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UNIVERSIDADE LICUNGO FACULDADE DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA CURSO DE INFORMÁTICA CONSTANTINO ANDASSONE DARIO FERNANDO FERNANDO DOS SANTOS PACHECO ABILIO SERVIÇOS DE TRANSPORTE AVANÇADO Quelimane 2021 CONSTANTINO ANDASSONE DARIO FERNANDO FERNANDO DOS SANTOS PACHECO ABILIO SERVIÇOS DE TRANSPORTE AVANÇADOS Quelimane 2021 Trabalho de pesquisa em grupo é de caracter avaliativo da cadeira de RMS, visa abordar a cerca de Leitura, analise, interpretação. Dr. Timóteo G. Samo Índice 1. Introdução ......................................................................................................... 4 2. Objetivos ........................................................................................................... 5 2.1 Geral ........................................................................................................... 5 2.2 Específicos .................................................................................................. 5 2.3 Metodologia ................................................................................................ 5 3. Serviços de transporte ....................................................................................... 6 3.1 Serviços de transporte Avançadas .................................................................. 6 3.2 Fonte de voz ................................................................................................ 6 4. Telefonia e sistemas de comutação ............................................................... 7 4.1 Comutação de Circuitos .............................................................................. 7 5. Digitalização – Pulse Code Modulation (PCM) ........................................... 8 5.1 Comutação de Pacotes ............................................................................... 8 6. Comutação de Circuitos x Comutação de Pacotes ....................................... 9 6.1 Voz sobre ip (voip) ..................................................................................... 9 7. Fonte de vídeo ............................................................................................. 10 8. Vídeo não comprimido ............................................................................... 10 9. Rede de transporte ótico .............................................................................. 11 10. Conclusão ...................................................................................................... 14 11. Referencia bibliográfica ................................................................................ 15 4 1. Introdução O seguinte trabalho aborda assuntos relacionados com serviços de transporte avançados de redes multi-serviços. As modernas redes de informação, com especial destaque para o sector das telecomunicações, ocupam um lugar de grande relevo na sociedade moderna, desempenhando um papel de primeiro plano nas transformações económicas e sociais. Como meio de transmissão de informação à distância, as telecomunicações transportam o fluxo de informação, favorecendo todo o tipo de atividades: económicas, administrativas, financeiras, culturais ... O transporte da informação com rapidez e qualidade é, nos nossos dias, a "chave" para o progresso das nações e consequente melhoria da qualidade de vida das populações. Tem- se, aliás, medido o nível de desenvolvimento de um país, a sua produtividade e a qualidade de vida também pelo desenvolvimento das telecomunicações. Nas áreas periféricas, ou de maior isolamento, onde os transportes são menos eficientes, as telecomunicações assumem um papel fundamental, pois permitem um contacto rápido e eficaz com outras áreas com as quais têm de manter ligações mais ou menos frequentes, além de proporcionarem a prestação de serviços sem necessidade de deslocações (telecompras, telebanco, teletexto, etc.). Claro que nem sempre as telecomunicações poderão substituir as viagens. Note-se que ao nível das empresas, os contactos pessoais continuarão a ser importantes para o desenvolvimento de novos mercados e no relacionamento com os fornecedores. Para os produtores localizados a grande distância dos consumidores, continuarão também a ser indispensáveis meios eficientes de transporte de mercadorias, pelo que as telecomunicações devem ser encaradas como complementares, embora tornem as distâncias cada vez mais fáceis de transpor. Em redes de computadores, um dos campos de estudo é a caracterização e modelagem de fontes de tráfego. Pode-se entender como “fonte de tráfego”, tipicamente, uma aplicação de redes de computadores gerando um conjunto de bits, que por sua vez trafegam pela rede em um dado período. A fonte de tráfego terá características próprias. Neste texto, será possível verificar que, por exemplo, uma fonte do tipo Voz sobre IP alterna períodos de atividade e períodos de dormência; vídeo digital comprimido, por sua vez, exibe característica de taxa de bits variável ao longo do tempo. 5 2. Objetivos 2.1 Geral • Oferecer uma visão da geração de tráfego e identificar e mostrar as caracterizar os serviços de transporte avançados. 2.2 Específicos • Falar dos serviços Serviço orientado à conexão e os não orientados à conexão; • Falar das redes de transporte óticas; 2.3 Metodologia No que tange à metodologia usada, o trabalho tem por base a consulta de meios bibliográficos entendidos como coleta de dados com base em material acessível ao público em geral, constituído por Manuais; revistas, documentos oficiais publicados ou não, recorrendo também ao material disponível na internet, entre outras fontes que se afigurarem relevantes para a consulta e materialização do trabalho. 6 3. Serviços de transporte É por meio da camada de rede que os computadores identificam qual caminho será utilizado para transmissão de dados entre a origem e o destino de uma comunicação. Além disso, é a partir da camada de transporte que se definem os serviços que serão utilizados entre a origem e o destino. Na camada de transporte, objeto atual de nosso estudo, são oferecidos dois tipos de serviços: Serviço orientado à conexão; Serviço não orientado à conexão. No serviço orientado à conexão, chamado de TCP (Transmission Control Protocol), existe uma troca inicial de pacotes entre cliente e servidor para o estabelecimento de uma conexão. Essa troca é chamada de “handshaking”. Esse tipo de serviço também é conhecido como um serviço de entrega garantida, pois, após o envio de informações entre as partes, é necessária uma confirmação do receptor. Ocorrendo algum problema, os dados são reenviados. O serviço orientado à conexão da camada de transporte é utilizado em todos os serviços da camada de aplicação que necessitam de confiabilidade como, por exemplo, na hora de realizar o download de um arquivo. No serviço não orientado à conexão, os dados apenas são enviados do cliente para o servidor, sem o estabelecimento prévio de conexão. Esse protocolo é conhecido como UDP (User Datagram Protocol). Podemos pensar que um serviço TCP é bem melhor que o UDP, mas, na verdade, existem aplicações em que o UDP realiza o serviço com mais eficiência. 3.1 Serviços de transporte Avançadas 3.2 Fonte de voz A voz, ou fonação, é um som produzido pelo ser humano a partir de seu aparelho fonador. Especificamente, o ar é expelido pelo pulmão e é modulado pelas cordas vocais instaladas na faringe; então, é ressonado pelo peito, garganta, fossas nasais e cavidades na boca e articulado pelo palato, língua, lábios e dentes, de forma que os sons resultantes, combinados em unidades fonéticas – a fala - sejam inteligíveiscomo informação para outro interlocutor humano (ainda que o ser humano use da voz para se comunicar com outras formas de vida). Os sons são ondas mecânicas que viajam por um fluido, em geral o ar. Essas ondas são compostas por zonas de compressão e descompressão do ar (ou fluido), ou zonas de maior/menor pressão, trafegando no ar a uma velocidade aproximada de 1.000 km/h, ao nível 7 do mar. O som, na verdade, é a interpretação dessas ondas dada pelo cérebro, quando captadas pelo ouvido. Assim, a voz, como som, tem natureza analógica. 4. Telefonia e sistemas de comutação Sistema mais importante de transferência de voz à distância, a telefonia nasceu inteiramente baseada em tecnologia analógica. Em essência, é a captação do som em uma ponta, através de um transdutor analógico como o microfone, que converte as impressões sonoras em sinais elétricos. Os sinais elétricos são então transmitidos à outra ponta, onde são novamente convertidos em ondas sonoras por outro transdutor analógico, tipicamente o alto- falante. 4.1 Comutação de Circuitos Esse foi o sistema sobre o qual montou-se todo o sistema de telefonia (daí o nome pelo qual o sistema de telefonia é conhecido: PSTN – Public Switched Telephone Network, ou rede pública de telefonia comutada): analógico, baseado em comutação de circuitos, com terminais simples nas pontas e concentração da inteligência nas centrais telefônicas [TELEFONIA IP, 2002]. A comutação de circuitos pode ser entendida como uma reserva de um circuito físico (um “fio”) entre a origem e o destino, durante todo o tempo da conexão ou chamada. Uma interpretação mais atual da comutação de circuitos consiste em uma reserva de banda passante, de modo que outras aplicações não possam compartilhar esta banda (ou circuito) enquanto estiver reservada. Assim, haverá um tamanho de banda dedicado para uso de determinada aplicação ou usuário, mesmo que o meio físico (cabo metálico ou fibra ótica, por exemplo) esteja transportando vários “circuitos” concomitantemente [GUIMARÃES, 1999]. Estes circuitos podem ser denominados circuitos virtuais. O transporte de vários “circuitos” num mesmo meio físico é possibilitado através do mecanismo da multiplexação. Por exemplo, usando a TDM (Time Division Multiplexing, ou Multiplexação por Divisão de Tempo), uma “janela” (ou slot) de tempo é reservada para cada usuário, de modo que durante esta janela, o usuário utiliza o meio sozinho. O intervalo de tempo de cada slot é tipicamente bastante reduzido, o que permite que o usuário tenha acesso a ele várias vezes por segundo e que vários usuários também tenham possibilidade de usar o meio. Usando a FDM (Frequency Division Multiplexing, ou Multiplexação por Divisão em Freqüência), a cada usuário é especificada uma freqüência de modulação no espectro, diferente dos demais usuários. Assim, os diversos sinais modulados podem trafegar no mesmo meio e serem demodulados no destino, sem que se misturem. Observar que, no TDM, os usuários alternam-se no tempo, em instantes bem pequenos, mas durante os quais aqueles têm acesso à 8 toda largura de banda do meio. Em FDM, a banda é subdividida no espectro de freqüência em bandas menores, que são então designadas para cada usuário (ou aplicação).19/112 O sistema de telefonia atual em grande parte baseia-se numa mistura de circuitos virtuais com comutação de circuitos físicos. Basicamente, a comutação de circuitos físicos é feita entre os usuários finais e a central telefônica local, e os circuitos virtuais são usados na comunicação entre as centrais. Os circuitos virtuais são inteiramente digitais, entretanto, o que obriga a transformação do sinal de voz em um sinal digital, a digitalização (que acontece na primeira central telefônica, que faz a ligação com o usuário). 5. Digitalização – Pulse Code Modulation (PCM) A digitalização (transformação de um sinal analógico em um sinal digital) é feita em três etapas: amostragem, quantização e codificação [CARVALHO, 2001; LATHI, 1998, TELEFONIA IP, 2002]. Antes destas etapas, aplica-se também a filtragem, que destina-se a limitar o espectro de freqüências do sinal a ser digitalizado a uma determinada freqüência máxima ou a uma faixa de freqüência. Deste modo, as freqüências fora do espectro limitado são simplesmente descartadas. A amostragem consiste em dividir o tempo em instantes discretos. Durante cada instante discretizado, a amplitude do sinal é então medida. Essa medição é então traduzida segundo uma escala de níveis também discretizada: a quantização. Portanto, as medições são arredondadas para os níveis quantizados mais próximos. Após a amostragem e quantização, o sinal será discreto tanto no tempo, quanto na amplitude. O próximo processo, a codificação, consiste em representar o sinal amostrado e quantizado no formato digital binário, ou seja, usando 0’s e 1’s. Isso é feito considerando-se que existem L níveis quantizados, finitos, possíveis para as amplitudes do sinal discreto. 5.1 Comutação de Pacotes Uma rede de comutação de pacotes, tipicamente redes de dados digitais, não reserva uma banda passante entre a origem e o destino. Esta tecnologia consiste em colher as mensagens ou dados, já previamente divididas em unidades menores por camadas superiores na pilha de protocolos (chamados pacotes na tecnologia IP e células na tecnologia ATM), de modo que cada pacote trafegue na rede até o destino, podendo tomar rotas diferentes uns dos outros e também compartilhando a rede com pacotes de outros usuários. 9 6. Comutação de Circuitos x Comutação de Pacotes É interessante aqui usar uma analogia simplificada para caracterizar as redes de comutação de circuitos e de pacotes, que são as redes de transporte rodoviário e ferroviário. A ferrovia pode ser entendida como uma rede de comutação de circuitos. Há um caminho reservado, onde só um trem pode trafegar a um instante, imperturbável, e para um destino fixo. A rodovia, por sua vez, é compartilhada entre diversas unidades menores (os automóveis), que viajam para destinos diferentes dentre si. Observe-se que a ferrovia é mais imune a atrasos, porém demanda um grande volume de carga para que seja viável (uma vez que um trem só viaja a destinos pré-determinados, obrigando toda sua carga a comparecer aos mesmos destinos). A rodovia permite o tráfego mais flexível de cargas menores e independentes entre si, porém é mais sujeita a congestionamento (= atraso). É factível então inferir que as redes de comutação de circuitos têm como vantagem a existência de uma banda passante dedicada, que por sua vez pode garantir requisitos de qualidade de serviço (QoS – Quality of Service) para alguma aplicação, como por exemplo transmissão de vídeo fluida ou voz sem atrasos. Contudo, o estabelecimento de um circuito dedicado pode significar uma utilização ineficiente dos recursos da rede. Os períodos de não- transmissão (por exemplo, na telefonia, quando os interlocutores estão em silêncio e que são estimados em 60% do tempo total) resultam em desperdício da banda passante, já que esta permanece reservada e não pode ser usada por outras aplicações em transmissão. Algoritmos de compressão buscam justamente eliminar períodos de silêncio ou redundância de informação (ex.: imagens que não mudam ao longo do tempo) de forma a que o meio de transmissão não fique ocioso [GUIMARÃES, 1999]. 6.1 Voz sobre ip (voip) A Voz sobre IP, ou VoIP, é uma proposta tecnológica para transformar a telefonia em uma aplicação sobre redes de computadores, utilizando-se do popular protocolo IP de redes para transmitir voz digitalizada em tempo real [CHUAH, 2002]. Isso pode ser feito de maneira completa, ou seja, a digitalização da voz e encapsulamento é feita diretamente nos aparelhos de telefone, ou de forma híbrida. No conceito híbrido, usa-se um sistema de PABXF(Private Automatic BrancheXchange, ou como é conhecido em inglês, PBX, de Private Branch eXchange) convencional e integra-se esse PABX a um gateway (switch ou roteador), que por sua vez fará a conversão para VoI 10 7. Fonte de vídeo Vídeo é uma aplicação de tempo real, com requisitos bastante estreitos de qualidade de serviço quanto a atraso fim a fim e jitter. A qualidade de imagem e perda eventual de dados, entretanto, admitem maior tolerância. O sinal de vídeo, no formato não comprimido, representa uma fonde de tráfego com taxa de bits (bps) contínua. Os quadros de vídeo, transmitidos a uma taxa típica de 30 quadros por segundo, são amostrados e quantizados, pixel SCHWARTZ, 1996]. por pixel, resultando num número constante de bits/quadro e, por conseguinte, bits por segundo [considerar, como exemplo, o padrão norte-americano de 500 x 500 ou 250.000 pixels por quadro, aproximadamente. Usando 256 níveis de quantização para uma escala de cinza de 8 bits, isso resulta em uma taxa de 8 x 250.000 = 2 Mbits/quadro, ou ainda 2 Mbits x 30 quadros = 60 Mbps para o sinal de vídeo em tons de cinza. Para um sinal colorido tipo RGB (três cores básicas vermelho, verde e azul), sem sinal de luminância, isso representa 3 x 60 = 180 Mbps de capacidade requerida para um canal de transmissão. Partindo-se para tv em alta definição (HDTV), com um número de pixels por quadro na ordem 1920 x 1080 = 2.073.600, 30 quadros por segundo, 8 bits para cada cor primária, tem- se um requerimento de 1920 x 1080 x 30 x 8 x 3= 1.492.992.000 ou aproximadamente 1,5 Gbps para transmissão sem compressão. 8. Vídeo não comprimido A transmissão de vídeo por rede de computadores, sem compressão, requer uma largura de banda ainda muito alta para os padrões atuais, tomando por base o Ethernet de 10Mbps e o Fastethernet de 100Mbps, as duas tecnologias de rede mais em uso. Mecanismos de compressão tornam-se indispensáveis para transmissão de vídeo em redes de dados. Da seção anterior, infere-se que uma fonte de vídeo não comprimido reduz-se a uma fonte CBR. Com efeito: se a fonte produz quadros de tamanho fixo, com quantidade fixa de pixels por quadro; e se cada pixel é descrito por uma quantidade fixa de bits, isto resulta numa quantidade fixa de bits por quadro. Se a fonte gera uma quantidade fixa de quadros por segundo, então multiplicando a quantidade de bits por quadro pela quantidade de quadros por segundo, ter-se-á o número de bits por segundo (bps) que tal fonte de vídeo não comprimido gera. 11 9. Rede de transporte ótico A adoção da tecnologia de rede de transporte ótico (OTN) continua crescendo no mercado. Isso se deve ao avanço significativo de tecnologia de rede ótica que a OTN representa e ao declínio dos ganhos oferecidos pelas redes SONET/SDH. Embora este Guia do especialista faça uma abordagem detalhada do alicerce técnico e da arquitetura das redes OTN, é importante lembrar que a tecnologia OTN pode solucionar desafios comerciais dos clientes da Ciena, pois aumenta o desempenho de suas redes ao mesmo tempo que gera economia financeira, diminui a latência, aumenta a gerenciabilidade da rede e abre caminho para a adoção da nuvem e da Rede Definida por Software (SDN). Esses são aspetos descritos neste guia. Tem vantagens de oferecer diversas vantagens em relação às redes de transporte herdadas. Este guia detalha essas vantagens e descreve como elas podem ajudar as operadoras e os provedores de serviços a obterem melhor desempenho das redes óticas, custos reduzidos e um catálogo de serviços mais amplo. Os benefícios incluem: Redução dos custos de transporte; Uso eficiente do espectro ótico; Determinismo; Operações de rede virtualizadas; Flexibilidade de arquitetura, design e desempenho da rede. Segurança inerente; Operações robustas, porém simples. O setor de telecomunicação e as redes dos provedores de serviços estão evoluindo rapidamente para lidar com uma explosão de tráfego digital proveniente dos serviços multimídia, aplicativos móveis, mídias sociais, protocolo VoIP e computação em nuvem, além de uma gama crescente de aplicativos consumidores de largura de banda. Durante décadas, o tráfego de rede dos provedores de serviços foi dominado por chamadas de voz, em que o tráfego era conduzido através de redes de circuito em conexões previsíveis entre pares de pontos terminais. Grande parte do atual tráfego de rede utiliza pacotes, gerados por uma infinidade de serviços e aplicativos que têm padrões de tráfego intensos e imprevisíveis, com demanda altamente variáveis de largura de banda e de desempenho de transmissão de dados. As redes dos provedores de serviços que eram otimizadas para o tráfego de voz agora precisam de uma nova tecnologia de transporte capaz de processar padrões e conteúdos do tráfego de rede moderno. 12 As tecnologias de transporte anteriores, como SONET (Synchronous Optical Networking) e SDH (Synchronous Digital Hierarchy), não eram projetadas para serviços dominados por pacotes e de alta capacidade que exigem capacidade mínima de transmissão de 40 Gb/s. Tendo isso em mente, os visionários do setor de telecomunicação criaram a OTN, a rede de transporte ótico, que é padronizada pela ITU (International Telecommunications Union) como G.709. As redes que empregam a tecnologia OTN são desenvolvidas e otimizadas para atender aos aplicativos atuais, que utilizam capacidade de rede maciça. Além disso, a OTN está sendo cada vez mais reconhecida como a melhor opção de transporte para atender à crescente demanda por capacidade de rede. A ITU-T (ITU Telecommunication Standardization Sector) define a OTN em um conjunto de padrões, com a especificação G.709 como a principal definição da tecnologia. Os padrões da ITU-T abrangem o formato de encapsulamento, multiplex, comutação, gerenciamento, supervisão e sobrevivência dos canais óticos que transportam carga útil dos clientes. Com a OTN, também é possível medir o desempenho da rede nos domínios de vários provedores de serviços para poder fornecer serviços ininterruptos e monitorados de ponta a ponta. Hoje em dia, as tecnologias OTN e Ethernet são comumente associadas, mas a OTN não foi originalmente criada para trabalhar especificamente com Ethernet. Na verdade, a OTN foi desenvolvida para gerenciar comprimentos de onda WDM (Multiplex por Divisão de Comprimento de Onda) com SONET/SDH como a carga útil do cliente, devido à implantação em grande escala da SONET/SDH naquele momento. Essa adaptabilidade tecnológica faz da OTN a plataforma ideal para as organizações que querem modernizar suas redes. Com suporte para tecnologias antigas, como SONET ou SDH, em execução simultânea com outros clientes na mesma infraestrutura de rede, as organizações podem facilmente fazer a transição para a OTN em etapas, sem necessidade de uma substituição completa da infraestrutura subjacente da rede ótica. As principais vantagens da OTN incluem: • Redução dos custos de transporte: por aceitar que vários clientes sejam transportados em um único comprimento de onda, a OTN oferece um mecanismo econômico de preenchimento dos comprimentos de onda da rede ótica. • Uso eficiente do espectro ótico: a OTN facilita o uso eficiente da capacidade de DWDM, pois garante que as taxas de preenchimento sejam mantidas na rede com o uso de switches OTN em junções de fibra. 13 • Determinismo: a OTN dedica largura de banda específica e configurável para cada serviço, grupo de serviços ou partição de rede. Isso significa garantia da capacidade da rede e desempenho gerenciado (taxa de transferência, latência, flutuação de fase [jitter] e disponibilidade) para cada cliente. E sem contenção entre serviços ou usuários concorrentes. • Operações de rede virtualizadas: o particionamento de uma rede OTN com switches em redes privadas, também chamadas de redes privadasvirtuais ópticas (O-VPNs), oferece um conjunto de recursos de rede dedicados ao cliente, independentemente do restante da rede. Cada cliente de rede vê somente os recursos associados a sua partição privada. Outros recursos associados a outros clientes não ficam visíveis. As O-VPNs também facilitam a evolução da rede porque as atualizações podem ser testadas ou introduzidas em uma partição da rede protegida ou 'sandbox', sem o risco de prejudicar as operações diárias da rede nas partições de produção. • Flexibilidade: as redes OTN possibilitam às operadoras empregar as tecnologias necessárias hoje para atender às demandas de transporte e, ao mesmo tempo, permitem que as operadoras adotem novas tecnologias que atendam às necessidades comerciais. • Design seguro: as redes OTN oferecem um alto nível de privacidade e segurança por meio de particionamento rígido do tráfego em circuitos dedicados. Essa segregação do tráfego de rede dificulta a interceptação dos dados transferidos entre os nós sobre links com canais OTN. Além disso, como as redes OTN com switches mantêm todos os aplicativos e clientes. 14 10. Conclusão Apos conclusão do trabalho pode se dizer que tanto o deslocamento físico, que implica a comunicação, como a transmissão de informação são considerados aspectos distintos da mesma necessidade de interação - "efeito de interacção". Sem dúvida que grande número de transações se realiza hoje por telecomunicações. Este simples facto, permitiu a muitos autores e estudiosos falar do "efeito de substituição" do transporte pelas telecomunicações, enaltecendo as vantagens: descongestionamento do tráfego urbano; poupança de energia; redução da poluição atmosférica; economias no orçamento familiar; sector vital na produção e emprego. E ao "efeito de substituição", associa-se a realidade da complementaridade entre as redes. Para a maioria das organizações modernas, o objetivo é reduzir os custos e simplificar as operações de rede, 15 11. Referencia bibliográfica SCHMITT, M. A. R.; PERES, A.; LOUREIRO, C. A. Redes de computadores: nível de aplicação e instalação de serviços. Porto Alegre: Bookman, 2013. [BERAN, 1995] BERAN, Jan et al. Long-range dependence in variable-bit-rate video traffic. IEEE Transactions on Communications, vol. 43, n. 234, p. 1566-1579, Feb/Mar/Apr 1995. [BERGER, 1998] BERGER, Arthur W. et al. Standardization of traffic measurements and models for broadband networks: open issues. Computer Networks and ISDN Systems, n. 30, p. 1327-1340, Mar. 1998.
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