UNIVERSIDADE TECNOLGICA FEDEREAL DO PARAN DEPARTAMENTO ACADMICO DE ELETRNICA TECNOLOGIA EM SISTEMAS DE TELECOMUNICAES

CLEVERSON IANKE, LUIZ EDUARDO GAMBINI DE SOUZA E THIAGO SANDRI

OUTROS TRABALHOS EM: www.projetoderedes.com.br

APLICAO DE TELEFONIA IP EM UMA REDE CORPORATIVA

TRABALHO DE CONCLUSO DE CURSO

CURITIBA 2008

CLEVERSON IANKE, LUIZ EDUARDO GAMBINI DE SOUZA E THIAGO SANDRI

APLICAO DE TELEFONIA IP EM UMA REDE CORPORATIVA

Trabalho de Concluso de Curso apresentado disciplina Trabalho de Diplomao, como requisito parcial para obteno de grau de Tecnlogo em Sistemas de Telecomunicaes, da Universidade Tecnolgica Federal do Paran. Orientador: Prof. Msc. Kleber Kendy H. Nabas.

CURITIBA 2008

CLEVERSON IANKE LUIZ EDUARDO GAMBINI DE SOUZA THIAGO SANDRI

APLICAO DE TELEFONIA IP EM UMA REDE CORPORATIVA

Este Trabalho de Concluso de Curso foi julgada e aprovada como requisito parcial para obteno do ttulo de Tecnlogo em Sistemas de Telecomunicaes pela Universidade Tecnolgica Federal do Paran. Curitiba, 03 de Outubro de 2008. _______________________________________ Prof. Simone Massulini Acosta Coordenadora dos Cursos de Tecnologia Departamento Acadmico de Eletrnica _______________________________________ Prof. Denise Elizabeth Hey David Responsvel pelo Trabalho de Concluso de Curso Departamento Acadmico de Eletrnica BANCA EXAMINADORA ____________________________ Prof. Msc. Kleber Kendy H. Nabas ____________________________ Eng Esp. Claudia Sych Nabas ____________________________ Prof. Esp. Lincoln Herbert Teixeira

O impossvel existe at quando algum duvide dele e prove o contrrio. Albert Einstein

RESUMO

IANKE, Cleverson; SOUZA, Luiz Eduardo Gambini de; SANDRI, Thiago. Aplicao de telefonia IP em uma rede corporativa. 2008. 97 p. Monografia (Graduao) Curso de Tecnologia em Sistemas de Telecomunicaes, UTFPR, Curitiba. O objetivo deste trabalho apresentar a viabilidade tcnico-comercial de um projeto de telefonia IP visando convergncia de voz e dados em uma plataforma nica, otimizando recursos e reduzindo os gastos com ligaes e operaes. O cenrio em estudo um ambiente corporativo formado por cinco localidades (Curitiba, Londrina, Joinville, Florianpolis e Porto Alegre), todas elas apresentam centrais telefnicas tradicionais e links de acesso rede de dados (WAN). Aps estudos realizados constatamos a necessidade de substituio dos roteadores existentes para suportar interfaces de voz, QoS (Qualidade de Servios), e aumento da banda dos links de dados para suportar canais de voz. Os switches atualmente utilizados pela empresa em estudo suportam as caractersticas necessrias para implementao de QoS, no sendo necessria a substituio dos mesmos.

ABSTRACT

IANKE, Cleverson; SOUZA, Luiz Eduardo Gambini de; SANDRI, Thiago. Aplicao de telefonia IP em uma rede corporativa. 2008. 97 p. Monografia (Graduao) Curso de Tecnologia em Sistemas de Telecomunicaes, UTFPR, Curitiba. The objective of this work is to provide the technical and commercial viability of an IP Telephony Project converging voice and data on a single platform, optimizing resources and reducing spending with links and operations. The scenario being studied is a corporate environment formed by five locations (Curitiba, Londrina, Joinville, Florianopolis and Porto Alegre), they all have traditional voice system and links for access the data network (WAN). After analyses, it was noted the need to replace the existing routers to another model with interfaces for voice and QoS (Quality of Services), in addition to upgrade the data links (WAN) to support voice channels. The switches used by the company under study, support the basics features necessary for implementation of QoS and is not required replacement of such equipment.

SUMRIO

RESUMO.....................................................................................................................4 ABSTRACT.................................................................................................................5 SUMRIO ...................................................................................................................6 LISTA DE FIGURAS .................................................................................................11 LISTA DE TABELAS ................................................................................................12 1 INTRODUO .......................................................................................................13 1.1 PROBLEMA ........................................................................................................13 1.2 OBJETIVOS ........................................................................................................13 1.2.1 Objetivos especficos........................................................................................14 1.3 JUSTIFICATIVAS................................................................................................14 1.4 MTODO DE PESQUISA ...................................................................................14 1.4.1 Levantamento da topologia existente...............................................................14 1.4.2 Projeo da nova topologia ..............................................................................15 1.4.3 Viabilidade financeira .......................................................................................15 1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO............................................................................15 2 TRFEGO TELEFNICO......................................................................................17 2.1 TEORIA DO TRFEGO TELEFNICO...............................................................17 2.2 CONCEITOS BSICOS ......................................................................................17 2.3 MTODOS DE PROCESSAMENTO DO TRFEGO..........................................18 2.4 PROPRIEDADES DA CENTRAL DE COMUTAO ..........................................19 2.5 PROPRIEDADES ESTATSTICAS DO TRFEGO OFERECIDO.......................19 2.5.1 Hora de maior movimento ................................................................................19 2.5.2 Caracterizao do trfego na hora de maior movimento..................................20 2.5.3 Quantidade de fontes de trfego ......................................................................20 2.5.4 Distribuio dos tempos de ocupao..............................................................20 2.5.5 Trfego puramente aleatrio ............................................................................20 2.5.6 Trfego excedente ...........................................................................................21 2.6 GRAU DE SERVIO ...........................................................................................21 2.7 HISTRIA DA TELEFONIA.................................................................................22 2.8 NOES DE ACSTICA E TELEFONIA............................................................22 2.8.1 Caractersticas da onda sonora........................................................................23

2.8.2 Parmetros do som ..........................................................................................24 2.8.3 Caractersticas do sinal de voz.........................................................................24 2.9 DISTORES NO SISTEMA TELEFNICO......................................................25 2.10 O APARELHO TELEFNICO ........................................................................26 2.11 DIGITALIZAO DE SINAIS ANALGICOS....................................................27 2.11.1 Amostragem do Sinal .....................................................................................28 2.11.2 Processo de quantizao ...............................................................................29 2.11.3 O processo de codificao .............................................................................29 2.11.4 Classificao dos codificadores de voz ..........................................................30 2.11.5 Vocoder de canal ...........................................................................................30 2.11.6 Vocoder de formante ......................................................................................31 2.11.7 Codificador Preditivo Linear ...........................................................................31 2.11.8 Codificao preditiva linear com excitao aumentada..................................32 2.11.9 Codificao por excitao linear preditiva CELP.........................................32 2.11.10 PCM adaptativo ............................................................................................32 2.11.11 PCM diferencial ............................................................................................33 2.11.12 Modulao delta ...........................................................................................33 2.12 A REDE TELEFNICA......................................................................................33 2.12.1 Central telefnica ...........................................................................................34 2.13 SINALIZAO NA REDE TELEFNICA ..........................................................35 2.13.1 Sinalizao de Linha ......................................................................................35 2.13.2 Sinalizao de Registrador.............................................................................36 2.13.3 Sinalizao MFC ............................................................................................36 2.14 MONTAGEM DA REDE TELEFNICA DIGITALIZADA....................................37 2.15 TRANSFORMAO DA REDE TELEFNICA COM A DIGITALIZAO ........38 2.15.1 Anlise do Ponto de Vista Topolgico ............................................................38 2.15.2 Anlise do Ponto de Vista Operacional ..........................................................38 2.15.3 Digitalizao dos Equipamentos Telefnicos .................................................38 2.15.4 Evoluo da Rede Telefnica para a RDSI ....................................................38 2.15.5 Configuraes de Acesso RDSI ..................................................................39 2.15.6 Plano de Numerao para a RDSI .................................................................40 2.16 CENTRAL TELEFNICA ..................................................................................41 2.16.1 Funes da Central Telefnica.......................................................................44 2.16.2 Planejamento do sistema telefnico...............................................................44

2.16.3 Aspectos que Afetam o Planejamento............................................................45 2.16.4 Trfego e Congestionamento .........................................................................46 2.16.5 Unidade de Trfego........................................................................................47 2.16.6 Congestionamento .........................................................................................47 2.16.7 Medio de Trfego .......................................................................................48 2.16.8 Testes de Sistemas DDD-Y e DDD-X ............................................................49 2.17 REDES DE COMPUTADORES ........................................................................50 2.18 TOPOLOGIA DE REDES ..................................................................................51 2.19 TIPOS DE REDES ............................................................................................52 2.20 PROTOCOLOS .................................................................................................53 2.21 ARQUITETURA OSI..........................................................................................53 2.22 ARQUITETURA TCP/IP ....................................................................................55 2.23 PROTOCOLO UDP ...........................................................................................57 2.23.1 Mensagem UDP .............................................................................................58 2.24 PROTOCOLO TCP ...........................................................................................59 2.25 PROTOCOLO RTP e RTCP..............................................................................60 2.26 FRAME RELAY .................................................................................................62 2.27 MPLS.................................................................................................................63 2.28 TELEFONIA IP ..................................................................................................65 2.28.1 Sistema de telefonia IP Cisco.........................................................................66 2.28.2 Qualidade de Servios (QoS).........................................................................68 3 DESENVOLVIMENTO DA PESQUISA..................................................................72 3.1 LEVANTAMENTO DA TOPOLOGIA EXISTENTE ..............................................72 3.1.1 Trfego de dados .............................................................................................74 3.1.2 Trafego de voz .................................................................................................76 3.2 PROJEO DA NOVA TOPOLOGIA .................................................................76 3.3 VIABILIDADE FINCANCEIRA .............................................................................84 4 CONCLUSO ........................................................................................................87 5 REFERNCIAS......................................................................................................88 ANEXO A Tabela de Erlang B..............................................................................91 ANEXO B Relatrio do Clculo de Banda ..........................................................93 ANEXO C Dimensionamento de DSPs ..............................................................96

11

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Diagrama em blocos do Telefone ..........................................................26 Figura 2: Sistema de Comunicaes.....................................................................27 Figura 3: Esquema de um amostrador ..................................................................28 Figura 4: Vocoder de Canal...................................................................................31 Figura 5: Diagrama em blocos de um DPCM ........................................................33 Figura 6: Tributrios de fontes Distintas................................................................37 Figura 7: Configurao Tpica para a RDSI...........................................................39 Figura 8: Estrutura de uma Central Temporal CPA-T ........................................42 Figura 9: Teste de Sistema DDD-Y .......................................................................48 Figura 10: Topologias de Rede .............................................................................52 Figura 11: Modelo de referncia OSI. ...................................................................54 Figura 12: Modelo de referncia TCP/IP. ..............................................................56 Figura 13: Cabealho UDP....................................................................................57 Figura 14: Posio do RTP na pilha de protocolos e aninhamento de pacotes. ...61 Figura 15: Telefone IP Cisco. ................................................................................66 Figura 16: Roteador Cisco (esquerda 2801, direita 2821) 67 Figura 17: Campo ToS cabealho do protocolo IPv4. ...........................................69 Figura 18: Diagrama Voz Atual .............................................................................73 Figura 19: Diagrama Dados Atual .........................................................................74 Figura 20: Trfego de dados atual ........................................................................75 Figura 21: Ferramenta da Cisco Voice Codec Bandwidth Calculator, 1 passo....78 Figura 22: Ferramenta da Cisco Voice Codec Bandwidth Calculator, 2 passo....79 Figura 23: Interligao do roteador Cisco at o link de dados. .............................79 Figura 24: Diagrama proposto...............................................................................81 Figura 25: Chamada no sistema de telefonia IP....................................................82 Figura 26: Software Fatura Fcil Embratel. ...........................................................84

12

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Parmetros para projeto do Sistema .....................................................46 Tabela 2: Indicadores de desempenho do Sistema Telebrs ...............................48 Tabela 3: Indicadores de Desempenho do Sistema DDD-Y .................................49 Tabela 4: Indicadores de Controle de perdas do Sistema DDD-X ........................50 Tabela 5: Tabela de roteadores ............................................................................72 Tabela 6: Tabela PABX .........................................................................................72 Tabela 7: Relao de ramais por localidade. ........................................................73 Tabela 8: Trafego de dados nos links WAN ..........................................................75 Tabela 9: Trafego de voz na hora de maior movimento. .......................................76 Tabela 10: Comparativo entre a quantidade de troncos necessrios e existentes.77 Tabela 11: Custos com equipamentos. .................................................................83 Tabela 12: Custos gerados pelo sistema atual......................................................84 Tabela 13: Custos estimados na nova topologia...................................................85 Tabela 14: Custos com link de dados Frame Relay. .............................................85 Tabela 15: Custos com Link de dados MPLS........................................................86

13

1 INTRODUO

As telecomunicaes vm sofrendo um grande avano tecnolgico nos ltimos anos, e uma palavra que resume o futuro dela a convergncia. Em uma rede corporativa onde existe um conjunto de plataformas de comunicao interligadas entre si, a convergncia de voz dados e imagem se tornam bastante atrativa principalmente se esta empresa atua em mbito nacional. A convergncia uma das tendncias mundiais que o mercado, principalmente o corporativo, vem absorvendo ao longo dos anos e um dos fatores que contribuem para isso sem dvida a reduo de custos. Na maioria das organizaes a consolidao de dados e voz um objetivo distante, mas uma migrao em direo a est inevitvel. Atualmente a maioria da empresas possui duas redes distintas, uma para voz e outra para dados dificultando o seu gerenciamento alm dos gastos para manter duas infra-estruturas independentes.

1.1 PROBLEMA

Atualmente a estrutura de comunicao da empresa em estudo possui duas infra-estruturas separadas uma para o trfego de voz e outra para dados, isso torna o gerenciamento difcil alem de que a manuteno destas duas infra-estruturas se torna cara.

1.2 OBJETIVOS

Apresentar a viabilidade tcnico-comercial da migrao de uma estrutura de telecomunicaes tradicional para uma totalmente IP, apresentando os recursos utilizados e o retorno do investimento dessa soluo.

14

1.2.1 Objetivos especficos

a) b) c)

Levantar a topologia atual da rede em estudo, verificando os servios e Planejar uma nova topologia convergindo voz e dados utilizando Estimar custos para implementao da nova topologia, bem como o

tecnologias utilizadas. equipamentos da marca CISCO. retorno do investimento.

1.3 JUSTIFICATIVAS

Com os avanos da tecnologia planejar uma infra-estrutura que se mantenha til por um longo perodo de tempo um desafio. A aplicao de telefonia IP numa rede corporativa tem como principal objetivo reduzir custos de manuteno e operao alm de possibilitar a implementao futura de funes como videoconferncia se tornando uma tima opo tecnolgica para o andamento dos negcios fazendo com que a empresa se torne mais competitiva.

1.4 MTODO DE PESQUISA 1.4.1 Levantamento da topologia existente

O levantamento da topologia existente permitir termos o conhecimento dos equipamentos e servios utilizados pela rede em estudo, colaborando para o dimensionamento da futura topologia. Nessa fase ser elaborado um diagrama da topologia existente (voz e dados) bem como o trfego gerado, com acompanhamento do responsvel por infra-estrutura da empresa em estudo.

15

1.4.2 Projeo da nova topologia

Com base na topologia existente e informaes relacionadas ao trfego de voz e dados, ser feita a projeo da nova topologia apresentando os equipamentos e servios que sero implementados na nova topologia.

1.4.3 Viabilidade financeira

A viabilidade financeira ser feita aps comparao e anlise dos valores que sero gastos aps implantao do sistema com o que gasto atualmente. Nessa etapa ser estipulado o prazo mximo para retorno do investimento.

1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO

Apresenta-se no capitulo 2, a reviso da literatura abordando os seguintes temas: trfego telefnico, historia da telefonia, digitalizao de sinais analgicos, rede telefnica, sinalizao na rede telefnica, rede telefnica digital, central telefnica, redes de computadores, protocolos TCP/UDP, RTP e RTCP, tecnologias Frame Relay e MPLS, telefonia IP e Qualidade de Servios. Com relao telefonia pblica sero abordados aspectos referentes ao seu funcionamento, apresentando conceitos referentes digitalizao dos pacotes de voz e sinalizao. Aps sero apresentados os principais conceitos referentes rede de dados e telefonia IP, tais como protocolos TCP/UDP e RTP, e qualidade de servios. Todo o desenvolvimento do trabalho apresentado no capitulo 3. Inicialmente apresenta-se o levantamento da topologia existente e o trfego de dados e voz gerado no atual sistema. Em seguida apresentada a topologia proposta, baseada em equipamentos da marca CISCO, de forma a unificar duas plataformas de comunicao, voz e dados, em uma nica infra-estrutura. Por fim, apresentamos o estudo da viabilidade financeira do projeto, apresentando os custos gerados pelo atual sistema, telefonia tradicional, e os custos estimados para o novo sistema de

16

telefonia IP. No capitulo 4 apresentamos anlise dos resultados obtidos e as concluses finais do trabalho.

17

2 TRFEGO TELEFNICO 2.1 TEORIA DO TRFEGO TELEFNICO

As centrais telefnicas so planejadas de tal modo que as chamadas realizadas pelo assinante tm boa probabilidade de sucesso, mesmo nos perodos de trfego telefnico mais intenso, ou seja, nas chamadas horas de maior movimento. A quantidade de troncos e equipamentos de comutao, necessrios para o fluxo do trfego telefnico, ser dimensionada de tal modo que, durante as horas de maior movimento, apenas uma porcentagem muito pequena das ligaes no possa ser estabelecida.

2.2 CONCEITOS BSICOS

A rede de comutao interliga troncos disponveis a outros troncos vagos ou oferecidos, submetendo-os ao trfego. Estes podem ser linhas de assinantes, troncos de interligao ou equipamentos de comutao, e se necessrio, equipamentos comuns utilizados no estabelecimento das ligaes. Os troncos de entrada que conduzem os interesses de trfego rede de comutao, formam o grupo de troncos de entrada. Os troncos de sada que ao mesmo tempo recebem e processam os interesses de conexo para uma determinada tarefa de comutao formam o grupo de sada. O perodo de tempo durante o qual um tronco de sada est ocupado sem interrupes para fins determinados de comutao se chama tempo de ocupao; o tempo durante o qual os troncos de sada so utilizados em mdia para uma ligao chamado de tempo mdio de ocupao. Segundo Paulo Mutilo faria (1985, p. 11), Intensidade de trfego :uma medida de densidade de trfego. uma quantidade adimensional, sempre representada pela unidade Erlang. Seu valor numrico indica o nmero mdio de chamadas efetuadas, simultaneamente, isto , o nmero mdio de troncos ocupados ao mesmo tempo. Um s tronco ocupado continuamente corresponde, portanto, a um trfego com o valor de 1 Erl.

18

Em conjunto com o processamento do trfego atravs de um grupo de troncos de sada, normal se utilizarem os termos chamada e intensidade de trfego em um sentido mais amplo. A utilizao efetiva de um tronco de sada uma chamada processada. A demanda de uma conexo que requer a utilizao de um tronco de sada denomina-se chamada oferecida. A demanda de uma conexo que rejeitada, que se perde ou transferida para outro grupo de troncos de sada, uma chamada perdida ou uma ocupao de transbordo. A demanda de uma conexo, que no processada imediatamente, denominada chamada de espera ou chamada demorada.

2.3 MTODOS DE PROCESSAMENTO DO TRFEGO

De acordo com a maneira pela qual um sistema de comutao processa as demandas de ligaes caso ocorram bloqueios, distinguem-se as redes que operam como sistemas de perda, daquelas que operam como sistemas de espera. Para Paulo Murilo Faria (1985, p.12), entende-se por bloqueio:a situao em que impossvel o estabelecimento de uma nova ligao, por estarem ocupadas todas as linhas do feixe de sada, ou ento por no se poder estabelecer nenhuma ligao na rede de comutao at um tronco se tornar livre de grupo de troncos de sada em questo.

Em um sistema de perda, uma chamada oferecida ser rejeitada, quando a ligao desejada no pode ser estabelecida imediatamente, devido a um bloqueio. O assinante que chama, recebe ento o toque ou sinal ocupado. Num sistema de espera, uma chamada oferecida que no pode ser processada imediatamente por causa de um bloqueio, aguardar ate que a conexo possa ser completada. Nos sistemas de perda puro, as chamadas oferecidas para as quais no se pode estabelecer nenhuma ligao, desaparecem no sistema sem maiores conseqncias e no exercem carga alguma sobre o grupo de troncos de sada ( principio lost calls cleared); visto que neste sistema sero processadas todas as chamadas oferecidas, sempre que a intensidade do trfego oferecido seja menor do que a quantidade de troncos de sada; todas as chamadas que precisam esperar, aguardam ate o momento em que possam ser processadas.

19

2.4 PROPRIEDADES DA CENTRAL DE COMUTAO

Segundo Paulo Murilo Faria (1985, p. 13), Acessibilidade :a capacidade de trfego de um grupo de troncos de sada que determinada principalmente pelo numero de troncos deste grupo que podem ser atingidos pelos troncos de entrada, atravs da rede de comutao em questo, que vem a ser a quantidade de troncos cujos estados livres ou ocupado possam ser testados.

Nos casos de centrais de comutao com acessibilidade limitada, os troncos de entrada so agrupados para formarem subgrupos de graduao. Todos os troncos de entrada de um subgrupo tem acesso s mesmas sadas. Para aumentar a capacidade de trfego da rede, as sadas do grupo de troncos so coordenadas com os subgrupos dos troncos de entrada de uma maneira tal que se possam auxiliar entre si o processamento do trfego. Esse esquema de interconexo chamado de graduao.

2.5 PROPRIEDADES ESTATSTICAS DO TRFEGO OFERECIDO

2.5.1 Hora de maior movimento

Em virtude de os assinantes que representam as fontes de trfego iniciarem, independentemente uns dos outros, suas ligaes de maneira aleatria, e de realizarem chamadas de duraes diferentes, a quantidade de sadas de um grupo de troncos ocupadas simultaneamente oscilar permanentemente. As oscilaes mais marcantes so aquelas que se apresentam no decurso de um dia. Como as centrais telefnicas so dimensionadas de tal modo que o escoamento do trfego se realize sem dificuldades, para o devido atendimento dos assinantes, ou seja, como o grau de servio estipulado inclusive nas horas de maior movimento. Entende-se por hora de maior movimento, segundo uma definio do CCITT (Comit Consultivo de Telefonia e Telegrafia Internacional), aquele perodo de 60 minutos do dia nos quais

20

a intensidade de trfego de um grupo de troncos em questo atinge o seu valor mximo, tomada a media dos valores nos dias da semana.

2.5.2 Caracterizao do trfego na hora de maior movimento

Durante a hora de maior movimento, pode-se supor que a densidade do trfego permanece aproximadamente constante e a quantidade de chamadas simultneas existentes oscila estatisticamente em torno de um valor mdio, denominado intensidade de trfego.

2.5.3 Quantidade de fontes de trfego

As variaes aleatrias de quantidade do numero de troncos de um grupo ocupado simultaneamente depende, entre outros fatores, da quantidade de fontes de trfego (assinantes) que origina o trfego oferecido (FARIA, 1985).

2.5.4 Distribuio dos tempos de ocupao

Na caracterizao das propriedades estatsticas do trfego oferecido deve-se considerar, alm disso, a distribuio dos tempos de ocupao, isto , tipo de oscilao dos tempos de ocupao em torno de seu valor mdio.

2.5.5 Trfego puramente aleatrio

Um trfego produzido por um nmero infinito de fontes, no qual tanto os intervalos de tempo de chegada das chamadas consecutivas, assim como tambm os tempos de ocupao, sejam distribudos de maneira exponencial.

21

2.5.6 Trfego excedente

Um tipo de trfego que apresente oscilaes ainda maiores do que as do trfego produzido por um numero infinito de fontes de trfego, com intervalos de tempo de chegada das chamadas, distribudos de maneira exponencial o trfego excedente que assim se compe de chamadas rejeitadas por um ou vrios grupos de tronco por falta de sadas disponveis. Durante alguns perodos h uma grande quantidade de chamadas excedentes, ao passo que em outros, quando ainda existem sadas livres na maioria dos grupos de troncos precedentes.

2.6 GRAU DE SERVIO

Conforme Faria (1985, p. 17) grau de servio uma unidade para definir a qualidade do trafego processado, sendo uma grandeza dependente do dimensionamento e da quantidade de equipamentos de comutao e troncos. Em sistemas de perda, o grau de servio caracterizado pela perda. Essa a probabilidade de que uma ocupao oferecida seja rejeitada (perdida), razo pela qual denominada probabilidade de perda. Seu valor numrico igual porcentagem das chamadas oferecidas que so rejeitadas. Em sistemas de espera, so utilizados os seguintes termos para a caracterizao do grau de servio: O tempo mdio de espera t w, que indica, na mdia, de quanto s chamadas demoradas precisam aguardar ate o estabelecimento da ligao. O tempo mdio de espera t w, que indica de quanto, na mdia, as chamadas oferecidas devem aguardar para o estabelecimento da ligao A probabilidade de espera indica com qual probabilidade uma chamada oferecida no atendida imediatamente. o caso do limite da probabilidade P(>t) tender para t=0.

22

2.7 HISTRIA DA TELEFONIA

Umas das idias mais significativas a integrao de voz e dados em sistemas telefnicos. No entanto, em 1860, um inventor alemo Phillip Reis desenvolveu o conceito de integrao de voz no meio corrente de transmisso que na poca era o telgrafo. Reis, na verdade, utilizava o equipamento telegrfico para enviar informao sobre os testes de voz que realizava, uma indicao de que a qualidade de voz era inadequada. A descoberta do telefone , no mnimo, curiosa. Bell derramou cido em sua cala durante um experimento com eletricidade. Sua reao imediata foi chamar seu assistente Mr Watson, come here, I want you, frase que ficou famosa por ter sido ouvida em outra sala atravs do receptor de Watson (BIGELOW, 1991). Aps meses de trabalho, Bell transmitiu uma frase completa por intermdio de uma linha de 45 metros (CYMROT, 1975).

2.8 NOES DE ACSTICA E TELEFONIA

Antes da inveno do telefone, a distncia alcanada pela voz humana era limitada pela potencia da voz do locutor e pela sensibilidade auditiva do ouvinte. Os princpios sobre os quais se baseia o telefone foram descobertos pelo escocs Alexandre Graham Bell em 1875. Em pouco mais de um sculo, a telefonia evoluiu do primitivo equipamento com que Bell fez suas experincias bsicas, at os atuais aparelhos telefnicos digitais e os complexos equipamentos para centrais temporais de programa armazenado e sistemas digitais de comunicao a longa distncia (ALENCAR, 2002). A telefonia um complemento essencial a diversas atividades humanas, o que vem propiciando o seu desenvolvimento. Ela penetrou em tantos ramos da eletrnica e comunicaes, que se tornou quase impossvel avaliar a extenso de suas possibilidades. A telefonia mvel celular veio ampliar ainda mais o leque de opes da telefonia, libertando os assinantes da limitao imposta pelo fio telefnico.

23

Os princpios fundamentais da telefonia, entretanto, no sofreram alteraes: transmite-se a voz humana a grandes distncias, empregando-se o artifcio de convert-la em um sinal eltrico. A pequena potncia de voz do locutor transformada em energia eltrica no ponto inicial de transmisso. Essa energia eltrica pode ser amplificada e digitalizada, sendo ento transmitida pelas linhas ate o ponto final desejado, no qual novamente transformada em energia sonora. Segundo Alencar, o som a sensao causada no sistema nervoso pela vibrao de delicadas membranas no ouvido, como resultado da energia transmitida pela vibrao de corpos, tais como um alto-falante ou a corda de um violo. O som, diferentemente da energia eletromagntica, requer um meio de propagao ele no se transmite no vcuo. O ar ambiente constitui um meio pelo qual o som pode ser transmitido. Entretanto, outros meios, slidos ou lquidos, podem servir para sua propagao. Constata-se que um meio com maior densidade, um slido, propaga o som melhor que o ar.

2.8.1 Caractersticas da onda sonora

Cada oscilao do corpo ou objeto corresponde a um ciclo da onda sonora. Denomina-se freqncia o nmero de ciclos de uma onda sonora em um segundo. Um ciclo contm um pico positivo (condensao) e um pico (rarefao). A freqncia expressa em ciclos por um segundo e sua unidade o Hertz (Hz). O tempo gasto para se realizar um ciclo denominado perodo. A medida mais comum do perodo o segundo (s). O perodo expressa o inverso da freqncia (ALENCAR, 2002). O valor mximo da onda, que corresponde a seu pico, denomina-se amplitude mxima. A faixa dinmica do sinal resulta da diferena entre a mxima presso de condensao e rarefao, em relao presso atmosfrica ambiente. O comprimento de onda, , pode ser expresso pela relao entre a velocidade do som no meio, c, e a freqncia do som, f. As formas de onde podem ter caractersticas simples ou complexas. Uma forma de onda simples constituda de uma nica freqncia. Uma forma de onda complexa composta de duas ou mais freqncias. A freqncia mais baixa de uma

24

onda complexa denomina-se freqncia fundamental. As demais so denominadas harmnicas. Alm disso, os sinais podem ser classificados em determinsticos ou aleatrios, como o sinal de voz, normalmente caracterizado por mdias estatsticas. A freqncia mais baixa, presente na fala, est associada aos sons sonoros, podendo variar desde 60 Hz (para homens de voz grave) ate 350 Hz (para mulheres e crianas). Essa freqncia recebe usualmente o nome de fundamental ou tom principal. A maior parte da informao da fala est contida em freqncias ditas formantes, ou formadoras (ALENCAR, 2002).

2.8.2 Parmetros do som

A faixa de freqncias audveis vai de 20 Hz a 20 kHz. Os sons cujas freqncias estejam abaixo de 20 Hz so denominados infra-sons e os acima de 20 kHz so denominados ultra-sons (RIBEIRO, 1992). A amplitude determina a intensidade do som. Ela funo da fora ou potencia com que o som produzido pela fonte sonora. Pela amplitude do som pode-se estabelecer se um som forte ou fraco. Timbre a caracterstica fundamental para que se possam distinguir os sons e as vozes de mesma freqncia que sejam emitidos por diferentes instrumentos ou pessoas.

2.8.3 Caractersticas do sinal de voz

O mecanismo de produo da voz apresenta limitao em freqncia. Esse limite varivel, mas fica por volta de 10 kHz. Os sistemas telefnicos limitam o sinal de voz a uma faixa de 3,4 kHz, com uma perda tolervel em quantidade. O sinal de voz se apresenta de forma sonora ou surda, conforme haja vibrao ou no das cordas vocais; essa vibrao das cordas vocais d-se a partir de uma freqncia fundamental (pitch). O sinal de voz m (t), em virtude de ser um sinal aleatrio, apresenta uma distribuio de probabilidades caracterizada como Laplace.

25

2.9 DISTORES NO SISTEMA TELEFNICO

Algumas caractersticas dos sistemas telefnicos levam distoro no sinal de voz; segue abaixo alguns problemas encontrados e seus efeitos sobre a inteligibilidade (GIRARD, 1990): Limitao na amplitude de pico do sinal: Afeta a qualidade da voz, mas no reduz excessivamente a inteligibilidade quando a fala ouvida em ambiente silencioso e sob ndices de percepo confortveis. Corte central no sinal: A supresso dos nveis mais baixos do sinal causa um efeito drstico sobre a inteligibilidade do sinal e afeta a qualidade da fala; Deslocamento de freqncia: Ocorre quando a freqncia da portadora recebida difere da transmitida e afeta a inteligibilidade e o reconhecimento do locutor; Retardo em sistemas operados por voz: Resulta na omisso de parcela inicial de uma mensagem. O efeito sobre a inteligibilidade de uma queda linear da mesma com o aumento do intervalo omitido; Defasagem e retardo de transmisso: normalmente mais pronunciado na transmisso via satlite, por conta da distancia que o sinal portador tem que percorrer. Como a inteligibilidade resistente ao retardo, este ultimo afeta principalmente a qualidade da fala. Eco: Resulta de reflexes do sinal em pontos terminais da linha. Retardo acima de 65 ms produzem ecos perceptveis e retardos inferiores tendem a tornar o som deturpado. Realimentao: Realimentao acstica passvel de ocorrer em trajetos de redes complexas. O efeito perturbador para o locutor e para o ouvinte; Rudo: Diversos tipos de rudos afetam a transmisso do sinal de voz. O rudo bsico para sistemas digitais, conhecido como rudos de quantizao, resulta no mapeamento do sinal analgico em digital. O rudo considera uma funo densidade de probabilidade Gaussiana.

26

2.10

O APARELHO TELEFNICO

O aparelho telefnico o responsvel pela origem e recepo de ligaes; dentre suas funes incluem: - Solicita o uso do sistema telefnico, quando o micro telefone levantado; - Indica que o sistema est pronto para o uso por meio da recepo do tom de discar; - Envia o nmero do telefone chamado ao sistema; Acusa o recebimento de uma ligao com o toque da campainha; - Converte a voz para sinais eltricos para a transmisso; dentre outras funes. Para Alencar (2002, p. 7) o fundamento da telefonia :o estabelecimento da ligao telefnica. Para tanto, alm do telefone e do sistema telefnico, necessria a existncia do assinante. O processo inicia com o desejo de um determinado assinante A conversar com outro assinante B. A figura 1 mostra o diagrama em blocos do telefone.

Figura 1: Diagrama em blocos do Telefone. Fonte: TELEFONIA DIGITAL, p. 7.

27

2.11 DIGITALIZAO DE SINAIS ANALGICOS

Qualquer informao que necessite ser armazenada em um computador ou transmitida por um sistema de comunicaes digitais, como mostrado na figura 2, incluindo sinais de voz e vdeo, sries temporais, resultados de medies e resultados do processamento de sinais passa, necessariamente, por um processo de codificao de fonte que pode incluir a amostragem, quantizao e codificao do sinal (WAGDY, 1987).

Figura 2: Sistema de Comunicaes. Fonte: TELEFONIA DIGITAL, p. 10.

Segundo Marcelo Sampaio de Alencar (2002, p. 11), Os processos de codificao de fonte, ou digitalizao de sinais:tm por objetivo final reduzir a entropia do sinal gerado pela fonte de dados de forma controlada. A modulao por codificao de pulsos (PCM), por exemplo, transforma um sinal analgico em uma srie de pulsos binrios que pode ser manipulada de maneira eficiente pelo sistema. Esse procedimento resulta em um erro, ou rudo, intrnseco, provocado pela etapa de atribuies de nveis qunticos ao sinal.

As etapas de amostragem e codificao no introduzem distoro aprecivel no sinal, no instante da demodulao. O erro ou rudo de quantizao, por outro lado, inevitvel no processo de quantizao, que a converso do sinal analgico para o digital.

28

2.11.1 Amostragem do Sinal

No processo de amostragem, um sinal de voz contnuo no tempo transformado em um sinal discreto no tempo, como mostrado na figura 3. Para tanto, tomam-se amostras do sinal a intervalos peridicos. Para que o sinal original possa ser recuperado, a partir do sinal amostrado, preciso que a freqncia de amostragem obedea ao critrio de Nyquist: seja maior ou igual ao dobro da mxima freqncia do sinal. Para um sinal com freqncia mxima fm, a freqncia de Nyquist ser:

fa = 2 * fm

Figura 3: Esquema de um amostrador. Fonte: TELEFONIA DIGITAL, p. 14.

Para aplicaes em telefonia, a freqncia de amostragem adotada internacionalmente fa = 8 mil amostras por segundo. O sinal de voz ento quantizado para 256 nveis distintos. Aps a codificao, o sinal transmitido a uma

29

taxa de 8 k amostras x 8 bits/amostra = 64 kbits/s e ocupar uma banda passante de aproximadamente 64 kHz. Caso a freqncia de amostragem seja inferior freqncia de Nyquist, o sinal no poder ser recuperado completamente, pois haver superposio espectral, resultando em distoro nas freqncias mais altas. Esse fenmeno conhecido como aliasing. 2.11.2 Processo de quantizao

O processo de quantizao pode ser visualizado como mapeamento do sinal, a partir do domnio continuo, para um numero contvel de possveis nveis de sada. A necessidade de representar sinais com um numero finito de bits faz com que o rudo de quantizao esteja presente em quase todos os sistemas de processamento digital de sinais.

2.11.3 O processo de codificao

Desde a inveno do telefone, em 1876, as necessidades das comunicaes a longa distncia tm crescido, sendo o sinal de fala o mais comum nas redes de telecomunicaes. O desenvolvimento das tecnologias digitais, nas ultimas dcadas, criou novos tipos de servios, incluindo as Redes Digitais de Servios Integrados para transmisso de fala, imagens e dados; as redes telefnicas digitais e o telefone mvel com transmisso digital. Por codificao digital de voz, entende-se sua representao binria com o compromisso de manter a menor taxa de codificao possvel e a melhor qualidade do sinal sintetizado (ALENCAR, 2002). Os codificadores, embora utilizando um modelo paramtrico de representao do sinal, seguem a forma de onda original, sendo a sua qualidade medida em termos percentuais e pela relao entre potncia do sinal e rudo (SNR). A uma taxa de 2,4 kbits/s, so utilizados normalmente os vocoders (voice coders), que no seguem o sinal amostra por amostra, mas tentam preservar as caractersticas espectrais do sinal ponto a ponto.

30

2.11.4 Classificao dos codificadores de voz

Os codificadores de voz podem ser classificados em: codificadores de forma de onda, codificadores paramtricos e codificadores hbridos. Codificadores de forma de onda: procuram reproduzir o sinal amostra por amostra, explorando suas caractersticas estatsticas, temporais ou espectrais. So codificadores de baixo atraso e pequena complexidade de implementao, mas requerem uma taxa de transmisso elevada (maior que 16 kbit/s). Fazem a quantizao diretamente sobre a forma de onda do sinal de voz e podem trabalhar tanto no domnio do tempo quanto no domnio da freqncia. O objetivo deste codificador reproduzir a forma de onda, amostra por amostra, de maneira mais eficiente possvel. Codificadores paramtricos: ou vocoders, so baseados no modelo de produo da voz e representado por um conjunto de parmetros quem tem atualizao peridica. Para determinao desses parmetros, o sinal segmentado a intervalos peridicos chamados quadros. Codificadores hbridos: combinam a qualidade dos codificadores de forma de onda com a eficincia dos codificadores paramtricos; so baseados nos modelos de produo de voz e utilizam uma excitao mais apurada para o sintetizador.

2.11.5 Vocoder de canal

O objetivo bsico dos vocoders codificar somente os aspectos perceptivelmente importantes do sinal de voz, com menos bits quem os codificadores de forma de onda mais gerais. Deste modo, esses codificadores podem ser utilizados em aplicaes com banda passante limitada nas quais outras tcnicas no se aplicam. Foram desenvolvidos em 1928, por Homer Dudley. A implementao original de Dudley comprimia as formas de onda em sinais analgicos com uma banda passante total de 300 Hz (Alencar, 2002 p.40). Os vocoders de canal modernos tambm determinam a natureza da excitao da voz e contam as freqncias do som da voz. As medidas de excitao so usadas para sintetizar o sinal de voz no decodificador e so feitas pela passagem de

31

uma fonte apropriada de sinal de um extremo a outro no domnio de freqncia da funo de transferncia do canal, conforme mostra figura 4.

Figura 4: Vocoder de Canal. Fonte: TELEFONIA DIGITAL, p. 41.

2.11.6 Vocoder de formante

Os pulsos da densidade espectral da voz so distribudos espaadamente sobre toda a faixa de voz (300 Hz 3400 Hz). Desse modo a energia da voz tende a se concentrar em trs ou quatro picos chamados formantes. Um vocoder de formante determina a localizao e a amplitude desses picos e transmite essa informao em vez de todo o envelope espectral (ALENCAR, 2002).

2.11.7 Codificador Preditivo Linear

LPC um vocoder muito utilizado que extrai caractersticas perceptivelmente importantes do sinal de voz diretamente da forma de onda no tempo.

32

Fundamentalmente, um LPC analisa a forma de onda da voz pra produzir um modelo do trato vocal variante no tempo e para produzir a funo de transferncia do modelo vocal.

2.11.8 Codificao preditiva linear com excitao aumentada

Para superar algumas falhas do LPC bsico desenvolveram o Cdigo Multipulso: uma extenso do LPC convencional que usa erro de predio para determinar o perodo de repetio do sinal de voz, um MLPC usa predio residual para determinar uma seqncia de pulsos de excitao que fornea o menor erro possvel. Codificao por Excitao Residual Preditiva Linear: O RELP se refere a sua estrutura que idntica de um codificador preditivo adaptativo, mas que difere na maneira como o erro de predio codificado. Um RELP no codifica o erro de predio diretamente, mas processa esse erro em uma predio que permitia uma baixa taxa de dados.

2.11.9 Codificao por excitao linear preditiva CELP

Os codificadores CELP so parecidos com os codificadores de multipulso, a diferena entre eles que nos codificadores CELP a seqncia de pulsos de excitao selecionada de um conjunto de vetores aleatrios, previamente armazenados, formando uma espcie de dicionrio.

2.11.10 PCM adaptativo

No quantizador adaptativo APCM o passo de quantizao varia com o tempo, de modo a acompanhar as variaes do sinal. Essa adaptao baseada nas amostras passadas do sinal.

33

2.11.11 PCM diferencial

O objetivo da tcnica diferencial a reduo na redundncia do sinal de voz. Isso obtido quantizando a diferena de amplitude entre amostras adjacentes. A figura 5 mostra o diagrama em blocos de um DPCM para aplicaes na rede digital de servios integrados (RDSI).

Figura 5: Diagrama em blocos de um DPCM. Fonte: TELEFONIA DIGITAL, p. 38.

2.11.12 Modulao delta

A modulao Delta um caso especial do DPCM, no qual a variao de amplitude de amostra a amostra quantizada, usando-se apenas dois nveis de quantizao.

2.12 A REDE TELEFNICA

A rede telefnica composta pela rede de longa distncia, que inclui as centrais interurbanas e internacionais e os respectivos entroncamentos; a rede local, contendo as centrais e entroncamentos em rea urbana e o enlace do assinante, constitudo pelos terminais e linhas de assinante.

34

Os assinantes de uma operadora telefnica demandam diferentes servios, dentre os quais se destacam: transmisso de dados, telefonia, telex, comunicaes mveis, acesso internet, transmisso de vdeo. As redes telefnicas podem ser classificadas, quanto hierarquia, em redes interurbanas e redes locais. As redes locais se dividem em redes de assinantes (que ligam os assinantes s estaes telefnicas) e redes de entroncamentos (que interligam as estaes locais). J as redes de assinantes podem ser classificadas em redes de alimentao (primrias), redes de distribuio (secundrias) e redes internas (tercirias) (NETO et. AL, 1991).

2.12.1 Central telefnica

Podem ser pblicas ou privadas. Os aparelhos telefnicos ligados a uma central privada so chamados ramais, enquanto os enlaces com a central local so chamados troncos. J as centrais pblicas so classificadas de acordo com a abrangncia e os tipos de ligaes que efetuam em (ALENCAR, 2002 p. 64): Central local: Onde chegam as linhas de assinantes e se faz a comutao local. A interligao de centrais locais forma uma rede em malha ou sistema local; Central tandem local: Comuta ligaes entre centrais locais, formando uma rede em estrela; Central tandem interurbana: Interliga centrais interurbanas; Central trnsito interurbana: Interliga dois ou mais sistemas locais, inclusive por intermdio de uma central tandem local. Essas centrais interligam-se diretamente ou atravs de outra central trnsito; Central trnsito internacional: Faz a interligao entre pases.

35

2.13 SINALIZAO NA REDE TELEFNICA 2.13.1 Sinalizao de Linha

A sinalizao de linha ocorre entre juntores de centrais distintas e no percebida pelos assinantes. Os sinais de linha podem ser classificados em (ALENCAR, 2002 p. 66): Ocupao: O sinal de ocupao emitido pelo juntor de sada de onde provm a chamada para a central que a enviar para o assinante chamado; Atendimento: O sinal de atendimento gerado pelo juntor de entrada para o juntor de sada, indicando ao chamador o momento em que o assinante chamado atende a ligao; Desligar para trs: O sinal de desligar para trs tambm gerado pelo mesmo juntor, indicando que o assinante chamado colocou o fone no gancho; Desligar para frente: O sinal de desligar para frente emitido pelo juntor de sada da central de onde vem o sinal do assinante chamador no instante em que este repe o telefone no gancho, para indicar ao juntor de entrada que o chamador desligou; Confirmao de desconexo: O sinal de confirmao de desconexo uma resposta do juntor de entrada ao sinal anterior; Desconexo Forada: O sinal de desconexo forada um sinal temporizado, cuja temporizao tem inicio no momento do envio da sinalizao de desligar para trs. Geralmente esta temporizao 90 segundos; Tarifao: O sinal de tarifao emitido a partir do ponto de tarifao para o contador do assinante chamador, de acordo com o degrau tarifrio correspondente; Bloqueio: O sinal de bloqueio ocorre quando h falta ou bloqueio no juntor de entrada da central do assinante chamado;

36

Re-chamada: O sinal de re-chamada ocorre geralmente quando se utiliza nessa operadora, para chamar o assinante chamado, aps este ter desligado.

2.13.2 Sinalizao de Registrador

Esta sinalizao trocada entre rgos de controle das centrais, ocorre no incio da ligao, entre assinantes de centrais distantes, at o momento em que o telefone do assinante chamador ouve o sinal sonoro indicando que o outro assinante est sendo chamado, est ocupado ou no existe. O mtodo de sinalizao pode ser por pulsos decdicos ou por sinais multifreqenciais (ALENCAR, 2002 p. 67).

2.13.3 Sinalizao MFC

A sinalizao de registro nas centrais atuais pode ser mostrada por meio de comandos do software das mesmas. Isto muito til para acompanhar problemas de encaminhamento e congestionamento, pois a sinalizao MFC CAD sinal enviado compele o registrador de destino a emitir a um sinal de volta, caso contrrio a ligao interrompida. Na sinalizao MFC, so utilizadas 12 freqncias, sendo 6 utilizadas pelos sinais para frente e 6 pelos sinais para trs. Os sinais MFC so divididos em quatro grupos, sendo dois para sinais para frente e dois para sinais para trs. Os sinais para frente podem ser: Grupo I Sinais referentes a informaes numricas e de seleo; Grupo II Sinais referentes categoria do assinante originador da chamada; Os sinais para trs tambm se dividem em dois grupos: Grupo A Sinais referentes solicitao de informaes central anterior, para o estabelecimento da conexo; Grupo B Sinais referentes ao estado da linha do assinante chamado.

37

2.14 MONTAGEM DA REDE TELEFNICA DIGITALIZADA

A entrada ou sada de uma central temporal de programa armazenado (CPAT) corresponde a um sinal digitalizado de um TDM-PCM de primeira ordem. Os diversos entroncamentos so (RIBEIRO et al., 1992): Entroncamento urbano: Uso de codificao de fonte. Equalizao e filtragem para corrigir distoro e interferncia intersimblica. Uso de modulao digital para grandes distncias. Alguns tipos de sinais utilizados na transmisso em banda bsica entre centrais so mostrados na Figura 6

Figura 6: Tributrios de fontes Distintas. Fonte: TELEFONIA DIGITAL, p. 83.

Entroncamento

a

longa

distncia:

Multiplexao

de

sinais

e

transmisso em faixa larga, Transmisso por cabo. Comunicao por fibra ptica. Transmisso digital via satlite. Rede bsica digital: A rede telefnica absorveu servios digitais. A rede se desenvolve com rapidez, incluindo meios de alta capacidade, TDMs de ordem elevada e hierarquia digital sncrona.

38

2.15 TRANSFORMAO DA REDE TELEFNICA COM A DIGITALIZAO 2.15.1 Anlise do Ponto de Vista Topolgico

A rede local com as centrais e entroncamentos em rea urbana esto num estgio mais avanado de digitalizao. A rede de longa distncia, a qual pertencem s centrais interurbanas e internacionais e os respectivos entroncamentos, conta com digitalizao mais recentes. No enlace do assinante, constitudo pelos terminais e linhas de assinante, a digitalizao se faz aos poucos (ALENCAR, 2002 p. 90).

2.15.2 Anlise do Ponto de Vista Operacional

O plano de numerao no ter a sua filosofia alterada com a digitalizao, no entanto o tamanho dos nmeros pode aumentar. O plano de encaminhamento passa a ser dinmico com o uso de computadores para analisar constantemente as condies de rede, evitando a necessidade de mecanismos de gerncia e reprogramao de rede.

2.15.3 Digitalizao dos Equipamentos Telefnicos

A converso analgico/digital pode ser feita em PCM ou DM a 64 kbits/s, A lgica de sinalizao se encarrega das funes de sinalizao acstica e de linha de assinante. A operao digital feita a 4 fios. O modem inclui uma hbrida telefnica para a converso.

2.15.4 Evoluo da Rede Telefnica para a RDSI

Com a digitalizao e codificao todos os sinais de comunicao podem ser reduzidos a uma base comum. Isso permite a integrao de servios, com vantagens para o usurio e para a operadora. Do ponto de vista do usurio, a integrao facilita e flexibiliza a interligao e utilizao dos terminais, melhora a

39

qualidade, reduz os custos e expande o conjunto de servios disponveis. A operadora ganha maior eficincia e uma otimizao da rede e dos equipamentos. A figura 7 mostra uma configurao tpica para a RDSI.

Figura 7: Configurao Tpica para a RDSI. Fonte: TELEFONIA DIGITAL, p. 95.

2.15.5 Configuraes de Acesso RDSI

Para caracterizar as montagens tpicas para a interligao de usurios RDSI foram estabelecidos os conceitos de (ALENCAR, 2002 p. 97): Ponto de referncia: Pontos conceituais usados para separar grupos de funes, com caractersticas de interface padronizada; Grupamentos funcionais: Arranjos fsicos de equipamentos para desempenhar certa funo; S e T: Pontos de referncia que caracterizam as interfaces fsicas entre os equipamentos definidas como tomadas de acesso do usurio RDSI; U: Ponto de referncia que pode fazer parte do equipamento de transmisso ou identificar uma interface; V: Ponto de referncia entre a terminao de linha e a terminao da central; ET1: Equipamento terminal RDSI que obedece interface S da RDSI. Inclui funes de tratamento de protocolo, manuteno, interface e conexo com outros equipamentos; ET2: Equipamento terminal que inclui as mesmas funes do ET1, mas no obedece interface S da RDSI;

40

AT: Adaptador do terminal, que permite interligar o equipamento ET2 interface S; TR1: Terminao de rede que faz o acoplamento entre a linha de transmisso e as instalaes do usurio. Compreende as funes de terminao de linha, temporizao e multiplexao temporal. Faz a converso do cdigo de linha (interface U) para o cdigo da instalao do usurio (interface interna T);

TR2: Terminao de rede para distribuio dos terminais ET1 e ET2 nas instalaes do usurio, quando este possui instalao multiusurio. O TR2 faz a concentrao de acesso de vrios terminais. Compreende as funes de tratamento de protocolo, comutao, concentrao e manuteno;

TL: Terminao de linha para acoplamento entre a linha de transmisso da central compreende as funes de alimentao, localizao de falhas, converso de cdigos e regenerao;

TC: Terminao de central, que faz o tratamento de sinalizao, mantm, e supervisiona a conexo do lado da central. Compreende as funes de tratamento de protocolo, gerncia de rede, operao e manuteno.

2.15.6 Plano de Numerao para a RDSI

Em 1984 o ITU-T, na poca ainda chamado CCITT, produziu recomendaes para um plano internacional de numerao que cobrisse as redes digitais de servios integrados. A recomendao estende os planos de numerao existentes, utilizados pelas operadoras pblicas. Dessa forma, o acesso de um usurio RDSI ser idntico ao de um usurio convencional, sendo provido pela mesma central local. O comprimento mximo dos nmeros internacionais estendido para 15 dgitos. O cdigo de rea passa a chamar-se cdigo de destino de rede (Network Destination Code NDC). Uma central trnsito internacional analisar seis dgitos para determinar uma rota.

41

2.16 CENTRAL TELEFNICA

A central telefnica o elemento de rede responsvel pela comutao de sinais entre os usurios. As centrais so interligadas por entroncamentos de cabos pticos ou cabos de pares em sistemas mais antigos. O controle por programa armazenado (Stored Program Control SPC), utilizado nas centrais atuais apresenta uma srie de vantagens como: Flexibilidade, Facilidades para os assinantes, Facilidades administrativas, Velocidade de estabelecimento da ligao e Economia de espao (ALENCAR, 2002 p. 100). As centrais telefnicas digitais diferem das redes de computadores, basicamente, na tcnica de comutao utilizada. Utilizam a comutao de circuitos, o que torna a fase de estabelecimento da ligao a parte mais importante e complexa deste processo; tendo em vista que a central funciona como uma rede em estrela, no existem problemas de roteamento interno e o congestionamento eventual ocorre na prpria central. A central telefnica composta de trs estruturas bsicas: o processador central, o conjunto de programas e a estrutura de comutao digital conforme descreva a figura 8.

42

Figura 8: Estrutura de uma Central Temporal CPA-T. Fonte: TELEFONIA DIGITAL, p. 101.

Uma caracterstica importante de qualquer rede em estrela, como a central telefnica, a possibilidade do bloqueio de chamadas, que ocorre quando no h vias disponveis para a conexo de uma porta de entrada com uma de sada. (KEISER; STRANGE, 1995). Os sistemas telefnicos so geralmente projetados para probabilidades de bloqueio (grau de servio) da ordem de 0,1 a 1%, para a hora de maior movimento (HMM). Sistemas de comunicaes mveis celulares podem ter um grau de servio de at 2%. A anlise de uma central telefnica com apenas um estgio de comutao espacial revela que os pontos de cruzamento so utilizados ineficientemente; apenas um ponto de cruzamento em cada linha ou coluna de uma matriz de comutao utilizado por vez mesmo que todas as linhas estejam ativas.

43

Basicamente uma central temporal opera por um processo de escrita e leitura de dados em uma memria. O nmero mximo de canais c que pode ser tolerado por uma central de memria singela :C = 125 2 tc

Em que tc representa o tempo de ciclo da memria em microssegundos (is) e 125 o tempo de repetio do quadro, tambm dado em microssegundos, para um sinal de voz amostrado a uma taxa de 8 k amostras/s. As centrais de comutao eletrnica da rede pblica costumam associar elementos de comutao temporal (para mudar a posio da informao no quadro) e elementos de comutao espacial (para mudar a informao de quadro). As combinaes de estgios temporais e espaciais apresentam as seguintes caractersticas (ALENCAR, 2002 p. 105): O sistema STS engloba um estgio de comutao espacial, um de comutao temporal e outro espacial. Permite usar recursos de concentrao e expanso. O sistema TST amplia a capacidade de acesso, porque o elemento de comutao espacial funciona como um estgio de distribuio. O sistema TSST rene as caractersticas de ter ampla capacidade de acesso e dispor de recursos de concentrao e expanso. O sistema TSSST tem ampla capacidade de acesso, dispe de recursos de concentrao e expanso e reduzida caracterstica de bloqueio. A central 4ESS da AT&T um exemplo de comutao combinada do tipo TSSST. A expanso geralmente no usada em centrais locais. Nesse caso, como as linhas de assinantes esto usualmente pouco carregadas, a concentrao utilizada. As centrais tandem, por seu turno, no usam concentrao porque seus troncos esto usualmente muito carregados. A expanso tambm no utilizada em centrais tandem.

44

2.16.1 Funes da Central Telefnica

Dentre as funes principais das centrais telefnicas esto : Atendimento O sistema monitora constantemente todas as linhas para detectar os pedidos de chamada; o atendimento implica na cesso de recursos para completar a chamada (ALENCAR, 2002 p. 112); Recepo de informao Alm dos sinais de solicitao e trmino da chamada, a central ainda recebe outras informaes como endereo da linha chamada e informaes relativas a servios de valor adicionado; Processamento da informao O sistema deve processar as informaes recebidas para definir as aes a serem tomadas; Teste de ocupado Aps o processamento da informao a determinao do circuito de sada requerido, o sistema faz um teste de ocupado para verificar a disponibilidade do circuito; Interconexo Para uma chamada entre dois usurios, trs conexes so realizadas na seqncia seguinte: ligao para o terminal que originou a chamada, ligao com o terminal chamado e conexo entre os dois terminais; Alerta Aps realizada a conexo, o sistema alerta o usurio chamado e envia um tom caracterstico para o assinante que chama; Superviso A superviso da chamada feita durante todo o tempo para tarifao e determinao do instante em que o circuito deve ser desconectado; Envio de informao Ocorre sempre que o usurio se encontre ligado outra central. A central de origem deve enviar, por exemplo, a informao de endereo para ser processada pela central de destino.

2.16.2 Planejamento do sistema telefnico

Na telefonia, o planejamento realizado atravs de informaes externas levando em considerao as previses de demanda por servio em relao a determinado horizonte, alm de informaes econmicas acerca da estrutura de custos dos elementos que compem a rede.

45

Podem-se identificar trs fases no processo de planejamento (GIRARD, 1990): A primeira fase o projeto de uma estrutura topolgica para a rede, a partir de consideraes de onde localizar os componentes e como interlig-los, sujeitas a restries de conectividade. O problema de sntese de rede compe a segunda fase, que utiliza as informaes provenientes do estgio dito antes para calcular a dimenso tima dos componentes, sujeita s restries quanto ao grau de servio estabelecido em relao a medidas de desempenho, como atraso e probabilidade de perda. A especificao da tecnologia para implementao dos requisitos de transmisso desenvolvida na terceira fase. Esse o estgio de realizao da rede ou estgio de roteamento que deve ser executado tendo em vista os componentes disponveis no mercado, incluindo cabos coaxiais, fibras pticas, sistemas especficos de transmisso e comutao.

2.16.3 Aspectos que Afetam o Planejamento

Uma rede de telecomunicaes deve prover seus assinantes com servios de qualidade satisfatria a um preo compatvel. Alguns dos diferentes aspectos que afetam a filosofia dos sistemas em termos de planejamento esto listados abaixo: Demanda de Assinantes: O desejo que um assinante tem de ser comunicar com outro; Facilidades para os Assinantes: Envolve os meios bsicos e adicionais do sistema, por exemplo, servio de busca, correio de voz, etc; Normas: Existe um conjunto de normas e regulamentaes do ITU-T e prticas da Telebrs a serem seguidas. especialmente importante que o sistema tenha uma capacidade adequada em associaes como situaes crticas para manter a confiabilidade; Estrutura: A estruturao de um sistema pode ser realizada de muitas maneiras diferentes; em termos de segurana, deve-se observar que defeitos o sistema pode apresentar, ou garantir que uma dessas paradas totais pode ocorrer, no mximo, a cada 50 anos;

46

Expanso: importante, quando se projeta um sistema, que a possibilidade de comear como uma pequena parte do sistema, seguida de expanso em etapas sucessivas, at a mxima capacidade atenda em qualquer das etapas demanda do trfego; Otimizao da Rede: A rede telefnica consiste em um grande nmero de vias, algumas das quais diretas, outras de alta utilizao e algumas tandem. A tarefa de encontrar um arranjo timo de vias e centrais sob restries relativo ao grau de servio, cobertura e qualidade de transmisso muito complexa (TOLEDO, 1975). A tabela 1 mostra os diferentes tipos de dados para o projeto do sistema telefnico; Tempos de Reteno: Toda chamada oferecida a qualquer rgo que conduz um trfego em um sistema de telecomunicaes ocupar esse rgo por um certo intervalo de tempo. A durao dessa ocupao chamada tempo de reteno; Conceito de Trfego: Para o dimensionamento do sistema, o nmero de chamadas ou o tempo de reteno no fornecem uma base satisfatria. Portanto, define-se o trfego como o produto da taxa mdia de chamadas durante um intervalo de tempo, pelo tempo mdio de reteno dessas chamadas durante o mesmo intervalo (GOMES, 1991).Tabela 1: Parmetros para projeto do Sistema.

Fonte: TELEFONIA DIGITAL, p. 141.

2.16.4 Trfego e Congestionamento

O projeto de sistemas telefnicos feito a partir de informaes que incluem o trfego telefnico. Por outro lado, durante o projeto um certo grau de servio estabelecido, como funo do congestionamento permitido.

47

2.16.5 Unidade de Trfego

Define-se a unidade de trfego erlang, como nmero mdio de ocupaes simultneas durante um perodo definido. O trfego A, em erlangs, freqentemente calculado da seguinte forma (FARIA, 1985 p. 230): A= Em que tm

= nmero de chamadas por unidade de tempo, ou de novas

ocupaes por unidade de tempo e t m = durao mdia das ocupaes expressas na mesma unidade de tempo.

2.16.6 Congestionamento

Por razes econmicas, limita-se o nmero de rgos na central telefnica, permitindo que chamadas sejam algumas vezes bloqueadas. Isso implica em a chamada ser rejeitada (Sistema de Perda) ou tenha que esperar (Sistema de Demora). Pode-se definir o conceito de congestionamento de duas formas: Congestionamento de tempo: Aquela parte do tempo total, durante a qual todos os rgos ou caminhos de comunicao esto ocupados. Congestionamento de chamadas: Aquela parte do nmero total de chamadas que encontra todos os rgos inacessveis, ou caminhos de comunicao ocupados. Os principais indicadores de desempenho operacional do sistema telefnico esto relacionados na tabela 2, junto com as siglas e objetivos do Sistema Telebrs.

48

Tabela 2: Indicadores de desempenho do Sistema Telebrs.

Fonte: TELEFONIA DIGITAL, p. 144.

2.16.7 Medio de Trfego

As operadoras dos servios telefnicos do sistema Telebrs so avaliadas pelo resultado de indicadores. Com esses indicadores calcula-se o desempenho do sistema telefnico (DST) que um resumo da qualidade dos servios oferecidos por cada empresa. Esses indicadores so divididos em dois grupos bsicos: Indicadores do grupo de prestao de servios de telecomunicaes e indicadores do grupo de complemento de chamadas. A Telebrs define alguns indicadores que permitem, por meio da coleta de dados, se obter informaes necessrias para o entendimento das causas das anormalidades ocorridas no sistema telefnico. Estes indicadores so obtidos por intermdio dos testes de sistema DDD-X e DDD-Y, como ilustrado na figura 9.

Figura 9: Teste de Sistema DDD-Y. Fonte: TELEFONIA DIGITAL, p. 212.

49

2.16.8 Testes de Sistemas DDD-Y e DDD-X

A atividade DDD-Y composta por indicadores de desempenho que retratam a qualidade das chamadas saintes e entrantes da central analisada, alm da qualidade da central bilhetadora, medida por meio das chamadas registradas. Esses indicadores esto relacionados na Tabela 3.Tabela 3: Indicadores de Desempenho do Sistema DDD-Y.

Fonte: TELEFONIA DIGITAL, p. 213.

O teste de sistema DDD-X mostra o funcionamento e o andamento da central observada e indica objetivamente as chamadas completadas e as chamadas excludas de um sistema telefnico. Os indicadores que retratam esse sistema so os indicadores de controle e de perdas. Estes indicadores so mostrados na Tabela 4.

50

Tabela 4: Indicadores de Controle de perdas do Sistema DDD-X.

Fonte: TELEFONIA DIGITAL, p. 213.

2.17 REDES DE COMPUTADORES

O uso de redes de computadores tem se tornado a ferramenta mais importante para a expanso e sucesso de qualquer empresa, pois a interligao entre os usurios nos terminais que facilita o processo de compartilhamento de recursos, uso de uma impressora em comum, gravadores de CDs, ou simplesmente a comunicao entre os usurios atravs de mensagens. Alm de compartilhar os recursos disponveis na rede, a mais importante funcionalidade desta, a transmisso de informaes, principalmente nas empresas de grande e mdio porte, que dependem totalmente dos dados fornecidos por um sistema de gesto integrado, onde o software agregado rede torna-se o corao da empresa. Por esses motivos que ao se projetar uma rede, no se deve ter medo de investir em materiais e equipamentos que suportem o fluxo de informaes da

51

empresa, planejando o futuro crescimento e a adio de mais servios agregados a ela. O projeto de uma boa rede auxilia na no necessidade de ampliao e improvisos, porm dependendo da demanda de crescimento de uma empresa, esta necessita unir ou at mesmo trocar de topologia adotada na rede.

2.18 TOPOLOGIA DE REDES

O significado literal de topologia de redes, se refere noo espacial da interligao entre os terminais desta rede. As topologias fsicas se dividem, basicamente, em trs tipos: Estrela: todos os terminais so ligados a um mesmo ponto, este pode ser um switch, roteador, etc. Esta topologia possui variantes, onde vrios switches ou roteadores, por exemplo, so ligados a um nico ponto, esta topologia chama-se estrela estendida. Se este ponto central for um servidor, por exemplo, esta topologia ser chamada de hierrquica. Anel: os terminais so conectados de forma que o primeiro liga-se ao segundo, este se liga ao terceiro, assim, sucessivamente at que o ltimo se conecte ao primeiro, fechando um loop. Barramento: todos os terminais se conectam a um mesmo cabo, enviando e recebendo os dados atravs deste. Por isso, precisa-se de um maior controle e segurana sobre esta topologia, para que apenas um terminal de cada vez transmita, evitando as colises, e que o dado seja lido somente pelo destinatrio. A Figura 10 mostra os tipos de topologias de rede e suas variveis.

52

Figura 10: Topologias de Rede. Fonte: Programa Cisco Networking Academy, CISCO 2005.

2.19 TIPOS DE REDES

As redes so classificadas dependendo da disperso entre os terminais. Basicamente existem trs tipos, a rede LAN (Local rea Network), MAN (Metropolitan rea Network) e a rede WAN (Wide rea Network). LAN: So as redes privadas, usadas em empresas, pois se situam em uma rea de extenso pequena, variando de metros at, no mximo, alguns quilmetros de extenso. Utilizadas principalmente para compartilhar equipamentos, recursos ou comunicao entre os usurios. MAN: Denominao dada s redes que abrangem uma cidade. Este tipo, a juno de vrias redes locais. WAN: Pode ser considerada uma rede geograficamente distribuda ou WAN, a unio de vrias MANs, espalhadas por estados, pases ou continentes. A Internet pode ser considerada como deste tipo de rede.

53

2.20 PROTOCOLOS

Segundo Tanenbaum (2003, p29), protocolo um conjunto de regras que controle o formato e o significado dos pacotes ou mensagens que so trocadas pelas entidades pares contidas em uma camada. Essas entidades utilizam protocolos com a finalidade de implementar suas definies de servio, elas tem a liberdade de trocar seus protocolos, desde que no alterem o servio visvel para seus usurios. Para se montar a maioria das redes, necessria uma pilha de camadas ou nveis, colocadas umas sobre as outras. Nem todas as redes possuem o mesmo numero de camadas, nome, contedo ou funo, porm em todas elas, as camadas superiores recebem determinados servios das camadas inferiores, que no passam a elas quaisquer detalhes da implementao dos recursos (TANENBAUM, 2003). Para Comer (2007, p243) os protocolos so necessrios, pois para todos os envolvidos em uma comunicao, deve-se estabelecer um conjunto de regras, para que as duas partes sejam entendidas, tanto quem envia a informao quanto quem recebe a mesma". Um conjunto de camadas e protocolos chamado de arquitetura de rede. Para Tanenbaum (2003, p30) a especificao de uma arquitetura deve conter:informaes suficientes para permitir que um implementador desenvolva o programa ou construa o hardware de cada camada, de forma que ela obedea corretamente ao protocolo adequado. Nem os detalhes de implementao nem a especificao das interfaces pertencem arquitetura, pois tudo fica oculto dentro das mquinas e no visvel do exterior.

2.21 ARQUITETURA OSI

O modelo OSI (Open Systems Interconnection) foi criado pela ISO (International Standards Organization), com o intuito de padronizar os protocolos exigidos para a comunicao entre os sistemas. A Figura 11 ilustra o modelo OSI, contendo as diferentes camadas e protocolos nelas empregados.

54

Figura 11: Modelo de referncia OSI. Fonte: Adaptado de Tanenbaum, 2003, p. 41.

Conforme figura 11, o modelo OSI apresenta sete camadas: aplicao, apresentao, sesso, transporte, rede, enlace de dados e fsica. Abaixo segue a descrio das funes de cada uma das camadas. Camada Fsica: As interfaces mecnicas, eltricas e de sincronizao fazem parte desta camada. responsvel pela transmisso dos sinais ou bits, atravs de um meio. Camada de enlace de dados: Tem a funo de fazer com que o meio de transmisso fique livre de erros, no detectados pela camada fsica. a camada de enlace de dados que divide os dados, a serem enviados, em quadros de dados. O destinatrio ao receber estes, manda de volta o quadro de confirmao. Camada de rede: A principal funo da camada de rede controlar endereos, caminhos e destinos dos pacotes que trafegam na rede. O roteamento dos pacotes pode ser feito por meio de tabelas estticas (possuem caminhos fixos), e as tabelas dinmicas, que pode determinam o caminho a cada pacote, procurando o trajeto de menor tempo ou trfego. Tambm, esta camada que permitir a

55

comunicao para outra camada de rede, que tenha um protocolo diferente, ou que no aceite os pacotes por qualquer motivo. Camada de transporte: A principal tarefa desta camada fragmentar os dados recebidos pela camada superior, e garantir que estes cheguem corretamente no destino. Tem tambm a responsabilidade de determinar o servio a ser fornecido camada de sesso, ou para os usurios da rede. Segundo Tanenbaum (2003, p. 43) a camada de transporte :uma verdadeira camada fim a fim, que liga a origem ao destino. Em outras palavras, um programa da mquina de origem mantm uma conversao com o programa semelhante, instalado na mquina de destino, utilizando os cabealhos de mensagens e as mensagens de controle. Nas camadas inferiores, os protocolos so trocados entre cada uma das mquinas e seus vizinhos imediatos, e no entre as mquinas de origem e de destino, que podem estar separadas por muitos roteadores.

Camada de sesso: Tem com funo estabelecer sesses, com sistemas remotos, e gerenciar segurana, como autenticao com login e senha. Camada de apresentao: Esta camada responsvel por, como codificar os dados. Pois como os dados so representados diferentemente de mquina para mquina, se faz necessrio uma traduo, para que a camada superior interprete da forma correta. Camada de aplicao: Esta camada possui uma srie de protocolos que especifica como um aplicativo ir usar a rede. Algumas aplicaes que utilizam esta camada so, visualizadores de pginas da Internet, transferncia de arquivos, correios eletrnicos, etc.

2.22 ARQUITETURA TCP/IP

Segundo Comer (2007, p. 265), com o advento da Internet, o modelo OSI se tornou ineficiente na tarefa de comunicao entre computadores geograficamente distribudos, visto que uma camada inteira, destinada a protocolos de sesso no seria mais importante, pois cada computador se torna um Workstation pessoal. Uma nova distribuio de camadas que se adaptasse s novas comunicaes deveria ser criada, esta nova referncia foi chamada TCP/IP, contendo, ento, cinco camadas, como mostra a Figura 12.

56

Figura 12: Modelo de referncia TCP/IP. Fonte: Adaptado de Comer (2007, p. 267) e Tanenbaum (2003, p. 46).

Uma definio de cada uma das camadas pode ser descrita abaixo, tendo como base Comer (2007, p. 266 e 267) e Tanenbaum (2003, p. 45 a 47): Camada Fsica: Esta camada corresponde camada fsica mostrada no modelo OSI, ou seja, a interligao fsica de duas, ou mais, mquinas, e o envio dos bits atravs de um meio. Camada de Interface de rede: A principal funcionalidade desta camada organizar os dados e envi-los atravs de quadros atravs da rede, da mesma forma que a camada de Enlace de dados, usado no modelo OSI. Camada de Inter-redes: A expresso Inter-redes usada de forma genrica, pois est presente na Internet, ou seja, interligao de redes amplamente distribudas. A tarefa desta camada, fazer com que os pacotes enviados pelos hosts, trafeguem em qualquer rede, de forma independente at o destino. Ou seja, os pacotes podero at mesmo chegar em ordem diferente da enviada, cabendo s camadas superiores a organiz-los, caso seja necessrio. Camada de Transporte: A funo desta camada permitir que permanea uma conversao entre hosts de origem e destino. dividido em dois protocolos distintos do tipo fim-a-fim: TCP: voltado a conexes confiveis, onde a informao total no deve conter erros. Este protocolo fragmenta os dados a serem enviados, em mensagens, e as envia camada de inter-rede, que ao serem entregas ao destino, so montadas pelo TCP receptor. O controle de fluxo tambm feito pelo TCP.

57

UDP: por se tratar de uma transmisso no confivel, orientado a aplicaes diretas ou consultas, onde a resposta imediata mais importante que a entrega sem erros. amplamente utilizado nas transmisses de dados de voz e vdeo, uma vez que no necessitam de conexo, to pouco controle de fluxo ou manuteno da seqncia das mensagens enviadas, so as prprias aplicaes que fornecero esses recursos. Camada de Aplicao: Ao se comprovar que as camadas de sesso e apresentao, eram pouco usadas, ou desnecessrias, acabaram por serem abolidas no modelo TCP/IP, que passou os protocolos de nveis superiores para a camada de aplicao. Nesta camada encontramos os protocolos vastamente utilizados atualmente na Internet, por exemplo, o FTP (transferncia de arquivos), que promove a movimentao de dados entre mquinas, o DNS que faz a ligao entre os nomes dos hosts e seus respectivos endereos IP, o HTTP usado para busca de pginas nos servidores World Wide Web, e muitos mais.

2.23 PROTOCOLO UDP

O Protocolo de Usurio do Datagrama (User Datagram Protocol) segundo Tanenbaum (2003, p. 559), oferece um meio para as aplicaes enviarem datagramas IP encapsulados sem que seja necessrio estabelecer uma conexo. O UDP transmite segmentos que consistem em um cabealho de 8 bytes, seguidos da carga til, conforme Figura 13.

Figura 13: Cabealho UDP. Fonte: Adaptado de Tanenbaum, 2003, p. 559.

Segundo Tanenbaum (2003, p. 559) a porta de origem usada principalmente quando uma resposta deve ser devolvida origem. Copiando o

58

campo Source Port do segmento de entrada no campo Destination Port do segmento de sada, o processo que transmite a resposta pode especificar qual processo na mquina transmissora deve receb-lo. O campo UDP length inclui o cabealho de 8 bytes e os de dados. O campo UDP checksum opcional e armazenado como 0 se no for calculado (um valor 0 verdadeiro calculado armazenado com todos os bits iguais a 1). tolice desativlo, a menos que a qualidade dos dados no tenha importncia (por exemplo, no caso da voz digitalizada). O UDP no realiza controle de fluxo, controle de erros ou retransmisso aps a recepo de um segmento incorreto. Tudo isso cabe aos processos do usurio. O que ele faz fornecer uma interface para o protocolo IP com o recurso adicional de demultiplexao de vrios processos que utilizam as portas. Isso tudo o que ele faz. Para aplicaes que precisam ter controle preciso sobre o fluxo de pacotes, o controle de erros ou a sincronizao, o UDP fornece apenas aquilo que determinado. (TANENBAUM, 2003).

2.23.1 Mensagem UDP

Segundo Comer (2007, p. 341), o UDP uma interface voltada mensagem, ele no as divide em pacotes e no as combinam para entrega, as mensagens que um aplicativo gera, so simplesmente transportadas atravs da Internet e entregue ao receptor. A interface orientada mensagem tem diversas conseqncias importantes para os programadores. Pelo lado positivo, os aplicativos que usam UDP podem depender do protocolo para preservar os limites dos dados. Pelo lado negativo, cada mensagem de UDP precisa caber em um nico datagrama de IP. Por isso, o tamanho do datagrama de IP forma um limite absoluto no tamanho de uma mensagem de UDP. Mais importante, o tamanho de mensagens do UDP pode levar ao uso ineficiente da rede subjacente. Se um aplicativo envia mensagens extremamente pequenas, o datagrama resultante ter uma alta proporo de octetos do cabealho em relao aos octetos dos dados. Se um aplicativo envia mensagens extremamente grandes, os datagramas resultantes sero maiores do que o MTU da rede e, portanto, sero fragmentados. (COMER, 2007).

59

Para que o UDP envie uma mensagem e essa seja recebida pelo destinatrio, necessria a criao de identificadores, chamados portas de protocolos. Cada computador que implementa o UDP precisa fornecer um mapa entre os nmeros de portas de protocolos e os identificadores de programas que o sistema operacional usa. Por exemplo, o padro UDP define o nmero de porta de protocolo 7 como porta para um aplicativo de eco, e o numero de porta 37 como a porta para um aplicativo time-server. Todos os computadores rodando UDP reconhecem os nmeros de portas de protocolo padro, independente do sistema operacional subjacente. Por isso, quando uma mensagem UDP chega para a porta 7, o software de protocolo UDP deve saber qual programa no computador implementa o servio de eco e precisa passar a mensagem entrante esse programa. (COMER, 2007) A especificao que um aplicativo d para as portas de endereo e protocolo determina o tipo de comunicao. Para iniciar uma comunicao de 1-a-1, por exemplo, um aplicativo especifica o nmero de porta local, o endereo de IP remoto e o nmero de porta de protocolo remoto. O UDP passa somente as mensagens de aplicativos que chegam do transmissor especificado. Para iniciar uma comunicao muitos-a-muitos, o aplicativo identifica o nmero da porta local, mas informa o UDP de que o endpoint remoto pode ser qualquer sistema. O UDP ento passa ao aplicativo todas as mensagens que chegam da porta especificada. Claro, o UDP permite que apenas um aplicativo especifique um determinado par de endpoints em um dado momento.

2.24 PROTOCOLO TCP

O TCP executa uma tarefa aparentemente impossvel: usa o servio de datagrama no confivel oferecido pelo IP quando enviando dados para outro computador, mas fornece um servio confivel de entrega de dados para programas aplicativos. O TCP deve compensar a perda ou atraso em uma inter-rede para prover transferncia eficiente de dados, sem sobrecarregar as redes e roteadores subjacentes. (COMER, 2007): A confiabilidade de responsabilidade de um protocolo de transporte; os aplicativos interagem com um servio de transporte para enviar e receber dados. No sute TCP/IP, o Transmission Control Protocol (TCP) fornece servio de transporte

60

confivel. TCP notvel porque resolve bem um problema difcil embora outros protocolos tenham sido criados, nenhum protocolo de transporte de propsito geral provou funcionar melhor. Conseqentemente, a maioria dos aplicativos de inter-rede so construdos para usar o TCP. Para um programa aplicativo, o servio oferecido pelo TCP possui sete caractersticas, segundo Comer (2007, p. 348): Orientada a conexo: o TCP fornece servio orientado conexo, onde um aplicativo deve primeiro estabelecer uma conexo, para ento transferir dados. Comunicao extremidades. Confiabilidade completa: o TCP garante o envio e entrega dos dados enviados na mesma ordem que foram gerados, e sem perdas. Comunicao Full Duplex: a conexo TCP permite a transmisso de dados nas duas direes, facilitando que um aplicativo envie dados a qualquer hora. Interface de stream: o TCP permite que um aplicativo envie uma seqncia contnua de bytes, no necessariamente entregues em fragmentos do mesmo tamanho que foram gerados pelos aplicativos. Partida de conexo confivel: o TCP exige que aplicativos criem conexes em acordo, onde os pacotes duplicados usados em conexes anteriores no sejam usados. Desligamento de conexo graciosa: o TCP transmite todos os dados que foram gerados, antes de fechar a conexo com o outro ponto. ponto-a-ponto: o TCP possui exatamente duas

2.25 PROTOCOLO RTP E RTCP

Com a difuso massiva da Internet, algumas aplicaes comearam a ganhar espao nas preferncias e necessidades dos usurios, como a multimdia em tempo real. Para Tanenbaum (2003, p. 563), medida que se usava mais os rdios pela Internet, msica por demanda, videoconferncia, telefonia sobre a Internet, etc, as pessoas descobriram que os aplicativos estavam criando algo parecido com um protocolo em tempo real, foi ento criado o RTP (Real-time Transport Protocol).

61

Foi definido que o RTP fosse inserido no espao do usurio, e que seja normalmente executado sobre o UDP. Para Tanenbaum (2003, p. 563), o funcionamento do RTP poderia ser descrito da seguinte forma: A aplicao de multimdia consiste em vrios fluxos de udio, vdeo, texto e possivelmente outros fluxos. Esses fluxos so armazenados na biblioteca RTP, que se encontra no espao do usurio, juntamente com a aplicao. Essa biblioteca efetua a multiplexao dos fluxos e os codifica em pacotes RTP, que so ento colocados em um soquete, na outra extremidade do soquete (no ncleo do sistema operacional), os pacotes UDP so gerados e incorporados a pacotes IP. Se o computador estiver em uma rede Ethernet, os pacotes IP sero inseridos em quadros Ethernet para transmisso. A Figura 14 mostra a pilha de protocolos ligados ao RTP, e aninhamento de pacotes.

Figura 14: Posio do RTP na pilha de protocolos e aninhamento de pacotes. Fonte: Adaptado de Tanenbaum, 2003, p. 563.

Segundo Tanenbaum (2003, p. 264) a funo do RTP multiplexar diversos fluxos de dados de tempo real sobre um nico fluxo de pacotes UDP. O fluxo UDP pode ser enviado a um nico destino (unidifuso) ou a vrios destinos (multidifuso). Como o RTP utiliza simplesmente o UDP normal, seus pacotes no so tratados de maneira especial pelos roteadores, a menos que alguns recursos de qualidade de servio normais do IP estejam ativos. Em particular, no h nenhuma garantia especial sobre entrega, flutuao, etc. Cada pacote enviado em um fluxo RTP recebe um nmero uma unidade maior que seu predecessor. Essa numerao permite ao destino descobrir se algum

62

pacote est faltando. Se um pacote for omitido, a melhor ao que o destino deve executar fazer a aproximao do valor que falta por interpolao. A retransmisso no uma opo prtica, pois o pacote retransmitido provavelmente chegaria tarde demais para ser til. Como conseqncia, o RTP no tem nenhum controle de fluxo, nenhum controle de erros, nenhuma confirmao e nenhum mecanismo para solicitar retransmisses. (TANENBAUM, 2003) J o protocolo RTCP, definido atravs da recomendao RFC 1889 do IETF, baseado no envio peridico de pacotes de controle a todos os participantes da conexo ou chamada, usando o mesmo mecanismo de distribuio dos pacotes de mdia (Voz). Desta forma, com um