação de um link ponto a ponto também tira

do Ethernet Full-duplex a necessidade do sensor de portadora, já que sendo apenas

dois pontos não é preciso “escutar” o meio.

Portanto, o algoritmo CSMA/CD não é utilizado no fast ethernet full-duplex,

melhorando ainda mais sua performance e mantendo a confiabilidade.

2.1.1.2 O Gigabit Ethernet

Desenvolvida entre 1998 e 1999, a tecnologia de redes Gigabit Ethernet alia

várias vantagens em relação a tecnologias de alta velocidade em WANs. Pelo fato

de ser uma tecnologia essencialmente de LANs, possui fácil configuração e

provisionamento simples. Foi publicada em junho de 1998, no suplemento 802.3z.

Funciona essencialmente em full-duplex, mantendo o protocolo e formatos idênticos

ao 802.3 e é utilizada apenas com switches [AZEVEDO].

A evolução do Ethernet para a plataforma full-duplex permitiu o suporte para

conexões dedicadas e escaláveis a taxas de transmissão que já chegam a 10

Gbits/s (10 Gigabit Ethernet, padrão IEEE 802.3ae).

Mantendo a base e a simplicidade do padrão e sua evolução e

aperfeiçoamento, várias operadoras de telecomunicações começaram a alavancar o

emprego do Ethernet na agregação de tráfego de dados e voz, em múltiplos pontos

de acesso nas redes metropolitanas (daí o nome Metro Ethernet, popularizado pelo

mercado).

Estuda-se neste momento a utilização do Ethernet para a implementação do

acesso local das redes de telecomunicações, o EFM, Ethernet in the First Mile

(muitas vezes chamado de Last Mile).

16

2.2 AS REDES METROPOLITANAS DE LEGADO

As redes metropolitanas de legado (ou a atual estrutura das MANs) consistem

principalmente da tecnologia TDM, ou time division multiplexing, que foi projetada e

otimizada para serviços de voz.

2.2.1 TDM – Time Division Multiplexing

Tipo de multiplexação onde dois ou mais canais de informação são

transmitidos através do mesmo meio de transmissão, através de alocação de um

intervalo de tempo diferente (time slot) para a transmissão de cada canal

[AZEVEDO]. Um sinal de sincronismo ou identificador é normalmente necessário

para saber qual o canal a ser utilizado. O TDM é ineficiente se o tráfego é

intermitente porque o slot de tempo é alocado independente do canal possuir dados

a transmitir. Para tentar solucionar este problema foram idealizados os

multiplexadores determinísticos, que mesmo assim podem desperdiçar banda pela

necessidade de sinais de controle e uma alocação de tempo mínima, mesmo que o

canal não possua dados a transmitir.

2.2.2 SONET/SDH – Hierarquia de Sinais Digitais

O SONET (Synchronous Optical Network) é uma tecnologia de camada física

(padronizada pela ANSI Institute) desenvolvida para prover uma estrutura universal

de transmissão e multiplexação, com taxas de transmissão na faixa do megabit ao

gigabit por segundo, com sistema sofisticado de operação e gerenciamento. O SDH

(Synchronous Digital Hierarchy) , padronizado pelo ITU é bastante similar ao

SONET, porém sua hierarquia de multiplexação de sinais é derivada do SONET

[BATES].

17

Uma das funções do SONET é prover o transporte de sinais digitais de níveis

mais baixos, tais como links DS-1, DS-2 e DS-3. De acordo com as características

de seu quadro, como quantidade de bytes e taxa de amostragem, o canal básico do

SONET (STS-1, Synchronous Transport Signal – 1) possui taxa de 51,84 Mbps. A

taxa do canal básico do SONET comporta 28 canais DS-1 (1.544 Mbps) ou 1 canal

DS-3 (44.736 Mbps). A tabela 1 apresenta as principais taxas de transmissão do

SONET e suas características:

Tabela 1 – As características do SONET

2.2.3 As Tecnologias Utilizadas na interligação das Redes MAN / WAN

As tecnologias mais utilizadas na interligação entre redes metropolitanas e de

longa distância são o ATM e o Frame-Relay.

2.2.3.1 O ATM – Assynchronous Transfer Mode

O ATM é uma tecnologia baseada na comutação e multiplexação de células

de dados, com mecanismo de transporte orientado à conexão para um grande

conjunto de serviços [TRILLIUM]. Células ATM de tamanho fixo possibilitam a

comutação rápida em dispositivos de hardware. Permitem que diferentes fluxos de

dados de dados sejam multiplexados em um canal de dados. Cada fluxo de dados

18

de dados é um canal de conexão virtual (PVC ou SVC), identificado no cabeçalho de

cada célula ATM. Como principais vantagens do ATM, temos o controle de fluxo,

roteamento de células pelo melhor caminho, utilização otimizada de banda, QoS

definida para cada tipo de conexão e outros.

Uma grande quantidade de aplicações como dados, voz e imagem podem

utilizar o ATM. Vários tipos de camadas de adaptação (AAL) foram definidas para

que as diferentes aplicações sejam mapeadas dentro das células ATM.

Dentre várias interfaces físicas, o ATM pode facilmente utilizar o SONET

como meio de transporte para suas células.

Vários recursos foram desenvolvidos para o ATM de modo a adaptá-lo para

vários tipos de tecnologias já existentes. São eles:

a. Classical IP-over-ATM – Permite aos usuários do IP migrarem para a utilização

do ATM como tecnologia de transporte de dados, mantendo as aplicações

existentes de sistemas IP de legado. Cria sub-redes lógicas IP (LIS) para

comunicação via roteadores e utiliza o protocolo ATMARP em substituição ao

tradicional ARP.

b. Lan Emulation (LANE) – Emula dentro da estrutura ATM uma rede 802.3

Ethernet ou 802.5 Token Ring. Através da LANE é possível a comunicação de

hosts utilizando uma interface similar à comunicação através de endereços MAC.

Possibilita a utilização de qualquer protocolo de camada de rede.

c. Multiprotocol Over ATM (MPOA) – No evento da disseminação do uso de redes

IP sob ATM e a utilização de redes virtuais emuladas, a carga dos roteadores

aumentou. Para amenizar este fato, foi especificado pelo ATM Fórum o serviço

MPOA, que utiliza os recursos do ATM para estabelecer uma conexão

19

permanente durante uma transmissão. Uma das principais funções do MPOA é

prover conexão fim-a-fim entre as inter-subredes que estão diretamente

conectadas ao ATM ou redes legadas, que podem ou não estar usando LANE,

conseguindo assim aproveitar as vantagens oferecidas pelo QoS do ATM.

2.2.3.2 O Frame-Relay

O Frame-Relay é uma tecnologia de comutação de pacotes em alta

velocidade [BATES]. A comutação de pacotes é uma tecnologia store and forward

para redes onde as mensagens dos usuários são “quebradas” em pedaços menores

chamados de pacotes. Cada pacote possui o seu cabeçalho contendo o endereço

de destino e informações de controle. Os pacotes são enviados da origem ao

destino através do compartilhamento de links de dados e utilizam o conceito do TDM

para compartilhar estes meios de transmissão.

A comutação de pacotes em alta velocidade é uma combinação de

comutação de pacotes com a utilização de links de alta velocidade e baixo retardo. A

comutação de pacotes em alta velocidade é uma tecnologia hold and forward

desenhada para reduzir o atraso, diminuir o overhead e processamento e reduzir

custos. Foi idealizada para ser utilizada em circuitos de alta velocidade com baixo ou

nenhum erro. Os erros são corrigidos nas duas pontas, ao invés de sobrecarregar os

roteadores no caminho.

O Frame-Relay insere os dados em um quadro (opera no nível 2 da camada

OSI) e o transporta através de um circuito virtual permanente (PVC) sem necessitar

do tratamento de erros que as antigas redes X.25 utilizavam. Diferente das redes

X.25, o Frame-Relay não utiliza o reconhecimento positivo de dados (ACK) ou

negativo de dados (NACK). No X.25, qualquer pacote corrompido gerava um pedido

20

de retransmissão pelo nó da rede, o que não acontece no Frame-Relay onde as

camadas superiores fazem esta correção. Apesar destas diferenças, os dois

serviços utilizam conceitos do TDM.

21

3 AS REDES METRO ETHERNET

Metro Ethernet é um termo genérico usado para descrever uma tecnologia de

rede Ethernet em uma área metropolitana. Utiliza toda a escalabilidade, simplicidade

e flexibilidade que a tecnologia Ethernet tem a oferecer [WHALLEY].

Nas redes corporativas, o Metro Ethernet tem dois propósitos principais: a

conectividade com a Internet e a conectividade entre sites corporativos

geograficamente distantes. Na ilustração abaixo é apresentada uma visão geral do

Metro Ethernet.

Figura 2 - Visão geral do Metro Ethernet

De acordo com a figura 2:

a. Os enlaces são ponto a ponto e podem ser de qualquer taxa de transmissão

em Ethernet.

b. Os nós podem ser switches ou roteadores, dependendo de sua localização na

MEN (Metro Ethernet Network), de acordo com os serviços fornecidos.

22

c. Em grandes distâncias, enlaces WAN podem interligar as MEN. Os serviços

podem ser classificados em ponto-a-ponto, multiponto-a-multiponto ou ponto-

a-multiponto. Podem ser também classificados de acordo com a largura de

banda necessária. A largura de banda pode ser fornecida por demanda de

1Mbps a 1Gbps, em incrementos de apenas 1Mbps.

d. Vários níveis de resiliência 1 podem ser obtidos na combinação de técnicas de

proteção de redes. Podem ser fim-a fim ou nó-a-nó.

e. A Qualidade de Serviços (QoS) é conseguida através de várias técnicas de

hardware ou software, além de uma taxa máxima de “perda de pacotes”

garantida. Na perspectiva do usuário final, a qualidade de serviços está

definida no contrato comercial junto à operadora de telecomunicações (SLA –

Service Level Agreement)

3.1 TECNOLOGIAS METRO ETHERNET

3.1.1 Ethernet over SONET/SDH

Muitas operadoras de telecomunicações realizaram grandes investimentos

em infra-estrutura SONET/SDH nas redes metropolitanas. Para a utilização desta

infra-estrutura foi idealizado o EoS (Ethernet over SONET) que além de proteger o

investimento, traz vantagens na utilização deste meio [HALABI].

1 Resiliência: Capacidade da infra-estrutura de se recobrar facilmente ou se adaptar às mudanças no estado dos enlaces.

23

O EoS otimiza as redes de transporte para adaptar o tráfego de dados e

armazenamento, principalmente para o Ethernet e redes óticas. Recursos como

VCAT (Virtual Concatenation), que possibilita a utilização flexível de largura de

banda, LCAS (Link Adjustment Capacity Scheme), que provê um ajuste dinâmico da

utilização desta banda, e GFP (Generic Framing Procedure), que possibilita a

utilização de outros quadros além do Ethernet, são as principais vantagens desta

tecnologia Metro Ethernet [JANDE].

Figura 3 – O Ethernet over SONET

O VCAT, Virtual Concatenation, é uma técnica de multiplexação inversa, que

endereça alocação de banda associada com a hierarquia de sinais digitais do

SONET/SDH. Possibilita qualquer combinação de canais SONET/SDH em um fluxo

de dados, concatenando-os para obter melhor aproveitamento da largura de banda

[HALABI].

24

Normalmente o Ethernet pode ser mapeado em um canal que encapsula toda

a largura de banda, o que resulta na possível ociosidade deste canal, já que o

SONET/SDH opera com canais de largura de banda de tamanho fixo. Com o VCAT,

o Ethernet pode ser mapeado em vários canais de menor tamanho que podem ser

roteados separadamente através da rede. O ponto de chegada pode compensar

qualquer atraso no caminho e reagrupar os canais virtuais novamente no fluxo de

dados único original. Os dispositivos intermediários da infra-estrutura da rede

SONET/SDH não precisam suportar o VCAT, possibilitando a compatibilidade com

as redes de legado instaladas.

Figura 4 – Exemplo de utilização do VCAT

O exemplo da figura 4 mostra a eficiência da utilização da largura de banda

que o VCAT pode proporcionar. Se a concatenação padrão for utilizada e a largura

de banda requerida é de 300 Mbps, a operadora de telecomunicações tem a opção

de fornecer múltiplas interfaces DS-3, utilizando técnicas de multiplexação de

pacotes para distribuir o tráfego através destas interfaces. Fornecer múltiplas DS-3

25

(44.736 Mbps) ao cliente é normalmente ineficiente, pois aumenta muito o custo e

não garante a utilização da totalidade da largura de banda, devido à característica

do SONET e sua hierarquia de sinais. A alternativa seria alocar uma OC-12 (622

Mbps) mas também haveria um grande desperdício de largura de banda. Com a

VCAT, a operadora poderia fornecer um canal de 300 Mbps concatenando 6 canais

DS-3 como se fosse um canal único, evitando o desperdício de largura de banda.

O LCAS, Link Adjustment Capacity Scheme, é uma extensão do VCAT que

permite a mudança dinâmica do número de canais SONET em um grupo de canais

virtuais [CISCO]. Estes canais podem ser adicionados ou excluídos durante o

fornecimento do serviço, sem causar impacto no tráfego deste canal virtual. O LCAS

fornece um mecanismo de controle que incrementa ou decrementa a capacidade do

grupo de canais virtuais (VGC – Virtual Group Channel) para a largura de banda

requerida. Além disso tem a capacidade de remover temporariamente um canal

membro que apresentou falha. Este serviço ocorre de forma transparente, sem

perdas. As vantagens do LCAS incluem:

• Possibilidade de incrementar ou decrementar a capacidade do grupo de canais

virtuais em fragmentos de sua largura de banda;

• Mudanças na capacidade da largura de banda de forma transparente;

• Remoção automática de canais membro que apresentem falhas, assim como a

alocação de canais para suprir esta falha;

• Interligação de grupos de canais virtuais que utilizam LCAS com outros que não

utilizam e vice-versa;

• Controle unidirecional do grupo de canais virtuais, oferecendo a possibilidade de

conexões assimétricas.

26

O GFP, Generic Framing Procedure, é o primeiro mecanismo de

“enquadramento” capaz de endereçar um grande número de aplicações de

transporte de dados dando suporte a uma variedade de protocolos de rede

(resumidos na tabela 2) [FISCHABER]. O GFP foi apresentado pelo ITU na

recomendação G.7041/Y.1303, e provê um mapeamento flexível e eficiente de

vários protocolos em uma rede de transporte de dados.

O GFP utiliza um fluxo de dados baseado em byte que mapeia diretamente

em um fluxo de dados síncrono, como o SONET/SDH. O GFP mapeia protocolos

baseados em pacotes, como o Ethernet, Fibra Ótica, FICON e ESCON (tecnologias

usadas pela IBM em computadores de grande porte para comunicação com

unidades de armazenamento de dados ou storages através de fibra ótica), e vários

formatos de vídeo digital no SONET/SDH, normalmente utilizando o VCAT para

prover canais de dados com taxas específicas. Comparado a outros tipos de

enquadramentos, tais como o PoS (Packet over SONET/SDH), ATM e codificação

8B/10B, o GFP oferece uma redução significativa da latência e melhoria da utilização

da largura de banda. O GFP utiliza dois modos de mapeamento, o GFP-F e o

GFP-T.

O GFP-F é normalmente utilizado para enquadrar protocolos baseados em

pacotes/quadros tais como o IP/PPP ou Ethernet/MAC. Um quadro GFP é gerado

antes de ser transmitido através da rede SONET/SDH.

O GFP-T oferece transmissão direta de fluxos de dados que necessitam de

baixa latência, tais como VoIP, video digital (ex. DVB-ASI) e aplicações SAN

(Storage Area Network) tais como FICON/ESCON. O GFP-T é otimizado para

protocolos que utilizam a codificação 8B/10B.

27

Tabela 2 – Protocolos de rede suportados pelo GFP

Protocolos com Mapeamento de Quadros

Protocolos com Mapeamento Transparente

Ethernet Fibre Channel

PPP Gigabit Ethernet

RPR (IEEE 802.17) ESCON

FC-BBW DVB ASI

Multiple - Access Protocol Over SDH (MAPOS) FICON

Asynchronous FC

A principal vantagem do GFP é permitir de forma flexível e eficiente a

utilização da largura de banda com um mecanismo que combina elementos comuns

e específicos de cada tipo de pacote.

3.1.2 RPR – Resilient Packet Ring

O Resilient Packet Ring oferece duas grandes vantagens que antes eram

exclusivas do SONET, que são o suporte eficiente à topologia em anel e a

recuperação rápida em caso de rompimento físico de fibras óticas ou falhas em links

de dados [RESILIENT PACKET RING ALLIANCE]. Além disso, procura efetivar um

controle de congestionamento e justiça na utilização da largura de banda.

A utilização da topologia em anel nas redes metropolitanas tem larga

utilização devido à possibilidade de recuperação à falhas. A topologia em anel é

muito utilizada nas redes SONET/SDH, porém possui a desvantagem conhecida de

desperdiçar banda em seus canais de largura fixa, ineficiência na utilização de

tráfego multicast (já que reserva um canal fixo para cada ponto) e na utilização de

28

um anel duplo para a redundância e recuperação de falhas, desperdiça 50% da

banda disponível. Em um cenário de topologia em anel utilizando a tecnologia

Ethernet, comparado ao SONET/SDH, utiliza melhor a largura de banda. Porém é

lento na recuperação de falhas, já que utiliza o protocolo spanning tree para esta

recuperação, comparado a outras técnicas existentes.

O RPR, aprovado como Standard (802.17) pelo IEEE em meados de 2004, é

um protocolo MAC que opera na camada 2. Preservando a independência das

camadas, pode operar sobre o SONET, Ethernet ou DWDM, tecnologias de camada

física. O MAC RPR é baseado na arquitetura Add-Drop Muxes (ADM), em

comparação à arquitetura de comutação do Ethernet.

No RPR os dispositivos implementam a noção de “caminho de trânsito”, em

que cada nó deixa passar o tráfego não direcionado a ele, não havendo necessidade

de recebê-lo, enfileirá-lo e agendar sua transmissão. Basicamente a entidade MAC

existente em cada nó executa três funções. “Add”, para inserir o tráfego destinado a

outro nó, “Drop” , para receber e retirar o tráfego assinado ao nó (no caso de uma

transmissão multicast ele não retira o tráfego do anel) e “Pass”, para encaminhar o

tráfego em trânsito de um nó para outro. O caminho de trânsito efetivamente se

transforma em parte do meio de transmissão e faz com que o anel RPR se comporte

como um único e contínuo meio compartilhado por todos os nós do anel, o que

facilita a utilização em altas taxas de transmissão.

29

Figura 5 – O dispositivo RPR age como um packet ADM conectado a um meio compartilhado

O RPR possui um grau de resiliência natural, por ser um protocolo de pacotes

dentro de uma topologia em anel. Mensagens de proteção são trocadas entre

estações para informar o estado do anel. Estão definidos mecanismos de

redirecionamento e de cobertura. Todas as estações em um anel devem usar o

mesmo mecanismo de proteção.

Figura 6 – A proteção do RPR

30

Uma importante característica do RPR é o controle de igualdade ou justiça

(fairness). O protocolo de justiça RPR proporciona uma distribuição justa da largura

de banda disponível para todas as estações em um anel, mesmo nos momentos em

que o anel possui alto tráfego ou congestionamento [RESILIENT PACKET RING

ALLIANCE]. Alguns dos objetivos do protocolo de justiça RPR:

a. Justiça baseada no peso da fonte transmissora. Em qualquer segmento ligado

ao anel, a largura de banda disponível é alocada a cada nó na proporção ao

seu peso relativo. Por exemplo, se todos os nós possuem peso similar, a

largura de banda disponível será compartilhada de forma similar por todos os

nós. Caso um dos nós possua um peso maior, a largura de banda alocada ao

nó será proporcional ao peso do nó dividido pela soma dos pesos de todos os

nós.

b. Requerimento de largura de banda. O protocolo de justiça deve ser capaz de

requerer largura de banda não utilizada que é disponibilizada mas não

utilizada.

c. Tempo de resposta rápida. Pelo fato do tráfego ser muito variável, para

possibilitar a máxima utilização da largura de banda e para garantir que o

protocolo seja responsável por mudanças instantâneas no tráfego, ele deve

responder de forma imediata a estas mudanças.

d. Utilização de grandes taxas de largura de banda. O protocolo deve ser

habilitado a lidar com grandes taxas de largura de banda, mesmo sob cargas

próximas a 100% de utilização do anel.

e. Escalabilidade. O protocolo deve ser escalável e deve ser capaz de atender

as taxas de largura de banda e diâmetros do anel previstos no padrão.

31

Nem os SONET ADM´s nem os switches Ethernet têm esta capacidade de

gerenciamento de banda, tornando o RPR uma solução excelente para a otimização

destes recursos.

Encontramos também nesta tecnologia vantagens na utilização do tráfego

multicast ou broadcast. No RPR, em um tráfego unicast, o pacote recebido pode ser

recebido e retirado do anel ou encaminhado a outro nó. No broadcast ou multicast, o

quadro pode ser recebido e encaminhado a outro nó, possibilitando a utilização de

apenas um pacote para vários ou todos os nós da rede. Na figura 7 é apresentado

um exemplo de uma rede metropolitana utilizando-se da tecnologia RPR, com seus

vários serviços e tipos de provedores.

Figura 7 – O Resilient Packet Ring

32

O Resilient Packet Ring como centro desta solução permitirá ao provedor de

serviços oferecer largura de banda ao usuário final, com a promessa de recuperação

de falha em tempo inferior a 50 ms. Cada nó provê banda a ser adicionada ou

excluída conforme a necessidade.

O algoritmo de controle de igualdade residente no RPR irá prevenir que

nenhum nó do anel monopolize banda ou aumente demasiadamente o atraso.

Dispositivos RPR customizados para várias demandas de largura de banda

poderão ser utilizados de acordo com a necessidade e tamanho do usuário final, o

que representa menor custo e popularização da solução.

O exemplo apresentado na figura 7 demonstra a integração entre o Ethernet e

tecnologias de redes de pacotes em anel. O Ethernet é usado para acesso e

encadeamento de linhas de transmissão, tanto em 10/100 Mbits (Nó B), Gigabit (Nó

C) ou 10 Gbits (Nó A).

3.1.3 Transporte Ethernet

A tecnologia Ethernet não está limitada a ser apenas uma tecnologia de

acesso. Muitos estudos foram e estão sendo feitos para estender o Ethernet como

uma tecnologia de transporte sobre as redes metropolitanas [HALABI]. No caso da

sua utilização como tecnologia de transporte, a rede de acesso pode ser

implementada em anel ou hub-and-spoke (switch central com topologia estrela).

Na implementação Gigabit Ethernet hub-and-spoke, switches Ethernet dual-

homed 2 são utilizados na sala de telecomunicações do edifício ou unidade que

receberá o link de dados, próximos a pontos de presença da operadora de

2 O termo dual-homed refere-se a duas interfaces de rede no mesmo dispositivo. Neste caso particular, refere-se a dois enlaces entre dois switches, usados para a redundância da conexão.

33

telecomunicações. É utilizada uma fibra ótica dedicada ao edifício, utilizando WDM.

Desta forma é garantida a escalabilidade desta conexão, comparada com a

tecnologia em anel. Para efeitos de redundância podem ser utilizados dois canais de

fibra com balanceamento de carga e recursos como agregação de links (link

agregation, IEEE 802.3ad) para criar um canal de alta velocidade ao edifício. Desta

forma, no caso de uma falha, uma das fibras pode suprir toda a necessidade até a

intervenção técnica. O protocolo spanning tree é utilizado como mecanismo de

tolerância a falhas, no caso do rompimento de uma fibra ou queda de link. A figura 8

ilustra a topologia hub-and-spoke.

Figura 8 – Ethernet hub-and-spoke

Muitas implementações de fibra ótica nas redes metropolitanas foram

dispostas na topologia em anel. Para otimizar o custo envolvido, foi idealizada a

implementação de uma rede Gigabit Ethernet nesta topologia. Similar ao

funcionamento do hub-and-spoke, um switch ethernet dual-homed é o centro de

34

distribuição, e está ligado a um ponto de presença. Apesar da topologia em anel, a

rede funciona no padrão Ethernet, ou seja, uma porta de um dos switches da

topologia é bloqueada pelo protocolo spanning tree. Em caso de rompimento da fibra

o sistema leva algum tempo para se recuperar, devido ao protocolo spanning tree

ser lento. Mesmo com a utilização do novo protocolo Rapid Spanning Tree (IEEE

802.1w), que permite uma convergência mais rápida, não chega a ter a velocidade

de recuperação de falhas que um RPR ou SONET. A figura 9 ilustra a operação da

tecnologia apresentada.

Figura 9 - A proteção do Ethernet com o protocolo spanning tree

Este tipo de tecnologia de transporte em anel também tem limitações de

largura de banda, sendo que a taxa de transmissão máxima utilizada nesta

implementação é de 1 Gbit/s.

35

4 OS SERVIÇOS METRO ETHERNET - PADRÕES

4.1 O METRO ETHERNET FÓRUM

O Metro Ethernet Fórum (MEF) é uma organização sem fins lucrativos criada

em Junho de 2000 para definir o escopo, os conceitos e a terminologia para a

implementação dos serviços Ethernet nas redes metropolitanas. Os principais

objetivos do MEF são definir os Serviços Ethernet para redes metropolitanas de

transporte e a arquitetura, protocolos e gerenciamento de todas as redes Metro

Ethernet para suporte a estes serviços [HALABI].

4.2 OS SERVIÇOS METRO ETHERNET

Numa visão geral, os serviços Metro Ethernet (ME) se comunicam através de

dois tipos, serviços E-Line (ELS) ou serviços ponto-a-ponto e serviços E-LAN ou

serviços multiponto-a-multiponto. Nesta estrutura o serviço E-Line pode ser usado

para criar serviços privados ou virtuais como uma linha Ethernet privada (analogia

Ethernet para uma linha privada TDM, como uma T1 ou T3) ou a linha Ethernet

privada virtual (tal como um serviço similar à infra-estrutura Frame-Relay). Instâncias

similares podem ser criadas usando o serviço E-LAN.

O MEF define uma interface usuário-rede (UNI) e uma conexão virtual

Ethernet (EVC). O UNI é uma interface padrão Ethernet que é o ponto de

demarcação entre o equipamento e o provedor de serviços da rede metropolitana

[HALABI]. O EVC é definido como “uma associação de dois ou mais UNIs”. Em

outras palavras o EVC é um túnel lógico que conecta dois ou mais locais, permitindo

a transferência de quadros Ethernet entre eles. O EVC também se comporta de

36

forma a separar os diferentes clientes e provê privacidade nos dados e segurança

similar ao Frame-Relay ou PVCs ATM.

4.2.1 Parâmetros e Atributos dos Serviços Ethernet

O MEF desenvolveu uma estrutura de serviços Ethernet para ajudar usuários

e provedores com uma nomenclatura comum para seus parâmetros e atributos. Para

cada um dos serviços principais (ELS e E-LAN), o MEF definiu vários destes

atributos e serviços. Os principais:

• Atributo de Interface Física Ethernet

• Parâmetros de Tráfego

• Parâmetros de Performance

• Parâmetros de CoS (Classes de Serviços)

• Atributo de Serviço de Entrega de Quadros

• Atributo de Suporte a Tag VLAN

4.2.1.1 Atributo de Interface Física Ethernet

O atributo de interface física Ethernet tem os seguintes parâmetros:

• Mídia Física – Define o tipo de mídia através do padrão IEEE 802.3. Por

exemplo, 10BASE-T, 100BASE-TX, 1000BASE-CX, etc.

• Velocidade – Define a taxa de transmissão Ethernet. Por exemplo, 10Mbps, 100

Mbps, 1Gbps, 10Gbps.

• Modo – Indica o suporte para full-duplex ou half-duplex, além do suporte para

auto-negociação entre portas Ethernet.

• Camada MAC – Especifica qual camada MAC é suportada como especificado no

padrão 802.3-2002

37

4.2.1.2 Parâmetros de Tráfego

O MEF definiu um grupo de perfis de largura de banda que podem ser

aplicados no UNI ou no EVC. Um perfil de largura de banda é o limite na taxa a qual

o quadro Ethernet pode trafegar através do UNI ou EVC. Os atributos do perfil de

largura de banda são os seguintes:

• Largura de Banda ingressa e egressa por UNI

• Largura de Banda ingressa e egressa por EVC

• Largura de Banda ingressa e egressa por identificador CoS

• Largura de Banda ingressa por destino UNI por EVC

• Largura de Banda egressa por origem UNI por EVC

Os atributos de serviço no perfil de largura de banda consistem nos seguintes

parâmetros de tráfego:

• CIR – Commited Information Rate – Taxa de informação garantida, ou a banda

mínima garantida que a rede deve prover ao serviço em condições normais de

operação. O serviço pode suportar uma CIR por VLAN na interface UNI. Porém,

a soma de todas as CIR não deve ultrapassar a velocidade da interface física. O

CIR tem um outro parâmetro associado denominado CBS, Commited Burst Size,

ou taxa de rajada garantida. O CBS é o tamanho garantido de rajada (acima do

CIR) que não será descartada ou marcada como candidata à descarte.

• PIR – Peak Information Rate – Taxa de informação de pico, ou a taxa acima do

CIR na qual o tráfego é permitido na rede, caso esta não esteja congestionada. O

PIR tem um outro parâmetro associado denominado MBS, Maximum Burst Size,

ou tamanho máximo de pico. O MBS é o tamanho máximo de rajada (acima do

PIR) que não será descartada.

38

4.2.1.3 Parâmetros de Performance

Os parâmetros de performance indicam a qualidade do serviço prestado ao

assinante (usuário). São eles disponibilidade, atraso, variação de atraso e perda.

A disponibilidade é especificada pelos seguintes atributos:

• Tempo de ativação do serviço UNI – especifica o tempo em que o serviço (novo

ou modificado) é solicitado até ser ativado e se tornar disponível para utilização.

• Tempo médio de recuperação de UNI – especifica o tempo que o UNI fica

indisponível (devido a uma falha) até retornar a sua operação normal.

• Tempo de ativação do serviço EVC – especifica o tempo em que o serviço (novo

ou modificado) é solicitado até ser ativado e se tornar disponível para utilização.

O EVC torna-se disponível após a ativação do UNI, mas em uma estrutura EVC

multiponto, somente após a ativação de todos os UNI é que o serviço EVC fica

disponível.

• Disponibilidade EVC – especifica com que freqüência o assinante do EVC

satisfaz ou excede o atraso, perda ou variação de atraso sobre o mesmo

intervalo de monitoração. Caso não satisfaça aos critérios de performance, torna-

se indisponível.

• Tempo médio de recuperação de EVC – especifica o tempo que o EVC fica

indisponível (devido a uma falha) até retornar à sua operação normal.

O atraso é um parâmetro crítico que impacta de forma significativa o QoS

para aplicações em tempo real. O atraso entre dois pontos em uma rede

metropolitana é uma soma de atrasos, iniciando de uma UNI até um fim, transitando

pela rede metro Ethernet, e da UNI até o fim do caminho. A rede metro Ethernet por

39

si só insere atrasos adicionais baseados na velocidade do backbone e no nível de

congestionamento. O parâmetro atraso é especificado nos seguintes atributos:

• Largura de Banda ingressa e egressa por identificador CoS (atributo de serviço

UNI)

• Classe de Serviço (CoS) (atributo de serviço EVC)

A variação de atraso é outro parâmetro que afeta a qualidade do serviço. A

variação de atraso tem efeito prejudicial em aplicações de tempo real, como telefonia

IP. A variação de atraso é especificada nos seguintes atributos:

• Largura de Banda ingressa e egressa por identificador CoS (atributo de serviço

UNI)

• Classe de Serviço (CoS) (atributo de serviço EVC)

A perda indica o percentual de quadros Ethernet que pertencem ao perfil de

serviço e não são transferidos entre UNIs após um determinado período de tempo.

Aplicações como e-mail ou web browser são mais tolerantes às perdas que

aplicações de tempo real como VoIP. O parâmetro de perda é especificado nos

seguintes atributos:

• Largura de Banda ingressa e egressa por identificador CoS (atributo de serviço

UNI)

• Classe de Serviço (CoS) (atributo de serviço EVC)

40

4.2.1.4 Parâmetros de Classe de Serviços (CoS)

Os parâmetros de classe de serviços podem ser definidos para os assinantes

baseados em várias identificações:

• Porta Física – Forma mais simples de QoS que aplica à porta física da conexão

UNI. Todo o tráfego que entra e sai da porta tem o mesmo CoS.

• Endereços MAC de origem / destino – Este tipo de classificação é utilizado para

dar diferentes tipos de serviços baseados em combinações de fonte e destino de

endereços MAC.

• Identificação de VLAN – Esta é uma forma bastante prática de marcar a CoS se o

assinante tem diferentes serviços na porta física onde o serviço é definido por

uma identificação de VLAN.

• Valor 802.1p – O campo 802.1p permite que a portadora marque até 8 níveis de

prioridades para o tráfego do assinante. Switches Ethernet utilizam este campo

para priorizar tráfego para aplicações de tempo real em detrimento de tráfego de

melhor esforço.

• ToS DiffServ/IP – O campo ToS do IP possui 3 bits e é utilizado para prover 8

tipos diferentes de prioridade. Similar ao campo 802.1p, se for usado como

prioridade para o encaminhamento do quadro. Porém, fica no cabeçalho do

próprio IP, e não no cabeçalho do tag Ethernet 802.1Q. Os Serviços

Diferenciados (DiffServ) são um mecanismo mais sofisticado de CoS do que o de

prioridades do ToS. Permite 64 tipos diferentes de CoS. Apesar de mais

vantajoso em relação ao ToS na configuração de parâmetros Cos, possui difícil

gerenciamento no caso de utilizarmos todas as suas possibilidades e alto custo

para o assinante. Devido a este fato, apenas algumas CoS são mantidas para os

serviços pelas operadoras de telecomunicações.

41

4.2.1.5 Atributos de Serviço de Entrega de Quadros

O atributo de serviço EVC pode definir se um quadro específico pode ser

descartado, entregue incondicionalmente ou entregue condicionado para cada par

de UNIs requisitado. As diferentes possibilidades de quadros Ethernet são:

• Quadros Unicast – São quadros com um endereço MAC específico de destino.

Caso o endereço MAC de destino seja conhecido pela rede local, este é entregue

diretamente. Caso contrário, o comportamento da rede local é encaminhar o

quadro para a VLAN específica.

• Quadros Multicast – São quadros destinados a um grupo seleto de destinos.

Pode ser um quadro com o bit menos significante definido com o valor binário 1,

exceto para o broadcast.

• Quadros Broadcast – O IEEE 802.3 define o endereço de broadcast como

endereço MAC de destino FF.FF.FF.FF.FF.FF .

Os pacotes de controle de processos são diferentes dos pacotes de controle

de protocolo necessários para algumas aplicações. Por exemplo pacotes BPDU são

necessários para o STP (Protocolo spanning-tree). O provedor deve decidir se

encaminha ao túnel ou descarta estes pacotes através do EVC, dependendo do

serviço. Os protocolos de camada 2 que podem trafegar por um EVC, são:

• Quadros de controle MAC IEEE 802.3x – 802.3x é um controle de mecanismo

XON/XOFF que permite que a interface Ethernet envie um quadro de pausa,

caso o tráfego esteja congestionado no egresso do switch Ethernet.

• LACP (Link Aggregation Control Protocol) – Protocolo de controle de agregação

de link, protocolo que permite a agregação de várias interfaces Ethernet entre

dois switches, criando um canal de dados de grande capacidade.

42

• Autenticação de Porta IEEE 802.1x – Este protocolo permite ao usuário (uma

porta Ethernet) se autenticar em uma rede através de um servidor de

autenticação, tal como o Radius.

• GARP (Generic Attribute Registration Protocol) – Protocolo genérico de registro

de atributo, protocolo que provê uma infra-estrutura genérica nos dispositivos de

uma rede local, por exemplo, uma estação de usuário e um switch, e podem

registrar e remover o registro de valores de atributos, tais como identificadores de

VLAN.

• STP – Spanning Tree Protocol – Protocolo que evita loops entre switches em

uma rede local, bloqueando portas através da troca de pacotes especiais.

• All-Bridge Multicast – Utiliza um endereço MAC específico (padronizado) para

trocar quadros de controle entre as bridges.

4.2.1.6 Atributo de Suporte a Tag VLAN

As tags VLAN nas organizações indicam domínios lógicos de broadcast,

como diferentes grupos de trabalho. O ME cria um ambiente onde uma rede

Ethernet dá suporte a várias redes de empresas e compartilham a mesma infra-

estrutura, onde cada rede tem sua própria segmentação. O suporte a diferentes

níveis de VLAN e a habilidade de manipular estas tags tornou-se requisito de grande

importância.

Considere o exemplo de um edifício onde a operadora de telecomunicações

instala um switch na sala de equipamentos e oferece múltiplas conexões Ethernet

para vários escritórios. Neste caso, cada assinante é identificado pela porta física do

switch a qual está conectado. Em um ambiente de vários assinantes, cada um tem o

seu conjunto de VLANs com tráfego concomitante às dos outros assinantes. Para a

43

operação neste tipo de ambiente, as operadoras estão adotando um modelo muito

similar ao dos serviços ATM e Frame-Relay. Cada assinante recebe uma

identificação similar a do Frame-Relay (DLCI’s), que identifica a EVC por onde o

tráfego do assinante flui. No caso do Ethernet, a identificação de VLAN funciona

como identificador. A Figura 10 ilustra o exemplo.

Figura 10 – Separação lógica do tráfego e dos serviços

44

No exemplo, cada assinante possui um identificador de VLAN associado a

ele. Para fazer esta distinção, o MEF identifica as VLANs internas do assinante pelo

nome CE-VLAN. Existem dois tipos de suporte às tags VLAN:

• VLAN tag Preservation / Stacking (Preservação / Empilhamento)

Neste tipo de suporte, todos os quadros Ethernet são recebidos do assinante

e deverão ser transportados sem alterações na identificação da VLAN na rede do

provedor através do seu EVC. Esta operação é típica em serviços como uma

extensão de rede local, onde a mesma rede é estendida entre dois diferentes locais

da empresa, e as configurações de VLAN devem ser mantidas.

• VLAN tag Translation / Swapping (Tradução / Troca)

Neste caso, a tradução ou troca ocorre quando as tags VLAN são locais à

UNI, significando que, caso exista de um lado do EVC, é independente da tag VLAN

do outro lado. Caso um dos lados do EVC não suporte tags VLAN, o provedor

remove este tag do quadro Ethernet antes destes serem enviados ao destino. Por

exemplo, no caso de uma fusão de duas empresas que queiram juntar as suas redes

locais, mas as identificações de VLAN internas são diferentes. O provedor pode

remover a tag VLAN de um lado no momento da transmissão e traduzi-la no outro

lado do EVC para o tag VLAN da rede de destino de uma forma transparente para

os dois pontos.

Nas tabelas 3 e 4 estão resumidos os atributos e parâmetros do serviço

Ethernet para UNIs e EVCs.

45

Tabela 3 - Serviços UNI

Atributo de Serviço UNI Valores de Parâmetros ou Faixa de Valores

Mídia Física Interface física padrão Ethernet

Velocidade 10 Mbps, 100 Mbps, 1Gbps ou 10Gbps

Modo Full-Duplex ou auto-negociação

Camada MAC Ethernet e/ou IEEE 802.3-2002

Largura de Banda Ingressa e Egressa por UNI

Não, ou um dos seguintes parâmetros: CIR, CBS, PIR, MBS. Se não, nenhum perfil de largura de banda por UNI será setado, caso contrário, os parâmetros de tráfego CIR, CBS, PIR e MBS devem ser setados

Largura de Banda Ingressa e Egressa por EVC

Não, ou um dos seguintes parâmetros: CIR, CBS, PIR, MBS.

Largura de Banda Ingressa e Egressa por identificador CoS

Não, ou um dos seguintes parâmetros: CIR, CBS, PIR, MBS. Se um dos parâmetros for escolhido, especificar o identificador CoS, valor de atraso, variação de atraso, perda. Se não, nenhum perfil de largura de banda por identificador CoS será setado, caso contrário, os parâmetros de tráfego CIR, CBS, PIR e MBS devem ser setados.

Largura de Banda Ingressa e Egressa por destino UNI por EVC

Não, ou um dos seguintes parâmetros: CIR, CBS, PIR, MBS.

Perfil de Largura de Banda Egressa por fonte UNI por EVC

Não, ou um dos seguintes parâmetros: CIR, CBS, PIR, MBS.

Protocolo de Controle de Processo de Camada 2

Processa, descarta ou repassa ao EVC os seguintes quadros de controle: • Quadros de Controle MAC IEEE 802.3x • LACP • Autenticação de Porta IEEE 802.1x • GARP • STP • All-Bridge Multicast

Tempo de Ativação de Serviço UNI Valor de Tempo

46

Tabela 4 - Serviços EVC

Atributo de Serviço UNI Valores de Parâmetros ou Faixa de Valores

Tipo de EVC Ponto-a-Ponto ou Multiponto-a-Multiponto

Preserva CE-VLAN ID Sim ou Não

Preserva CoS CE-VLAN ID Sim ou Não

Entrega do quadro Unicast Descarta, entrega incondicionalmente, ou entrega condicionalmente para cada par de UNIs

Entrega do quadro Multicast Descarta, entrega incondicionalmente, ou entrega condicionalmente para cada par de UNIs

Entrega do quadro Broadcast Descarta, entrega incondicionalmente, ou entrega condicionalmente para cada par de UNIs

Protocolo de Controle de Processo de Camada 2

Descarta ou encaminha ao túnel os seguintes quadros de controle: • Quadros de Controle MAC IEEE 802.3x • LACP • Autenticação de Porta IEEE 802.1x • GARP • STP • All-Bridge Multicast

Tempo de Ativação de Serviço EVC Valor de Tempo

Disponibilidade do EVC Valor de Tempo

Tempo Média de Reativação EVC Valor de Tempo

Classe de Serviço (CoS) Identificador de CoS, valor de atraso, variação de atraso, perda.

47

5 CONCLUSÃO

De acordo com o que foi apresentado neste trabalho, a tecnologia Metro

Ethernet alia todas as facilidades de uma tecnologia idealizada para redes locais

com a performance e resiliência desejáveis em enlaces metropolitanos e de longa

distância. A simplicidade na utilização de switches, com a conseqüente queda no

custo da infra-estrutura, unida às tecnologias de recuperação de falhas, como o

protocolo spanning-tree por exemplo, além da flexibilidade no fornecimento de

largura de banda de acordo com as necessidades imediatas do cliente, tornam esta

tecnologia uma das mais promissoras na área de telecomunicações para os grandes

centros urbanos.

Outra questão importante é a utilização da infra-estrutura de legado para

manter o investimento, o que tornou esta tecnologia aplicável em curtíssimo prazo.

Como também foi apresentado, a evolução da tecnologia Ethernet

(10/100/1000/10000 Mbits/s) possibilitou que os enlaces Metro Ethernet atingissem

altas taxas de transmissão, antes conseguidas apenas na infra-estrutura

SONET/SDH, com custo proibitivo para muitas empresas.

Outras vantagens como a implementação de QoS para o tráfego de voz ou

vídeo através dos enlaces, melhor utilização de largura de banda ociosa causada

pelos canais TDM, gerenciamento mais fácil para o SLA junto ao cliente, explicam o

investimento das operadoras de telecomunicações na direção desta tecnologia.

Empresas de telecomunicações como Telemar, Iqara Telecom e Intelig são

pioneiras na implementação de projetos de infra-estrutura Metro Ethernet no Brasil.

A Telemar, juntamente com a Promon Engenharia, implementou em março de 2003

o primeiro projeto de rede Metro Ethernet do Brasil [PROMON] , na cidade de Recife,

para atender à Emprel, Empresa Municipal de Informática, interligando vários órgãos

48

públicos do governo municipal através de fibras óticas com tráfego em alta

velocidade. Juntamente com a Cisco Systems, que forneceu os equipamentos para

a infra-estrutura Metro Ethernet, a Telemar expandiu no final de 2003 esta infra-

estrutura às cidades de São Paulo, Rio de Janeiro e Belo Horizonte [TELEMAR]. O

primeiro cliente da Telemar no Rio de Janeiro foi a Petrobrás, que contratou um

enlace de 100Mbits/s para interligar dois endereços da companhia de petróleo

brasileira.

O crescimento da solução Metro Ethernet tem sido intenso desde então,

indicando que a tecnologia será cada vez mais utilizada pelas empresas, governos

e, em futuro próximo, por clientes residenciais.

49

REFERÊNCIAS

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2. AZEVEDO, Moacyr H. C. de. Apostila da Disciplina de Projeto de Redes,

Equipamentos e Infra-Estrutura. Rio de Janeiro: NCE/UFRJ, 2003 3. BATES, Regis J. Broadband Telecommunications Handbook. EUA: McGraw-

Hill, 2002. 561p. 4. CISCO Systems White Paper. Leveraging Transport For Data Services With

VCAT and LCAS. Disponível em http://www.cisco.com/en/US/netsol/ns341/ns396/ns114/ns99/networking_solutions_white_paper09186a00801e121e.shtml. Acesso em 16 jun. 2005.

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Transport over Metro Area Networks. Disponível em http://www.xilinx.com/publications/xcellonline/xcell_50/xc_pdf/xc_gfp50.pdf . Acesso em 19 jun. 2005.

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http://www.supercommnews.com/2004/Monday/exper/larscom.cfm. Acesso em 6 fev. 2005.

8. METCALFE, Robert, EUA [1970] 1 desenho, color. Disponível em:

http://www.digibarn.com/collections/diagrams/ethernet/index.html. Acesso em: 7 jan. 2005

9. PROMON Engenharia. Promon faz o primeiro projeto de Metro Ethernet para

Telemar. Press Release de 01 mar. 2003. Disponível em http://www.promontecnologia.com.br/br/press/noticia.aspx?codigoNoticia=44 . Acessado em 25 jul. 2005

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12. RESILIENT PACKET RING ALLIANCE. An Introduction to Resilient Packet Ring Technology. Disponível em http://www.rpralliance.org/articles/ACF16.pdf . Acesso em 7 jan. 2005.

13. TELEMAR. Telemar e Cisco expandem rede Metro Ethernet para São Paulo,

Rio de Janeiro e Belo Horizonte. Press Release de 10 dez. 2003. Disponível em http://www.telemar.com.br/institucional/assessoria/txt_press2.asp?text=45. Acessado em 25 jul. 2005.

14. TRILLIUM Digital Systems, Inc. Comparison of IP-over-SONET and IP-over-

ATM Technologies. Disponível em http://www-t.zhwin.ch/it/ksy/Block01/IPATM-Trillium/wp_ip.html . Acessado em 07 jan. 2005.

15. WHALLEY, Mark. Metro Ethernet Networks – A Technical Overview.

Disponível em http://www.metroethernetforum.org/PDFs/WhitePapers/metro-ethernet-networks.pdf. Acesso em 5 jan. 2005.