tutorial metro ethernet

21
SISTEMAS DE TRANSMISSÃO DIGITAL REDES Metro Ethernet OUTUBRO DE 2007

Upload: gustavo-zanata

Post on 03-Jul-2015

1.820 views

Category:

Documents


10 download

TRANSCRIPT

Page 1: Tutorial Metro Ethernet

SISTEMAS DE TRANSMISSÃO DIGITAL REDES Metro Ethernet

OUTUBRO DE 2007

Page 2: Tutorial Metro Ethernet

2/21

Metro Ethernet

1. Introdução

Não é nenhum exagero afirmar que o cenário da comunicação corporativa por

computador se divide em antes e depois do Ethernet. Essa tecnologia, desenvolvida no início

dos anos de 1970 e padronizada com poucas modificações pelo IEEE (Institute of Eletrical

and Eletronic Engineers), experimentou um grande sucesso de adoção e contribuiu de forma

efetiva para o impulso e popularização das redes locais de computadores.

Por muitos anos, o padrão Ethernet tem sido o protocolo dominante em redes LAN.

Isto é motivado pela simplicidade, facilidade de operação, alto grau de integração e

padronização do protocolo Ethernet, o que torna esta tecnologia extremamente atrativa em

termos de custo. Por outro lado, o mesmo não acontece com as redes MAN e WAN, com as

operadoras oferecendo serviços baseados em ATM, Frame Relay e linhas privativas, todos

significantemente mais complicados e com custo mais elevado.

Atualmente, os mais importantes serviços demandados pela área corporativa e que

mais tem crescido são a interconexão das redes LAN geograficamente distribuídas e a

conectividade com a internet. Em paralelo a estes serviços e à crescente exigência do mercado

por baixos custos, as operadoras de serviços se deparam com a necessidade de re-adequar suas

redes metropolitanas, sendo as redes Metro Ethernet uma escolha de destaque tanto pelo

aspecto técnico quanto pelo econômico.

Figura 1 - Rede Metro Ethernet

Uma Rede Metro Ethernet (MEN – Metropolitan Ethernet Network) é definida

basicamente como uma rede que interconecta LANs corporativas geograficamente separadas,

interconectando-se ainda a uma rede WAN ou backbone operados pelo provedor de serviços,

conforme ilustrado na Figura 1.

Page 3: Tutorial Metro Ethernet

3/21

2. Arquitetura

O Metro Ethernet Fórum utiliza um modelo genérico para descrever os componentes

internos e externos de uma rede Metro Ethernet. Esta estrutura descreve as interações entre a

rede Metro Ethernet através de interfaces bem definidas e seus pontos de referência. O

modelo básico de referência de uma rede Metro Ethernet é mostrado na Figura 2.

Figura 2 - Modelo básico de referência

A interface que interliga a rede de um cliente à rede de um provedor de serviços é

denominada de UNI (User Network Interface). Do lado do cliente é chamada de UNI-C (User

Network Interface Client) e do lado do provedor de serviços é denominada de UNI-N (User

Network Interface Network).

O fluxo Ethernet (Ethernet flow) mostrado representa o tráfego de dados fim-a-fim

entre dois equipamentos terminais, os quais originam e terminam os quadros Ethernet.

Uma conexão Ethernet virtual (EVC – Ethernet Virtual Connection) é um dos

conceitos mais importantes em redes Metro Ethernet. Uma EVC pode ser considerada como

uma instância da associação de duas ou mais UNIs, com o objetivo de transportar um fluxo de

dados entre dois ou mais clientes, através de uma rede Metro Ethernet. Os EVCs ajudam a

visualizar o conceito de conexões e podem ser comparados ao conceito dos PVCs, no ATM.

Existem dois tipos de EVCs definidos pelo MEF; o ponto-a-ponto (E-LINE) e o

multipontomultiponto (E-LAN), conforme ilustrado na Figura 3.

Page 4: Tutorial Metro Ethernet

4/21

Figura 3 - Arquitetura Metro Ethernet ponto-a-ponto e multiponto-multiponto

3. Serviços Ethernet

Os três principais fatores que motivam os provedores de serviços e os clientes a

optarem por serviços Ethernet são os seguintes:

Facilidade de uso: os serviços Ethernet são fornecidos através de uma interface

padrão altamente conhecida e entendida, simplificando com isso a interconexão,

operação, administração e gerenciamento da rede.

Baixo custo: a alta disponibilidade e produção em alta escala dos equipamentos,

com conseqüente redução de custos. Clientes não necessitam trocar equipamentos

para se conectar a rede. Muitos serviços Ethernet permitem o cliente adicionar

banda em passos de 1Mbps fazendo com que o mesmo pague somente o que usa.

Flexibilidade: com os serviços Ethernet gerenciados, o cliente está apto a

modificar a banda em minutos ou horas, ao invés de dias ou semanas, como

quando usando outras redes. A necessidade de visita de suporte técnico do

provedor de serviços fica reduzida. Múltiplos serviços em uma única interface de

serviços Ethernet permitem que pequenos clientes passem a usufruir de maior

flexibilidade de interconexão de suas redes com clientes e fornecedores.

O modelo básico para o fornecimento dos serviços Ethernet é mostrado na Figura 4. O

serviço Ethernet é disponibilizado pelo provedor de serviços através de uma rede Metro

Ethernet. O equipamento do cliente (CE = Customer Equipment) se interconecta à rede

através da interface UNI usando uma interface Ethernet padrão 10Mbps, 100Mbps, 1Gbps ou

10Gbps.

Page 5: Tutorial Metro Ethernet

5/21

Figura 4 - Modelo Básico

Os serviços Ethernet são definidos em uma estrutura que ajuda os clientes a

visualizarem e entenderem melhor os serviços Ethernet disponibilizados. Os objetivos dessa

estrutura são basicamente definir um nome padrão para os tipos de serviços Ethernet, seus

atributos e parâmetros.

4. Benefícios da Rede Metro Ethernet

Um dos principais benefícios a serem alcançados, com a escolha do Ethernet para o

transporte metropolitano (eventualmente, para acesso), é a redução do gargalo da largura de

banda que, normalmente, caracteriza esse segmento de redes de telecomunicações, devido ao

excesso de investimentos históricos em infra-estrutura de longa distância e ainda, ao custo

muito elevado, do emprego de tecnologia óptica no acesso.

Outro benefício do uso do Ethernet, em redes de telecomunicações, advém da

adequação a multiserviços com elevadas taxas de transmissão e outras suportadas pelas

implementações mais recentes do Ethernet em equipamentos para operadores, como

priorização seletiva de tráfego, banda sob demanda e segurança, auxiliam na viabilização de

aplicações que vão desde a transmissão de dados em alto volume até aplicações multimídia

com conteúdo de vídeo e voz sensíveis a atrasos.

5. Tecnologias de transporte

5.1) Ethernet over Fiber (EoF)

A tecnologia Ethernet over Fiber é marcada pelo uso exclusivo de Ethernet na

transmissão dos dados no nível 1 e 2 do modelo de referência OSI. A idéia é conectar diversos

nós com switches Gigabit gerenciáveis. Desta forma poderíamos evitar o uso de SDH e

quaisquer outras tecnologias de nível 1, como linhas dedicadas.

Page 6: Tutorial Metro Ethernet

6/21

Porém esta abordagem é restrita por uma série de fatores. No aspecto técnico, o padrão

IEEE 802.3ae afirma a cobertura de até 40 km de área com WAN PHY, é uma WAN nível

físico que permite interconexão entre LAN w WAN, e fibra monomodo. Outro aspecto, não

menos importante, é o econômico.

Um backbone internacional não seria, ainda, viável dessa maneira. Os Network Service

Provider (NSPs) já possuem um backbone implantado, e não podem simplesmente descartar

toda a malha existente. A idéia então, é implantar gradativamente o EoF nos cenários onde for

possível e viável.

Os padrões da tecnologia Ethernet e as funcionalidades de um switch são

implementados através das camadas 1 e 2.

A tecnologia eletrônica disponível na época de sua concepção 1983 foi amplamente

utilizada para que associada das ferramentas computacionais extremamente simples fossem

possíveis de armazenamento, enfileiramento, redução ou aumento do tráfego entre as portas

do switch/servidores, priorização de assinantes e outros.

As taxas inicialmente utilizadas limitavam-se ao intervalo de 1 Mbps a 10 Mbps

devido aos limites da tecnologia eletrônica. Entretanto, no início da década de 80 estas taxas

atendiam amplamente as redes locais 1.

Com o desenvolvimento de circuitos VLSI em taxas superiores a 20 Gbps em meados

da década de 90, tornou-se possível a ativação das várias funcionalidades Ethernet em taxas

de 100 Mbps, 1 Gbps e até mais recentemente 10 Gbps. Surgiram então os padrões IEEE de 1

e 10 Gbps (802.3z e 802.3ae).

Novas operadoras passaram então a utilizar estas soluções em redes metropolitanas

associadas a serviços VPN (Virtual Private Network) e VLANs (Virtual Local Área Network)

em função das vantagens conforme os padrões TDM/SDH/SONET.

Conexões em anéis metropolitanos associadas aos padrões CWDM (Coarse Wave

Division Multiplexing) multiplicaram-se. Algumas conexões de longa distância na taxa de

10Gbps foram implementadas utilizando-se o padrão POS (Packet-over-SONET) e muito

freqüentemente em conexão direta com o meio óptico (10Gbps/CWDM/DWDM). A Figura 5

ilustra a topologia metropolitana.

Page 7: Tutorial Metro Ethernet

7/21

Figura 5 - Configuração Metropolitana utilizando CWDM, topologia em anel e Tecnologia Gigabit Ethernet

A partir da figura 5, considere a redefinição de uma rede metropolitana como uma

rede de pacotes especificamente projetada para a conexão de várias redes locais, separadas e

distribuídas em uma área geográfica limitada. A área pode ser tão reduzida, 2 km de diâmetro,

quanto às dimensões do centro financeiro de uma cidade ou tão ampla quanto uma região

metropolitana englobando vários de seus subúrbios (100 km de diâmetro).

O núcleo de uma rede Metropolitana é geralmente constituído pela infra-estrutura

óptica em anel que conecta as principais centrais telefônicas (COs - Central Offices), Carrier

Hotels e POPs contidos na área urbana. As conexões de acesso a esta rede metropolitana

MAN (Metropolitan Area Network) são formadas por enlaces entre as premissas dos

assinantes e sua infra-estrutura. A associação das redes metropolitanas aos padrões Ethernet e

Gigabit Ethernet originou a utilização freqüente pelos fabricantes, operadoras, órgãos de

padronização e publicações técnicas, da expressão Ethernet óptica de forma genérica e

imprecisa. Torna-se então importante definir esta expressão. A Ethernet Óptica constitui-se

como uma tecnologia de quarta geração, camada 2, aplicável em redes Metropolitana (MAN)

e redes de longa distância (WAN - Wide Area Network). A Ethernet óptica é uma tecnologia

que sucede e substitui as soluções X. 25 (primeira geração), Frame-relay (segunda geração) e

ATM (terceira geração). Apesar de ser usualmente associada ao padrão Gigabit Ethernet,

pode operar em 10Mbps e 100Mbps.

Page 8: Tutorial Metro Ethernet

8/21

A Ethernet óptica pode ser configurada para conexão ponto-a-ponto (EPL - Ethernet

Private Line), ponto-multiponto ou multiponto-multiponto. Suas características de

interoperabilidade permitem associações com todas as tecnologias TDM/legadas, seus

protocolos e suas arquiteturas. Apresenta-se transparente aos protocolos camada 3.

Nas redes metropolitanas, a quase totalidade das aplicações da tecnologia Ethernet têm

ocorrido no modo comutado, isto é, com um domínio de colisão por porta, sem a utilização de

Hubs, sendo o número de portas utilizadas inferior aos verificados em aplicações de redes

locais. Esta característica diminui de forma significativa os problemas de flooding

característico desta tecnologia nas aplicações em redes locais, onde a ocorrência de um

quadro com endereço destino ainda não incluído na tabela de endereçamento implica no envio

deste quadro para todas as portas existentes, excetuando a porta origem.

As conexões Metro Ethernet e WAN não permitem que sistemáticas de proteção e

restauração sejam realizadas no nível de camada física tal como as conexões SDH/SONET

que implementam estas funcionalidades em intervalos inferiores a 60 milisegundos.

Sob o ponto de vista da Engenharia de Tráfego, uma implementação possível é a

marcação do tráfego de cada cliente com tags que indiquem uma VLAN. Cada VLAN tem

uma taxa mínima garantida, conhecida como CIR, e uma taxa máxima PIR, para tráfego

máximo. Em caso de falha do enlace, as conexões são restauradas com o uso do Resource

Reservation Protocol (RSVP), em valores no geral acima de 50ms [Bellsouth 2006].

Redes locais (LANs) utilizam da tecnologia Ethernet em taxas mais elevadas,

utilizam-se de fibras ópticas e soluções CWDM/DWDM alterando as formas de utilização e

formação de redes locais. Os limites atuais estão estabelecidos em função do tráfego de

broadcast e/ou no limite do número de endereços Media Access Control (MAC) que um

comutador (switch) poderá gerenciar.

Os switches são conectados em uma configuração que possibilite a existência de

múltiplos caminhos entre as diversas unidades do Campus Area Network (CAN). A topologia

resultante permite que o Spanning Tree Protocol, (IEEE 802.1d) seja utilizado e forneça

proteção a falhas devido a redundância.

Os mecanismos de proteção associados ao protocolo 802.1d reativam a conexão em

menos de 100 segundos. O IEEE esta estudando um novo algoritmo, o Fast Spanning Tree,

cujo objetivo seria a restauração do tráfego em menos de 10 segundos. A Figura 6 ilustra a

CAN descrita.

Page 9: Tutorial Metro Ethernet

9/21

Figura 6 - Topologia estrela com redundância para utilização do protocolo IEEE 802.1d

A utilização do switch elimina o problema de colisão e os mecanismos de controle de

fluxo associados à utilização de hubs CSMA/CD. As aplicações de configurações Full-Duplex

foram implementadas através do padrão 802.3x. A extensão desta solução nas aplicações

Gigabit Ethernet foi implementada através do padrão 802.3z. A maior parte das aplicações

CAN utiliza uma infra-estrutura de fibras multimodo e distância entre 200 metros a 500

metros.

As redes metropolitanas que interconectam pontos de presença, centros de

armazenamento de dados, centrais comerciais em áreas suburbanas através de uma infra-

estrutura de fibra com até 100 km de distância caracterizam de forma mais ampla a expressão

Ethernet óptica.

A utilização da tecnologia Gigabit Ethernet nas infra-estruturas metropolitanas

iniciou-se em 1999 após a elaboração do padrão IEEE 802.3z em 29 de junho de 1998. A

utilização progressiva desta aplicação resultou na formação de um novo grupo de estudos no

IEEE a partir de janeiro de 2000 para a elaboração de um padrão dedicado a operação desta

tecnologia na taxa de 10Gbps. Muitos fabricantes já haviam se antecipado e ofereciam

soluções nesta taxa de operação em 2001. Finalmente, em junho de 2002 o padrão IEEE

802.3ae foi apresentado.

A aplicação conjunta da tecnologia Ethernet em taxa de 10Mbps, 100Mbps, 1 Gbps e

10Gbps nas redes locais, metropolitanas e longa distância através de fibras multimodo e

monomodo, nas janelas de 850 nm, 1.310 nm e 1.550 nm, associadas às tecnologias CWDM e

DWDM constituem então a denominada Ethernet óptica.

A tecnologia Ethernet comutada (switched) foi inicialmente utilizada na agregação e

seleção de tráfego em redes locais. Uma aplicação dedicada resultante foi a criação de

Page 10: Tutorial Metro Ethernet

10/21

VLANs onde usuários localizados em diferentes pontos da rede local são selecionados em

uma tabela especifica de endereçamento formando uma rede local na qual seus serviços são

diretamente conectados.

A menor dependência das distâncias físicas proporcionada pela Ethernet Óptica

possibilita a criação de VLANs com maior simplicidade e rapidez. A norma IEEE 802.3ac, de

1998, estendeu o tamanho máximo do quadro Ethernet para 1522 bytes, permitindo o

identificador da VLAN fosse inserido no quadro.

Um provedor de Internet localizado em um POP de um anel metropolitano pode

implementar uma conexão Ponto-Multiponto com vários servidores localizados em LANs

associadas a este anel. Conexões Gigabit Ethernet podem ser utilizadas com alocação

estatística de banda. Esta opção tem substituído a utilização de canais TDM/E1/T1 com

significativa eficiência econômica e constitui-se na segunda maior aplicação de solução

Ethernet Óptica em Redes Metropolitanas.

5.2) Ethernet over Sonet/SDH (EoS)

SDH é tecnologia mais utilizada em backbones. Devido a este fato, há um grande

interesse em aproveitar a infra-estrutura existente para o transporte de quadros Ethernet. EoS

reaproveita a estrutura SDH e fornecer capacidade de transporte com excelente capacidade de

Operação, Administração e Manutenção (OAM).

Muitas empresas de telefonia nos Estados Unidos e Europa têm gastado bilhões de

dólares construindo infra-estrutura Metro Ethernet over Sonet/SDH. Essas empresas desejam

aproveitar a infra-estrutura existente para entregar os serviços da próxima geração Ethernet

(next generation Ethernet). Para tais distribuições, a gerência da largura de faixa na rede é

essencial, devido à baixa capacidade dos rings (anéis) de Sonet/SDH existentes e o fato de

que podem facilmente sobrecarregar quando usados para serviços de dados. Com o EoS, os

fornecedores de equipamentos mascaram a diferença entre dados e transporte, o que cria um

problema para a implantação da nova tecnologia.

O benefício do EoS é que adiciona serviço da rede Ethernet e preserva todos os

atributos da infra-estrutura Sonet/SDH, tais como a restauração rápida, o monitoramento do

link de qualidade e o uso da gerência de rede Sonet/SDH existente. Com EoS, mesmo com o

frame-Ethernet completo consegue-se preserva-lo, encapsulando dentro do payload do Sonet

no começo da rede e removendo no final.

Page 11: Tutorial Metro Ethernet

11/21

Figura 7 - Ethernet over Sonet

A figura 7 mostra o frame-Ethernet encapsulado dentro de um cabeçalho EoS no início

da rede. O frame-Ethernet, então é mapeado no Synchronous Payload Envelope (SPE) do

Sonet/SDH e transportado sobre o ring do Sonet/SDH.

Há duas maneiras padronizadas de transportar frames-Ethernet sobre uma rede

SONET/SDH:

LAPS - O procedimento de acesso de link no Ethernet sobre SDH é definido pelo

ITU-T, que publicou o padrão X.86 em fevereiro 2001. LAPS é um protocolo de

baixa conexão similar ao controle de link de dados High-Level (High-Level Data

Link Control - HDLC).

GFP - O procedimento genérico de quadro é também um padrão de ITU que use

o protocolo Simple Data Link (SDL) como um ponto de início. Uma das

diferenças entre GFP e LAPS é que GFP pode acomodar formatos de frame, com

restrição ao Ethernet, tal como o PPP, Fibra, fiber connectivity (FICON), e a

Enterprise Systems Connection (ESCON).

A função do EoS pode estar dentro do equipamento SONET/SDH ou no interior da

comutação de pacote. Isto cria alguns cenários interessantes de competição entre fornecedores

de equipamentos e fornecedores de redes de acesso para oferecer a conexão do Ethernet.

Na figura 8, a função do EoS é dentro do ADM. Isto normalmente é feito através da

combinação de um framer/mapper que suporte o EOS e é colocado em um line card ou

daughter card dentro do ADM. O EoS mapeando a função, adiciona uma proteção ao X.86 ou

ao GFP em torno do frame-Ethernet completo, e a função framing encapsula o frame no

SPE(Synchronous Payload Envelope) SONET/SDH. Então, o SONET/SDH SPE é

transportado através do ring SONET/SDH e começa desencapsulando o frame no final.

ADMs que contêm a função do EOS, mais outras funções tais como a concatenação virtual,

são chamados ADMs next-generation. A Figura 9 coloca a função do EOS dentro do switch.

Page 12: Tutorial Metro Ethernet

12/21

Figura 8 - Função do EoS no ADM

A diferença aqui é que o equipamento de dados e o equipamento de rede são duas

ferramentas diferentes que podem ser adquiridas por grupos operacionais diferentes dentro do

mesmo portador.

Figura 9 - Função EoS no Switch

A única responsabilidade do fornecedor é fornecer os circuitos SONET/SDH, tanto

para voz tradicional ou para circuitos leased-line. O fornecedor não habilitado fraciona por

sua vez os serviços de dados do higherlayer. Também temos que mencionar neste cenário, que

o switch do Ethernet que entrega os serviços de dados tem o controle completo dos tributários

do SONET/SDH. Este contraste está na figura 8, em que os tributários de SONET/SDH são

terminados dentro do ADM, e o switch do Ethernet vê somente uma pipe (tubulação)

concatenada do Ethernet. A Figura 10 combina o packet-switching, funções do ADM e do

EoS no mesmo equipamento.

Figura 10 - Função EoS e Comutação no ADM

O EoS introduz algumas desvantagens da largura de banda em serviços fracionados o

Metro Ethernet, devido à péssima granularidade da largura de banda dos circuitos

Page 13: Tutorial Metro Ethernet

13/21

SONET/SDH e da má combinação da largura de banda com o tamanho dos pipes Ethernet. A

concatenação virtual (VCAT) é um mecanismo usado pata aliviar tais desvantagens.

A Ethernet beneficia-se das vantagens do SDH no transporte de seus quadros,

incluindo:

Baixa latência, visto que o armazenamento em buffer é realizado apenas nos

roteadores de entrada ou saída;

Resiliência (Elástico – resilient) e Restauração, onde essas redes conseguem-se

recuperar em até 50ms em caso de queda do enlace;

Qualidade de Serviço, por se tratar de um serviço síncrono com Time-division

Multiplexing (TDM).

As operadoras telefônicas, geralmente, fornecem a seus clientes a opção de aquisição

de canais dedicados ou compartilhados. Outra possível combinação é EoS com WDM, onde

vários sinais EoS são multiplexados em uma única fibra.

Uma importante vantagem do transporte Ethernet sobre Redes SDH é a eliminação das

limitações geográficas das redes puramente Ethernet. Dessa forma, a vida útil dos sistemas

existentes é prolongada, obtendo-se, ao mesmo tempo, benefícios como gerência e resiliência

aperfeiçoadas, sem perder de vista a transição gradual para plataforma Ethernet pura, com

suas vantagens intrínsecas, como custos mais competitivos de capital e de operação e maior

aptidão para transporte eficiente de tráfego intensivo em dados.

A Figura 11 mostra um exemplo de como os serviços múltiplos, tais como serviços de

conectividade do Metro Ethernet e serviços tradicionais de TDM podem ser trasnsmitidos

sobre a mesma infra-estrutura Sonet/SDH. Se o equipamento Sonet/SDH suporta VCAT, uma

interface Gigabi Ethernet pode ser transmitido por uma concatenação do pipe 21 STS-1, outra

interface Fast-Ethernet (FE) 100Mbps pode transmitir dois STS-1s, e uma tradicional

interface DS3 pode transmitir sobre um único STS-1. Em muitos casos, a velocidade da

interface Ethernet não tem que combinar com a velocidade no Sonet/SDH.

Page 14: Tutorial Metro Ethernet

14/21

Figura 11 - Rede Metro Ethernet sobre Sonet/SDH

As funções do EoS e do VCAT são executadas no início e no fim da infra-estrutura do

SONET/SDH, e não necessariamente em cada estação SONET/SDH ao longo do caminho. Na

figura 11, ADMs 1 e 2 suportam as funções do EOS e do VCAT, quando o cross-connect

(XC) que conecta as duas funções dos rings como um tradicional cross-connect. Entretanto,

para que VCAT seja eficaz, o equipamento de SONET/SDH no ring tem que conectar os

tributários suportados pelo VCAT; caso contrário, não será adquirido ganhos na largura de

banda no anel.

Assim, se o equipamento no anel suportar a alocação dos circuitos STS-1 e o mais

elevado, o menor circuito que poderá ser alocado é um circuito STS-1. Se o equipamento

terminal suporta VCAT no nível de VT 1.5 (T1), uma largura de banda full STS-1 continua

sendo desperdiçada no ring mesmo se o CPE for alocado n*VT 1.5 através de VCAT.

Em figura 11, por exemplo, se ADMs 1 e 2 suportam VCAT down no nível de VT 1.5

(T1), e o cross-connect pode conectar somente (DS3) no nível STS-1 e, assim, não se obtêm

ganhos.

Page 15: Tutorial Metro Ethernet

15/21

Figura 12 - EoS dentro de Equipamento da Rede

Figura 13 - EoS dentro de Equipamento de Dados

O Ethernet Sonet/SDH, por si mesmo, continua sendo um serviço de transporte com

uma interface Ethernet, similar ao tradicional serviço linha privada com um T1, um DS3, ou

uma interface OCn. O EoS oferece o que é comparável a um pacote point-to-point com

serviço leased-line. Fornece uma migração fácil para carriers que oferecem serviços de rede

para adquirir, inicialmente, serviços Metro Ethernet. O EoS é uma tecnologia que mapeia

pacotes e não uma tecnologia que comuta pacotes; não oferece multiplexação de pacote o que

é necessário para add/drop (agregação/desagregação) dos serviços. Para entregar serviços de

Page 16: Tutorial Metro Ethernet

16/21

dados comutados, necessita-se introduzir funcionalidade packet-switching no equipamento

Metro Ethernet.

A falta de multiplexação de pacote para o serviço do EoS e o fato que milhares de

circuitos Point-to-Point necessitam ser alocados entre os clientes e a central de trabalho

(centraol Office - CO) cria um problema de agregação nos serviços em distribuições de

grande escala. Cada circuito individual do EoS podia ser apresentado como uma interface

separada de Ethernet no CO. Com milhares de clientes que iniciam um circuito do EoS, o CO

teria que terminar milhares de fios individuais do Ethernet.

Imagine se a rede de telefonia pública comutada (PSTN) continuasse operando com

cada linha de cliente terminada dentro do CO como um fio físico melhor do que como um

circuito lógico. Isto criaria um grande efeito patch-panel e um nightmare (pesadelo) para a

alocação e a comutação entre circuitos. Este efeito patch-panel apresenta uma escalabilidade

limitada para distribuições em grande escala do EOS.

5.3) Ethernet over WDM (EoW)

Apesar do crescente número de redes de transporte metropolitanas baseadas em

comutação Ethernet, muitas operadoras apreciam a idéia de somar as vantagens do Ethernet

com as facilidades possibilitadas pelas redes Wavelenght Division Multiplexing (WDM) e

SDH utilizando, nesse caso, técnicas como “concatenação virtual” (EoS – Ethernet over

Sonet/SDH).

WDM é uma tecnologia que permite a multiplexacão de sinais ópticos em uma única

fibra, usando para isso, diferentes comprimentos de onda (λ) de laser para cada sinal. Desta

forma, é possível transmitir vários sinais em uma mesma fibra, multiplicando a capacidade de

transmissão e adicionando a habilidade de comunicacão bidirecional. Isto é uma vantagem

grande para as operadoras, pois permite aumento da taxa de transmissão sem ter que estender

mais fibra óptica.

Sistemas WDM são classificados em duas categorias: Coarse WDM (CWDM) e Dense

WDM (DWDM). CWDM são sistemas que multiplexam até 8 comprimentos de onda (λ)

distintos por fibra, enquanto os DWDM multiplexam mais de 8 λ .

EoW é a última palavra para o fornecimento de largura de banda em Ethernet. Suas

aplicações incluem conexão entre Data Centers e transporte de vídeo. EoW, assim como EoS,

fornece o tempo de restauração de até 50 ms ou menos e apresenta uma latência muito baixa.

Assim, custeia-se especialmente no aumento da largura de banda das fibra ópticas,

concretizada pela abertura de λ em WDM e no poder de redundância e controle (via

monitores, sistema de alarmes e gerência), refletidos na proposição de valor do SDH.

Page 17: Tutorial Metro Ethernet

17/21

5.4) Ethernet over RPR (EoR)

Apesar dos fortes avanços da tecnologia IP sobre as redes de transporte das operadoras

de telefonia, os sistemas legados de comunicação ainda estão fortemente presentes nas

topologias das redes, e os serviços TDM são freqüentemente fornecidos com Service Level

Agreements (SLA) que exigem o uso de idéias de proteção em anel para recuperação do

tráfego em tempos menores que 50 ms. Já para o tráfego de dados puro, redes Metro Ethernet

têm sido implantadas, mas ainda podem trazer latências para recuperar o tráfego perdido, o

que pode causar transtornos às operadoras.

A partir de novas demandas para redes de transporte, surgiu, no final da década de 90,

uma tecnologia chamada Resilient Packet Ring (RPR) que prometia trazer a eficiência das

redes IP com a capacidade de resistência das redes SDH. Seria a melhor tecnologia se não

demandasse investimentos enormes para adaptar a rede, sem contar que o tráfego TDM ainda

permaneceria sendo fortemente utilizado, obrigando, assim, a sobreposição de redes.

Figura 14 - Rede Metro Ethernet sobre RPR

RPR possui também um papel importante no desenvolvimento de serviços de dados no

Metro Ethernet. RPR é um novo protocolo da Media Access Control (MAC) que é projetado

para otimizar a gerência da largura de banda e facilitar a distribuição de serviços de dados

sobre uma rede em anel. Os roots RPR vão para ponto back no qual o Cisco Systems adotou

uma tecnologia proprietária Data Packet Transport (DPT) para otimizar o pacote do ring na

gerência da resistência e da largura de banda. DPT encontrou sua maneira no IEEE grupo

802.17, que conduziu à criação de um padrão de RPR que diferisse da aproximação inicial de

DPT.

Page 18: Tutorial Metro Ethernet

18/21

Recentemente, as redes RPR necessitando de padronização, adquiriram recentemente

por meio da especificação IEEE 802,17. Mas ainda tinham o problema de se considerar uma

rede puramente PRP sobreposta às redes SDH existentes. E, além disso, as redes Metro

Ethernet começavam a ser implantadas, criando, naturalmente, uma barreira para uma nova

tecnologia de Rede Metro.

As redes RPR oferecem diversos níveis de garantia de Qualidade de Serviços (QoS),

que é a mais eficiente tecnologia de transporte de tráfego de pacotes e TDM em uma

plataforma única. Adicionalmente, a topologia de anel permite que a nova idéia seja

facilmente adaptada sobre redes de fibra existentes. A variedade de aplicações que essas redes

provêem passa por um grande gerador de banda que serão os serviços triple-play (vídeo,

dados e voz), e faz do RPR a solução perfeita para a agregação do tráfego desses serviços em

áreas metropolitanas.

Figura 15 - Proteção RPR

6. Comparativo entre as tecnologias de Metro Ethernet nível 1

A vantagem de RPR sobre um anel de SONET/SDH é que todos os pacotes que

provêm do anel compartilham a largura de banda completa do anel, e o mecanismo RPR

gerencia a alocação da largura de banda para evitar o congestionamento e os gargalos. Em um

anel de SONET/SDH, os tempo de TDM são alocados a cada circuito, e a largura de banda é

removida do anel se houver ou não tráfego nesse circuito.

RPR é associado de algum modo, geralmente, com os routers do que com switchs,

visto que o EoS é associado, geralmente, com os switcs do que routers. A razão para estas

associações é que DPT, historicamente, tem sido desenvolvida usando routers IP da Cisco

para entregar serviços distribuídos IP sobre um anel de pacote.

Page 19: Tutorial Metro Ethernet

19/21

A grande idéia da indústria foi integrar elementos de rede SDH de nova geração com

elementos RPR em uma plataforma única com todas as vantagens requeridas por SLAs cada

vez mais exigentes. Foi quando surgiu o termo RPR sobre SDH (RPR over SDH).

Com o uso do RPR, as redes SDH passam a ter uma dinâmica muito mais eficaz, de

forma que o planejador pode separar uma parte importante da banda disponível e trata-la

como uma rede pura, com proteção RPR, e destinar o restante da disponibilidade para o

tráfego TDM, utilizando a proteção SDH.

Uma das principais aplicações de plataforma Metro Ethernet sobre fibra óptica é o

espelhamento destes bancos em intervalos de tempo extremamente reduzido. As aplicações

SAN, redes dedicadas ao armazenamento de informações, e a necessária redução de custos

tornaram a utilização da plataforma Metro Ethernet sobre fibra óptica em áreas metropolitanas

e de longa distância uma solução extremamente atraente quando associada a aplicações

MPLS.

As tecnologias EoF, EoS e EoW foram apresentadas como modos de uso de Ethernet

em backbones. Cada uma delas têm suas peculiaridades. O EoF é voltado ao uso de Gigabit

Ethernet “puro”, sem a necessidade de operar com outras tecnologias, porém é restrito a um

alcance de 40 Km. Já o EoS é uma alternativa que leva em consideração a malha SDH

existente. Desta forma, os quadros Ethernet são apenas mais um tipo de dado para SDH, se

beneficiando de baixa latência, resiliência e qualidade de serviço. No entanto, o EoS é um

transporte não transparente, e tem-se uma carência de ferramentas de gerência. O EoW é a

modalidade que permite a maior taxa de transmissão, com o uso de diversos λ, sendo

infelizmente a tecnologia mais cara.

Pode-se então verificar que a plataforma Metro Ethernet sobre Sonet/SDH é capaz de

fornecer garantia de entrega, classe de serviço e qualidade de serviço em tempo extremamente

reduzido. Entretanto, apresenta vários inconvenientes destacados:

As tecnologias SDH/SONET foram desenvolvidas para aplicações de voz.

O mapeamento do tráfego de dados sobre os quadros SDH/SONET é

extremamente dispendioso, tecnicamente difícil e apresenta um gerenciamento

complexo.

A escalabilidade das redes ATM/SDH/SONET é tecnicamente difícil e apresenta

um custo extremamente elevado.

O tempo de aprovisionamento de novos serviços é extremamente longo.

A configuração dos quadros SDH/SONET, por ser implementada de forma rígida

e hierarquizada tornando estas tecnologias inadequadas para tráfegos não

uniformes.

Page 20: Tutorial Metro Ethernet

20/21

Novas versões destas tecnologias e técnicas de concatenação solucionam

parcialmente alguns destes problemas, mas apresentam custos e complexidade

extremamente elevados, tornando sua aplicação questionável quando comparadas

às soluções Ethernet.

O estudo mostra que não existe uma única escolha ideal para todos os cenários.

Diversos fatores devem ser analisados, como malha do NSP instalada, aplicação do cliente e

necessidade de taxa de transmissão para determinar a melhor solução.

Por fim conclui-se que a Rede Metro Ethernet mantém suas características mais

importantes: a simplicidade e flexibilidade. Desta forma, 10 Gigabit Ethernet pode operar de

diversas maneiras e fica a cargo dos responsáveis pela rede determinarem qual a melhor

solução para cada cenário em particular.

Page 21: Tutorial Metro Ethernet

21/21

Bibliografia: [1] Cisco (2006). Packet-Over_SONET/SDH. http://whitepapers.silicon.com/

[2] SAM HALABI. Metro Ethernet. Cisco Press: October, 2003. Chapter 2: Metro

Tecnologies – pages 38-56.

[3] Bellsouth (2006). Carrier Ethernet – Defined. A comparison of the key WAN transport

methods now avaialbe for delivering high-value Ethernet Services.

http://contact.bellsouth.com/business/find/

[4] MARTINS, João Paulo T. TURBO DECODIFICADORES DE BLOCO DE BAIXA

POTÊNCIA PARA COMUNICAÇÃO DIGITAL SEM FIO. Dissertação de Mestrado. Escola

Politécnica da Universidade de São Paulo. São Paulo, 2004.