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PTC2459 Tópicos Especiais em Comunicações Fev-Jul/2005 4 – Introdução às Redes ATM Celso de Oliveira

Tópicos Especiais em Comunicações Introdução às Redes ATM

Conceituação ATM – Assynchronous Transfer Mode, – é uma tecnologia de multiplexação e chaveamento (comutação) de alto desempenho, baseada em células, que utiliza pacotes de comprimento fixo para transportar diferentes tipos de tráfego de informação. Uma característica fundamental do ATM é a possibilidade de estabelecer classes de serviços. Entre as suas principais aplicações estão interconexões de LANs em alta velocidade, voz, vídeo, e multimídia em geral.

Visão geral As redes de comunicação foram originalmente projetadas para voz. Recentemente novas necessidades de comunicação apareceram, e se faz necessário evoluir as redes de forma a poder trafegar também uma variedade de outras formas de informação tais como dados e multimídia.

O ATM foi concebido com o objetivo de combinar estes vários tipos de informação de maneira eficiente. Novos serviços avançados de comunicação baseados em multiplexers e comutadores ATM, geralmente combinado com transporte SDH (ou SONET), podem ser então desenvolvidos.

Um ponto chave da sua concepção é o gerenciamento de banda, essencial ao se combinarem diversos tipos de informação na mesma rede.

Definição de ATM Nos anos 1970-1980 desenvolveu-se na área das comunicações o conceito da RDSI de banda larga (Rede Digital de Serviços Integrados de banda larga) – broadband ISDN (“Integrated Services Digital Network”), que impulsionou o desenvolvimento do ATM. Conceitualmente, o ATM pode ser considerado como uma evolução da comutação de pacotes. Da mesma forma que outras soluções de redes de pacotes tais como X.25, frame relay e TCP/IP (“Transmission Control Protocol – Internet Protocol”), o ATM integra funções de comutação (ou chaveamento) com funções de multiplex, sendo bem adaptado ao tráfego em rajadas (em contraste com a comutação convencional, adaptada por sua vez ao tráfego de perfil uniforme no tempo1), possibilitando comunicação entre dispositivos que operam em velocidade diferentes. No entanto, diferentemente das redes de pacotes, o ATM foi projetado também para apresentar alto desempenho com informação multimídia. Desta forma, ao combinar bom desempenho tanto para informação em rajadas (pacotes) como para informação de perfil uniforme (voz, multimídia, etc), o ATM pode ser a tecnologia básica para interconectar uma grande variedade de dispositivos, tais como:

• PCs, estações de trabalho e servidores

1 Nestas notas vamos nos referir a esta classe de informação, que inclui, por exemplo, voz, vídeo e combinação de voz com vídeo – filmes, genericamente por multimídia. Uma característica quase sempre presente na informação multimídia é o seu perfil uniforme no tempo, normalmente baseada em uma taxa de amostragem fixa, e portanto requerendo alocação de banda para ser adequadamente trafegada pela rede

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• Grupos Ethernet, Grupos de trabalho token-ring

• Comutadores ATM empresariais

• Multiplexers ATM

• Comutadores ATM na borda (periferia) da rede

• Comutadores ATM no backbone da rede

Por que o ATM é mais eficiente que TDM No sistema TDM2 cada usuário tem um intervalo de tempo (“time-slot”) alocado, e nenhum outro usuário pode utilizar este time-slot. Mesmo no caso de um certo usuário ter grande quantidade de informação a enviar, deve aguardar a ocorrência do próximo time-slot de tempo a ele alocado, mesmo que todos os time-slots anteriores, alocados ou alocáveis a outros usuários, estejam vazios. Ao contrário, sempre que um usuário não tenha nada a transmitir quando o seu time-slot ocorrer, este será perdido.

Por causa da sua natureza assíncrona, o ATM é mais eficiente do que as tecnologias síncronas. No caso do ATM, os time-slots se tornam disponíveis sob demanda, sendo a fonte de informação identificada no cabeçalho de cada célula ATM.

Blocos de Implementação ATM – Circuito Virtual ATM Os serviços são montados a partir de BIs – blocos de implementação (IB – implementation blocks), sendo o bloco mais fundamental um Circuito Virtual ATM, que é uma conexão fim-a-fim que possui os pontos terminais bem definidos, mas não possui banda alocada à conexão. Neste caso, a banda é alocada sob demanda, à medida que os usuários da rede gerem tráfego. Porém, o ATM também define várias classes de serviços, um recurso muito importante para ampliar as possibilidades de aplicação. Esta é a razão pela qual o ATM pode tratar com eficiência tanto informação em rajadas como multimídia.

Aproveitamento dos recursos da rede Ao oferecer simultaneamente conexões fim a fim sem alocação de banda e classes de serviços para tratamento de multimídia, o ATM consegue alto aproveitamento dos recursos da rede sem prejudicar o desempenho para tráfego multimídia.

Algumas aplicações geram inerentemente informação em rajadas, para as quais a alocação dinâmica de banda é adequada (sem alocação), entre as quais se incluem email, comunicação cliente – servidor ou estação de trabalho – servidor, ou ainda transferência de arquivos.

Tráfego em Rajadas As aplicações multimídia, apesar da sua característica mais uniforme, também podem gerar dados com um certo perfil intermitente, ou de rajadas (em geral mais lentas que os dados), e o ATM procura tirar partido deste perfil para otimizar a alocação dos recursos da rede. Vamos entender melhor: (i) mesmo a voz em uma conversação tem um perfil de rajadas, à medida que cada interlocutor fala a um tempo, e há períodos de silêncio; (ii) filmes possuem, ao longo do tempo, cenas quase estáticas e cenas muito dinâmicas, cenas intensamente coloridas e cenas obscuras, som complexo ou 2 TDM – “Time Division Multiplex” – Multiplex por divisão de tempo, a exemplo dos sistemas multiplex PCM plesiócronos e síncronos.

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silêncio, podendo ser transmitido utilizando bandas diferentes em diferentes momentos, e assim mesmo sem prejudicar o espectador com interrupções ou imperfeições de imagem ou de som.

Classes de Serviços As classes de serviço são muito convenientes para permitir que as aplicações tenham throughput3 variável sem afetar os requisitos de latência4 em uma rede única.

Escalabilidade O ATM é escalável tanto em porte de rede como em velocidade, aceitando desde links E1 (2,048Mb/s) até as hierarquia superiores de SDH a 2,5GHz e 10GHz.

Interfaces de Rede do ATM Uma rede ATM é composta por um conjunto de comutadores ATM interconectados por enlaces ATM ponto a ponto. Os comutadores ATM possuem dois tipos de interface: UNI (“User Network Interface”) e NNI (“Network Node Interface”). Uma interface UNI conecta um comutador ATM a um terminal ATM, enquanto uma interface NNI conecta dois comutadores ATM.

Roteador

LAN switch

Estaçãode

trabalho

UNI NNI NNI

Figura 1 – ATM – Interface de usuário e (UNI) Interface de nó de rede (NNI)

Formato de uma célula ATM O cabeçalho de uma célula ATM pode ter dois formatos diferentes, um para cada interface (UNI – interface de usuário ou NNI – interface de nó de rede), como mostra a Figura 2.

Os campos do cabeçalho GFC (Generic Flow Control) – raramente utilizado (=0000), é reservado para funções locais tais como a identificação de múltiplas estações partilhando uma única interface ATM.

VPI (Virtual Path Identifier) – Em conjunto com VCI, identifica o próximo destino de uma célula que passa por um comutador em direção ao seu destino.

3 throughput – quantidade de informação que trafega por um dispositivo ou canal de comunicação em um intervalo de tempo, normalmente medida em bit/s, kbit/s, etc. 4 latência – é o tempo de reação de um dispositivo ou de uma rede, associado ao atraso que a informação sofre ao trafegar

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VCI (Virtual Channel Identifier) – Em conjunto com VPI, identifica o próximo destino de uma célula que passa por um comutador em direção ao seu destino.

GFC VPIVPI

PT CLPHEC

VCIVCIPT CLP

HEC

VCIVCI

VPI

Payload (48 bytes) Payload (48 bytes)Payload (48 bytes)

Cabeçalho (5 bytes)

53bytes

8 bits Figura 2 – Formato de uma célula ATM: o cabeçalho tem sempre 5 bytes, e o payload tem sempre 48 bytes. Os cabeçalhos diferem para as interfaces UNI e NNI.

PT (Payload Type) – campo de 3 bits assim definidos: se for b1 = 0 define que a célula contém dados de usuário, e se b1 = 1, que a célula contém dados de controle. O segundo bit indica congestionamento (b2 = 1 indica congestionamento), e o terceiro bit indica se a célula é a última de um quadro (b3 = 1 indica última célula do quadro).

CLP (Cell Lost Priority) – campo de 1 bit que indica que a célula pode ser descartada em caso de congestionamento, dando preferência a células com este bit zerado.

HEC (Header Error Control) – calcula o checksum dos 4 primeiros bytes do cabeçalho, podendo assim corrigir um erro simples nestes bytes, permitindo nestes casos recuperar a célula ao invés de descartá-la.

Serviços de uma rede ATM Há três tipos de serviços numa rede ATM: (i) circuitos virtuais permanentes (PVC), (ii) circuitos virtuais comutados (SVC) e (iii) serviços sem conexão (conectionless).

PVC permite conectividade direta entre os dois sites. Pode ser comparado a uma linha alugada. Uma de suas vantagens é a garantia de existência de conexão sem exigir o procedimento de conexão entre comutadores. Uma desvantagem é, por conseguinte, é o fato de a conectividade ser estática, estabelecida manualmente. Cada equipamento entre a origem e o destino precisa ser manualmente provisionado. Além disto, neste caso a rede não apresenta resiliência5.

SVC é criado e liberado dinamicamente, permanecendo em uso apenas enquanto os dados estão sendo transferidos. Pode ser comparado a uma chamada telefônica. O controle dinâmico das chamadas exige um protocolo de sinalização entre os terminais ATM e os comutadores ATM. A principal vantagem é a flexibilidade de conexão e estabelecimento de chamada que pode ser controlado automaticamente por um dispositivo de rede. A desvantagem é a sobrecarga de sinalização necessária para estabelecer uma chamada.

5 capacidade de se recuperar facilmente (de falhas).

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O estabelecimento de uma chamada em uma rede ATM A sinalização ATM usa o método usual de conexão de todas as redes modernas de telecomunicações6. Uma conexão por uma rede ATM é realizada da seguinte maneira: inicialmente o terminal ATM de origem (fonte) envia um sinal de solicitação de conexão; esta solicitação é então propagada pela rede, e como conseqüência as conexões são estabelecidas. A solicitação de conexão chega ao destino que a aceita ou rejeita.

Roteamento O ATM possui um protocolo para roteamento (PNNI – Private Network-Network Protocol) o qual roteia conexões baseadas nos endereços da origens e do destinos, tráfego e QoS7 solicitados pela fonte. A Figura 3 ilustra o método de conexão descrito.

Terminal ATM (A)

Terminal ATM (B)

SIM SIM SIM SIM

Conexão com B Conexão com B Conexão com B Conexão com B

Figura 3 – O estabelecimento de uma conexão por uma rede ATM

As conexões virtuais do ATM O ATM é basicamente orientado a conexão, o que significa que um canal virtual (VC – “Virtual Channel”) precisa ser estabelecido ao longo da rede antes que algum dado seja transferido. Um canal virtual pode ser considerado equivalente a um circuito virtual.

Há dois tipos de conexões ATM: conexões de trajeto virtual (VP – “Virtual Path”), que são identificadas pelos identificadores de trajeto virtual (VPI – “Virtual Path Identifier”) e conexões de canais virtuais (VC – “Virtual Channel”), identificadas por uma combinação de VPI e VCI.

Um trajeto virtual é a consolidação de um conjunto de canais virtuais que são comutados de forma transparente ao longo da rede ATM, sendo as comutações baseadas em um VPI comum. Todos os VPIs e VCIs, entretanto, possuem apenas significado local, ao longo de um particular enlace, e são remapeados em cada comutador. A Figura 4 ilustra esquematicamente a consolidação (ou concatenação) de canais virtuais em trajetos virtuais.

VP

VPTrajeto de transmissão

VP

VP

VCs

VCs

VCs

VCs

Figura 4 – Consolidação de canais virtuais em trajetos virtuais.

6 por exemplo, a própria rede telefônica. 7 QoS = “Quality of Service” – Qualidade de serviço.

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A operação de um comutador ATM A operação de um comutador ATM é simples e direta. Uma célula é recebida através de um enlace em uma VCI (“Virtual Circuit Identifier”) ou uma VPI (“Virtual Path Identifier”). O comutador consulta uma tabela interna de tradução para definir a porta de saída (ou as portas de saída) e o novo VCI ou VPI da conexão naquele link. Então o comutador retransmite a célula naquele enlace de saída com os identificadores de conexão adequados. Como todos os VCIs e VPIs somente têm significado local, através de um dado enlace, estes valores são remapeados em cada comutador.

Dispositivos de uma Rede ATM Uma rede ATM é constituída basicamente de Comutadores ATM e de Terminais ATM. Um comutador ATM é o órgão que possibilita o trânsito das células ATM pela rede. A tarefa de um comutador ATM é bem definida: recebe as células de terminais ATM ou de outros comutadores ATM, lê e atualiza o cabeçalho e imediatamente chaveia a célula para uma interface de saída em direção ao seu destino. Um terminal ATM contém uma interface de adaptação à rede ATM. São exemplos de terminais ATM as estações de trabalho (“workstations”), os roteadores, os comutadores de redes locais (“LAN switches”), os codificadores e decodificadores de vídeo (“Vídeo CODECS”), etc (ver Figura 5).

Roteador

LAN switch

Estaçãode

trabalho

UNI NNI NNI

Figura 5 – Uma rede ATM é composta por comutadores ATM e terminais ATM

Os comutadores ATM podem pertencer à operadora de serviços de telecomunicações, ou a um cliente privado. Mesmo quando pertencentes a uma operadora, podem ser instalados nos prédios ou escritórios de clientes corporativos.

AAL – Níveis de adaptação do ATM – “ATM Adaptation Layer” Para que a capacidade do ATM seja devidamente aproveitada é necessário que cada aplicação utilize um AAL apropriado ao padrão de dados por ela gerado. A Tabela 1 mostra os AALs especificados e a sua principal utilização. Como AALs diferentes oferecem diferentes serviços, é responsabilidade de cada aplicação selecionar, no procedimento de conexão, o AAL que melhor se adapta às suas necessidades.

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AAL Serviços Suportados Usuários Principais

AAL 1 Emulação de Circuito (CBR) Aplicações CBR (Multimídia)

AAL 2 Baixa taxa de bit & RT-VBR Sistemas móveis (compressão)

AAL 3/4 - -

AAL 5 Dados em Pacotes Usuários de dados (principalmente IP) e sinalização

Tabela 1 – Níveis de adaptação do ATM

As Classes de Serviços do ATM Como já foi dito, o ATM é um sistema orientado a conexão. Isto significa que o usuário pode especificar os recursos requeridos dinamicamente, conexão por conexão. Há 5 classes de serviços que podem ser invocadas, cada uma das quais associada a uma determinada qualidade de serviço (QoS – “Quality of Service”), como mostra a Tabela 2.

Classe de Serviço ATM Qualidade de Serviço CBR – “Constant Bit Rate” (taxa constante de bits)

É usada para emular comutação de circuitos (similar à comutação telefônica). A taxa de ocorrência das células é constante no tempo. As aplicações são, neste caso, sensíveis à variação no atraso das células. Exemplos de uso de CBR são: (i) tráfego telefônico (n x 64kb/s), (ii) televisão e (iii) vídeo-conferência.

VBR-NRT – “Variable Bit Rate – Non Real Time” (taxa variável de bits não em tempo real)

Permite aos usuários enviar dados a taxas que variam com o tempo, dependendo da disponibilidade da informação do usuário. Neste caso se usa multiplexação estatística para otimizar o uso dos recursos da rede. Um exemplo típico de aplicação desta classe é o email multimídia.

VBR-RT – “Variable Bit Rate – Real Time” (taxa variável de bits em tempo real)

Esta classe é similar à anterior, com a única e importante diferença que pode ser utilizada de modo eficiente por aplicações sensíveis a variações de atraso. Exemplos de aplicação desta classe são: (i) voz com detecção de atividade do locutor (rajadas intercaladas de locução interrompidas por períodos de silêncio, e (ii) vídeo comprimido.

ABR – “Available Bit Rate” (taxa de bits disponível)

O usuário pode declarar qual a taxa mínima de células necessária, o que é garantido pela rede. As especificações não obrigam que o sistema garanta uma variação máxima no atraso das células, porém os comutadores, em geral, procuram minimizar esta variação. Da mesma forma, não existe uma especificação de taxa máxima de perda de células. Dependendo da situação de congestionamento da rede, o usuário pode ser solicitado a controlar a sua

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taxa de informação. Aplicações típicas desta classe são (i) email e (ii) transferência de arquivos.

UBR – “Unespecified Bit Rate” (taxa de bits não-especificada)

Esta classe compreende todos os casos não cobertos anteriormente, sendo largamente utilizada hoje em dia pelo tráfego TCP/IP.

Tabela 2 – Classes de Serviço ATM

ATM – Medida da Qualidade da Comunicação A qualidade da comunicação proporcionada por uma rede ATM é medida através de certos parâmetros técnicos de qualidade, de tal forma que, dependendo do particular serviço em questão, alguns destes parâmetros são mais relevantes ou críticos (e podem ser controlados de alguma forma), sendo outros, eventualmente, menos importantes. Estes parâmetros técnicos estão brevemente descritos na Tabela 3.

A flexibilidade do ATM para compor a espinha dorsal (“backbone”) de uma rede digital capaz de trafegar informações de diferentes naturezas reside na existência das classes de serviço, e da sua relação com os parâmetros técnicos anteriormente descritos. Claramente, cada classe de serviços atende a uma combinação específica deste parâmetros técnicos, o que lhe confere determinadas capacidades adequadas a certos serviços específicos, conforme mostra a Tabela 4.

As Normas de Padronização do ATM Várias normas de padronização se aplicam ao ATM, cobrindo os diversos aspectos de serviços e de inter-funcionamento com outras redes ou sistemas. A primeira, e mais básica, é aquela que descreve em detalhe os serviços fim-a-fim descritos no tópico anterior. Uma outra especifica o inter-funcionamento com “frame-relay”8.

Outras normas conhecidas como ATM-UNI – “ATM user network interface” estabe-lecem como o usuário deve se conectar para acessar estes serviços. Destacam-se as conexões com enlaces E1 (2,048Mb/s), e as várias hierarquias SDH (155Mb/s, 622Mb/s, etc). Por exemplo, a interface com SDH a 155Mb/s foi especificada tanto para fibra monomodo (para áreas extensas) como para pares de fibra multimodo não blindadas, de custo mais baixo, convenientes para aplicações internas em edifícios, por exemplo.

8 Frame-relay é uma tecnologia mais antiga de comunicação de dados que também utiliza circuitos virtuais utilizando quadros de comprimento variável entre os usuários.

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Parâmetro de Qualidade Definição CLR – “Cell Loss Ratio” (taxa de perda de células)

Porcentagem de células não entregues ao des-tino devido a congestionamento e transborda-mento de buffers.

CTD – “Cell Transfer Delay” (atraso de transferência das células)

O atraso sofrido por uma célula entre o ponto de entrada e o ponto de saída da rede ATM. Inclui (i) o tempo de propagação, (ii) atrasos em filas, atrasos na comutação nos comu-tadores intermediários, e o tempo de execução dos serviços.

CDV – “Cell Delay Variation” (variação do atraso das células)

É a medida da variação do atraso ocorrido na transferência das células. Variações altas po-dem prejudicar tráfegos sensíveis a variação de atraso, a exemplo de voz e vídeo.

PCR – “Peak Cell Rate” (taxa de pico de células)

É a máxima taxa de células que o usuário vai transmitir (o inverso do intervalo mínimo de chegada das células).

SCR – “Sustained Cell Rate” É a taxa média de transferência de células, medida num intervalo de tempo longo, nor-malmente a duração de uma conexão.

BT – “Burst Tolerance” Determina a máxima rajada que pode ser envia-da à taxa máxima. É utilizada pelos algoritmos de controle de tráfego da rede.

Tabela 3 – Parâmetros de Qualidade do ATM para medida da qualidade da comunicação

Classe de Serviço

Parâmetros de Qualidade ↓

CBR VBR-NRT VBR-RT ABR UBR

CLR (“Cell Loss Ratio”) X X X X CTD (“Cell Transfer Delay”) X X CDV (“Cell Delay Variation”) X X X PCR (“Peak Cell Rate”) X X X X SCR (“Sustained Cell Rate”) X X BT @ PCR (“Burst Tolerance at Peak Cell Rate condition”)

X X

Controle de Fluxo X Tabela 4 – Associação das classes de serviços com os parâmetros de qualidade

IP sobre ATM O fórum ATM (ATM forum9) definiu o inter-funcionamento de redes IP e ATM, especificando o mapeamento de datagramas IP sobre ATM (ARTMARP – Address

9 The ATM Forum is an international non-profit organization formed with the objective of accelerating the use of ATM (Asynchronous Transfer Mode) products and services through a rapid convergence of interoperability specifications. In addition, the Forum promotes industry cooperation and awareness.

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Resolution Protocol) – solicitações e respostas, – utilizando o nível de adaptação 5 do ATM (AAL-5).

O interesse de se especificar o interfuncionamento destas tecnologias é permitir a implementação de uma rede com espinha dorsal (“backbone”) ATM, considerada por muitos como ideal para compatibilizar tráfegos de naturezas diversas, com redes IP, inegavelmente um protocolo de facto que se popularizou através da Internet, e que oferece algumas restrições à transmissão de tráfego sensíveis a variações de atraso (por exemplo, multimídia).

Emulação de Redes Locais em ATM Interfuncionamento ATM – Ethernet LAN Emulation – (LANE) é um padrão que dá ao ATM as mesmas funcionalidades das redes locais tradicionais tais como Ethernet e Tolken Ring. A Figura 6 compara uma LAN física com uma LAN emulada por uma rede ATM.

Apesar da Ethernet tradicional a 10Mb/s ter-se estabelecido como uma tecnologia aberta, fácil de usar, versões mais rápidas de Ethernet (a 1Gb/s e a 10Gb/s) podem inegavelmente oferecer muitas vantagens, especialmente quando acopladas com ATM.

O ATM possui características superiores de desempenho que incluem re-roteamento automático em caso de falha, procedimentos de controle de tráfego (engenharia de tráfego), qualidade de serviço fim-a-fim assegurada (QoS) e classes de serviços selecionáveis pelo usuário (CoS).

Alguns benefícios básicos da Ethernet são a simplicidade, a sua larga utilização e a grande aceitação como solução para redes corporativas e, em alguns casos, para redes metropolitanas. Entretanto, a Ethernet não possui robustez comparável às tecnologias tradicionais das operadoras de Telecomunicações (rede Telefônica, por exemplo)10. A Ethernet também não desfruta de mecanismos adequados de engenharia de tráfego, controle de resiliência e da qualidade de serviço requeridos por uma rede moderna. Neste sentido, a combinação das duas tecnologias pode resgatar o melhor de cada uma delas, e por isto é defendida por muitos como uma solução ideal.

RoteadorLAN switch RoteadorLAN switch

RedeATM

LAN FÍSICA 10 tipicamente, disponibilidade de serviços de 99,999%.

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Figura 6 – uma rede ATM pode emular uma LAN física

Voz sobre ATM Serviços de voz em tempo real têm sido oferecidos tradicionalmente por técnicas de comutação de circuitos (centrais de comutação telefônica analógicas ou digitais, equipamentos multiplex PCM, etc). Seria natural mapear estes circuitos em ATM usando trajetos virtuais permanentes com taxa constante de bits (CBR – PVCs). Este procedimento é chamado de emulação de circuito (“circuit emulation”) e, como já foi explicado, não otimiza a utilização dos recursos do sistema, um vez que banda é dedicada a este tipo de tráfego sem que seja necessariamente utilizada em determinados momentos.

Com a evolução da tecnologia, a característica inerente de intermitência da voz, aliada a algoritmos sofisticados de compressão permitem cursar voz por redes ATM usando, por exemplo, conexões utilizando a classe de serviços ATM VBR-RT (“Variable Bit Rate – Real Time”). Esta técnica, quando utilizada para voz, tira proveito da característica intermitente da voz, com som intercalado com períodos de silêncio.

Vídeo sobre ATM A forma mais direta para trafegar vídeo por uma rede ATM é através de emulação de circuito (utilizando o nível de adaptação 1 do ATM (AAL 1) com taxa constante de bits (CBR). Porém, similarmente ao caso anterior, este procedimento não otimiza a utilização dos recursos da rede. Um exemplo de aplicação deste modo de operação é o sistema de vídeo conferência baseada em comutação de circuitos, com quadros compactados em JPEG (“motion JPEG”) à velocidade de 10Mb/s.

Mais recentemente o fórum ATM (“ATM forum”) especificou o uso do nível de adaptação 5 do ATM para MPEG-211 em aplicações de vídeo sob demanda. É claro que este procedimento faz uso muito mais eficiente dos recursos da rede (os dados são transmitidos em pacotes, sem comutação de circuitos).

Aplicações de ATM A tecnologia ATM pode ser aplicada a uma variedade de ambientes de rede conforme ilustrado no diagrama da Figura 7 – Aplicações de ATM.

Redes Privadas Virtuais (VPN) Multimídia Serviços típicos de empresas, incluindo interligação de Redes Locais – LANs, interligação de servidores e terminais, comunicação de voz (por exemplo telefonia e teleconferência) e comunicação de vídeo (videoconferência, por exemplo), podem ser oferecidos com qualidade e com vantagem econômica através de backbones que combinam a tecnologia ATM de comutação e multiplexação com transporte SDH. Este tipo de instalação pode incluir equipamentos localizados nas dependências do usuário, e em geral os serviços são prestados garantindo conectividade e qualidade assegurada fim-a-fim, para interligar diferentes unidades (filiais, escritórios, etc) de uma corporação.

11 MPEG (“Moving Picture Experts Group”) define um conjunto de normas que especificam codificação de vídeo e de áudio “surrounding”, e também o sincronismo entre vídeo e áudio durante a execução de programas codificados em MPEG.

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BackboneATM

Banda largaresidencial

Backbone daInternet

Backbone daInternet

Redes PrivadasVirtuais

Multimídia

Intraestruturadas operadoras

WAN (LANE)Backbone

Frame Relay

Figura 7 – Aplicações de ATM

Infraestrutura das operadoras Algumas operadoras públicas de serviços de comunicações decidiram implementar infra-estruturas ATM para aproveitar melhor a sua rede de transporte existente – fibras e equipamentos SDH, – e assim melhorar a qualidade, a competitividade e a diversidade dos serviços oferecidos.

Backbone da Internet Da mesma forma, provedores de serviços pela Internet (ISPs) podem desenvolver infra-estruturas ATM para poder ampliar a variedade de serviços oferecidos, podendo habilitar classes de serviços de Internet e serviços de VPN.

Banda Larga Residencial A convergência de serviços de telecomunicações (voz, email, rádio, TV, TV iterativa, vídeo sob demanda, etc) para assinante residencial pode ser baseada em infra-estrutura ATM de comutação e multiplexação. Naturalmente esta estrutura deve ser complementada por soluções viáveis de transporte: (i) backbone de fibras e equipamentos SDH, e (ii) soluções para a última milha que podem variar desde o par de cobre com voz e dados por modem ADSL, cabo coaxial (CATV), acesso fixo por rádio – FRA (“Fixed Radio Access”), ou até mesmo a solução mais sofisticada, fibra até a residência – FTTH (“Fiber To The Home”).

WAN (LANE) Especificamente desenvolvido para possibilitar a interligação de LANs em áreas metropolitanas, visando unificar as redes locais por exemplo de escritórios ou agências de uma corporação12, o protocolo de emulação de redes locais em ATM – LANE – possibilita alto nível de segurança e de desempenho.

Backbone Frame Relay Operadoras que oferecem serviços de conexões do frame relay podem estabelecer um backbone ATM para expandir os serviços rapidamente (o que é garantido pelo

12 Um bom exemplo seriam as agências bancárias em bairros das grandes cidades ou mesmo em cidades diferentes

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interfuncionamento ATM – frame relay), e ao mesmo tempo podem planejar a introdução gradual de serviços mais avançados.

ATM & SDH – Arquitetura de rede NGN (“New Generation Networks”) – Redes de Nova Geração Uma rede composta por comutadores e multiplexers ATM combinados com SDH para transporte por fibra é sem dúvida uma solução interessante para constituir a espinha dorsal de uma rede de telecomunicações de nova geração. Uma tal rede tem os elementos necessários para o desenvolvimento de serviços corporativos e residenciais que podem incluir comunicação de voz dados e vídeo, ou genericamente, multimídia.

Há várias formas para se acessar uma rede ATM, desde um desktop ATM, Redes Ethernet, Redes de telefonia celular, Redes de telefonia fixa, ou acessos ADSL, entre outros. Uma rede ATM possui como elemento básico as classes de serviços aplicáveis diretamente aos serviços nativos ATM, e extensíveis a serviços baseados em IP (“Internet protocol”), em Frame Relay ou em Comutação de Circuitos em geral. O ATM acomoda a natureza inerentemente intermitente das aplicações de dados, voz e vídeo em uma estrutura única e versátil de pacotes, e ainda tirando ainda partido da compressibilidade destes tipos de dados, resultando em ótimo aproveitamento dos recursos da rede, evitando desperdício de banda. A Figura 8 mostra uma arquitetura típica de rede ATM que tira partido da insensibilidade à distância, característica de uma rede ATM & SDH, mostrando que os usuários podem acessar uma variedade de servidores dedicados a cada tipo de serviço.

Esta arquitetura pode ser considerada revolucionária quando comparada com a das redes tradicionais, à medida que a sua espinha dorsal não utiliza comutadores de circuitos tais como as centrais de comutação telefônica. Em seu lugar, comutadores de pacotes ATM realizam o roteamento das chamadas, simultaneamente com a comutação de pacotes de dados de tráfegos de outra natureza (dados, multimídia, etc). Nesta arquitetura avançada de rede, a inteligência de estabelecimento e controle de chamada não é mais uma função do comutador (como é o caso convencional das centrais telefônicas), e sim de um servidor de chamadas centralizado, que pode estar a dezenas ou centenas de quilômetros de distância do usuário, e pode gerenciar centenas de milhares de usuários.

É oportuno observar que esta arquitetura de rede pode também utilizar um backbone de faixa larga com tecnologia IP & SDH (IP combinado com SDH) em lugar de ATM & SDH. Afinal, ATM e IP (com SDH) são apenas duas implementações de redes de transporte baseadas em pacotes. Entretanto, esta comparação deve ser feita em maior nível de detalhe para que se possa chegar a uma conclusão objetiva. Além disto, será sempre necessário um meticuloso projeto de redes que leve em conta os serviços pretendidos, o perfil de tráfego, a qualidade requerida e os aspectos econômicos. Em especial, o desempenho do sistema para aplicações como voz sobre IP (VoIP) ou ATM, vídeo sobre IP (VoIP) ou ATM, devem ser detalhadamente analisadas antes de se definir a estratégia de rede mais adequada.

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Servidores Chamadas Roteamento Vídeo Multimídia

Backbone de faixa largaATM & SDHTransporte

Acesso

Fibra, Cabo, Rádio

Figura 8 – Arquitetura de rede de faixa larga baseada em ATM e SDH

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