Administração e Projeto de Redes

1. Administração e Projeto de Redes Material de apoio Tecnologias de Redes WAN (X25, Frame Relay, ATM e MPLS) Cap.13 20/01/2010

2. Esclarecimentos • Esse material é de apoio para as aulas da disciplina e não substitui a leitura da bibliografia básica. • Os professores da disciplina irão focar alguns dos tópicos da bibliografia assim como poderão adicionar alguns detalhes não presentes na bibliografia, com base em suas experiências profissionais. • O conteúdo de slides com o título “Comentário” seguido de um texto, se refere a comentários adicionais ao slide cujo texto indica e tem por objetivo incluir alguma informação adicional aos conteúdo do slide correspondente. • Bibliografia básica: KUROSE, James F.; ROSS, Keith. Redes de Computadores e a INTERNET - Uma nova abordagem. Pearson. : , 2004.

3. Protocolo X-25 • X.25 é uma recomendação do antigo CCITT (Comitê Consultivo Internacional de Telegrafia e Telefonia), definindo o Protocolo de Acesso a uma Rede de Comunicação de Dados por Comutação de Pacotes (década de 1970). • O X.25 é um conjunto de protocolos aderente às três primeiras camadas do Modelo OSI, definindo uma disciplina de comunicação entre terminais e uma rede pública ou privada. • Esta disciplina regulariza o estabelecimento de chamada, transmissão de dados, desconexão e controle do fluxo de dados. • O Canal Físico de Comunicação pode estabelecer comunicação simultânea com até 4095 circuitos virtuais com outros equipamentos ligados a Rede de pacotes. • O X25 suporta, de modo transparente, protocolos de níveis superiores como o TCP/IP e o SNA em verdadeiras redes WANs por um baixo custo agregado a solução. • O esquema de endereçamento usado pelas redes X.25 é dado por uma norma padrão conhecida como X.121. Similar aos números de telefone, uma atribuição de um provedor popular inclui um código de área baseado na localização geográfica.

4. Níveis do X.25 (1/2) • Nível Físico: • Define as características mecânicas e elétricas da interface do Terminal e Rede. O padrão adotado é a interface serial RS-232, adotado internacionalmente pelo ITU-T como V.24. Para as velocidades de acesso igual ou superior a 64 kbps, a interface normalmente utilizada é a V.35 ou V.36 (V.11). • Nível de Quadros (Enlace): • Nível de quadros (Nível 2) estabelece o protocolo de linha usado para: inicializar, verificar, controlar e encerrar a transmissão dos dados na ligação física entre o DTE (Host) e a Rede de Pacotes (X25). • Este nível é responsável pela troca eficiente de dados entre o Terminal (host) e a Rede, pelo sincronismo da conexão, deteção e correção de erros através de retransmissões, identificação e informação de procedimentos de erro para o nível acima (Rede) para recuperação.

5. Níveis do X.25 (2/2) • Nível de Pacotes (Rede): • Nível de pacotes (Nível 3) define como as chamadas são estabelecidas, mantidas e terminadas, e como os dados e informações de controle são formatados ou empacotados. • O endereçamento nesse nível é independente daquele utilizado pelas camadas inferiores. Entre dois endereços de rede, pode existir mais de uma conexão de rede estabelecida (múltiplos circuitos virtuais). • O nível de pacotes também pode fornecer serviços de controle de fluxo e sequenciamento de informações transmitidas para dada conexão de rede.

6. Características sistêmicas do X25 • Conectividade: • O padrão X.25 é aceito por um grande número de países, além de permitir conexões com máquinas de arquiteturas diferentes. • Velocidade do serviço: • Não superior a 2Mbps. Normalmente até 9,6 Kbps. • Custo: • Existem vários parâmetros para definição da tarifação: por segmento transmitido (volume de dados), tempo de conexão ativa, distância, etc.. • Flexibilidade: • Várias formas de subscrição, tais como: Grupo Fechado, Seletivo, Tarifação Reversa, etc.. • X25 não é aplicável para comunicação de voz e multi-midia. • Confiabilidade: • As redes públicas de dados (PSDNs) são muito confiáveis em termos de erros de transmissão porque o protocolo X25 tem mecanismos próprios de garantia da integridade dos dados que ele trata, recuperando os erros quando ocorrem (usando técnica de retransmissão). • Segurança da informação: • Rede segura. Formação de redes privativas (formando grupo fechado).

7. Protocolo Frame Relay • Uma rede Frame Relay é sempre representada por uma nuvem, já que ela não é uma simples conexão física entre dois pontos distintos. A conexão entre esses pontos é feita através de um circuito virtual (Virtual Circuit) configurado com uma determinada banda (bps). • Os pacotes desta tecnologia são chamados quadros (ou frames) e cada quadro possui as informações necessárias para ser enviado ao destino correto. • Embora não confiável por somente detetar erro mas não corrigí-los e não oferecer confirmação de entrega dos pacotes (serviço de melhor esforço, “best effort”), o Frame Relay é bom na prática de uso por causa da boa qualidade e confiabilidade dos links de comunicação (taxa de erro baixa) e a existência de camadas superiores de software que podem oferecer o serviço de deteção e recuperação de erros nos hosts com maior eficiência. • Frame Relay utiliza-se de circuitos virtuais identificados pelo seu DLCI – Data Link Connection Identifier (nº do CV) (sua funcionalidade segue a definição de CV já estudada).

8. Circuito Virtual - CV • O link físico de comunicação admite múltiplos circuitos virtuais ativos simultaneamente. • Um CV é um circuito de dados virtual bidirecional entre 2 portas quaisquer da rede que funciona como se fosse um circuito dedicado. • Existem 2 tipos de Circuitos Virtuais: • Permanente: Permanent Virtual Circuit (PVC). • Chaveado: Switched Virtual Circuit (SVC). • O PVC é um circuito virtual permanente configurado pelo Administrador da rede através de um sistema de Gerência de Rede, como sendo uma conexão permanente entre 2 pontos. A rota através dos equipamentos de rede pode ser alterada caso ocorram falhas ou reconfigurações, mas as portas de cada extremidade são mantidas fixas. • O SVC é um circuito virtual chaveado, que é disponibilizado na rede de forma automática, conforme a demanda ou a regra de seu acionamento em caso de contingência (falha do acesso principal).

9. LMI - Local Management Interface • É o protocolo que o roteador utiliza para comunicar-se com o primeiro switch Frame Relay na nuvem. • O LMI é executado somente entre o roteador e o switch Frame Relay, não sendo transportado através da nuvem. • Ele permite a criação dinâmica de circuitos virtuais através da nuvem Frame Relay.

10. CIR e Taxa de Transmissão • CIR - Committed Information Rate: é a taxa mínima de transferência de dados garantida pelo contrato com o cliente e é programada na rede FR. É o volume de dados a cada segundo que a rede garante entregar. Acima disso os pacotes podem ser descartados pela rede (nos casos de congestionamento). Existem diferentes taxas de CIR (CIR - Committed Information Rate). Por exemplo, acesso de 512 Kbps e CIR de 256 Kbps. • O mecanismo de controle de congestionamento é tratado dentro de informações que o pacote FR carrega e processamento nos nós de rede FR. • Quanto maior o CIR selecionado em relação à velocidade do acesso, maior a garantia de tráfego e conseqüentemente maior o custo do enlace (link). CIR = 0 significa que não existe garantia de entrega dos pacotes (serviço de transmissão de “melhor esforço” – “best effort”). • O Frame Relay tem custo mais baixo do que uma linha privada. • O cliente contrata uma capacidade mensal em Kbps (largura de banda) e um CIR desejado. • O link em Frame Relay normalmente está disponível nas seguintes capacidades: 64 Kbps,128 Kbps, 256 Kbps, 512 Kbps, 1024 Kbps e 2048 Kbps.

11. Arquitetura • Uma rede Frame Relay é composta por: • Equipamentos de usuários (estações de trabalho, servidores, computadores de grande porte, etc.) e suas respectivas aplicações. • Equipamentos de acesso com interface Frame Relay (bridges, roteadores de acesso, dispositivos de acesso Frame Relay - FRAD, etc.). • Equipamentos de rede (switches, roteadores de rede, equipamentos de transmissão com canais E1 ou T1, etc.).

12. Comparação X25 – FR - IP • Tecnologias X.25 e Frame Relay: • Tecnologias de redes de longa distância. • Orientados à Circuitos Virtuais. • Origem no mundo da telefonia. • Podem ser usadas para transportar datagramas IP. • IP versus X.25: • X.25 entrega fim a fim confiável e sequencial – a inteligência de transmissão confiável dos pacotes está na rede (deteção e recuperação dos erros por repetição). • IP entrega fim a fim não confiável e não sequencial (devido aos descartes de pacotes) – a inteligência de transmissão confiável dos pacotes está nos Hosts.

13. ATM – Asynchronous Transfer Mode • O ATM é uma tecnologia de comunicação de dados de alta velocidade usada para interligar redes locais, metropolitanas e de longa distância para aplicações de dados, voz, áudio, e vídeo. • A tecnologia ATM utiliza o processo de comutação de pacotes, tratando o envio de informações com diferentes requisitos de tempo de atraso, confiabilidade e funcionalidade (prioridade de tráfego) que são contratados. • Basicamente a tecnologia ATM fornece um meio para enviar informações através de uma rede de dados, dividindo essas informações em pacotes de tamanho fixo denominados células (cells). Cada célula carrega um endereço que é usado pelos equipamentos da rede para determinar o seu destino. • Uma célula possui 53 bytes, sendo 48 bytes para a informação útil e 5 bytes para o cabeçalho. • Cada célula ATM enviada para a rede contém uma informação de endereçamento que estabelece uma conexão virtual entre origem e destino. Este procedimento permite ao protocolo implementar as características de multiplexação estatística e de compartilhamento de portas.

14. Rede ATM • Uma rede ATM é composta por: • Equipamentos de usuários (PCs, estações de trabalho, servidores, computadores de grande porte, PABX, etc.) e suas respectivas aplicações; • Equipamentos de acesso com interface ATM (roteadores de acesso, hubs, switches, bridges, etc.); • Equipamentos de rede (switches, roteadores de rede, equipamentos de transmissão com canais E1 / T1 (2Mbps / 1,5Mbps) ou de maior banda, etc.). • A rede ATM é sempre representada por uma nuvem, já que ela não é uma simples conexão física entre 2 pontos distintos. A conexão entre esses pontos é feita através de rotas ou canais virtuais (virtual path / channel) configurados com uma determinada banda. A alocação de banda física na rede é feita célula a célula, quando da transmissão dos dados.

15. ATM - Conexões Virtuais • A figura a seguir ilustra esse conceitos. • A partir desses conceitos, definem-se 2 tipos de conexões virtuais: • VPC (Virtual Paths Connection): é a conexão de rota virtual definida entre 2 equipamentos de acesso ou de usuário. Uma VPC é uma coleção de VPs configuradas para interligar origem e destino. • VCC (Virtual Channel Connection): é a conexão de canal virtual definida entre 2 equipamentos de acesso ou de usuário. Uma VCC é uma coleção de VCs configuradas para interligar origem e destino.

16. Uso do ATM • Outras tecnologias, tais como Fast Ethernet, Gibabit Ethernet e TCP/IP, têm sido adotadas com grande freqüência em redes de dados. • O uso de interfaces ATM diretamente aplicadas em PCs, estações de trabalho e servidores de alto desempenho não tiveram boa aceitação (custo e complexidade da tecnologia). • As operadoras de telecom têm utilizado o ATM no backbone (núcleo) de suas redes de telecom e dessa forma economizam nos meios de comunicação.

17. Camada de Adaptação ATM (AAL) (1/3) • AAL: é responsável pelo fornecimento de serviços para a camada de aplicação superior. • A sub-camada CS (Convergence Sublayer) converte e prepara a informação de usuário para o ATM, de acordo com o tipo de serviço, além de controlar as conexões virtuais. • A subcamada SAR (Segmentation and Reassembly) fragmenta a informação para ser encapsulada na célula ATM. • A camada AAL implementa ainda os respectivos mecanismos de controle, sinalização e qualidade de serviço.

18. Camada de Adaptação ATM (AAL) (2/3) • Camada de Adaptação ATM (AAL): “adapta” camadas superiores (aplicações IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo. • AAL presente apenas nos sistemas finais, não nos comutadores ATM (“switches”). • O segmento da camada AAL (campo de cabeçalho/trailer e de dados ) são fragmentados em múltiplas células ATM. • analogia: segmento TCP em muitos pacotes IP.

19. Camada de Adaptação ATM (AAL) (3/3) Dados de usuário AAL PDU célula ATM • Diferentes versões da camada AAL, dependendo da classe de serviço ATM: • AAL1: para serviço CBR (Taxa de Bit Constante), ex. emulação de circuitos. • AAL2: para serviços VBR (Taxa de Bit Variável), ex., vídeo MPEG. • AAL5: para dados (ex., datagramas IP).

20. ATM – Classes de Serviço – Camada AAL • O serviço CBR (Constant Bit Rate) é aplicado a conexões que necessitam de banda fixa (estática) devido aos requisitos de tempo bastante apertados entre a origem e o destino. • Aplicações típicas deste serviço são: áudio interativo (telefonia), distribuição de áudio e vídeo (televisão, pay-per-view, etc), áudio e vídeo on demand, e emulação de circuitos TDM. • O serviço VBR (Variable Bit Rate) pode ser de tempo real ou não. Na modalidade tempo real (rt - VBR), é aplicado a conexões que tem requisitos apertados de tempo entre origem e destino e a taxa de bits pode variar. • Aplicações típicas deste serviço são voz com taxa variável de bits e vídeo comprimido (MPEG, por exemplo). • VBR na modalidade não tempo real (nrt-VBR), o nrt-VBR destina-se à conexões que, embora críticas e com requisitos de tempo apertados, podem aceitar variações na taxa de bits. • Aplicações típicas deste serviço são os sistemas de reserva de aviação, home banking, emulação de LANs e interligação de redes com protocolos diversos (interação com redes Frame Relay, etc.).

21. ATM – Classes de Serviço – Camada AAL • O serviço ABR (Available Bit Rate) é aplicado a conexões que transportam tráfego em rajadas que não necessitam da garantia de banda, variando a taxa transferência de bits de acordo com a disponibilidade da rede ATM. • Aplicações típicas deste serviço também são as interligações entre redes (com protocolo TCP/IP, entre outros) e a emulação de LANs onde os equipamentos de interfaces têm funcionalidades ATM. • O serviço UBR (Unspecified Bit Rate) é aplicado à conexões que transportam tráfego que não tem requisitos de tempo real e cujos requisitos e atraso ou variação do atraso são mais flexíveis. • Aplicações típicas deste serviço também são as interligações entre redes e a emulação de LANs que executam a transferência de arquivos e emails.

22. Quadro-resumo comparativoServiços Camada AAL-ATM Guarantias Arquitetura de Rede Internet ATM ATM ATM ATM Modelo de Serviço melhor esforço CBR VBR ABR UBR Aviso de Congestão não (avaliado pelas perdas) não há congestão não há congestão sim não Banda não taxa constante taxa garantida mínimo garantido não Perda não sim sim não não Ordem não sim sim sim sim Tempo não sim sim não não

23. Histórico:MPLS – Multi Protocol Label Switching • Quando a tecnologia ATM foi lançada, esperava-se que ela dominasse o mercado de redes devido às suas altas velocidades e adequação aos diversos tipos/ formatos de informação, porém a tecnologia ATM mais cara e complexa que a tecnologia Ethernet e o IP não teve boa aceitação no uso nas LANs. • Para aumentar a eficiência da rede IP (que usa roteamento que é um processo lento) foi criada a tecnologia LBS - Label Based Switching, que usa chaveamento de pacotes (processo leve e rápido) sem alteração significativa da tecnologia IP. Isso possibilitou a utilização do que há de melhor nas redes baseadas em pacotes (redes IP) e nas redes orientadas a conexão (como redes ATM). • O MPLS disponibiliza os serviços de QoS, Engenharia de Tráfego (Traffic Engineering) e VPN para uma rede baseada em IP. • Com a implementação do QoS pode-se diferenciar diversos tipos de tráfegos e tratá-los de forma distinta, dando prioridades diferenciadas às aplicações.

24. Como Funciona o MPLS ? (1/2) • Em uma rede IP convencional, os pacotes de dados são roteados com base nas informações contidas em seus cabeçalhos (headers) e nas informações que cada roteador dispõe sobre o alcance e a disponibilidade dos outros roteadores da rede. • O MPLS fornece meios para mapear endereços IP em rótulos simples e de comprimento fixo utilizados por diferentes tecnologias de encaminhamento e chaveamento de pacotes. Este mapeamento é feito apenas uma vez no nó na borda da rede MPLS. • A partir daí o encaminhamento dos pacotes é feito utilizando-se a informação contida em um rótulo (label) inserido no cabeçalho do pacote. Este rótulo não traz um endereço e é trocado em cada switch. • O chaveamento de dados a altas velocidades é possível por que os rótulos de comprimento fixo são inseridos no início do pacote e podem ser usados pelo hardware resultando em um chaveamento rápido. • Os roteadores estão capacitados a decidirem o encaminhamento mais adequado com base em tais rótulos. O MPLS evita o esquema de intenso processamento do roteamento convencional.

25. Como Funciona o MPLS ? (2/2) • A figura mostra o funcionamento básico do protocolo MPLS, através do trajeto percorrido pelo pacote IP. Verifica-se que o pacote recebe um label quando ingressa na nuvem MPLS, passa por comutadores (LER e LSR) dentro da rede da operadora, sendo que este label é retirado na saída da nuvem MPLS. MPLS LER - Label Edge Router LSR - Label Switching Router

26. MPLS: Componentes da Arquitetura (1/3) • Label Edge Router (LER): • Um nó MPLS que conecta um domínio MPLS com um nó fora deste domínio. • Label Switching Router (LSR): • O LSR é um nó do MPLS. Ele recebe o pacote de dados, extrai o label do pacote e o utiliza para descobrir na tabela de encaminhamento qual a porta de saída e o novo rótulo. • Para executar este procedimento o LSR tem apenas um algoritmo utilizado para todos os tipos de serviço. • A tabela de encaminhamento pode ser única ou existirem várias, uma para cada interface.

27. MPLS: Componentes da Arquitetura (2/3) • Label: • O Label (Rótulo) é um conjunto de bits de comprimento fixo e tamanho reduzido que é agregado ao pacote IP que entra na rede MPLS. Ele terá informações do CV (circuito virtual) e da identificação da qualidade de serviço definido na FEC, a seguir. • Foward Equivalence Class (FEC): • A Foward Equivalence Class (FEC) é a representação de um grupo de pacotes que tem os mesmo requisitos de prioridade no QoS definido para o seu transporte na rede MPLS. Para todos os pacotes nessa classe de serviço é fornecido o mesmo tratamento de prioridade na rota da rede MPLS até o ponto de saída da mesma, quando o Label é removido. • No MPLS, a atribuição da FEC é feita apenas uma vez, no LER (Label Edge Router), quando o pacote entra na rede. • A FEC atribuída ao pacote é codificada e colocada no Label do pacote MPLS quando ele acessa o LER (Label Edge Router) de entrada na rede MPLS e não será alterada até sua remoção no LER de saída da rede na rota ao host destino.

28. MPLS: Componentes da Arquitetura (3/3) • Label Switching Path (LSP) • No MPLS a transmissão de dados ocorre em caminhos chaveados a rótulo (LSPs). • O LSP é estabelecido quando o primeiro pacote IP de uma sessão entre 2 hosts chega ao LER de entrada na rede MPLS e ali é tratado e será formado o caminho até o LER de saída, passando pelos LSR intermediários da rota definida. • Label Distribution Protocol (LDP) • Label Distribution Protocol é um conjunto de procedimentos pelo qual um LSR informa outro das associações entre Label/FEC que ele fez.