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i DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICA E ENGENHARIAS

1. Verifica se atrav s da Tabela 5 16 que a presen a das falhas de liga es na rede Ethernet 1000 Mbps n o fazem com que os valores dos par metros de QoS ultrapassam os limites em nenhum dos servi os do Triple Play Os resultados obtidos a seguir s o obtidos em fun o da utiliza o do m todo de recupera o Global Haskin Observa se atrav s da Tabela 5 16 que os servi os de Dados e VoIP s o minimamente afectados pelas falhas de liga o nesta rede Ethernet 1000 Mbps Todas as falhas de liga o no servi o IPTV contribuem para a diminui o do valor da taxa de perda de pacotes Os n s Gerador IPTV e LSR8 apresentam um n mero elevado de perda de pacotes em compara o com o resto dos n s existentes na rede Estes n s encontram se no in cio da rede e t m uma concentra o de fluxos de dados muito elevada que por vezes estrangulada pela largura de banda nestes pontos e os n s descartam o excesso de pacotes A presen a de falhas causam um maior atraso na rede em todos os servi os do Triple Play uma vez que a rede demora a se adaptar aos novos encaminhamentos de tr fego de forma a contornar a falha atrav s do m todo de recupera o Global Haskin O menor atraso em todos os servi os do servi o Triple Play acontece na presen a de falha na liga o entre os n s LSR4 e LSR8 O maior atraso em todos os servi os do Triple Play acontece na presen a de falha de liga o entre os n s LSR8 e LSR9 tal como na
2. Cen rio 4 Limites da Rede Triple Play Na Tabela 5 12 est o representadas as configura es das simula es MPLS sem falhas Nas Tabelas 5 13 e 5 14 podem ser observadas as configura es das simula es MPLS TE sem falhas e MPLS com falhas Deterministic O comando de falhas Deterministic permite a cria o na rede de falhas aleat rias com o tempo n o definido Tabela 10 Par metros da simula o MPLS sem falhas do Cen rio 4 ns node config MPLS ON Sns rtproto DV Sns at 0 10 TSLSR4 get module MPLS make explicit route 104 5 6 7 10 1005 1 Sns at 0 10 TSLSR4 get module MPLS make explicit route 10 4 8 9 10 1006 1 MPLS sem Sns at 0 10 TSLSR4 get module MPLS make explicit route 10 4 8 6 7 10 1007 17 falhas 67 9 10 1008 1 Tabela 11 Par metros da simula o MPLS TE sem falhas do Cen rio 4 LSR9 get module MPLS enable control driven SLSR10 get module MPLS enable control driven Simula o MPLS TE sem falhas Tabela 12 Par metros da simula o MPLS com falhas do Cen rio A Simula o MPLS com SLSR10 get module MPLS enable data driven EPE EEE ed
3. SFD Start frame delimiter FCS Frame check sequence 32 bit CRC value Figura 2 18 A estrutura da Trama Ethernet ChipCenter QuestLink 1 2002 A transportadora CSMA CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection a t cnica utilizada para partilhar o acesso largura de banda dispon vel Entre duas esta es existem liga es entre numerosos elementos de rede todos a competir pela largura de banda atrav s da utiliza o da mesma t cnica CSMA CD ChipCenter QuestLink 2 2002 Colectivamente todos os elementos de rede operam num dom nio de colis o O dom nio de colis o a por o da rede onde dois ou mais elementos de rede que transferem dados ao mesmo tempo interagem uns com os outros Cada elemento de rede espera um sinal do meio de transmiss o para poder transferir uma trama pela rede A colis o ocorre quando de repente um elemento de rede come a a transferir dados sem esperar pelo sinal do meio de transmiss o a indicar que pode transferir os seus dados pela rede Os sinais dos v rios elementos de rede colidam onde causado uma distor o no sinal Esta distor o no sinal identificada pelo elemento de rede que o recebe e envia uma mensagem de congestionamento pela rede Todos elementos de rede que recebem esta mensagem iniciam um tempo de espera aleat rio antes de iniciar a sua transfer ncia O tempo aleat rio utilizado para prevenir que os mesmos elementos de rede colidem de novo uns com os outros
4. Tanembaum 2003 Tanembaum A S 2003 Redes de Computadores Prentice Hall Book ISBN 0 13 066102 3 Fourth Edition Extra do de http books google pt books id Pd z64SJRB AC amp printsec frontcover amp source gbs v2 summary r amp cad 0 Taylor amp Francis Group 2007 Taylor amp Francis Group LLC 2005 Chapter 8 Internet Television Article Taylor amp Francis Group LLC Extra do de http www ittoday info Articles InternetT V pdf Tektronix 2007 Tektronix Inc 2007 A Guide to IPTV The Technologies the Challenges and How to Test IPTV Technical Brief Tektronix Inc Extra do de http www tek com Measurement App Notes 25 20277 eng 25W 20277 0 pdf wt 520 amp rgn ww amp from 303271X31 4253 amp link Measurement App Notes 25 20277 eng 25W 20277 0 pdf Tellabs 2007 Tellabs 2007 Ethernet over SDH as an Ideal Access For IP VPN Networks Application Note Extra do de http www tellabs com products 6000 tlab63xxipvpn pdf Tipton 2007 Tipton F H 2007 Information Security Management Handbook Auerbach Publications Taylor amp Francis Group CRC Press ISBN 0849374952 9780849374951 Extra do de http books google pt books id BOLwc6ZEQhcC amp printsec frontcover Uzmi 2006 Uzmi Z 2006 Quiz Number 9 Solutions Handouts Lahore University of Management Sciences Extra do de http suraj lums edu pk cs678s06 handouts 22 quiz9 solutions pdf Walker et al 2002
5. seguido o caminho de recupera o O n mero de reserva de recursos depende da topologia da rede Quanto maior for o n mero de liga es na topologia maior o n mero de reserva de recursos O tempo de interrup o do servi o o tempo em que o utilizador final n o recebe quaisquer dados devido a uma falha na rede O tempo em que o utilizador final n o recebe pacotes a dado por a b c d em que b refere se ao tempo em que o pacote demora a contornar a liga o de falha e a chegar ao cliente A vari vel c corresponde ao instante em que ocorreu a falha enquanto que o par metro d diz respeito ao tempo de detec o e recupera o da falha 116 Observa se que a recupera o Makam tem um tempo de detec o e recupera o da falha mais lento do que os restantes m todos Nos m todos Haskin e Makam quanto mais afastada estiver a falha do LSR de ingresso maior o tempo de interrup o do servi o No m todo Local quanto mais afastada estiver a falha do LSR de egresso maior o tempo de interrup o do servi o O tempo de detec o da falha de 1 314 ms para os m todos Haskin Regional e Local e de 1 800 ms para os m todos Makam e Makam sem DV Em suma o m todo Haskin apresenta a menor taxa de perda de pacotes o maior n mero de recursos reservados na rede e o maior tempo de interrup o do servi o Como conclus o numa rede Triple Play deve ser utilizado o m todo de recupera o Haskin pois este m
6. International Engineering Consortium Extra do de http www 03 ibm com industries media doc content bin VoDIPT V Whitepaperv2AltgeldZeeman_1 pdf Amaro et al 2000 Amaro J amp Lopes R 2000 Rede Digital Comunit ria uma Rede sem Fios Metropolitana Artigo Instituto Polit cnico de Bragan a Extra do de www ipb pt rlopes confs crc2000 ruf rp pdf Andrade 2003 Andrade A 2003 Modelagem e An lise de Desempenho de uma Rede Baseada em Tecnologia MPLS Artigo Universidade Federal de Santa Catarina Extra do de www inf furb br seminco 2003 artigos 110 vf pdf ATI Technologies 2005 ATI Technologies 2005 Introduction to H 264 White Paper Extra do de http ati amd com products pdf h264 whitepaper pdf Barbosa 2003 Barbosa F R 2003 Presente e Futuro Tecnologia Sistemas e Redes Apresenta o em Funda o CPqD Campinas SP BRASIL Extra do de http www lea ufpa br redesopticas comunicacoesopticaspresenteefuturo pptH3 17 14 Barbosa 2006 Barbosa R 2006 Avalia o de Desempenho de Aplica es VoIP P2P Disserta o Mestrado em Ci ncia da Computa o Universidade Federal de Pernambuco Pernambuco Extra do de http www Ibd dcc ufmg br 8080 colecoes sbre 2006 st8 3 pdf Bakshi 2006 Bakshi M 2006 VoIP Multimedia over WiMAX Student Survey Paper April 2006 Extra do de http www cs wustl edu jain cse574 06 ftp wimax_voip index html Borghers et al 2008 Borgh
7. eo comando reroute binding para ser simulada no NS 2 33 Quando n o utilizado o comando m enable mo reroute new a efici ncia da rede diminui ou seja s o enviados menos pacotes at ao destino Os tempos dos encaminhamentos expl citos e das jun es atrav s do comando reroute binding devem ser respeitadas caso contr rio a simula o n o funciona no modo de recupera o Global Haskin A simula o da recupera o nas redes IP ou de melhor esfor o efectuada no NS 2 atrav s do comando da Engenharia de tr fego flow erlsp install e sem o modo de encaminhamento de protocolos DV A simula o dos v rios m todos das recupera es de falhas efectuada atrav s do comando da Engenharia de tr fego flow erlsp install O aspecto da recupera o de cada m todo est representado na Figura 5 14 Pode se verificar que os resultados est o de acordo com os fundamentos te ricos No m todo Global Makam Figura 5 14 a a recupera o da falha efectuada pela comuta o do fluxo de tr fego com o caminho alternativo no LSR de ingresso Por outro lado no m todo Global Haskin Figura 5 14 b a recupera o da falha efectuada atrav s da comuta o do fluxo de tr fego at ao LSR de ingresso no sentido contr rio a partir do ponto de falha Depois encaminhado pelo caminho alternativo at ao utilizador final No m todo Regional Figura 5 14 c a comuta o do fluxo de
8. A utiliza o do protocolo IGMP reduz a quantidade de largura de banda utilizada na rede e permite utilizar os recursos da rede de uma forma eficiente uma vez que os utilizadores apenas solicitam ao encaminhador mais pr ximo o canal pretendido em vez do encaminhador enviar todos os canais a todos os subscritores O Driscoll 2007 Natioral Video Headend oor BG an National Local Ken VolP MuRi Cast Unicast e e E X Home gt Bir a D Media Soft lt i Gateway Switch gt g D Figura 2 4 Cen rio de Multicast Unicast Tektronix 2007 25 Requisitos do Servico IPTV Tal como foi referido anteriormente a rede IP uma rede de Melhor Esfor o Best Effort Estas redes s o suscept veis perda de pacotes medida que aumenta o atraso a varia o do atraso e a escassez da largura de banda A perda de pacotes n o tem grande impacto nos servi os de dados pois os pacotes podem ser recebidos em tempos diferentes e por rotas diferentes J o v deo intolerante perda de pacotes pois este factor causa um grande impacto na visualiza o do conte do A rede utilizada para transportar os sinais de v deo deve apresentar uma taxa de transfer ncia conhecida e constante no m nimo de 3 Mbps por canal bem como um baixo atraso menor que 150ms A rede tamb m dever possuir uma baixa varia o de atraso menor que 30ms e uma baixa taxa de perda de pacotes menor que 1 A taxa de tran
9. Engenharia de Tr fego til por conseguir encaminhar o tr fego de maneira diferente ao encaminhamento produzido por protocolos de encaminhamento baseados em SFP Shortest Path First e por realizar um melhor balanceamento de carga Historicamente tem sido dif cil efectuar a Engenharia de Tr fego nas redes IP de maneira satisfat ria LEE 2006 Tal constata o deve se s limita es das funcionalidades das tecnologias IP convencionais As limita es das fun es de controlo de encaminhamento interno s o outro problema nos sistemas IP Os protocolos de encaminhamento interno IGP Internet Gateway Protocol baseados no algoritmo SPF como o IS IS Intermediate System Intermediate System e o OSPF Open Shortest Path First s o encaminhados de acordo com as decis es de encaminhamento efectuadas recorrendo inst ncia local de uma tabela de estados A selec o de encaminhamento baseada na selec o do menor caminho menor n mero de saltos LEE 2006 Esta abordagem largamente escal vel e distribu da mas cont m falhas As falhas s o que estes protocolos n o consideram caracter sticas do tr fego e as restri es de capacidades da rede ao fazer as decis es Isto resulta no congestionamento em certas liga es enquanto outros caminhos permanecem subutilizados A Engenharia de Tr fego atrav s do encaminhamento CBR Constraint Based Routing procura corrigir este tipo de problema pois exercida uma press o sobre
10. accis da falling Monitoriza o de erros por sec es e indica es remostas Detec odetaas Monitoriza o do desempenho Capacidade autom tica de protec o por comuta o 50ms Protec o redundante Esquema com capacidade de ajuste LCAS Link Capacity Adjustment Scheme para a concatena o virtual Monitoriza o remoto com limites exclusivos N o tem capacidade de efectuar loops A informa o do Manuten o Testes atrav s da capacidade de loops comutador ou do encaminhador obtido atrav s da monitoriza o remota Caminhos LSP Label Switching Path atrav s do MPLS Engenharia Engenharia de Trafego Engenharia de Trafego Concatena o Virtual VC Cria o de VLAN Virtual Local Area Network Escalabilidade Taxa de transfer ncia at 40 Gbps Granularidade at ao n vel VC 2 Taxa de transfer ncia at 10 Gbps Granularidade at Mbps qualquer taxa Predizivel Qualidade de Servi o pr prio Dificuldades de interoperabilidade A dura o do funcionamento da rede depende do servi o 99 9999 do tempo est a funcionar de redund ncia protec o que o administrador implementa na rede O BER Bit Error Rate de 10 OBER de 10 Entre as duas tecnologias de transporte a Ethernet a tecnologia que apresenta as melhores condi es uma vez que podem ser adicionados e implementados os factores necess rios na rede para esta assegurar o bom funcionamento da rede Triple Play e suport
11. es ITU T H 32x que pertence s rie H da ITU T e que trata de Sistemas Audiovisuais e Multim dia O padr o H 323 na realidade um conjunto de protocolos que incorpora muitos protocolos individuais H 263 v deo G 711 udio entre outros desenvolvidos para aplica es espec ficas O SIP foi desenvolvido especialmente para o servi o de voz sobre IP e tira vantagem dos protocolos j existentes para tratar dos processos de sinaliza o Isto faz com que o cabe alho do padr o H 323 seja maior do que o cabe alho do protocolo SIP Como a complexidade do sistema reduzida no protocolo SIP a implementa o de novos servi os de voz facilitada Isto permite uma redu o no tempo da implementa o de novos servi os de voz e consequentemente uma redu o no custo dos servi os oferecidos aos utilizadores finais Nokia 2003 Zultys 2004 O crescimento da Internet e a implementa o de mecanismos de seguran a firewall nas redes de acesso prejudicam os servi os e aplica es de voz sobre IP em termos de velocidade de transmiss o das mensagens Barbosa 2006 O empacotamento consiste em atribuir aos dados digitais um protocolo de transporte UDP para transferi los atrav s da rede O protocolo de transporte UDP User Datagram Protocol fornece um servi o de uma comunica o n o orientada conex o conectionless oriented utilizado pelas aplica es sens veis ao tempo no qual a falta de dados prefer vel chegada
12. iguais em rela o ao suporte ao protocolo IP que fornecem na rede de acesso Posto isto a tecnologia que fornece os melhores resultados a EoMPLS 83 Tabela 3 2 Tecnologias de Trasporte que podem injectar dados na rede n cleo MPLS Kankkunen 2004 z Typically Synergy with IP Maor Major Support for Properties over Ethernet weaknesses strengths IP Enabling i i end user the access networks and and regional Technology MPLS core network Implementation details networks inflexibility and Mature SDH lackof statistica technology with TDMLL over SDH over Fiber multiplexing wide availability Limited trafic Simple and low Metro Ethernet management cost Kier Ethernet over Fiber support Requires new IP Ethernet Metro Ethernet MPLS network riendliness QoS Kies Ethernet over MPLS over Fiber infrastructure and traffic mgmt TOMcore isnot SDH is widely NG SDH EoSDH optimal for packet available seve Ethernet over SDH dominated traffic JT OM LL support O objectivo deste trabalho encontrar um encaminhamento ptimo ou quase ptimo para o tr fego de servi os Triple Play Para isto necess rio aplicar a QoS nestas redes para assegurar o correcto funcionamento dos servi os Triple Play em caso de falha ou congestionamento Nas redes n o orientadas conex o os pacotes de dados s o descartados em caso de falha ou congestionamento O MPLS surge como uma solu o apropriada para resolver
13. mero de n s o meio de transmiss o e as tecnologias de transporte O n mero de liga es tem influ ncia no volume de tr fego que circula na rede uma vez que o aumento do n mero de liga es provoca o aumento da largura de banda na rede Como fora observado durante as simula es a largura de banda tem muita influ ncia na determina o do n mero limite de clientes 5 5 SOLU O DA ARQUITECTURA FINAL E CONCLUS ES Nesta sec o apresentada a solu o da arquitectura que permite fornecer o encaminhamento ptimo ou quase ptimo do tr fego em redes Triple Play com base nas conclus es tiradas ao longo desta disserta o A arquitectura constitu da por duas redes a rede de acesso e a rede n cleo As conclus es obtidas para a rede de acesso foram baseadas na teoria do Cap tulo 2 As conclus es obtidas para a rede n cleo foram baseadas na pr tica simula es do simulador de rede NS 2 33 do Cap tulo 5 A rede de acesso constitu da por Fibra ptica de prefer ncia numa rede GPON e a tecnologia Ethernet ou No caso de aproveitar o cobre necess rio utilizar a tecnologia VDSL2 A infraestrutura da rede de acesso conforme ilustrado na Figura 5 15 constitu da pelo meio de transmiss o em fibra ptica numa distribui o FTTH Fiber to the Home e por vezes numa distribui o FTTC Fiber to the Curb por um sistema GPON e a tecnologia VDSL2 A utiliza o da fibra ptica permite disponibilizar ao uti
14. metros da simula o MPLS do Cen rio 2 Par metros da Simula o IP ns node config MPLS ON ns rtproto DV ns at 0 10 SLSR7 get module MPLS Idp trigger by withdraw 8 1 ns at 0 10 TSLSR1 get module MPLS make explicit route 7123 4 7 1000 1 ns at 0 10 TSLSR1 get module MPLS make explicit route 71 5 6 7100141 Simula o MPLS Tabela 5 Par metros da simula o MPLS TE do Cen rio 2 Par metros da Simula o MPLS 1000 Bytes ns at 0 50 TSLSR1 get module MPLS flow erlsp install 8 1 1000 2000 Bytes ns at 0 48 TSLSR1 get module MPLS flow erlsp install 8 1 1000 ns at 0 87 TSLSR1 get module MPLS flow erlsp install 8 1 1001 ns at 0 10 TSLSR1 get module MPLS make explicit route 7123 4 7100241 ns at 1 26 TSLSR1 get module MPLS flow erlsp install 8 1 1002 Simula o Sns at 0 10 SLSR1 get module MPLS make explicit route 71 5 6 7 1001 1 MPLS TE Sns at 1 60 SLSR1 getmodule MPLS flow erlsp install 8 11001 ns at 0 29 TSLSR1 get module MPLS flow erlsp install 8 1 1000 ns at 0 10 TSLSR1 get module MPLS make explicit route 7123 4 7 1002 1 Cen rio 3 M todos de recupera o de falhas De forma a ser poss vel comparar os valores simulados na rede sem falhas com os valores simulados na rede com falhas necess ria a configura o da rede IP e MPLS sem falhas Estas configura es est o representadas na Tabela 5 8 na Tabela 5 9 e Tabela 5 10 Tabela 6 Par metros da simula o
15. ncia em Kbps Observa se que o burst time e o idle time est o ambos a zero Isto faz com que o gerador Exponencial gere fluxos de tr fego constantes 2 b Figura 5 7 Distribui o a Pareto b Exponencial Borghers et al 2008 Tr fego de Dados S o utilizados dois tipos de tr fego de dados em dois cen rios diferentes Num dos cen rios utilizado o tr fego de dados cuja aplica o o CBR Constante Bit Rate No outro utilizado o tr fego de dados cuja aplica o o Exponencial A aplica o CBR gera pacotes a uma taxa de transfer ncia fixa As vari veis exigidas por esta aplica o s o tv set packetSize 3000 gerado pacotes constantes do mesmo tamanho tv set interval 0 008 intervalo de envio de cada pacote O tamanho do pacote dado em bytes e o intervalo de envio de cada pacote dado em segundos Neste caso se um pacote de 3000 bytes enviado a cada 0 008 segundos s o enviados 125 pacotes num segundo 1 0 008 Logo a taxa de transfer ncia de 3 Mbps 125 3000 8bits 1000000 A diferen a entre o tr fego IPTV e o tr fego de dados Exponencial est nos tempos burst time e idle time No caso do tr fego de dados Exponencial o objectivo simular o envio de ficheiros FTP A aplica o FTP do NS 2 conectada ao agente TCP N o poss vel monitorizar a rede atrav s do comando new Agent LossMonitor quando utilizado
16. o No caso de existir congestionamento apenas o tr fego de menor prioridade descartado De uma forma geral a QoS especifica o grau de satisfa o ou vis o do utilizador em rela o garantia da presta o de um servi o em termos de certos par metros tais como a taxa de perda o atraso a varia o do atraso o d bito efectivo entre outros O desafio coloca se em obter QoS nas redes IP onde o encaminhamento convencional do tipo SPF Shortest Path First RFC 1131 1989 fonte de dois problemas o atraso de propaga o dos pacotes e o congestionamento da rede IP A comuta o IP resolve o problema do atraso de propaga o pois torna mais gil o encaminhamento de pacotes A Engenharia de Tr fego a solu o para o problema do congestionamento pois trata da avalia o e optimiza o do desempenho de redes atrav s de caminhos alternativos A IETF Internet Engineering Task Force tomou a iniciativa de criar um grupo de trabalho para propor uma arquitectura de suporte ao encaminhamento de pacotes baseados em etiquetas LBS Label Based Switching numa plataforma aberta e inter oper vel em v rios tipos de redes e 57 de protocolos Esta plataforma denominada de MPLS Multiprotocol Label Switching RFC 3031 2001 e tem como objectivo proporcionar o encaminhamento orientado conex o Este Cap tulo est organizado nas seguintes sec es Sec o 3 2 Qualidade de Servi o QoS Sec o 3 3 Solu es
17. o de pacotes Esta particularidade permite que numa rede IP dois dispositivos troquem diferentes tipos de informa o sem necessitarem de estar directamente conectados nem de terem uma reserva de recursos As tarefas de localiza o e de encaminhamento s o da responsabilidade dos protocolos Numa rede IP de melhor esfor o todos os pacotes IP s o tratados da mesma forma e entregues ao destino da forma mais r pida sem diferencia o do tr fego O tr fego de melhor esfor o atravessa a rede com uma taxa de transfer ncia e uma varia o do tempo de entrega vari vel uma vez que depende da carga de tr fego carregado no momento Desta forma este tipo de tr fego n o oferece garantias de entrega de d bito efectivo Throughput de atrasos fixos de prioridade nem de qualquer n vel de qualidade e torna a recupera o dos dados perdidos numa opera o muito dif cil de efectuar Por outro lado as redes IP de melhor esfor o oferecem efici ncia na opera o da rede e um baixo custo dos n s devido sua reduzida complexidade A garantia da entrega do tr fego oferecida pelo protocolo TCP Transport Control Protocol Redbooks 2006 O protocolo TCP oferece um servi o orientado conex o ou unicast envio de dados ponto a ponto pois verifica se toda informa o transferida recebida por inteiro no destino Esta verifica o realizada atrav s de uma mensagem de confirma o numa comunica o Full duplex tro
18. rio e sempre sem hesitar Finalmente ao Centro de Ci ncia e Tecnologia da Madeira CITMA pelo apoio financeiro iNDICE CAPITULO E 12 INTRODU O wovscscsesidt a a a a deer bastes akeversncteevsiunvecan EE 12 1 1 ContextualiZa O WEE 12 1 2 motiva o e principais contribui es cette ce eee ceeceeeeesceseceseeseeeesesesesssessesssessseeseeeesieensessaeeeee 13 13 OG E RE 14 GAR UKOHT eege O UR REDE SRS E dE EN 15 ESTADO DA ARTE REDES TRIPLE BANK geneet deed ee las Osama seia tir Ee OR SEENEN dE 15 DAS Servico T telbierg ee Senet tle dBc Rate Ee tet GE ea asa eg 15 2 1 1 Servi o de DadOS a A EESE ASEA ATER CONTEI ADE RCE T spa 15 2 1 2 Servico VOIP nie e lala enti eid en i a a arte ls a ares iodo ad 18 2 1 3 Servico IP IV getest Eeer eg 22 2 1 4 servi o Eller lee ett shisha ots St ev a det dah AEE hd Lands siete te liken os ited aud ain ia 27 Did Redes de Acesso EE 31 2 2 1 Redes de Acesso EE 32 2 2 2 R desde Acesso Stro EIS O T Ca dE a ce 34 2 2 3 Compara es entre as Redes de Acesso rocinas EREL EE EENE E EEEa AE EEEE EA EREN EEE EE ENa 40 E MROGES NUCICO EE 43 2 3 1 A Tecnologia BEE 43 2 3 2 A TecnologiaiEthern t cu sess hes dishes ahi a Eeselen 45 2 3 3 R c pera a onas RedesN ClEOn kennara E A RE AE AE a 48 2 3 4 Compara es entreasRedes N cleo ugesot a A E eee 54 CAPITULO TR 57 QUWALIDADE DEER ease a a E dE Ree dee ege de a Ea Aaaa a aa ss 57 Bedi ANE OMUEG E 57 3 22 iQual
19. 2 4 6 8 10 12 14 Figura 5 8 Distribui o Poisson Brun 2004 Trafego Web O gerador PackMime simula a actividade entre o cliente e o servidor durante 0 acesso a uma p gina Web poss vel atrav s da vari vel rate configurar o n mero de acessos simult neos a p ginas Web por segundo Sabe se que no NS 2 existe o objecto Applications que controla a transfer ncia de dados durante a simula o Estas aplica es comunicam atrav s de Agents que representam a camada de transporte da rede O PackMimeHTTP o objecto ns que executa a gera o do tr fego http Cada objecto PackMimeHTTP controla a opera o de dois tipos de aplica es a aplica o do servidor PackMimeHTTP e a aplica o do cliente PackMimeHTTP Cada 100 uma destas aplica es est conectada a um agente TCP Full TCP O modelo de tr fego Web denominado PackMime est representado na Figura 5 9 PackMime client cloud server cloud ns node ns node gt been Ee server Applications and Agents and Agents Figura 5 9 Modelo de Tr fego Web denominado PackMime Weigle et al 2004 Cada objecto PackMimeHTTP controla entre 1 a 10 nuvens de servidores e de clientes Cada nuvem pode representar m ltiplas aplica es de clientes ou de servidores Cada aplica o representa um nico servidor Web ou um nico cliente Web Cada nuvem de servidor ou de cliente representada por um n ns que pode p
20. 97 5 3 CONGTIOS S SIMULACOES E 102 5 3 1 Cen rio 1 Diferen as Entre a Rede IP e a Rede MS 103 5 3 2 Cen rio 2 Funcionamento da Engenharia de Tr fego ssessessestssirerertettsstesrtettssirstttntessttsttntttstrstansentrtnenet 104 5 3 3 Cen rio 3 M todos de Recupera o de Falhas cccsccsssscsseessecesneceseeeseecsseecsnecsseeeseecsaeeseueseaeeseeessaeeseeeesatenses 106 5 3 4 Cen rio 4 Limites da Rede Triple Plou 107 5 4 Resultados CANG ISOS senerare ereiten NEES ERENNERT 110 5 4 1 Cen rio 1 Diferen as Entre a Rede IP e a Rede MS 110 5 4 2 Cen rio 2 Funcionamento da Engenharia de Tr fego cccccsscsssecssscssscesnecsseecsseeseesensecsseessneeseesenesseessneessees 112 5 4 3 Cen rio 3 M todos de recupera o de falhas cssccessesseeseceseecsssesseecsueceseesseeceseeesneccaeeesseseaeesseesetessseesenees 114 5 4 4 Cen rio 4 Limites da Rede Triple Play inniinn a a e O E e Keele Nee 117 5 5 Solu o da Arquitectura FINAL e Conchusdes rena ennaaara rena eenanareeesa 126 CAPITULO VI Ca a ro Si E 130 CONCLUS ES E TRABALHOS FUTUROS EE 130 CAPITULO VIN PRM REAIS RR READER Ne Seed anced UERR EEE a eae kee seeded ed DEDE RD ias 135 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS mrret inenen oe kaeaea aaia ae eaa aaa AA seudserssbandegduscdeveny seis EE aan ia ka ENE EE AEE EER aeaa AEEA 135 ANEXO A C DIGO E PAR METROS DE SIMULA O NO NS 2 s ssssssssrsssessssssessessesresresnes
21. Como referido anteriormente uma tecnologia que permite taxas de transfer ncia de 100 Mbps A desvantagem desta tecnologia o seu reduzido di metro de rede de 200m cerca de 1 d cimo da rede Ethernet tradicional Esta redu o necess rio para manter os par metros de CSMA CD a uma taxa mais r pida Os sinais movimentam se mesma velocidade no meio de transmiss o mas os tempos de trama s o mais curtos por um factor de 10 Os dados s o transferidos em grupos de 4 bits e n o bit a bit como acontece na tecnologia Ethernet Gigabit Ethernet Mais uma vez o aumento da taxa de transfer ncia implicou a redu o do di metro da rede para manter o CSMA CD O di metro de rede Gigabit Fthernet de 25m S o utilizadas duas t cnicas para aumentar a taxa de transfer ncia dos dados de 100 Mbps para 1000 Mbps e manter o di metro da rede nomeadamente a extens o da transportadora carrier extension e a frame bursting A Figura 2 19 mostra o campo da extens o da transportadora de O a 448 bytes adicionada trama Ethernet A extens o da transportadora utilizada para manter a trama m nima de 512 bytes n o inclui nem o preamble nem o SFD Desta forma uma trama Ethernet de 10 100 Mbps que cont m apenas 100 bytes requer um campo de extens o da transportadora de 412 bytes para ser utilizada sobre o Gigabit Ethernet IEEE 802 3 2000 ChipCenter QuestLink 2 2002 47 Destination Source pro oo S e mao 2 46 1500 4
22. DA COMUTA O NO N MPLS NO NS 2 BOUDANI 20072 96 FIGURA 5 6 RECUPERA O DO LSP AO UTILIZAR O LSP DE PROTEC O ATRAV S DA COMUTA O CALLE ET AL 2004 97 FIGURA 5 7 DISTRIBUI O A PARETO B EXPONENCIAL BORGHERS ET AL 20081 99 FIGURA 5 8 DISTRIBUI O POISSON BRUN 2004 100 FIGURA 5 9 MODELO DE TR FEGO WEB DENOMINADO PACKMIME WEIGLE ET AL 20041 101 FIGURA 5 10 TOPOLOGIA DE REDE DO CEN RIO TL 103 FIGURA 5 11 CEN RIO DA SIMULA O A SEM ENGENHARIA DE TR FEGO B COM ENGENHARIA DE TRA AFEGO 105 FIGURA 5 12 TOPOLOGIA DE REDE DO CEN RIO 3 106 FIGURA 5 13 TOPOLOGIA DE REDE DO CEN RIO A 108 FIGURA 5 14 M TODO DE RECUPERA O A GLOBAL MAKAM B GLOBAL HASKIN C REGIONAL D LOCAL 115 FIGURA 5 15 SOLU O DA ARQUITECTURA DA REDE DE ACESSO ERICSSON 20081 127 FIGURA 5 16 AS V RIAS CAMADAS DA REDE N CLEO EM REDES TRIPLE PA 128 Indice de Tabelas TABELA 2 1 CODECS DO SISTEMA VOIP E RESPECTIVAS CARACTER STICAS tr strieereeeereeeeereereerernearerreeacerrerenterrertaesa 19 TABELA 2 2 CODECS DO SISTEMA IPTV E RESPECTIVAS TAXAS DE TRANSFER NCIAS FLASK 20071 25 TABELA 2 3 REQUISITOS DE CADA SERVI O QUE PERTENCE AO SERVI O TRIPLE PLAY ccccccssessecesecssesessseseesseeessesseseseeeesseeeeeans 30 TABELA 2 4 TABELA COMPARATIVA DAS VARIANTES DA TECNOLOGIA DSL NUNES 2006 33 TABELA 2 5 CORRELA O
23. Distribution Protocol CR LSP Constraint Routing Label Switching Path CS Convergence Sublayer CSMA CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection CSPF Constraint Shortest Path First DiffServ Differentiated Services DRM Digital Rights Management DS Field Differentiated Service Field DSL Digital Subscriber Line DSLAM Digital Subscriber Line Access Multiplexer DV Distance Vector EF Expedited Forwarding EIA Electronic Industries Association ER LSP Explicit Routing Label Switching Path FCS Frame check sequence FEC Forwarding Equivalence Class FIS Fault Indication Signal FLP Fast Link Pulses FRS Fault Repair Signal FTP Foil Twisted Pair FTTB Fiber To The FTTC Fiber To The FTTH Fiber To The FTTN Fiber To The Node GOP Group of Pictures HTTP Hypertext Transfer Protocol IETF Internet Engineering Task Force I Frame IntraFrame IGMP Internet Group Management Protocol IGP Internet Gateway Protocol IntServ Integrated Services IP Protocolo Internet IPTV Televis o por IP IS IS Intermediate System Intermediate System ISP Internet Service Provider ITU Recommendation G 992 1 LBS Label Based Switching LDP Label Distribution Path LED Light Emitting Diode LSA Link State Advertisement LS Link State LSP Label Switching Path LSR Label Switch Router LSR PSL Path Switch LSR MAC Media Access Cont
24. Enviados Pacotes Vol Taxa de Transfer ncia do envio de Vol Forma do Pareto Vol ER a i wn ponential 1402 Oms Oms 1402 4907 DD bi a Tamanho do Pacote IPTV E Si E 5 2 g M 5 H 5 a e bi S AEA slais 3 3 cH h j h h d Iniciar o Trafego DA ARM EECH 1000 Mb DO ooo o Tr fego de P ginas Web E 120 26 fois DO imciaroTr fegodeDados E 20 26 fois DO inciaroTr tegodevor 2 120 26 fois DO imiciaroTr tegodeletV Ca 25 Joss Terminaro Tr fego de Dados 2 120 26 42s Terminaro Tr fego de VolP 2 120 2 4 2s O Terminaro Tr fego de EIDEL 2 42s Terminar o Tr fego de Paginas Web 2 20 2 42 DO Terminar Simula o 5s 5s 5s hath he A perda de pacotes o factor que mais afecta a qualidade de experi ncia do utilizador final Posto isto utiliza se este factor como limitador das simula es Tem se como crit rio principal manter os limites das taxas de perdas dos servi os particularmente os do servi o IPTV Este o servi o que envia a maior fluxo de tr fego na rede Para mostrar as perdas de pacotes dentro do dominio MPLS necess rio for ar as perdas de pacotes nos n s LSR5 e LSR8 Efectua se isto atrav s da atribui o da largura de banda de 1 Gbps nas liga es 1 2 3 4 5 e 9 de forma a verificar perdas nos v rios caminhos Caso contr rio as perdas todas dar se o no n LSR4 de ingresso e n o poder ser utilizada a ferramenta da En
25. MPLS denominada uma rede EoMPLS Ethernet sobre MPLS como fora visto no Cap tulo 2 A tecnologia MPLS permite aplicar a ferramenta de Engenharia de Tr fego na rede Esta ferramenta permite controlar o encaminhamento do tr fego de forma a balancear o tr fego pela rede e optimizar a sua efici ncia Esta ferramenta muito til para resolver o problema do congestionamento da rede uma vez que permite encaminhar o tr fego por qualquer caminho da rede Desta forma optimizada a utiliza o de todos os caminhos existentes na rede Isto verifica se nas simula es efectuadas no Cen rio 2 127 A resili ncia da rede um dos factores mais importantes numa rede que suporta o servi o Triple Play uma vez que o mau funcionamento do servi o Triple Play inaceit vel pelo cliente final As falhas na rede causam perdas de pacotes que contribuem para o mau funcionamento do servi o Triple Play Desta forma a rede deve ter implementado um m todo de recupera o de falhas para minimizar a percep o do mau funcionamento do servi o Triple Play pelo cliente final perante uma falha de rede A tecnologia MPLS tem a capacidade de fornecer v rios m todos de recupera o de falhas de rede O Cen rio 3 mostra como o m todo de recupera o de falhas denominado Global Haskin o m todo que apresenta a menor taxa de perda de pacotes fundamental para o correcto funcionamento do servi o Triple Play O Cen rio 4 representa a rede n cleo da s
26. Switching Networks M Sc Thesis Fraser University April 2002 Extra do de www cs sfu ca ljilja cnl pdf danny_yip pdf Younis 2007 Younis O 2007 Constraint Based Routing in the Internet Basic Principles and recent Research White Paper Purdue University June 2007 Extra do de www cs purdue edu homes fahmy papers routing pdf Zultys 2004 Zultys Technologies 2004 Whitepaper SIP vs H 323 A Comparason White Paper University of South Australia Zultys Technologies White Paper Extraido de http www unisanet unisa edu au Resources 12258 MNT2005 Assignment 202 20Resources V oIP 20and 20IP 2 OTelephony SIP_vs_H323_white_paper__AU_ pdf 142 Anexos Anexo A C digo e Par metros de simula o no NS 2 144 Anexo B C digo e Par metros dos Cen rios 145 Anexo C C digo de Simula o Ficheiros tcl 146 Anexo D C digo do Processamento de dados Ficheiros awk 147 UNIVERSIDADE da MADEIRA DEPARTAMENTO DE MATEMATICA E ENGENHARIAS ANEXOS ENCAMINHAMENTO OPTIMO DO TRAFEGO EM REDES TRIPLE PLAY Sandy Carmo Relva Rodrigues Licenciada em Engenharia de Electr nica e Telecomunica es Universidade da Madeira Orientador Professor Doutor Paulo Nazareno Maia Sampaio Disserta o apresentada para a obten o do grau de Mestre em Engenharia de Telecomunica es e Redes Madeira 2009 Anexo A C digo e Par metros de simula o no NS 2 A Simula o MPLS no NS 2
27. Walker J Q Hicks J T 2002 The Essential Guide to VoIP Implementation and Management Article University of South Australia NetIQ Corporation Extra do de http www unisanet unisa edu au Resources 12258 MNT2005 Assignment 202 20Resources V oIP 20and 20IP 2 OTelephony NetIQ_VoIP_Chapter1 pdf 141 Weigle et al 2004 Weigle M Jeffay K 2004 Web Traffic Generation in NS 2 with PackMime HTTP Website Statistics Research Bell Labs Lucent Technologies and the University of North Carolina at Chapel Hill Extra do de http dirt cs unc edu packmime Wikipedia 2 2008 Wikipedia 2008 Triple Play telecommunications Website Wikipedia The Free Encyclopedia Extraido de http en wikipedia org wiki Triple_play_ telecommunications Wikipedia 4 2008 Wikipedia 2008 Digital subscriber line access multiplexer Website Wikipedia The Free Encyclopedia Extraido de http en wikipedia org wiki DSLAM Wikipedia 5 2008 Wikipedia 2008 The Network Simulator NS 2 Website Wikipedia The Free Encyclopedia Extraido de http nsnam isi edu nsnam index php User_Information Wimoesterer 2006 Wimoester S 2006 Future proof Telecom networks with VDSL2 Article Infineon Technologies AG January 2006 Extraido de www eetasia com ARTICLES 2006J AN PDF EEOL_2006JAN02_RFD_NETD_TA pdf SOURCES DOWNLOAD Yip 2002 Yip D 2002 Traffic Engineering Prioritized IP Packets Over Multi Protocol Label
28. a Rede IP e a Rede MPLS Este cen rio permite conhecer os diferentes protocolos de encaminhamento os diferentes modos de distribui o de protocolos e a distinguir a diferen a entre a rede IP e a rede MPLS O cen rio 1 tem 3 objectivos para cumprir O primeiro objectivo verificar qual o protocolo de encaminhamento DV ou LS que possibilita o encaminhamento dos pacotes mais r pido pela rede O segundo objectivo verificar qual o modo de distribui o de protocolos Data Driven ou Control Driven que torna a distribui o dos pacotes mais r pida pela rede Por fim o terceiro objectivo verificar a diferen a entre uma rede IP e uma rede MPLS A topologia de rede utilizada neste trabalho foi modelada para ser uma rede simples com poucos n s de forma a visualizar e compreender facilmente os resultados obtidos das simula es As redes complexas simuladas nos simuladores de rede sobrecarregam o sistema operativo e aumenta o tempo de simula o Foi fundamental haver pelo menos dois caminhos para encaminhar o tr fego de dados Os dois caminhos diferem um do outro pelo n mero de n s Desta forma a topologia de rede deste trabalho apresenta dois caminhos distintos sete n s que representam encaminhadores de rede um gerador de tr fego e um cliente A Figura 5 10 mostra a topologia de rede em anel utilizada na simula o do Cen rio 1 Esta topologia consiste em sete n s um gerador de tr fego IPTV e um Cliente Existe a possibilidade
29. a encaminhar o tr fego sobre o caminho de protec o Nalguns casos o n do destino informa o n fonte sobre a falha antes deste comutar o tr fego para o caminho de protec o Optical Network 2006 1 1 dedicated protection 1 1 dedicated protection source a b Figura 2 22 Protec o por comuta o a 1 1 e b 1 n 51 Na protec o por comuta o IN os recursos de protec o n o s o dedicados recupera o de uma conex o espec fica mas sim partilhada por N conex es para atender a diferentes cen rios de falha Isto significa que N caminhos de trabalho podem ser protegidos por um nico caminho de protec o assim uma nica liga o pode fornecer protec o a qualquer um dos N caminhos de trabalho Na maioria das implementa es o n mero limite de N est configurado para 14 Devido partilha dos recursos de protec o a protec o por comuta o 1 N mais eficiente em termos de utiliza o dos recursos na rede do que as protec es por comuta o 1 1 e 1 1 Este tipo de protec o tamb m requer um mecanismo de sinaliza o para activar a comuta o para o caminho de protec o Este esquema pode se estender a um esquema mais generalizado para M N onde N conex es de trabalho s o protegidas por M conex es de protec o A Figura 2 23 ilustra uma situa o de falha numa rede com protec o por comuta o 1 N Goff 2005 Protection Link Protection Link Figura 2 23
30. a topologia em malha completa Numa malha parcial nem todos os n s s o conectados a todos os n s restantes conforme mostra a Figura 2 20 b A topologia em malha fi vel e oferece redund ncia No caso de falha os n s continuam a comunicar uns com os outros directamente ou atrav s de n s intermedi rios A grande desvantagem das topologias em malha o elevado custo devido ao n mero de conex es e cabos requeridos Rajagopal 2008 49 N X d Se se NA Ee A de Ss K f N e PA D i G K ae E ug a b Figura 2 20 Topologia em malha a completa b parcial A rede com topologia h brida anel malha consiste numa rede com uma mistura das duas topologias A recupera o atrav s de mecanismos de an is auto recuper veis oferece tempos muito r pidos de recupera o aproximadamente 50 ms mas o n mero de recursos reservados para caminho de trabalho e para o caminho de protec o elevado Os mecanismos de protec o nas topologias em malha reservam um menor n mero de recursos Como a recupera o nas redes em malha envolve uma sinaliza o complexa a recupera o nas redes em malha geralmente mais lenta comparada com as redes em anel De forma a combinar as melhores caracter sticas de ambas as topologias considera se um novo conceito denominado p cycles Schupke 2005 O m todo p cycles baseado na forma o de caminhos fechados Estes caminhos s o criados antes da ocorr ncia da falha A F
31. a utilizar no Cen rio 4 Foi verificado durante as simula es que os modos on demand e ordered control n o t m qualquer influ ncia na rede quando aplicados no protocolo de distribui o de etiquetas Control Driven A Tabela 5 7 mostra que o protocolo Control Driven apresenta valores de QoS 111 melhores do que o protocolo Data Driven on demand ordered control uma vez que regra geral enviado um maior n mero de pacotes com um atraso menor De acordo com estes resultados ser utilizado o protocolo de distribui o de etiquetas Control Driven na solu o final Resta comparar as redes IP e MPLS que utilizam o protocolo Control Driven Observa se que a rede MPLS permite enviar um maior n mero de pacotes pela rede e com menor atraso do que a rede IP Isto deve se ao facto de que o processo de leitura do cabe alho do pacote realizado pelos encaminhadores localizados dentro da rede MPLS atrav s do processo de distribui o de etiquetas mais r pido do que o processo de leitura do cabe alho do pacote pelos encaminhadores da rede IP Em suma a simula o do Cen rio 4 ser efectuada numa rede MPLS com o protocolo de encaminhamento DV com explicita o de encaminhamentos e com o protocolo de distribui o de etiquetas Control Driven Tabela 5 7 Resultados obtidos para verificar qual o melhor protocolo de distribui o de etiquetas Data Driven on demand order control Control Driven MPLS Ls
32. aproxima o do QoS com menor complexidade LEE 2006 62 3 3 2 DiffServ Devido aos problemas de escalabilidade e por dificuldades na implementa o dos Servi os Integrados e do protocolo RSVP foram introduzidos os Servi os Diferenciados DiffServ RFC 2474 1998 O modelo DiffServ implementa QoS com base na defini o de tipos de classes No cabe alho do pacote IP existe um campo denominado de TOS Type of Service que pode identificar o tipo de servi o No entanto os servi os diferenciados ampliam a representa o de servi os e o tratamento que pode ser dado para encaminhar um pacote atrav s da defini o de um novo layout para o TOS Este layout denominado de DS Field Differentiated Service Field e encontra se ilustrado na Figura 3 4 No DS Field s o codificadas as classes para servi os diferenciados Cada campo DS corresponde a um tratamento diferente de encaminhamento chamado PHP Per Hop Behavior em cada n ou encaminhador DSCP cu DSCP DS odepe nt CU Currently Unused Figura 3 4 O campo DS LEE 2006 A arquitectura DiffServ parte do princ pio que os dom nios adjacentes t m um acordo sobre os servi os que s o disponibilizados entre eles Este acordo denomina se SLA Service Level Agreement Um SLA determina de uma forma simples as classes de servi os suportados e a quantidade de tr fego entre os dom nios Os dom nios podem definir um SLA est tico renova o agendad
33. atrav s de uma interface gr fica que permite atrav s de editores modelar a rede pretendida O OPNET suporta todas as funcionalidades actualizadas da tecnologia MPLS mas tem a grande desvantagem de n o ser um simulador gratuito Resta comparar os simuladores gratuitos J Sim e NS 2 Sabe se que ambos os simuladores suportam a tecnologia MPLS O simulador NS 2 suporta a tecnologia MPLS desde 2000 segundo NS 2 2000 enquanto o simulador J Sim apenas suporta a tecnologia MPLS desde 2003 J Sim 2003 Como o NS 2 foi desenvolvido h mais tempo e a sua popularidade grande existe mais informa o e c digo relativo tecnologia MPLS dispon vel na Internet Desta forma utilizado neste trabalho de disserta o o simulador NS 2 para a implementa o das simula es dos v rios cen rios O simulador NS 2 utilizado neste trabalho para analisar os resultados das simula es dos v rios cen rios propostos Estas simula es t m o objectivo de verificar qual o melhor encaminhamento a atribuir ao tr fego Triple Play sem provocar uma taxa de perda de pacotes elevada O simulador de rede permite verificar de forma quase realista os condicionantes existentes na rede e analisar qual a melhor maneira de contornar os condicionantes de forma a optimizar a efici ncia de uma dada rede 89 CAPITULO V SIMULA O DE QOS COM NS 2 33 Neste Cap tulo s o apresentados os conceitos te ricos e o funcionamento experimental do simulador de
34. causa maior impacto no funcionamento do servi o do que o elevado atraso e o n mero 132 elevado de recursos reservados Desta forma decidiu se que a recupera o Global Haskin o m todo mais eficaz para ser utilizado numa rede Triple Play O encaminhamento ptimo ou quase ptimo est apresentado no Cen rio 4 sec o 5 3 4 onde a rede consiste em quatro geradores de tr fego um dom nio MPLS e um n cliente para receber o tr fego que representa um conjunto de clientes Existe um gerador de Dados um gerador VolP um gerador IPTV e um gerador Web O tamanho dos pacotes utilizados nos geradores de Dados VoIP e IPTV foi calculado de forma a representar o tamanho de pacotes Ethernet Desta forma foi poss vel verificar com precis o a carga que uma rede EOMPLS pode suportar O cen rio 4 cont m um dom nio MPLS cujo encaminhamento do protocolo calculado com base na menor dist ncia at ao destino A Engenharia de Tr fego aplicada a meio da simula o e comuta o tr fego para outro caminho existente na rede para balancear o tr fego O dom nio MPLS funciona atrav s da recupera o Global Haskin e consequentemente atrav s da distribui o de etiquetas do plano de dados Estes par metros de configura o atribu dos ao dom nio MPLS delineiam o encaminhamento ptimo ou quase ptimo do tr fego na rede Triple Play Posto isto o objectivo do trabalho foi alcan ado O cen rio 4 permitiu tamb m verificar qual o limi
35. contra a leitura ou altera o de dados por parte de terceiros O par metro prioridade fornece ao utilizador a possibilidade de indicar quais as conex es mais importantes para proteger as mesmas da perda de pacotes no caso de congestionamento Por fim a resili ncia permite a camada de transporte finalizar uma conex o na presen a do congestionamento ou falha Os par metros de Qos s o especificados pelo administrador de rede quando solicitada uma conex o Os valores m nimos e m ximo aceit veis podem ser fornecidos Por vezes quando s o conhecidos os valores de QoS a camada de transporte detecta que alguns deles n o podem ser alcan ados Neste caso a falha da tentativa de conex o informada Noutros casos a camada de transporte tem conhecimento que n o pode alcan ar o objectivo desejado por exemplo um d bito efectivo de 600 Mbps mas pode atingir uma taxa mais baixa por m aceit vel por exemplo 150 Mbps De seguida a camada de transporte envia a taxa mais baixa m quina remota e envia uma mensagem a solicitar o estabelecimento de uma conex o Se a m quina remota n o puder administrar o valor sugerido mas conseguir administrar qualquer valor acima do m nimo a camada de transporte faz uma contraproposta Se a m quina remota n o aceitar qualquer valor acima do m nimo rejeitada a tentativa de conex o Por fim o utilizador da m quina de origem informado da conex o estabelecida ou rejeitada No caso de a
36. da utiliza o de uma disciplina de filas O Controlo de Admiss o de recursos implementa o algoritmo que o encaminhador utiliza para verificar se o novo fluxo tem o seu pedido de QoS sem interferir nas garantias feitas anteriormente para os fluxos existentes no encaminhador O protocolo RSVP utilizado por uma aplica o para informar rede os seus requisitos de Qos e efectuar a reserva de recursos ao longo do caminho que o pacote percorrer O Policiamento verifica se o fluxo est de acordo com as especifica es negociadas na fase de estabelecimento da conex o Sinaliza o RSVP o Controle de Admiss o L ck Sinaliza o RSVP Policiam ento P Fhixo de pacotes schedulng Figura 3 2 Modelo IntServ O IntServ fornece duas classes de servi o o Servi o Garantido para as aplica es que requerem um atraso fixo e o Servi o de Carga Controlada para aplica es que requerem um 61 servi o melhor esfor o mais fi vel e melhorado Na Figura 3 3 s o ilustradas as diferentes classes existentes na arquitectura IntServ Tanembaum 2003 Real time Elastic Tolera nt Asynchronous i Intolerant l Packet i Emulation AudioVideo NFS Controlled Load Best Effort Circuit Figura 3 3 Fontes de tr fego para a arquitectura IntServ LEE 2006 O Servi o Garantido foi definido para fornecer um n vel assegurado de largura de banda um limite de atraso ponto a ponto e nenhuma perda nas f
37. de banda neste ponto levando os n s a descartarem o excesso de pacotes A presen a de falhas causam um maior atraso na rede em todos os servi os do Triple Play uma vez que a rede demora a se adaptar aos novos encaminhamentos de tr fego de forma a contornar a falha O menor atraso no servi o de Dados acontece na presen a de falha na liga o entre os n s LSR9 e LSR10 Nos servi os de VoIP e IPTV o menor atraso acontece na presen a de falha na liga o entre os n s LSR8 e LSR9 O maior atraso em todos os servi os do Triple Play acontece na presen a de falha de liga o entre os n s LSR4 e LSR8 122 Tabela 5 14 Resultados obtidos para verificar o comportamento da rede Ethernet 10 Mbps em caso de falha N canais 2 IPTV PackMime 2 MPLS MPLS com falhas entre MPLS MPLS com falhas entre MPLS MPLS com falhas entre sem LgR4e Ph LSR9 e ie LSR8 e LSR9 e LSR8 LSR9 LSR10 LSR8 LSR9 LSR10 LSR8 LSR9 LSR10 345 510 351 1967 2189 1991 37654 37544 41755 37102 343 506 345 1859 1964 2185 1977 37548 37487 41621 37001 4 6 6 3 4 14 106 134 101 0 703 0 272 2 57 0 580 0 784 1 709 0 153 0 183 0 152 0 321 Dados VolP D wo Pacotes Enviados Pacotes Perdidos k Pacotes Perdidos no Gerador Pacotes Perdidos LSR4 Pacotes Perdidos LSR5 Pacotes Perdidos LSR6 Pacotes Perdidos LSR6 Pacotes Perdidos LSR7 Pacotes Perdidos LSR7 Pacotes Perdidos LSR8 Pacotes Perdidos L
38. de banda por parte dos utilizadores est o sempre a crescer Os elementos que constituem a rede de acesso s o o n de acesso a rede distribui o e o elemento terminal da rede de distribui o conforme mostra a Figura 2 9 O n de acesso o elemento de rede respons vel pela conex o entre a rede de acesso e a rede n cleo ou principal A fun o do n de 34 acesso converter as velocidades de transfer ncia de dados convers o de protocolos A rede de distribui o pode ser constitu da por uma combina o de meios de transmiss o ou por um nico meio de transmiss o Os meios de transmiss o podem ser de cobre ou de fibra ptica O elemento terminal da rede de distribui o o ponto de separa o entre o dom nio p blico e o dom nio privado resid ncia Este elemento pode ser passivo apenas com fun es de conex o ou activo com fun es de convers o de sinais e de protocolos Figura 2 9 Elementos da Rede de Acesso Como fora dito anteriormente a rede de distribui o pode ser de cobre de fibra ptica ou uma combina o destes dois A arquitectura dos cabos de fibra ptica classificada com base no local onde termina a liga o do cabo de fibra ptica As classifica es mais utilizadas s o o FTTH Fiber To The o FTTB Fiber To The o FTTC Fiber To The e o FTTN Fiber To The Node FlexLight Networks 2004 No caso da liga o de fibra ptica terminar na resid ncia do subscritor a di
39. do tr fego percorrer dois caminhos 0 1 2 3 4 7 8 ou 0 1 5 6 7 8 Um caminho apresenta um menor n mero de saltos at ao destino do que o outro Nas simula es da rede MPLS os n s 2 3 4 5 e 6 representam os LSRs O n 1 representa o LSR de ingresso numa rede MPLS e o n 7 representa o LSR de egresso O a o pr 8 Ws a AO om o Figura 5 10 Topologia de rede do Cen rio 1 103 A Tabela 5 1 cont m todos os par metros atribu dos topologia de simula o para o cen rio 1 Todas as liga es entre os n s t m uma largura de banda de 10 Mbps e um atraso de 1 ms O gerador de tr fego IPTV tr fego Exponential envia pacotes de 1402 Bytes a uma taxa de transfer ncia de 4907 Kbps O gerador de tr fego IPTV inicia o envio de pacotes no instante 0 1s e termina no instante 1 8s A simula o termina ao fim de 2s Tabela 5 1 Par metros atribu dos topologia de rede do Cen rio 1 a Tamanho doPacote __1402__ Bytes Gerador IPTV inicia o s Gerador IPTV termina 1 8 s Fimda Simula o Z s Os par metros acima referidos representam uma rede IP e s o mantidos em todas as simula es do Cen rio 1 De forma a cumprir os objectivos propostos para este cen rio as linhas de c digo relacionadas com a tecnologia MPLS o protocolo de encaminhamento do pacote e o protocolo de distribui o do pacote s o alteradas As linhas de c digo referentes a cada tipo de simu
40. e a recomenda o da ITU Tabela 2 4 Tabela Comparativa das Variantes da Tecnologia DSL Nunes 2006 ADSL ADSL2 ADSL2 VDSL vs A Figura 2 8 mostra a compara o de largura de banda entre as tecnologias DSL em fun o do comprimento do loop Observa se que quanto maior for a taxa de transfer ncia da tecnologia menor o comprimento do seu loop Desta forma as resid ncias que se encontram mais perto do comutador t m a possibilidade de visualizar um maior n mero de canais de televis o por exemplo em simult neo do que as resid ncias que se encontram mais afastadas do comutador O dispositivo que interliga a rede n cleo rede de acesso denominado DSLAM Digital Subscriber Line Access Multiplexer permite as linhas telef nicas fazerem conex es r pidas Internet O DSLAM um dispositivo que suporta o servi o DSL e separa os sinais telef nicos dos sinais de dados atrav s de t cnicas de multiplexagem Quanto mais afastado estiver o DSLAM menor a taxa de transfer ncia na resid ncia especialmente quando ultrapassa os 1 6 km de dist ncia Wikipedia 4 2008 33 4 Loop Lenght km Figura 2 8 Taxa de Transfer ncia em rela o ao comprimento do Joop Foigel 2007 As tecnologias DSL oferecem v rias vantagens na comunica o de banda larga A vantagem mais importante o pre o dado que o DSL oferecido atrav s da rede de cobre Uma outra vantagem que o tr fego de da
41. e consequentemente aumentar as colis es sucessivas para a mesma trama Os erros nas redes podem ser provocados por raz es relacionadas com o tamanho da trama com o meio de transmiss o ou com o excesso de perda de largura de banda devido s colis es Quando a trama a transferir muito pequena as tramas maiores s o fragmentadas em duas ou mais tramas Isto contribui para a utiliza o em excesso da largura de banda e contribui tamb m para o 46 aumento de colis es O meio de transmiss o pode causar erros quando n o utilizada a categoria correcta ou quando n o utilizado o conector correcto A instala o impr pria do meio de transmiss o tamb m causa erros na transfer ncia de dados A tecnologia Ethernet exibe um desempenho mau quando a sua utiliza o da largura de banda de 60 ou superior O excesso de utiliza o que inclui a perda de largura de banda devido s colis es tipicamente o resultado de muitos elementos de rede a operar num mesmo dom nio de colis o A substitui o de hubs dispositivo que permite conectar os v rios elementos de rede entre si por comutadores ou encaminhadores permite a parti o da rede em m ltiplos dom nio de colis o cada um com um n mero inferior de elementos de rede Isto contribui para melhorar significativamente o desempenho da rede Fast Ethernet A Fast Ethernet est implementada em diversas maneiras diferentes todas referidas colectivamente como a tecnologia 100BaseT
42. e do factor do tempo de interrup o do servi o Observa se que o m todo Global Makam e o m todo Regional apresentam o mesmo n mero de taxa de perda de pacotes O Makam e o Regional apresentam uma taxa de perdas mais elevada em compara o com o m todo Global Haskin e o m todo Local porque a FIS Fault Indication Signal enviada ao LSR de ingresso antes do tr fego ser comutado para o caminho de recupera o Quanto mais afastado estiver a falha do LSR de ingresso mais lento o processo de detec o da falha e maior o n mero de perda de pacotes A perda de pacotes provocada pelo atraso da detec o notifica o c lculo do caminho alternativo e recupera o da rede perante uma 115 falha Durante o tempo em que n o conhecida a falha e n o reencaminhado o tr fego para um caminho alternativo existe perda de pacotes Os m todos Global Haskin e Local s o os que apresentam a menor taxa de perda de pacotes Isto porque qualquer LSR detecta falhas e comuta o tr fego para o caminho de recupera o de forma imediata Quanto mais perto estiver a falha do LSR de egresso menor o n mero de pacotes descartados Isto deve se ao facto de que quanto mais perto estiver a falha do LSR de egresso mais pequeno o caminho de recupera o Destaca se que o m todo de recupera o que apresenta menor taxa de perda o m todo de recupera o Global Haskin A recupera o de falhas implica em alguns casos a reserva
43. e o MPLS A Engenharia de Tr fego pode ser efectuada manualmente ou atrav s de uma t cnica automatizada como o MPLS que utiliza a QoS para procurar e estabelecer os caminhos mais adequados a determinados conjuntos de fluxos de rede O MPLS largamente utilizado como forma de integrar a Engenharia de Tr fego ao plano de controlo do IP Desta forma podem se destacar os componentes da Engenharia de Tr fego associados ao MPLS LEE 2006 o encaminhamento de pacotes a distribui o das informa es a selec o do caminho e a selec o da sinaliza o O encaminhamento do pacote ocorre da mesma forma do que no MPLS A quest o essencial fica por conta da escolha de uma LSP que escolheria o caminho mais curto para alcan ar o destino 74 A componente representada pela distribui o das informa es fundamental na estrutura da Engenharia de Tr fego baseada no MPLS Isto porque necess rio um conhecimento sobre a topologia da rede assim como informa es din micas sobre a carga da rede A implementa o deste elemento d se atrav s das extens es ao IGP de modo que os atributos das liga es sejam inclu dos nas mensagens de an ncio distribu das nos encaminhadores A selec o do caminho a ser tomado pelos LSP baseada num algoritmo denominado CSPF Constraint Shortest Path First LEE 2006 utilizado pelo CBR Este algoritmo baseia se em restri es que s o atribu das aos elementos da rede para determinar um camin
44. e o xgraph Heidemann et al 2006 O ficheiro awk cont m c digo que permite calcular os par metros de QoS a partir do processamento do ficheiro tr criado pelo NS 2 Os resultados dos c lculos dos par metros QoS s o apresentados na janela de comandos O xgraph processa os dados contidos nos ficheiros r criados pelo NS 2 e fornece ao utilizador um gr fico que mostra as varia es de determinado par metro QoS ao longo da simula o A Figura 5 2 mostra o processo da simula o no NS 2 Primeiro criado o ficheiro OTcl para a simula o Depois o ficheiro OTcl executado pelo interpretador OTcl que tem o acesso livraria do simulador NS Em terceiro lugar criado um ficheiro tr com os resultados da simula o Por fim s o analisados os resultados atrav s da janela de comandos do NAM e ou do Xgraph OTel Tcl interpreter e Q with OO extention Analysis OTcl Script imulati sien Simulation NS Simulator Library Results a Program Event Scheduler Objects Ses Network Component Objects Network Setup Helping Kn Modules Plumbing Modules Animator Figura 5 2 O processo de simula o no NS 2 Chung et al 1999 91 5 1 1 Funcionamento do MPLS no NS 2 Esta sec o descreve a implementa o do protocolo MPLS no simulador NS 2 Ganchev 2003 Este simulador suporta as duas fun es principais do MPLS nomeadamente o LDP e a comuta o de etiquetas MPLS Ganchev 2003 V r
45. efectuado pelos encaminhadores r pido Foi verificado atrav s das simula es que quando utilizada a tecnologia Ethernet sobre a tecnologia MPLS EoMPLS os requisitos de qualidade de servi o s o optimizados devido a natureza ub qua e simples da tecnologia Ethernet combinada com a robustez fiabilidade e utiliza o e efici ncia proporcionada pela tecnologia MPLS O encaminhador MPLS apenas analisa a etiqueta alojada no cabe alho do pacote para determinar o seu trajecto em vez de analisar o cabe alho inteiro do pacote como acontece na rede IP A redu o do tempo de an lise do cabe alho do pacote provoca um aumento no d bito efectivo do tr fego na rede Isto faz com que a rede MPLS seja mais eficiente do que a rede IP Isto verificado atrav s das simula es que foram efectuadas neste trabalho com o simulador NS 2 33 A tecnologia MPLS permite aplicar a Engenharia de Tr fego A Engenharia de Tr fego permite pr estabelecer caminhos para chegar at ao destino Esta informa o armazenada na etiqueta alojada no cabe alho do pacote Neste caso o tempo de an lise do cabe alho reduzido ainda mais uma vez que o encaminhador sabe para onde deve encaminhar o pacote sem fazer c lculos sobre o seu trajecto para chegar at ao destino Desta forma o d bito efectivo superior ao valor apresentado pela solu o da aplica o apenas da tecnologia MPLS na rede Isto demonstrado nas simula es realizadas com o simul
46. es Arquitectura do Servi o VoIP A transmiss o do sinal da voz num sistema VoIP consiste na emiss o e recep o do sinal da voz humana conforme ilustrado na Figura 2 2 l Se Digitalizagao Empacotamento Buffer Desempacotamento Descodificagao Amostragem 125 us 8000Hz Figura 2 2 Tratamento dado ao som num sistema VoIP A emiss o do sinal de voz consiste na digitaliza o compress o empacotamento e transmiss o do sinal anal gico da voz humana pela rede IP ITU T P 800 1996 ITU T P 830 1996 A digitaliza o do sinal consiste na amostragem quantiza o e codifica o do sinal anal gico A amostragem e quantiza o apresentam um atraso que foi estabelecido e fixado internacionalmente A codifica o permite comprimir o sinal de voz atrav s de codecs COmpressor DECompressor e consequentemente reduzir o tamanho da mensagem a transmitir na rede Isto torna mais eficiente a utiliza o do espa o de mem ria da aplica o e da largura de banda necess ria para a transmiss o A compress o provoca um aumento do atraso e a perda da qualidade do sinal devido ao processamento do algoritmo de codifica o e descodifica o Os codecs possuem caracter sticas que determinam a escolha da sua utiliza o tais como a taxa de transmiss o o atraso a complexidade do algoritmo e a qualidade do sinal A Tabela 2 1 mostra os diferentes codecs e respectivas taxas de transfer ncia atraso de codifica o e MOS Mean
47. este problema pois proporciona orienta o conex o s tecnologias n o orientadas conex o como o caso das redes IP e Ethernet mais utilizadas O MPLS uma arquitectura de m ltiplos protocolos que procuram estabelecer um caminho para um determinado fluxo no caso de falha ou congestionamento de uma forma mais r pida do que as redes IP convencionais Ao aumentar a velocidade de recupera o da rede na ocorr ncia de falha ou congestionamento o n mero de pacotes descartados menor Existem v rios m todos de recupera o de redes que podem ser utilizados nas redes MPLS tais como a recupera o Global ou Makam a recupera o Reverse a recupera o Haskin a recupera o Local e a recupera o Local em ambientes din micos Todos estes m todos de recupera o devem ser analisados para determinar qual o m todo que proporciona a menor n mero de pacotes descartados A Engenharia de tr fego tamb m uma solu o com muitas vantagens pois permite encaminhar os fluxos de dados pelos caminhos desejados tanto na presen a de falhas como na aus ncia das mesmas Isto permite balancear o fluxo de dados pela rede e optimizar a utiliza o de todos os recursos existentes na mesma Neste trabalho ser utilizado a jun o do EoMPLS e a Engenharia de Tr fego pois como fora visto proporciona as vantagens de obter uma rede capaz de Recuperar rapidamente em caso de falha ou congestionamento e Balan ar os fluxos de dados
48. existentes na rede A selec o do encaminhamento ptimo tamb m implicou seleccionar a melhor solu o que permitisse melhorar os requisitos da qualidade de servi o atraso varia o de atraso d bito efectivo e perda de pacotes da rede IP Na realiza o deste trabalho primeiro foi efectuado um levantamento dos requisitos de qualidade de servi o de cada servi o existente na rede Triple Play Dados VoIP e IPTV Depois fez se um levantamento das tecnologias da rede de acesso e da rede n cleo dispon veis para suportar as exig ncias da rede convergente Triple Play Em terceiro estudou se os m todos de QoS existentes no mercado que permitem melhorar os par metros de qualidade de servi o das redes IP Em quarto comparou se os tr s tipos de simuladores de redes J SIM OPNet e NS 2 mais populares de forma a escolher o mais adequado para a realiza o deste trabalho Por fim modelou se quatro tipos de cen rios e fez se v rias simula es para obter resultados e posteriormente analis los e tirar conclus es 130 Ap s a an lise aos v rios tipos de rede de acesso concluiu se que as redes de acesso em fibra ptica permitiam o suporte mais adequado ao servi o Triple Play uma vez que a fibra ptica fornece elevadas larguras de banda e atrasos m nimos no transporte de dados Esta solu o implica um grande investimento monet rio na infra estrutura tanto a n vel do meio de transmiss o como a n vel dos equipamentos de re
49. forma e segundo os c lculos efectuados para o VoIP o tamanho total do pacote IPTV Ethernet IP RTP UDP 1344 18 20 12 8 1402 bytes os pacotes por segundo taxa de transfer ncia do codec IPTV 384 1344 0 286 pacotes s e por fim a taxa de transfer ncia tamanho total do pacote pacote s 1402 0 286 4907 Kbps Posto isto o tamanho do pacote a utilizar na simula o de 1402 bytes e a taxa de transfer ncia do pacote de 4907 Kbps utilizado o gerador de tr fego Exponencial ON OFF para o conte do de IPTV O tr fego Exponencial accionado e desligado Exponencial ON OFF em intervalos de tempo estipulados A Figura 5 7 b mostra a curva da distribui o Exponencial Durante o per odo de ON os pacotes s o enviados numa taxa de transfer ncia fixa e durante o per odo OFF nenhum pacote enviado S o exigidas vari veis para o objecto Exponencial tais como o tamanho do pacote o tempo ON o tempo OFF e a taxa de transfer ncia O Tr fego utilizado para simular o IPTV criado a partir das seguintes vari veis 98 PacketSize_ 1402 gerado pacotes constantes do mesmo tamanho burst_time_ Oms tempo m dio em que sao enviados pacotes idle_time_ Oms tempo m dio em que n o s o enviados pacotes rate 4907k taxa de transfer ncia durante o tempo em que est activo O tamanho do pacote PacketSize dado em bytes os tempos em milissegundos e a taxa de transfer
50. indica o de falha FIS Fault Indication Signal a mensagem que indica a exist ncia da falha no caminho Esta mensagem enviada por cada LSR para o seu vizinho upstream ou downstream at chegar ao LSR configurado para desempenhar a recupera o MPLS no POR O FIS enviado periodicamente pelo n ou pelos n s mais pr ximos ao ponto de falha durante um limite de tempo configur vel O FRS Fault Repair Signal a mensagem que indica se a falha no caminho de trabalho est ou n o reparada O FRS tem o mesmo comportamento que o FIS em termos de distribuir a sua informa o 75 3 4 1 Detec o e Notifica o de Falhas no MPLS Como citado anteriormente o MPLS introduz uma nova camada no modelo da rede entre a camada 2 e a camada 3 independente das restantes camadas existentes na rede Desta forma necess rio que o MPLS tenha os seus pr prios mecanismos de detec o e de notifica o de falhas Mesmo que as camadas inferiores tenham mecanismos de detec o e de notifica o de falhas mais r pidas nada pode ser assumido nessas mesmas camadas uma vez que o MPLS funciona com muitos tipos de redes diferentes A extens o RSVP TE Hello Resource Reservation Protocol Traffic Extention permite que os LSR detectem quando um n adjacente n o alcan vel A extens o composta por uma mensagem Hello um objecto HELLO REQUEST e um objecto HELLO ACK No caso de o LSR n o receber nenhuma mensagem Hello dent
51. levam a fibra ptica at 305 m do utilizador final com a termina o num terminal remoto a servir entre oito a doze utilizadores As redes FTTN s o muito parecidas s redes FTTC quanto arquitectura No entanto nas redes FTTN o terminal remoto posicionado acima dos 1524 m dos utilizadores finais e servem 36 entre tr s a 500 utilizadores Ambas as redes utilizam um par entran ado para conectar ao utilizador final A escolha do tipo de tecnologia DSL a utilizar nas redes baseada no comprimento do par entran ado de cobre e na largura de banda pretendida para suportar certos servi os Tanto o ADSL2 quanto o ADSL2 funcionam melhor com maiores comprimentos de par entran ado e s o predominantemente utilizados nas redes FT TN Os sinais transferidos sobre o cobre degradam significativamente em longas dist ncias afectando directamente a potencialidade da largura de banda Redes pticas Existem dois tipos de arquitecturas de redes de fibra ptica nomeadamente a arquitectura AON Active Optical Network e a arquitectura PON Passive Optical Network A arquitectura AON apresenta uma topologia ponto a ponto onde a cada utilizador final ligada a uma fibra ptica com largura de banda bidireccional dedicada Desta forma o cliente pode ter uma largura de banda que pode atingir 1 Gbps Na AON s o utilizados comutadores encaminhadores ou multiplexadores ou equipamentos de convers o de sinais e de protocolos Esta uma solu
52. loops sinal enviado e recebido de volta para testar o correcto funcionamento do equipamento m ximos de 300 metros utilizando uma banda de 30 MHz transmiss o sim trica de 10 30 Mbps em loops com uma dist ncia intermedi ria utilizando a banda de 12 MHz e opera o assim trica com taxa no sentido descendente de 10 30 Mbps em loops de 1 32 a 3 km utilizando uma banda de 8 5 MHz O VDSL2 inclui a maioria das facilidades do ADSL2 e o seu desempenho melhor do que a do VDSL Nunes 2006 A qualidade de servi o fundamental para a transfer ncia cont nua do conte do de v deo e de udio O VDSL2 define um mecanismo que atribui elevadas prioridades ao conte do de v deo e de udio em contraste com as baixas prioridades atribu das ao conte do de dados como o correio electr nico e p ginas Web Numa conex o de 100 Mbps n o existe interfer ncias de atraso entre os pacotes de voz de alta prioridade e os pacotes de dados de baixa prioridade Ao contr rio numa liga o de velocidade de 1 Mbps o atraso torna se num factor capaz de provocar a varia o de atraso no pacote de transfer ncia da voz O VDSL2 p ra a transfer ncia do conte do de pacotes com prioridade baixa at a miss o da voz se completar Wimoesterer 2006 A Tabela 2 4 mostra um resumo das caracter sticas das variantes da tecnologia DSL tais como a taxa de transfer ncia no sentido ascendente como descendente a dist ncia entre a resid ncia e o comutador
53. no mercado portugu s h alguns anos O servi o de dados permite o acesso s p ginas Web ao correio electr nico e transfer ncia de arquivos pela rede IP Protocolo Internet O servi o de voz ou VoIP voz sobre IP permite efectuar chamadas telef nicas atrav s da rede IP A grande novidade o fornecimento do servi o de conte do de v deo atrav s da rede IP denominado de servi o IPTV Televis o por IP O aparecimento do servi o IPTV veio revolucionar o modo de ver televis o onde o conte do de v deo transportado pela rede IP at televis o do subscritor O servi o IPTV permite fornecer ao subscritor o controlo total do conte do que pretende visualizar atrav s do comando pois este comunica bidireccionalmente com a rede IP A comunica o bidireccional permite ao subscritor gravar pausar andar para a frente ou andar para tr s com o conte do de v deo que solicita para visualizar Os conte dos de voz e de v deo s o intolerantes perda de pacotes uma vez que a emiss o efectuada em tempo real A perda de pacotes afecta a percep o da voz no caso do conte do de voz e afecta a imagem no caso do conte do de v deo A disponibilidade da largura de banda na rede IP um grande requisito para o conte do de v deo devido ao tamanho dos pacotes e n o tanto para o conte do de voz Estes problemas colocam muitas quest es em termos de exig ncias requeridas pelo servi o Triple Play em rela o qualidade
54. o codec MPEG 2 e de 10 Mbps no caso de utilizar o codec MPEG 4 H 264 Tabela 2 2 Codecs do sistema IPTV e respectivas taxas de transfer ncias Flask 2007 Largura de Banda da Defini o Padr o Largura de Banda da Defini o Elevada Standard Definition High Definition L MPEG 4 8 Mbps 14 20 Mbps MPEG 4 H 264 2 4 Mbps 7 10 Mbps Os sinais de v deo em multicast s o encaminhados at ao in cio da rede de acesso e os sinais de v deo em unicast s o encaminhados na rede de acesso at ao STB do subscritor conforme ilustrado na Figura 2 4 Os protocolos RTP e RTCP s o utilizados para controlar a qualidade da imagem do conte do em tempo real O protocolo IGMP Internet Group Management Protocol utilizado na mudan a de canais de acesso para transferir os canais em multicast enquanto o protocolo de sinaliza o RTSP Real Time Stream Protocol utilizado para transferir os canais em unicast Os canais de televis o tradicionais s o transportados sobre a rede IP atrav s do m todo multicast onde todos os utilizadores subscritos no mesmo grupo de programas recebem o mesmo sinal O protocolo IGMP cont m a informa o de registo do cliente utilizado o m todo IGMP Snooping para encaminhar os pacotes multicast pela rede dentro de um dom nio broadcast Esta informa o analisada para criar listas de distribui o de forma a agrupar os subscritores registados com um determinado tipo de endere o multicast
55. o agente TCP Desta forma a nica alternativa utilizar a Aplica o Exponencial de forma a simular a transfer ncia de 99 ficheiros Como discutido em Uzmi 2006 a distribui o Poisson pode representar a transfer ncia de ficheiros FTP aleat ria A distribui o Poisson est representada na Figura 5 8 Durante as simula es n o foi poss vel utilizar no simulador de rede NS 2 33 Network Simulator 2 vers o 2 33 a aplica o Poisson Posto isto e segundo SFR Fresh 2007 configurou se a aplica o Exponencial de forma a ter o comportamento da aplica o Poisson atrav s do par metro burst time igual a zero e do par metro tempo idle time a um valor muito elevado Desta forma utiliza se a aplica o Exponencial para simular a transfer ncia de ficheiros FTP com os seguintes par metros PacketSize 1500 gerado pacotes constantes do mesmo tamanho burst time Oms tempo m dio para o envio de pacotes idle time 200ms tempo m dio em que n o s o enviados pacotes rate 10000k taxa de transfer ncia durante o tempo que est activo O tamanho do pacote dado em bytes e salienta se que tem o tamanho m ximo do MTU da tecnologia Ethernet O envio de pacotes de 1500 bytes a uma taxa de transfer ncia de 10 Mbps d um envio total de 80 MBytes s 10 8bits No entanto como existe um tempo OFF muito longo este envio de 80 MBytes s n o se realiza em um segundo mas sim ao longo da simula o H
56. o encaminhamento ptimo ou quase ptimo aquele que permite reduzir a taxa de perda de pacotes e a lat ncia nas redes que suportam o servi o Triple Play Os servi os VoIP e IPTV pertencentes ao servi o Triple Play s o intolerantes perda de pacotes Posto isto os cen rios e respectivas simula es que se seguem ajudam a compreender o funcionamento da rede Triple Play as suas exig ncias e seus limites Os cen rios apresentados tamb m ajudam a perceber como o MPLS a Engenharia de Tr fego e os m todos de recupera o de falhas da rede podem melhorar o desempenho e a efici ncia da rede IP existente A arquitectura MPLS utilizada nas simula es para obter a QoS para os clientes em redes Triple Play e atrav s da an lise do seu funcionamento poss vel explicar os factores o desempenho os problemas relacionados com a qualidade de servi o as vantagens e limita es Desta forma as simula es permitem prever situa es futuras de escalonamento de acordo com o aumento de ades es ao servi o Triple Play As simula es foram efectuadas atrav s da ferramenta NS 2 33 onde s o utilizados ficheiros tcl para programar a simula o os ficheiros awk para processar analisar os dados dos ficheiros tr criados pela ferramenta NS 2 33 para depois ser poss vel a gera o de relat rios sobre os par metros QoS para analisar as simula es Para determinar o encaminhamento ptimo s o apresentados quatro cen
57. ou n o definido No caso da forma ser menor ou igual a 2 a vari ncia infinita ou n o definida A escolha da distribui o e das vari veis para a gera o do tr fego VoIP foi efectuada com base em Mauthe 2008 O Tr fego utilizado para simular o VoIP criado a partir das seguintes vari veis PacketSize 218 gerado pacotes constantes do mesmo tamanho burst time 500ms tempo m dio para o envio de pacotes idle time 50ms tempo m dio em que n o s o enviados pacotes rate 87k taxa de transfer ncia durante o tempo que est activo shape 1 5 o par metro de forma utilizado pela distribui o pareto Observa se que o burst time est a 500ms e o idle time est a 50ms Isto permite simular uma chamada de voz em que existe o envio da voz burst time ao falar e o sil ncio idle _time ao ouvir O agente utilizado em todos os tr fegos o UDP pois permite simular as rajadas existentes na rede IP segundo Perreira et al 2004 Tamb m permite monitorizar os pacotes recebidos pelo utilizador final atrav s da linha de c digo de agente new Agent LossMonitor Tr fego IPTV O codec H 264 o mais utilizado na transfer ncia de v deo sobre a rede IP A sua taxa de transfer ncia de 384 Kbps num stream de v deo de 30 frames s Apresentado em Salah et al 2006 um stream de v deo tem uma carga til de 1344 bytes Na simula o ser utilizado o pacote Ethernet para transferir o conte do de v deo Desta
58. para gerir os recursos no dom nio Qos Este componente denominado de BB Bandwidth Broker O BB trabalha como um gestor de recursos do dom nio que tem como fun o b sica controlar a largura de banda as pol ticas e prioridades dentro e entre as organiza es Aquando uma solicita o de um fluxo o BB o componente que verifica a disponibilidade de recursos e a autoriza o do cliente para a conex o dentro do dom nio QoS O BB tamb m se encarrega de fazer as aloca es necess rias para a comunica o dentro do seu dom nio Caso o pedido de conex o seja fora do dom nio o BB pede ao BB do dom nio adjacente para fazer o mesmo O processo de solicita o de aloca o de recursos realizado continuamente entre BBs adjacentes at chegar ao BB do dom nio do receptor O protocolo de sinaliza o para a aloca o de recursos entre os BBs pode ser o RSVP O tr fego que passa pelos encaminhadores DiffServ tratado de forma agregada A diferencia o de servi os obtida atrav s do campo DS que dita o tratamento que o pacote deve obter num determinado encaminhador PHB Per Hop Behavior A complexidade deixada para os encaminhadores de borda enquanto os encaminhadores do n cleo mant m se simples Na Figura 3 5 esquematizada a filosofia DiffServ Policiamento Destino U schedulng schedullng Drees schedulnhg Figura 3 5 Modelo DiffServ 64 Os Servi os Diferenciados t m sido o mod
59. perda de pacotes continuar a ocorrer na rede necess rio repetir os pontos 1 2 3 e 4 at n o ocorrer rejei o de pacotes ou at a perda de pacotes ser reduzida para um n mero inferior ao limite de QoS do servi o VoIP ou IPTV em quest o Ao realizar a repeti o dos 4 pontos acima referidos foi poss vel uma redu o total da perda de pacotes conforme pode ser observado na Tabela 5 8 Por fim as simula es efectuadas com o fluxo de tr fego de 3000 bytes apresentam uma perda de pacotes significativa na rede IP 15 3 e na rede MPLS 14 7 Ao aplicar a ferramenta da Engenharia de Tr fego verificou se que a taxa de perda era muito elevada para ser reduzida Mesmo assim tentou se reduzir a perda de pacotes atrav s da atribui o de m ltiplos encaminhamentos mas n o foi o suficiente Isto faz com que exista um n mero elevado de mudan as de encaminhamento Observa se atrav s da Tabela 5 8 que a redu o da taxa de perda de pacotes n o significativa O elevado n mero de mudan as de encaminhamento provoca um aumento significativo no atraso fim a fim dos pacotes Nestes casos a nica solu o para o problema do congestionamento e consequente perda de pacotes o aumento da largura de banda na rede de forma a suportar o fluxo em quest o Em suma a Engenharia de Tr fego aumenta a efici ncia da rede mesmo quando n o existe perda de pacotes A Engenharia de Tr fego serve para reduzir totalmente a perda de pacotes n
60. pidos do que aqueles da camada IP Posto isto o reencaminhamento do tr fego nas camadas inferiores r pido mas requer equipamento de rede dedicado O reencaminhamento IP lento mas n o depende de uma topologia espec fica e est implementado em todos os equipamentos da rede O MPLS implementado entre a camada 2 e a camada 3 e poss vel implementar mecanismos de recupera o que fornecem uma solu o de r pida recupera o e de custo reduzido A seguir descreve se a raz o pela qual a recupera o deve ser implementada pela camada MPLS e n o por outras camadas A camada IP n o tem capacidade de fornecer recupera o de largura de banda onde requer a capacidade de fornecer um caminho alternativo para o tr fego bem como um caminho onde a largura de banda equivalente ao do caminho original Isto necess rio nas redes QoS pois os utilizadores pagam pela elevada qualidade de servi o A utiliza o da recupera o na camada MPLS deve ser motivada pois a camada IP oferece limita es nos melhoramentos dos tempos de recupera o provocados pelos algoritmos de encaminhamento Estes algoritmos de encaminhamento requerem o seguimento do processo da detec o da falha da notifica o da falha e dos c lculos do caminho mais curto antes de reencaminhar o tr fego Nas camadas inferiores o reencaminhamento efectuado logo ap s a detec o da falha A camada MPLS permite a aloca o do tr fego IP sobre canais pticos WDM W
61. rede Ethernet 100 Mbps 124 Tabela 5 16 Resultados obtidos para verificar o comportamento da rede Ethernet 100 Mbps em caso de falha 1000Mb N canais 26 Dados VolP PackMime 26 MPLS MPLS com falhas entre com falhas entre MPLS com falhas entre com falhas entre MPLS com falhas entre sem falhas Eu LSR4 e E LSR9 e ES ES LSR9 e sm as LSR8 E LSR10 ES ES pg Na Pacotes Recebidos 5874 5902 24215 gt e EE SE sc Pacotes Perdidos LSR4 Pacotes Perdidos LSR4 Fa ES Pacotes Perdidos LSR6 ENS Pacotes Perdidos LSRT Pacotes Perdidos LSR7 fen Be E Es E 3 5 208 208 a ar 0 816 8 349 10 622 Em suma a solu o mais vi vel para o aumento do n mero de clientes na rede o aumento 0 085 0 085 696 137 627 127 da largura de banda Uma alternativa ao aumento da largura de banda para optimizar a efici ncia da rede a utiliza o de tecnologias que permitam um aumento do fluxo de tr fego na rede Utilizou se nesta disserta o a tecnologia Ethernet sobre MPLS Atrav s das simula es verificou se que esta tecnologia tem grande influ ncia no aumento do fluxo na rede em compara o com a rede Ethernet sobre IP Isto deve se ao facto de o processo de leitura do cabe alho de cada pacote ser mais r pido e provocar menos con
62. rio passa a mensagem PATH para o pr ximo salto determinado pelo protocolo de encaminhamento 2 Ao receber uma mensagem PATH 3 o receptor responde com uma mensagem RESV reserva de caminho para requisitar recursos para o fluxo 4 Cada encaminhador intermedi rio ao longo do caminho pode rejeitar ou aceitar as requisi es da mensagem RESV 5 6 No caso de a mensagem ser rejeitada o encaminhador envia uma mensagem de erro para o receptor e o processo de sinaliza o termina Se a sinaliza o aceite a largura de banda e o espa o dos buffers s o alocados para cada fluxo e as informa es de estado do fluxo s o instaladas no encaminhador Santos 2004 Neste per odo de tempo o emissor do servi o tem uma faixa da largura de banda dispon vel para transmitir os seus dados 60 Router2 a d 6 Sender Figura 3 1 Configura es b sicas de opera es de reserva de recursos do protocolo de sinaliza o RSVP LEE 2006 O modelo de Servi os Integrados conforme mostra a Figura 3 2 consiste em cinco componentes o Classificador e Calendarizador de pacotes Scheduling o Controle de Admiss o de recursos o Protocolo de sinaliza o RSVP e o Policiamento Quando o encaminhador recebe um pacote o classificador realiza uma classifica o MF Multi Field e coloca o pacote numa fila espec fica baseada no resultado da classifica o A calendariza o gere o encaminhamento dos v rios pacotes atrav s
63. sempre configurado a 1 SMPLSnode get module MPLS flow erlsp install fec phb LSPid Anexo B C digo e Par metros dos Cen rios Cen rio 1 Diferen as Entre a Rede IP e a Rede MPLS Os par metros da simula o IP est o apresentados na Tabela 5 2 Os par metros da simula o MPLS est o apresentados na Tabela 5 3 Tabela 1 Par metros da simula o IP do Cen rio 1 ns node config MPLS OFF SLSR1 get module MPLS enable data driven LSR2 get module MPLS enable data driven SLSR3 get module MPLS enable data driven Classifier Addr MPLS enable on demand Simula o IP SLSR7 get module MPLS enable control driven Tabela 2 Par metros da simula o MPLS do Cen rio 1 ns node config MPLS ON ata Driven ou Data Driven on demand ou Data Driven order control ou Data Driven on demand order control Simula o Sns rtproto DV ou Sns rtproto LS MPLS Sns at 0 10 SLSR7 get module MPLS Idp trigger by withdraw 8 1 ns at 0 20 TSLSR1 get module MPLS make explicit route 71 5 6 7 1000 1 Sns at 0 20 TSLSR1 get module MPLS make explicit route 71234 7 1001 1 Cen rio 2 Funcionamento da Engenharia de Tr fego Tabela 3 Par metros da simula o IP do Cen rio 2 E E SLSR4 get module MPLS enable control driven LSR5 get module MPLS enable control driven 9LSR6 get module MPLS7 enable control driven SLSR7 get module MPLS enable control driven Tabela 4 Par
64. serem analisados apenas uma vez quando entram na rede MPLS Desta forma o encaminhador de ingresso pode utilizar a informa o sobre o pacote que n o est presente no cabe alho da camada de rede para determinar a FEC ao qual pertence o pacote Como a parte pesada do processamento dos pacotes efectuada nas bordas da rede o n cleo da rede pode operar mais folgadamente Isto uma grande vantagem para as redes n cleo uma vez que a taxa de pacotes por segundo no n cleo da rede maior do que a taxa de pacotes nas bordas Devido a estes aspectos poss vel criar classes de servi os para a diferencia o dos pacotes e aplicar a engenharia de tr fego para n o sobrecarregar os caminhos congestionados Desta forma poss vel escolher os caminhos mais r pidos por m com custo mais elevado para pacotes de maior prioridade 3 3 4 Engenharia de Tr fego A Engenharia de Tr fego permite determinar os melhores caminhos para o encaminhamento din mico na rede consoante as caracter sticas dos tr fegos e as suas necessidades de QoS de forma a evitar o congestionamento De facto a engenharia de tr fego favorisa a QoS pois permite dar prioridades s aplica es e alterar o seu caminho de encaminhamento por outro com melhores condi es de desempenho de tr fego A Engenharia de Tr fego optimiza a rede pois balanceia o tr fego nas poss veis liga es e consequentemente evita deixar os caminhos ociosos A Engenharia de Tr fego
65. tardia dos mesmos Como o protocolo UDP n o tem um cabe alho para verificar a entrega dos dados no destino e a sua ordem de chegada a transfer ncia do tr fego torna se mais r pida e eficiente Ao 19 contr rio do protocolo de transporte TCP o protocolo de transporte UDP compat vel com o broadcast envio de dados a toda a rede local multicast envio de dados a todos os subscritores e unicast de pacotes Stoica 2004 Sardella 2005 As aplica es VoIP utilizam o protocolo RTP que define a fragmenta o do fluxo de dados udio adicionando a cada fragmento informa o de sequ ncia e de tempo de entrega O controlo realizado pelo RTCP Real Time Control Protocol Ambos utilizam o protocolo UDP como protocolo de transporte o qual n o oferece qualquer garantia de entrega dos pacotes em um determinado intervalo RFC 3550 et al 2003 A recep o do sinal de voz consiste no armazenamento do sinal digital recebido da rede num buffer e no desempacotamento e descodifica o do sinal digital da voz humana O buffer uma mem ria tempor ria que minimiza ou elimina os problemas da execu o de udio no caso do VolP provocados pela varia o do atraso Markopoulou et al 2002 Requisitos do Servi o VoIP Idealmente uma rede VoIP seria capaz de fornecer uma transmiss o de voz com uma qualidade equivalente de uma rede PSTN Um dos requisitos fundamentais para assegurar a qualidade do sinal da voz numa rede VoIP a l
66. todo reduz a taxa de perda de pacotes na rede Sabe se que o m todo Haskin apresenta o maior tempo de interrup o do servi o mas mais compensat rio esperar um certo intervalo de tempo do que perder os pacotes Os buffers das aplica es tratam do atraso dos pacotes no entanto n o tratam de recuperar pacotes perdidos Desta forma ser utilizado no Cen rio 4 o m todo de recupera o Global Haskin Tabela 5 9 Resultados obtidos para verificar qual o melhor m todo de recupera o de falhas Redes Com Falhas Global Regional Global Global Regional Local Makam sem DV Local Din mico Makam Haskin Local Din mico Fast Reroute IP MPLS TE MPLS MPLS TE MPLS TE MPLS TE MPLS TE 8692 8705 8690 8703 2 2 Redes Sem Falhas MPLS 7538 7538 7664 7664 0 023 0 023 Wii Wii 2 0 023 1 807 21 029 8 611 1 668 23 074 9741 8314 26 546 23 510 4 4 6 4 7200 5400 7 200 9000 eram se Varia o de Atraso Fim a Fim ms D bito Efectivo Fim a Fim Mbps Recursos Reservados Tempo de detec o e recupera o da falha ms Tempo de interrup o do servi o 5 4 4 Cen rio 4 Limites da Rede Triple Play Para determinar qual o n mero limite de clientes para uma dada rede recorre se s limita es dos par metros de QoS de cada servi o do Triple Play estipuladas na Tabela
67. topologia em anel como utilizada nas redes SDH atrav s dos an is MSPRing Schupke 2005 50 Ir p e op zm zm mm TT a b c Figura 2 21 O princ pio de recupera o do m todo p cycles para a protec o de liga es Schupke 2005 Recupera o na Camada F sica A recupera o na camada f sica efectuada sem notificar os n s da rede Apenas os n s adjacentes falha actuam de forma a recuperar a falha Optical Network 2006 Isto permite a recupera o de falhas ser mais r pida Na camada f sica pode ser utilizada a protec o por comuta o 1 1 ou a protec o por comuta o 1 1 Nas redes que utilizam a protec o por comuta o 1 1 utilizado um divisor splitter para replicar o sinal e encaminh lo por dois caminhos diferentes conforme mostra a Figura 2 22 a O comutador receptor compara os dois sinais recebidos e escolhe o melhor sinal para ser encaminhado no caminho de trabalho enquanto o tr fego com sinal mais fraco descartado No caso de ocorrer uma falha num dos caminhos o comutador recebe sempre um sinal Sempre que criado um caminho de trabalho tem que ser criado um caminho de protec o Esta redund ncia torna se cara Nas redes que utilizam a protec o por comuta o 1 1 um por um o tr fego encaminhado na liga o de protec o apenas depois de detectada a falha no caminho de trabalho conforme ilustrado na Figura 2 22 b Quando ocorre uma falha a fonte come a
68. tr fego efectuada pelo LSR que detecta a falha Este encaminha o fluxo em direc o ao caminho 114 alternativo atrav s da liga o mais pr xima da falha Finalmente no m todo Local Figura 5 14 du a comuta o efectuada localmente pelo LSR que detecta a falha onde o fluxo de tr fego contorna a falha Depois retorna ao caminho de trabalho 2 9070 T b Sc et d Do dE a b O o sa a fo ES So D o c d Figura 5 14 M todo de Recupera o a Global Makam b Global Haskin c Regional d Local Os resultados das simula es encontram se na Tabela 5 9 Observa se que a rede IP utiliza o m todo de recupera o cujo encaminhamento igual ao m todo de recupera o global Makam ou seja os dados s o encaminhadas pelo caminho de recupera o independentemente da localiza o da falha O n mero de pacotes enviados s o mais elevados quando existem falhas Isto porque al m de ser utilizado o caminho de trabalho tamb m utilizado o caminho alternativo com mais saltos do que o caminho de trabalho Quanto maior o n mero de saltos maior a largura de banda Quanto maior a largura de banda maior a quantidade de tr fego que passa pela rede e consequentemente maior n mero de pacotes enviados at ao destino Como fora dito anteriormente o factor mais importante numa rede Triple Play a perda de pacotes No entanto de salientar a import ncia do factor da reserva de recursos
69. trabalho mas percorre o caminho de recupera o at ao LSR de egresso conforme pode ser observado na Figura 3 11 Calle et al 2004 Local Backup dynamic Ingress Active Path Egress node Node Figura 3 11 Recupera o Local em ambientes Din micos Calle et al 2004 3 4 3 Compara o entre a recupera o na camada IP e na camada MPLS As v rias tecnologias que operar em diferentes camadas fornecem capacidades de protec o e de recupera o em escalas diferentes Estas escalas podem ser referentes a tempos de recupera o desde a ordem das dezenas de milissegundos aos minutos granularidade de diferentes larguras de banda desde os Kbps aos Gbps ou granularidade de diferentes tipos de QoS desde o tr fego agregado ao fluxo de tr fego individual Owens et al 2002 Existem 3 tipos de recupera o na rede IP a recupera o na camada f sica a recupera o na camada IP e a recupera o na camada MPLS A camada f sica utiliza a tecnologia de transporte SDH A recupera o na rede SDH efectuada atrav s de topologias de rede em anel duplo Esta topologia tem dois caminhos o caminho de trabalho e o caminho de protec o A inutiliza o do caminho de protec o torna ineficiente a utiliza o da largura de banda na rede A recupera o na camada f sica r pida pois a detec o da falha efectuada no equipamento de rede sem a necessidade do envio de mensagens e a comuta o do tr fego para o cam
70. vel atrav s da Tabela 5 5 Observa se que a rede MPLS apresenta um maior n mero de pacotes enviados com um menor atraso em compara o com a rede IP Tabela 5 5 Resultados obtidos para o modo de funcionamento do protocolo de encaminhamento de pacotes DV Pacotes Enviados MPLS DV sem make explicit route DV com make explicit route Pacotes Perdidos D gt VIU x Dim EISE SIS 7 ala Slssg EE ARE E H E Varia o de Atraso Fim a Fim ms 7521 7537 6266 7521 7537 6266 0 374 0 411 0 288 Varia o de Atraso Fim a Fim ms 1 950 1 967 2 003 D bito Effectivo Fim a Fim Mbp 21 005 21 009 18 883 poss vel melhorar o desempenho do protocolo de distribui o de etiquetas Data Driven no NS 2 33 atrav s do modo on demand do modo ordered control e do modo on demand ordered control Antes de proceder compara o entre os protocolos de distribui o de etiquetas Data Driven e Control Driven necess rio verificar qual o tipo de protocolo Data Driven que apresenta os melhores resultados Observa se na Tabela 5 6 que as redes com o protocolo Data Driven sem melhoramentos apresentam valores de qualidade de servi o inferiores aos das redes com o protocolo Data Driven com melhoramentos Verifica se que o protocolo Data Driven e o protocolo Data Driven ordered control apresentam os mesmos valores de qualidade d
71. 0 Mbps Simula es Sem Falhas VolP MPLS MPLS TE MPLS MPLS TE MPLS TE MPLS MPLS TE MPLS MPLS TE MPLS MPLS TE PackMime 3 ime D o a o a IP MPLS 353 Pacotes Perdidos Pacotes Perdidos no Gerador 353 594 726 561 i 33 Pacotes Perdidos no Gerador CITT TTT CT Pacotes Perdidos LR 1 0 0 1 1 0 T F J J J Pacotes Perdidos LSR4 J J J J 17 0 f Panes Pease sage a one fas te fe Pacotes Perdidos LSR5 Ge 6 612 0 048 2 329 0 05 7 586 DC 0 eet Pacotes Perdidos LSR6 PacotesPerdidosLSR7_ S T 1 l l ee a Ee Pacotes Perdidos LSR8 3 33 106 4018 Pacotes Perdidos LSR9 1 1 1 1 7 1T 7 T1 J Gell lo to iii RES Pacotes Perdidos LSR10 i Tama o o DC ESSES SE Pacotes Perdidos no Cliente Atraso Fim a Fim ms 17 129 27 324 24392 36591 19 642 27 457 47314 20 995 32 284 3 i Varia o de Atraso Fim a Fim ms 116 813 126 267 64801 69 721 12 300 13387 16032 20 562 0 560 0859 0 761 49 660 Atrav s do ponto 1 do procedimento do Grupo A verifica se que na rede Ethernet de 100 Mbps apenas poss vel existirem 20 clientes Triple Play em simult neo A taxa de perda de pacotes 119 de todos os servi os est o dentro dos par metros de QoS apresentados na Tabela 5 10 Verifica se atrav s da Tabela 5 12 que a taxa de perda de pacot
72. 1 O atraso da rede MPLS menor do que o atraso da rede MPLS TE uma vez que neste caso o fluxo percorre um caminho mais longo at chegar ao seu destino Apesar da aplica o da Engenharia de Tr fego na rede obrigar o fluxo percorrer um 112 caminho mais longo o atraso menor do que o da rede IP e a quantidade de pacotes enviados superior As aplica es de servi os Dados VoIP e IPTV funcionam melhor quanto maior for o n mero de pacotes recebidos e quanto menor for o atraso da chegada dos pacotes Esta simula o demonstra que o balanceamento do tr fego na rede contribui para a efici ncia do funcionamento das aplica es que recebem os pacotes As simula es efectuadas com o fluxo de tr fego de 2000 bytes apresentam alguma perda de pacotes Nesta simula o a rede IP apresenta uma taxa de perda de pacotes e um atraso superior da rede MPLS Posto isto a rede MPLS mais eficiente do que a rede IP verificado na Tabela 5 8 que a aplica o da Engenharia de Tr fego contribui para a elimina o total da perda de pacotes O processo da aplica o da Engenharia de Tr fego consiste em 1 Identificar o n que est a descartar os pacotes e o respectivo caminho atrav s do NAM 2 Verificar o tempo de in cio da rejei o dos pacotes atrav s do NAM 3 Encaminhar o tr fego para o caminho alternativo no instante antes do in cio da rejei o de pacotes 4 Verificar a exist ncia da perda de pacotes No caso da
73. 5 10 Os resultados obtidos nas simula es do Cen rio 4 que ultrapassam os par metros de QoS abaixo citados n o s o aceites O par metro de QoS que nenhum dos servi os tolera a taxa de perda de pacotes logo este par metro ser o principal condicionador das simula es No caso dos resultados 117 obtidos da taxa de perda de pacotes apresentarem valores superiores a 3 para os servi os Dados e VoIP a simula o n o ser aceite Tamb m n o ser o aceites as simula es cujos resultados obtidos da taxa de perda de pacotes sejam superiores a 1 para o servi o IPTV Tabela 5 10 Requisitos de cada servi o que pertence ao servi o Triple Play EEE PE REED DE EEE EEE Toler ncia a Atrasos insens vel POs lt 150 ms Toler ncia a varia es de spass meng Om ms S U QoS respeitar os minimos QoS respeitar os minimos Emiss o em tempo real Considera es chave das redes Fiabilidade na rede sem perda de pacotes Emiss o em tempo real Fiabilidade Multicast e Unicast Desempenho elevado Neste cen rio existem dois grupos de simula es grupo A e grupo B As simula es do grupo A determinam o n mero limite de clientes de uma dada rede Ethernet 10 100 1000 Mbps na aus ncia de falhas As simula es do grupo B determinam o comportamento de uma dada rede Ethernet 10 100 1000 Mbps na exist ncia de falhas nas liga es Para simplificar o processo da obten o dos resultados das simula es e
74. 55 fios Loos da aa casa emas as TT cos ys ozs S A High Speed MD voir CH Standard TV Internet ay Ca E Commerce _ HoTv Jogos _ A Figura 2 14 mostra um grafico que indica que as redes PON oferecem o maior nimero de canais de alta defini o em simult neo em compara o com a tecnologia VDSL2 Observa se tamb m que quando utilizado o m todo de compress o MPEG 4 o n mero de canais aumenta em compara o com o m todo de compress o MPEG 2 Posto isto as redes de fibra ptica correspondem a uma solu o ptima em compara o com as redes em cobre Channels 3xHDTV 2xHDTV 4xSDTV HDTV 2xSDTV SDTV LDTV ADSL ADSL2 VDSL2 PON Access Figura 2 14 Rela o entre a tecnologia da rede de acesso e o n mero de canais a visualizar Caballero 1 2007 A Figura 2 15 mostra a localiza o dos dispositivos das v rias tecnologias da rede de acesso e suas dist ncias do utilizador final Observa se que a fibra ptica permite ter os dispositivos de rede o mais afastado do utilizador final sem provocar atrasos De todas as tecnologias da rede de acesso em cobre o VDSL2 deve estar o mais pr ximo do utilizador final para fornecer elevadas larguras de banda e reduzir os atrasos 41 EN WT FTTN Em p 2 qm Triple Play d a ADSLZ SS e 2000 e ADSL2 VDSL2 0 m gt a iL FTTH FTTP Figura 2 15 As diferentes tecnologias da rede de acesso e suas dist ncias d
75. 64 bytes Minimum Not covered by FCS 512 bytes Minimum using extension Figura 2 19 A estrutura da Trama Ethernet ChipCenter QuestLink 2 2002 A frame bursting envolve o envio de m ltiplas tramas num s burst envio explosivo de transfer ncia A primeira trama no burst deve ser preencher o campo da extens o da transportador no caso do seu comprimento ser inferior a 512 bytes Tramas adicionais dentro do burst n o requerem preenchimento do campo de extens o da transportadora mas requerido um interframe gap de 0 096 us entre as tramas O emissor continua a transferir dados durante o interframe gap para manter a sua prioridade no meio de transmiss o da rede O tempo de burst inicia quando a primeira trama enviada onde limita o comprimento do burst a um m ximo de 65536 bits IEEE 802 3 2000 ChipCenter QuestLink 2 2002 2 3 3 Recupera o nas Redes N cleo Esta sec o descreve o desempenho da recupera o de falhas de uma rede As falhas comuns de rede as formas de detectar as falhas e as solu es de recupera o de redes s o explicadas a seguir As t cnicas de recupera o podem ser utilizadas nas redes de comuta o de circuitos bem como nas redes de comuta o de pacotes No caso de falhar a liga o ou o n o tr fego comutado para o caminho alternativo importante a rapidez do desempenho da opera o de recupera o de forma a prevenir a perda de pacotes no local da falha Se a recupera o r p
76. 6_7 1000 1 ecuperacao Regional Local Din mico Simula o da m enable reroute drop Recupera o na SLSR1 get module MPLS7 enable control driven rede MPLS LSR2 get module MPLS enable control driven LSR3 get module MPLS enable control driven SLSR4 get module MPLS enable control driven SLSR5 get module MPLS enable control driven SLSR6 get module MPLS7 enable control driven SLSR7 get module MPLS enable control driven As recupera es Global Makam Regional e Local s o configuradas no NS 2 atrav s da Engenharia de Tr fego A recupera o Global Haskin tem a particularidade de utilizar o modo Data Driven em conjunto com o comando m enable reroute new e com o comando reroute binding de forma a ser simulado no NS 2 Quando n o utilizado o comando m enable reroute new a efici ncia da rede diminui ou seja s o enviados menos pacotes at ao destino Os tempos dos encaminhamentos expl citos e das jun es atrav s do comando reroute binding devem ser respeitadas caso contr rio a simula o n o funciona no modo de recupera o Global Haskin Estas configura es encontram se representadas na Tabela 5 11 A simula o da recupera o nas redes IP ou de melhor esfor o efectuada no NS 2 atrav s do comando da Engenharia de tr fego flow erlsp install e sem o modo de encaminhamento de protocolos DV A simula o dos v rios m todos das recupera es de fa
77. 862 2001 An Objective Method for End to End Speech Quality Assessment of Narrow Band Telephone Networks and Speech Codecs Geneve IXIA 2008 ITU T Recommendation P 862 2008 An Objective Method for End to End Speech Quality Assessment of Narrow Band Telephone Networks and Speech Codecs Geneve JSim 1 2003 JSim 2003 Evaluation of JSim Website DRCL JSim Ohio State University Extra do de http www j sim org comparison html s JSim 2 2003 JSim 2003 A New MPLS model inside JSim Website Universit catholique de Louvain Extra do de http www info ucl ac be bqu jsim mpls_desc html Juniper 2007 Juniper Networks Inc 2007 Ethernet over MPLS Presentation of Technology and Application Overview Juniper Networks September 2007 Extra do de http sabb2006 tninternational com presentations JuniperPanda ppt Kankkunen 2004 Kankkunen A 2004 IP MPLS as a basic architecture in future Telecom networks and new packet services Website Datacomm Convergence Plus Comnet Publishers Pvt Ltd September 2004 Extra do de http www convergenceplus com sep04 20datacomm 2001 html Kurose et al 2005 Kurose J F amp Ross K W 2005 Capitulo 5 Redes de Computadores e a Internet Apresenta o da 3 Edi o PEARSON Addison Wesley Extra do de http www larces uece br celestino Curso 20Redes Kurose 2008 cap05 pptf371 90 LEE 2006 Lee K 2006 Mod le global pour la Quali
78. A presen a de falhas causam um maior atraso na rede em todos os servi os do Triple Play uma vez que a rede demora a se adaptar aos novos encaminhamentos de tr fego de forma a contornar a falha O menor atraso em todos os servi os do servi o Triple Play acontece na presen a de falha na liga o entre os n s LSR9 e LSR10 O maior atraso em todos os servi os do Triple Play acontece na presen a de falha de liga o entre os n s LSR8 e LSRO 123 Tabela 5 15 Resultados obtidos para verificar o comportamento da rede Ethernet 100 Mbps em caso de falha N canais 20 IPTV PackMime 20 MPLS com falhas entre MPLS MPLS com falhas entre MPLS MPLS com falhas entre MPLS Gase LSR4 e LSR8 el LSR9 e Pies LSR4 e LSR8 e LSR9 e pate LSR9 e as LsR8 LSR9 LsR10 Sos LsR8 LSR9 LSR10 a LSR10 Pacotes Enviados 4443 4451 4692 18243 372289 4422 369981 Pacotes Perdidos 2 2308 idos no Gerador idos LSR4 Pacotes Perdidos LSR5 Pacotes Perdidos LSR6 Pacotes Perdidos LSR6 Pacotes Perdidos LSR7 Pacotes Perdidos LSR7 Pacotes Perdidos LSR10 Pacotes Perdidos no Cliente Pacotes Perdidos no Cliente Atraso Fim a Fim ms Varia o de Atraso Fim a Fim ms 1 719 D bito Effectivo Fim a Fim Mbps 7 812
79. ENTRE OS SERVI OS TRIPLE PLAY E AS TECNOLOGIAS DA REDE DE ACESSO FOIGEL 2008 41 TABELA 2 6 COMPARA O ENTRE AS TECNOLOGIAS DE REDE DE ACESSO CISCO 200gl ires 42 TABELA 2 7 HIERARQUIAS SDH eneen EELER Ego 44 TABELA 2 8 COMPARA O ENTRE O SDH E A ETHERNET LEROUX ET AL 2006 56 TABELA 3 1 UTILIZA O DAS MENSAGENS LDP sccececsscesessesesecsesessesessesesesaesessssessssenesessesessecesesessesesessesesseseseseesesecatsestanesesesseaeaeess 70 TABELA 3 2 TECNOLOGIAS DE TRASPORTE QUE PODEM INJECTAR DADOS NA REDE N CLEO MPLS KANKKUNEN 2004 84 TABELA 4 1 TABELA COMPARATIVA ENTRE O J SIM O OPNET E NS 2 REENEN ENEE 88 TABELA 5 1 PAR METROS ATRIBU DOS TOPOLOGIA DE REDE DO CEN RIO 1 scsessessesssssssecsssessesseeccsecucsesseancausseensaneanensaneanensans 104 TABELA 5 2 PAR METROS ATRIBU DOS TOPOLOGIA DE REDE DO CEN RIO 3 105 TABELA 5 3 PAR METROS ATRIBU DOS TOPOLOGIA DE REDE DO CEN RIO 3 107 TABELA 5 4 PAR METROS ATRIBU DOS TOPOLOGIA DE REDE DO CEN RIO A 109 TABELA 5 6 RESULTADOS OBTIDOS PARA VERIFICAR QUAL O MELHOR MODO DE FUNCIONAMENTO DO PROTOCOLO DATA DRIWENG rPRRARRRPERaS ae PRN ERR PRE PE CPR ON ERES PO PRRR SRP ASR RPRO PRE SR EN PERO EEN 111 TABELA 5 7 RESULTADOS OBTIDOS PARA VERIFICAR QUAL O MELHOR PROTOCOLO DE DISTRIBUI O DE ETIQUETAS 112 TABELA 5 8 RESULTADOS OBTIDOS PARA VERIFICAR O COMPORTAME
80. Engenharia de Tr fego e a recupera o de falhas ainda est em desenvolvimento No NS 2 poss vel simular a recupera o de falhas em redes MPLS Calle 2004 O mesmo se pode afirmar em rela o ao OPNET segundo Huang 2003 As simula es devem ser implementadas de forma a representar a realidade Quanto mais fino for a granularidade da implementa o da simula o mais pr ximo os resultados est o da realidade Desta forma o impacto da granularidade na implementa o das simula es tem grande influ ncia nos resultados das simula es Segundo Hogie et al 2006 o NS 2 apresenta uma implementa o mais fina do que o OPNET e o J SIM Por fim verifica se em Hogie et al 2006 que a popularidade do J Sim de 0 45 a popularidade do OPNET de 2 61 e a popularidade do NS 2 de 88 8 Os restantes 8 14 pertencem a v rios outros simuladores de rede recentemente desenvolvidos Desta forma o NS 2 o simulador mais popular e mais utilizado nas simula es de redes e consequentemente o que tem mais informa o dispon vel A Tabela 4 1 apresenta as caracter sticas de cada simulador Tabela 4 1 Tabela Comparativa entre o J SIM o OPNET e NS 2 L m L NS2 Suporta implementar a ferramenta Engenharia de Tr fego N o Sim Sim Popularidade Granularidade 88 4 1 5 Conclus es O simulador OPNET parece ser um simulador de f cil utiliza o uma vez que os modelos de rede s o criados
81. Extra do de http www mcmcse com comptia aplus notes network shtml Mauthe 2008 Mauthe M A 2008 A Unity based QoS Model for Emergin Multim dia Applications Presentation LANCASTER University United Kingdom Extra do de http www comp glam ac uk NGMAST08 NGMAST2008_presentations CA228_FMN FMN_3 FMN_mu1 ppt 296 2 6 Simulation Traffic Generator Miller et al 2003 Miller J A Nair R S Zhang Z amp Zhao H 2003 JSIM A JAVA BASED SIMULATION AND ANIMATION ENVIRONMENT Article University of Georgia Extraido de http reference kfupm edu sa content j s jsim__a_java_based_simulation_and_animat_581817 pdf Miras 2002 Miras D 2002 A survey on network QoS needs of advanced Internet applications Working Document University College London Internet 2 QoS Working Group Extra do de http qos internet2 edu wg apps fellowship Docs Internet2A ppsQoSNeeds pdf Morin 2007 Morin V 2007 Preparing Networks for the Digital Entertainment Revolution Ciena Website Total Telecom December 2007 Extra do de http www totaltele com View aspx71D 96987 amp t 4 Moura 2005 Moura N T 2005 Voice over Internet Protocol VoIP Universidade Federal Fluminense UFF Instituto de Computa o Article Universidade Federal Fluminense Extra do de http voip ic uff br Voip_Survey html Nokia 2003 Nokia For Business 2004 Advantages of SIP for VoIP White Paper Nokia Connecting Peopl
82. FC 3031 2001 A componente principal das redes IP o encaminhador cuja tarefa o encaminhamento de pacotes Esta tarefa complexa pois os encaminhadores efectuam uma gama de servi os e suportam diversos protocolos Por outro lado os comutadores s o mais simples pois suportam poucos protocolos e tipos de interface Isto faz com que a rela o custo desempenho dos comutadores seja melhor que a dos encaminhadores O principal desafio do MPLS construir dispositivos que inclua a maioria das funcionalidades dos encaminhadores e que possuam hardware semelhante ao do comutador Portanto foram adicionadas funcionalidades extras nos encaminhadores de forma a suportar a Engenharia de Tr fego e a QoS IEC b 2007 O encaminhamento IP convencional SPF Shortest Path First fonte de dois problemas o atraso de propaga o dos pacotes na rede e o congestionamento da rede A comuta o IP a solu o do problema do atraso de propaga o enquanto a Engenharia de Tr fego a solu o do problema do congestionamento O MPLS integra ambas as solu es ou seja o encaminhamento no n vel da camada de rede integrado comuta por etiquetas e suporta a Engenharia de Tr fego O objectivo da implementa o do MPLS reduzir os custos melhorar o desempenho do encaminhamento e permitir a flexibilidade na introdu o de novos servi os e novos elementos na rede Encaminhamento IP Convencional Quando recebe um datagrama o encaminh
83. IP e MPLS sem falhas do Cen rio 3 ns node config MPLS OFF Recupera o na rede IP LSR1 get module MPLS7 enable control driven Simula o sem falhas SLSR2 get module MPLS enable control driven na rede IP e na rede SLSR3 get module MPLS enable control driven MPLS SLSR4 get module MPLS7 enable control driven SLSR5 get module MPLS enable control driven SLSR6 get module MPLS enable control driven SLSR7 get module MPLS7 enable control driven Tabela 7 Par metros da simula o da Recupera o na rede IP do Cen rio 3 ns node config MPLS ON ns at 0 10 SLSR7 get module MPLS Idp trigger by withdraw 8 1 ns at 0 10 LSR1 get module MPLS make explicit route 71 5 6 7 1000 1 ecupera o Regional Local Din mico sem o protocolo de encaminhamento DV m enable reroute drop SLSR1 get module MPLS enable control driven LSR2 get module MPLS7 enable control driven SLSR3 get module MPLS enable control driven SLSR4 get module MPLS7 enable control driven SLSR5 get module MPLS enable control driven LSR6 get module MPLS enable control driven SLSR7 get module MPLS enable control driven i i Simula o da Recupera o na rede IP Tabela 8 Par metros da simula o da recupera o na rede MPLS do Cen rio 3 ns node config MPLS ON ns rtproto DV ns at 0 10 ISLSR7 get module MPLS Idp trigger by withdraw 8 1 ns at 0 10 LSR1 get module MPLS make explicit route 7 1_5_
84. LSR8 Tabela 5 12 Resultados obtidos para verificar o limite de clientes numa rede Ethernet 100 Mbps Simula es Sem Falhas Dados PV MPLS MPLS TE MPLS MPLS TE MPLS MPLS TE MPLS MPLS TE MPLS MPLS TE mers ueLSTE wes PackMime 20 N canais 20 N canais 21 N canais 20 N canais 21 N canais 21 Pacotes Enviados 4443 4810 351987 Era ES 567159 Pacotes Recebidos 4422 4781 34964 0 473 0 603 Pacotes Perdidos LSR5 Pacotes Perdidos LSR6 Pacotes Perdidos LSR6 Pacotes Perdidos LSR7 Pacotes Perdidos LSR7 Pacotes Perdidos LSR10 Pacotes Perdidos no Cliente Pacotes Perdidos no Cliente Atraso Fim a Fim ms MPLS MPLS TE o o o B 1 E OI E eh GC GC Es N Ki w al N A 47 o N SI 8 bi Variagao de Atraso Fim a Fim ms D bito Effectivo Fim a Fim Mbps Atrav s do ponto 1 verifica se que na rede Ethernet de 1000 Mbps apenas poss vel a exist ncia de 26 clientes Triple Play em simult neo na rede uma vez que o valor da taxa de perda de pacotes do servi o IPTV ultrapassou o limite do valor de 1 Os servi os de Dados e VoIP n o apresentaram perdas de pacotes ao adicionar mais um cliente aos 26 numa rede Ethernet 1000 Mbps Isto deve se ao facto dos pacotes dos servi os referidos por ltimo s o muito pequenos em compara o com o tamanho dos pacotes do servi o IPTV A taxa d
85. NICA MS SPRING s scsssssssessessssussessssussessesecseencaeseaueauesesnsaueaeeneaneanensans 53 FIGURA 3 1 CONFIGURA ES B SICAS DE OPERA ES DE RESERVA DE RECURSOS DO PROTOCOLO DE SINALIZA O RSVP LEE DODGE pia EE 61 ee 61 FIGURA 3 3 FONTES DE TR FEGO PARA A ARQUITECTURA INTSERV LEE 20061 62 FIGURA 3 4 O CAMPO DS LEE 2006 ssssssssscssssesssessssssssssessueessssesssueessusessssessueessnsessusesssuesssusessuessussessueessusessusessseessuvessueessaeessssees 63 FIGURA 3 5 MODELO TER RES DS 64 FIGURA 3 6 PRINCIPAIS ELEMENTOS MPLS ANDRADE 20091 67 FIGURA 3 7 A ETIQUETA SHIM HEADER DO MPLS YIP 2002 EE 68 FIGURA 3 8 RECUPERA O GLOBAL CALLE ET AL 20041 78 FIGURA 3 9 RECUPERA O REVERSE CALLE ET AL 2004 78 FIGURA 3 10 RECUPERA O LOCAL CALLE ET AL 2009 79 FIGURA 3 11 RECUPERA O LOCAL EM AMBIENTES DIN MICOS CALLE ET AL 20041 79 FIGURA 3 12 ARQUITECTURA DA REDE EOMPLS JUNIPER 20071 82 FIGURA 3 13 INTERLIGA O ENTRE A REDE N CLEO E A REDE DE ACESSO ATRAV S DO A SDH B EOSDH TELLABS 2007 83 4 FIGURA 5 1 ARQUITECTURA DO NS 2 HEIDEMANN ET AL 2006 91 FIGURA 5 2 O PROCESSO DE SIMULA O NO NS 2 CHUNG ET AL Logg 91 FIGURA 5 3 ARQUITECTURA DO N MPLS NO NS 2 GANCHEV 20031 92 FIGURA 5 4 ESTRUTURA DAS TABELAS PARA A COMUTA O DE PACOTES MPLS GAEIL 2000 ires 94 FIGURA 5 5 O PROCESSO
86. NTO DO FUNCIONAMENTO DA ENGENHARIA DE TR FEGO SNE EE RSRS Seo eee PRENDA dE 114 TABELA 5 9 RESULTADOS OBTIDOS PARA VERIFICAR QUAL O MELHOR M TODO DE RECUPERA O DE FALHAS nsssssss11115 1 117 TABELA 5 10 REQUISITOS DE CADA SERVI O QUE PERTENCE AO SERVI O TRIPLE PLAY ccccccscccssscesseeseessseessesesessseesseaeesaeeeseneees 118 TABELA 5 11 RESULTADOS OBTIDOS PARA VERIFICAR O LIMITE DE CLIENTES NUMA REDE ETHERNET 10 MBPS 119 TABELA 5 12 RESULTADOS OBTIDOS PARA VERIFICAR O LIMITE DE CLIENTES NUMA REDE ETHERNET 100 MBPS 120 TABELA 5 13 RESULTADOS OBTIDOS PARA VERIFICAR O LIMITE DE CLIENTES NUMA REDE ETHERNET 1000 MBPS 121 TABELA 5 14 RESULTADOS OBTIDOS PARA VERIFICAR O COMPORTAMENTO DA REDE ETHERNET 10 MBPS EM CASO DE FALHA 123 TABELA 5 15 RESULTADOS OBTIDOS PARA VERIFICAR O COMPORTAMENTO DA REDE ETHERNET 100 MBPS EM CASO DE FALHA Glossario AAL ATM Adaptation Layer ABR Available Bit Rate ADM Add Drop Multiplexer ADSL Asynchronous Digital Line Subscriber AF Assured Forwarding AON Active Optical Network ATM Assynchrounous Transfer Mode BB Bandwidth Broker CAPEX Capital Expenditures CAS Condition Access System CBR Constant Bit Rate CBR Constraint Based Routing CIDR Classes Inter domain Routing CoS Class of Service CRC Cyclic Redundancy Check CR LDP Constraint based Routing Label
87. Nesta sec o descrevem se os comandos utilizados para simular a topologia MPLS Os comandos referentes ao funcionamento b sico da simula o NS 2 e ao processamento de dados n o s o mencionados nesta sec o Para mais informa es deve ser consultado o manual do NS 2 VINT 2000 e os ficheiros de c digo nos Anexos C e D Come a se por descrever os comandos que criam a topologia De seguida s o apresentados os comandos dos protocolos de encaminhamento os protocolos de distribui o de etiquetas e os LSP Posteriormente descreve se os comandos que permitem aplicar a Engenharia de Tr fego e os comandos utilizados na recupera o de falhas na rede Comandos para Criar a Topologia MPLS Entre o comando MPLS ON e o MPLS OFF declaram se todos os n s MPLS que existem no dom nio MPLS No caso de se querer simular uma rede IP basta configurar o comando MPLS ON para MPLS OFF Os comandos utilizados para criar os n s MPLS s o ns node config MPLS ON set LSR1 ns mpls node ns node config MPLS OFF As liga es entre os n s s o configuradas para funcionar no modo duplex informa o trocada nos dois sentidos para ter uma largura de banda desejada 10 100 1000 Mbps um atraso de Ims que simula a fibra ptica e a fila funciona no modo Droptail ou FIFO First In First Out Os comandos utilizados para criar as liga es entre os n s MPLS s o ns duplex link n0 LSR1 10Mb Ims DropTail Comandos para Configu
88. ON EXFO May 2007 Extra do de http users encs concordia ca bjaumard Conferences_and_Seminars OON_Workshops OON_2007 Slides_OON_2007 OON_2007_EXFO_Gagnon pdf Goff 2005 Goff D 2005 Optical Protection Website MrFiber com Extra do de http www mrfiber com Optical_Protection htm Goyal et al 2003 Goyal M Ramakrishnan K amp Feng W 2003 Achieving faster failure detection in ospf networks Article The Ohio State University IEEE ICC Extra do de http web cecs pdx edu wuchi Papers Goya icc03 pdf Heidemann et al 2006 Heidemann J Huang P Haldar P amp Chen X 2006 Extending Convergence Beyond IP Telephony Article Hewlett Packard Development Company L P Extra do de http www hp com rnd itmgrnews extending convergence htm Hogie et al 2006 Hogie L Bouvry P amp Guinand F 2006 An Overview of MANETs Simulation Article Universite du Luxembourg e Universit du Havre Extra do de http pascal bouvry org ftp An 200verview 200f 20MANETs 20Simulation pdf Huang 2003 Huang C amp Messier D 2003 Inter Domain MPLS Restoration Article Carleton University October 2003 Extra do de www sce carleton ca faculty huang dren pdf Huston 2003 Huston G 2003 Blurring the Lines Website Internet Society TM November 2003 Extra do de http ispcolumn isoc org 2003 1 1 blurring html IEC a 2007 International Engineering Consortium 2007 Ethe
89. Opinion Score A avalia o da qualidade de servi o numa rede VoIP 18 efectuada atrav s de t cnicas de metodologia tal como o MOS Mean Opinion Score entre outros O MOS um m todo subjectivo definido nas Recomenda es ITU T P 800 e ITU T P 830 em que os avaliadores ouvintes atribuem uma pontua o de 1 pobre a 5 excelente qualidade da fala reproduzida pelo sistema de comunica o em teste ITU T P 800 1996 ITU T P 830 1996 Da Tabela 2 1 observa se que a t cnica de compress o PCM Pulse Code Modulation ou Modula o por C digo de impulsos apresenta a maior taxa de transfer ncia o menor atraso de codifica o e a maior pontua o MOS Bakshi 2006 Moura 2005 Sendo assim o PCM o codec mais prop cio para ser utilizado nas redes VolP Tabela 2 1 Codecs do sistema VoIP e respectivas caracter sticas Codec T cnica de Compress o Taxa de transfer ncia Kbps Atraso de codificagao ms MOS ss Obsena es cm pm i I J Jal so Universal G729 A CS ACELP so gerald G 7231 6 3 MPC MLQ Origem em videoconfer ncia G 723 1 5 3 ACELP Os protocolos de sinaliza o no sistema VoIP s o utilizados para iniciar gerir e terminar as sess es de voz Entre os protocolos de sinaliza o mais utilizados no sistema VoIP est o o padr o H 323 e o protocolo SIP SIP Session Initiation Protocol ou protocolo de inicia o de sess o O padr o H 323 faz parte da familia de recomenda
90. PLS Em Kankkunen 2004 existe um estudo que mostra os resultados destes efeitos combinados e a seguir s o explicados os resultados A Tabela 3 3 mostra as poss veis tecnologias de transporte que podem ser injectadas na rede n cleo MPLS as suas respectivas caracter sticas desvantagens vantagens e efeitos combinados A sinergia define a interac o de dois ou mais agentes de modo que o efeito combinado seja maior que os efeitos individuais Observa se que a tecnologia SDH apresenta as desvantagens de inflexibilidade e falta de multiplexagem estat stica O SDH tem a vantagem de ser uma tecnologia madura e ub qua A Ethernet limitada na gest o do tr fego mas uma tecnologia simples e de custo reduzido A EoMPLS uma tecnologia nova e requer novas infraestruturas mas fornece QoS gest o de tr fego e adapta se facilmente a tecnologia IP Ethernet A tecnologia EoSDH n o oferece optimiza o para o tr fego de pacotes mas uma tecnologia muito utilizada Verifica se que a melhor tecnologia a utilizar para interligar a rede n cleo MPLS rede de acesso IP Ethernet a EoMPLS e a pior tecnologia a utilizar o SDH A tecnologia Ethernet e a tecnologia EoSDH apresentam resultados iguais quando utilizada para interligar a rede n cleo MPLS rede de acesso IP Ethernet A tecnologia que melhor suporta o protocolo IP na rede de acesso mais uma vez o EoMPLS e a pior mais uma vez a SDH A tecnologia Ethernet e a EoSDH apresentam resultados
91. Pacotes Enviados Pacotes Recebidos Pacotes Perdidos Pacotes Perdidos Atraso Fim a Fim ms Varia o de Atraso Fim a Fim ms Varia o de Atraso Fim a Fim ms D bito Effectivo Fim a Fim Mbps 5 4 2 Cen rio 2 Funcionamento da Engenharia de Tr fego A Engenharia de Tr fego uma ferramenta utilizada na rede MPLS para balancear o tr fego pelos v rios caminhos existentes na rede e reduzir o congestionamento da mesma e consequentemente reduzir a perda de pacotes Na Tabela 5 8 pode ser observado que nas simula es efectuadas com o fluxo de 1000 bytes n o provocaram congestionamento nem perdas de pacotes Neste caso n o necess ria a aplica o da Engenharia de Tr fego Por curiosidade aplicou se a Engenharia de Tr fego para verificar o comportamento da rede O encaminhamento do tr fego atrav s da Engenharia de Tr fego efectuado no NS 2 33 atrav s do comando flow erlsp install Este comando for a o tr fego a ser encaminhado no caminho configurado A cada caminho expl cito atribu do um n mero que neste caso s o o 1000 e o 1001 Neste caso foi utilizado o caminho expl cito 1000 para encaminhar o tr fego atrav s da Engenharia de Tr fego Observa se que ao aplicar a Engenharia de Tr fego numa rede sem perda de pacotes o n mero de pacotes enviados aumenta sem provocar congestionamento na rede Isto deve se ao facto do caminho 2 ter uma maior largura de banda do que o caminho
92. Protec o por comuta o 1 N SDH Na camada f sica geralmente utilizada a tecnologia SDH Synchronous Optical Networks Nas redes SDH s o utilizados equipamentos de rede denominados ADM Add Drop Multiplexers que permitem comutar o tr fego de um caminho para outro utilizada a topologia em anel e o meio de transmiss o utilizado em fibra ptica A protec o com an is auto recuper veis denominada de APS Automatic Protection Switching Existem duas vers es de an is APS denominadas de SNCP Subnetwork Connection Protection e MS SPRing Multiplex Section Shared Protection Ring Nas redes SDH a recupera o do tr fego efectuado atraves de dois an is de fibra ptica O tempo de comuta o do tr fego na rede SDH aproximadamente 50 ms isto torna estas redes aptas para transportar e recuperar o tr fego sens vel ao atraso No SDH SNCP utilizado a protec o por comuta o 1 1 Com este tipo de protec o o tr fego rapidamente recuperado e cumpre o objectivo da recupera o em 50 ms pr prio para recuperar o tr fego de voz e de v deo A desvantagem da recupera o SDH SNCP a reserva de um elevado n mero de recursos dedicados e necess rios para a protec o na liga o de protec o A 52 Figura 2 24 ilustra o funcionamento de uma topologia em anel que utiliza a t cnica SDH SNCP Observa se que encaminhado o tr fego a partir do encaminhador 1 at ao encaminhador 4 atrav s do caminh
93. SR8 Pacotes Perdidos LSR9 Pacotes Perdidos LSR9 Pacotes Perdidos LSR10 Pacotes Perdidos LSR10 Pacotes Perdidos no Cliente Pacotes Perdidos no Cliente Gi Atraso Fim a Fim ms 17 129 24 149 Varia o de Atraso Fim a Fim ms D bito Effectivo Fim a Fim Mbps wlej E wlalat F ojo 8 oo 3 o a E Pole 3 19 642 26 940 12 300 12 750 0 759 Verifica se atrav s da Tabela 5 15 que a presen a das falhas de liga es na rede Ethernet 100 Mbps n o fazem com que os valores dos par metros de Qos ultrapassam os limites em nenhum dos servi os do Triple Play Os resultados obtidos a seguir s o em fun o da utiliza o do m todo de recupera o Global Haskin Todas as falhas de liga o dos servi os de Dados e IPTV contribuem para a diminui o do valor da taxa de perda de pacotes De forma semelhante a falha de liga o entre todas as liga es no servi o VoIP aumenta o valor da taxa de perda de pacotes para os mesmos servi os Os n s LSR5 e LSR8 apresentam um n mero elevado de perda de pacotes em compara o com o resto dos n s existentes na rede Estes n s encontram se no in cio da rede e t m uma concentra o de fluxos de dados muito elevada que por vezes estrangulada pela largura de banda nestes pontos e os n s descartam o excesso de pacotes
94. UNIVERSIDADE da MADEIRA DEPARTAMENTO DE MATEMATICA E ENGENHARIAS ENCAMINHAMENTO OPTIMO DO TRAFEGO EM REDES TRIPLE PLAY Sandy Carmo Relva Rodrigues Licenciada em Engenharia de Electr nica e Telecomunica es Universidade da Madeira Orientador Professor Doutor Paulo Nazareno Maia Sampaio Disserta o apresentada para a obten o do grau de Mestre em Engenharia de Telecomunica es e Redes Madeira 2009 ii Departamento de Matematica e Engenharias Universidade da Madeira ENCAMINHAMENTO OPTIMO DO TRAFEGO EM REDES TRIPLE PLAY Sandy Carmo Relva Rodrigues Mestrado em Engenharia de Telecomunica es e Redes 2009 iii iv Resumo A Internet respons vel pelo surgimento de um novo paradigma de televis o IPTV Televis o sobre IP Este servi o distingue se de outros modelos de televis o pois permite aos utilizadores um elevado grau de interactividade com um controlo personalizado sobre os conte dos a que pretende assistir Possibilita ainda a oferta de um n mero ilimitado de canais bem como o acesso a conte dos de V deo on Demand VoD O IPTV apresenta diversas funcionalidades suportadas por uma arquitectura complexa e uma rede convergente que serve de integra o a servi os de voz dados e v deo A tecnologia IPTV explora ao maximo as caracter sticas da Internet com a utiliza o de mecanismos de Qualidade de Servi o Surge ainda como uma revolu o dentro do panorama televisivo abri
95. Windows ou o Linux Unix requerido o JVM Java Virtual Machine e a vers o mais recente JDK Java SE Development Kit fornecido pela Sun para executar o J Sim Miller et al 2003 4 1 2 OPNET O OPNET Optimized Network Engineering Tool Modeler um simulador de rede que permite criar e estudar as redes de comunica o dispositivos de rede protocolos e aplica es O OPNET oferece uma interface gr fica ao utilizador GUI Graphical User Interface que permite editar e construir os modelos de v rias entidades de redes desde a camada f sica at camada da aplica o sem recorrer linguagem de programa o No OPNET tamb m permitido a manipula o do c digo de programa o O OPNET Modeler tem tr s componentes o software os modelos e a documenta o Este software pode funcionar tanto em m quinas com o sistema operativo Windows ou com o sistema operativo Solaris Deve ser instalado o compilador C para a simula o e constru o de modelos O OPNET Modeler pode modelar protocolos dispositivos de rede e comportamentos atrav s de 400 fun es O OPNET suporta a especifica o de modelos atrav s de v rias ferramentas denominadas de editores Estes editores tratam da informa o necess ria para modelar a rede em paralelo com a estrutura de um sistema de rede real Desta forma os editores das especifica es de modelos est o organizados hierarquicamente para simplificar os v rios n veis da constru o do mo
96. a o de recursos o longo comprimento do percurso entre o ponto de falha e o ponto de sa da e o tempo de recupera o mais elevado Os caminhos de recupera o preestabelecidos consomem menos tempo de recupera o do que os caminhos estabelecidos de forma reactiva ou on demand Calle et al 2004 e path Q a qe Active d i node Notification Node Figura 3 9 Recupera o Reverse Calle et al 2004 No m todo de recupera o local tamb m conhecido por fast reroute a recupera o inicia se no LSR mais pr ximo da falha onde o tr fego contorna e depois o tr fego regressa novamente ao caminho de trabalho conforme mostra a Figura 3 10 Este m todo oferece a vantagem do r pido tempo de recupera o em compara o com o m todo de recupera o global Outra vantagem da recupera o local a redu o da taxa de perda de pacotes A desvantagem deste m todo a quantidade de caminhos de recupera o que s o necess rios criar para atender a todo o tipo de falha 78 que pode acontecer na rede Consequentemente ocorre uma utiliza o baixa de recursos e aumentada a complexidade da rede Calle et al 2004 Ingress Active Path Egress node Node Figura 3 10 Recupera o Local Calle et al 2004 Em ambientes din micos a recupera o local tamb m conhecida por recupera o regional actua de forma que o tr fego em caso de falha seja comutado no local No entanto n o volta ao caminho do
97. a do http www fags org ftp rfc rfc1131 pdf RFC 1633 1994 Braden R Clark D amp Shenker S 1994 IntServ Integrated Services in the Internet Architecture RFC Archive June 1994 Extra do de http www ietf org rfc rfc1633 txt RFC 2205 1997 Braden B Zhang L Berson S Herzop S amp Jamin S 1997 RSVP Resource Reservation Protocol RFC Archive September 1997 Extra do de http www isi edu in notes rfc2205 txt RFC 2474 1998 Nichols K Blake S Baker F amp Black D 1998 Definition of the Differentiated Services Field DS Field in the IPv4 and IPv6 Headers RFC Archive December 1998 Extra do de http www ietf org rfc ric2474 txt RFC 2475 1998 Carlson M Davis E Wang Z Weiss W Nichols K Blake S amp Black D 1998 An Architecture for Differentiated Services RFC Archive December 1998 Extra do de http www ietf org rfc rfc2475 txt RFC 3031 2001 Rosen E Viswanathin A amp Callon R 2001 Multiprotocol Label Switching Architecture RFC Archive January 2001 Extra do de http www iert org rfc rfc303 1 Get RFC 3272 2002 Awduche D Chiu A Elwaldin A Widjaja I amp Xiao X 2002 Overview and Principles of Internet Traffic Engineering RFC Archive May 2002 Extra do de http www ietf org rfc rfc3272 txt RFC 3469 2003 Mack Crane B Makam S Owens K Huang C Cain B Jamoussi B Chiu A amp C
98. a ou din mico Para este ltimo necess rio um protocolo de sinaliza o e controle para gerir a banda Dois novos tipos de classes de servi os especiais surgem juntamente com os modelos de servi os diferenciados AF Assured Forwarding e EF Expedited Forwarding Os servi os Assegurados AF s o Servi os para clientes que precisam de seguran a dos seus provedores para os servi os no momento em que haja um congestionamento Servi os que emulam o comportamento de uma rede com pouca carga mesmo durante a ocorr ncia de congestionamento Servi os onde a lat ncia negociada garantida com um alto grau de probabilidade Respons veis pela defini o de n veis de prioridade de tr fego Ouro Prata Bronze e melhor esfor o e 63 Servi os nos quais para cada nivel de prioridade s o definidos 3 prefer ncias de rejei o de pacotes Os servi os Expedited Forwarding Premium EF s o Para aplica es que necessitam de baixo atraso e de baixa varia o de atraso Para fornecer o melhor n vel de qualidade de servi o Servi os que emulam uma linha dedicada convencional minimizando os atrasos probabilidade de perda e varia o de atraso para os pacotes e Servi os que utilizam mecanismos de traffic shapping buffering e prioridades de filas Existem alguns tipos de servi os que n o podem conviver sem garantias de QoS Consequentemente inserido um componente mediador no modelo
99. a 2 7 Posto isto os factores a verificar na rede dos provedores de servi o s o Caballero 2007 e A continuidade da conex o IP e A disponibilidade do servi o e As prioridades dadas ao tr fego de cada um dos servi os e e O desempenho Na rede n cleo devem ser verificadas as perdas de pacotes os atrasos a gest o da Qos o encaminhamento dos servi os a resili ncia a falhas a congest o a optimiza o da utiliza o dos recursos a capacidade de restauro implementa o da engenharia de tr fego a infraestrutura n cleo e o envio multicast do conte do Na rede de Acesso de verificar as falhas existentes no meio de transmiss o cobre coaxial ou fibra ptica as expectativas das taxas de transmiss o a seguran a e privacidade do conte do o desempenho dos equipamentos de rede DSLAM ou OLT e o envio unicast do conte do Finalmente na rede do subscritor devem ser verificadas as configura es dos equipamentos modem STB ou ONU a cablagem o hardware e software auxiliar aos servi os a qualidade de voz e de v deo e o desempenho da transfer ncia dos dados 30 Intemet ei e a IPTV Servers IP Network 7 Data Gateway a ee 1 A EM Telephones DSLAM eum Proxy Vol CPE Access IP Network Service Configurations xOSU cable fidre faults Packet loss Delays IP continuity Wiring Bit rate expectations QoS management Service availability Hardware Software Secunty Privacy C
100. a Ethernet entre outras rede n cleo SDH do provedor de servi os O projecto a instala o e a opera o da rede SDH s o complexos e devem ser efectuados com um planeamento criterioso e detalhado A tecnologia SDH permite haver sistema de gest o que possibilita a monitoriza o dos equipamentos de diferentes fabricantes num nico sistema RAD 2 2008 2 3 2 A Tecnologia Ethernet A Ethernet um protocolo que controla a forma como transferida os dados pela rede A tecnologia Ethernet opera na camada 2 do modelo TCP IP e suporta qualquer protocolo de camadas superiores principalmente o IP A Ethernet tradicional suporta transfer ncias a uma taxa de 10 Mbps medida que a demanda por largura de banda foi aumentando foram criadas as especifica es para a Fast Ethernet e a Gigabit Ethernet A Fast Ethernet e a Gigabit Ethernet s o extens es da Ethernet tradicional e t m uma taxa de transfer ncia m xima de 100 Mbps e de 1000 Mbps respectivamente IEEE 802 3 2000 A Figura 2 18 mostra a estrutura b sica da trama Ethernet 802 3 A trama est dividida em 7 sec es nomeadamente a Preamble o delimitador SFD Start of Frame o endere o de destino o endere o da origem o comprimento tipo a carga til de dados e a FCS Frame check sequence O campo Preamble de 7 bytes um padr o de uns e zeros que informa as esta es receptoras da chegada da trama e tamb m proporciona um meio de sincroniza o na recep o da tr
101. a convergente baseada nos pacotes Ethernet um plano de controlo IP MPLS robusto um plano de dados MPLS escal vel e o sistema de plug and play para a rede MPLS A Figura 3 12 ilustra a arquitectura da rede EoMPLS Esta arquitectura mostra como a rede n cleo MPLS recebe os dados vindos dos provedores de servi os atrav s da tecnologia Ethernet para depois serem entregues rede de acesso atrav s da tecnologia Ethernet Esta tecnologia compat vel com um n mero variado de meios de transmiss o conforme mostra a Figura 3 12 A aplica o da tecnologia EOMPLS permite os provedores de servi os criarem circuitos ponto a ponto sobre a rede n cleo MPLS atrav s da sinaliza o LDP Os provedores primeiro prov m os t neis LSP depois estabelecem um circuito virtual por cliente Os dados s o transferidos na camada 2 e encapsulados na trama MPLS As pilhas de etiquetas permitem a agrega o sobre um nico LSP e fornece escalabilidade IP Service IPTV Vob CPE Access MEN Delivery Point Content Providers E MPLS LDP RSVP BGP UNI or NNI MPLS ch 1a ech UNI VLAN S VLAN Ethernet Port Ethernet NNI MPLS LSP Figura 3 12 Arquitectura da rede EoMPLS Juniper 2007 A tecnologia SDH tamb m pode ser utilizada para interligar a rede n cleo rede de acesso conforme mostra a Figura 3 13 A solu o Ethernet over SDH tamb m conhecido por EoSDH Tellabs 2007 consiste em utilizar a tecnologia Ether
102. a origem at ao seu destino O tempo que um pacote deve demorar a atravessar a rede deve ser inferior a 150 ms como referido no Cap tulo II O termo atraso usado como refer ncia s liga es enquanto o termo lat ncia usado para referir o atraso dos equipamentos O atraso de estabelecimento da conex o o tempo que decorre entre a conex o de transporte solicitada e a recep o da sua confirma o pelo utilizador do servi o de transporte Aqui tamb m est inclu do o atraso de processamento na entidade de transporte remota Quanto menor for o atraso melhor o servi o A varia o de tempo a diferen a dos atrasos consecutivos Os buffers resolvem o problema da varia o de atraso ao suavizar os tempos de chegada Este par metro importante para as aplica es voz ou v deo que necessitam de garantir a chegada da informa o em per odos de tempo bem definidos para serem processados O efeito da varia o de atraso provoca a entrega dos pacotes com periodicidade vari vel e tamb m provoca a entrega desordenada dos mesmos 58 A perda de pacotes totaliza se pela percentagem de pacotes descartados Pode ocorrer rejei o de pacotes nos encaminhadores devido s suas limita es de armazenamento ou por causa de erros ocorridos nas tramas durante o transporte A taxa de erros residuais calcula o n mero de mensagens perdidas numa percentagem do total enviado O par metro protec o oferece ao utilizador protec o
103. a solu o de Qualidade de Servi o e do m todo de recupera o de falhas e Determinar o n mero limite de clientes poss veis existir numa dada rede capaz de suportar o servi o Triple Play numa situa o pico Uma rede em malha possui v rios encaminhamentos poss veis A quantidade de recursos excedentes para garantir a sobreviv ncia dependente do encaminhamento A an lise do impacto das estrat gias de encaminhamento para garantir a sobreviv ncia Da mesma forma s o encontradas estrat gias de encaminhamento ptimas ou quase ptimas para o caso proposto As solu es de encaminhamento s o propostas atrav s das seguintes tarefas a Modelar uma rede de transporte b Determinar os caminhos poss veis c Proceder ao encaminhamento seguindo uma dada estrat gia e Repetir c e d considerando diversas estrat gias de encaminhamento f Definir uma estrat gia de encaminhamento ptima ou quase ptima 1 3 ORGANIZA O DA TESE O restante desta disserta o est dividido em 5 Cap tulos O segundo cap tulo apresenta o estado da arte do servi o Triple Play Este cap tulo apresenta uma introdu o te rica aos conceitos relacionados com as Redes Triple Play Est dividido em quatro sec es o Servi o Triple Play o Meio de Transmiss o de Dados as Redes de Agrega o e de Acesso e por fim as Redes N cleo O Cap tulo 3 apresenta uma introdu o te rica aos conceitos relacionados com a Qualidade de Serv
104. ador NS 2 33 Os servi os de voz e de v deo s o intolerantes perda de pacotes pois esta provoca a incompreens o da mensagem de voz e o bloqueio da imagem de v deo A perda de pacotes pode ser provocada por ru do nas linhas de cobre de par entran ado ou por congestionamento do tr fego na rede A rede MPLS permite reduzir a taxa de perda de pacotes em compara o com a rede IP o que foi demonstrado com simula es efectuadas atrav s do simulador NS 2 A Engenharia de Tr fego permite prevenir o congestionamento balancear o tr fego pela rede e evitar a sobrecarga nos caminhos de menor dist ncia at ao destino A Engenharia de Tr fego permite reduzir ainda mais a taxa de perda de pacotes na rede Existem v rios m todos de recupera o de redes que podem ser aplicados nas redes MPLS nomeadamente a recupera o global Makam a recupera o global Haskin a recupera o regional e a recupera o local Verificou se atrav s das simula es que a recupera o Global Haskin apresentava a menor taxa de perda de pacotes o maior n mero de reserva de recursos e o maior tempo de recupera o de falhas devido ao seu modo recupera o de falhas Verificou se igualmente que o atraso provocado pelo elevado tempo de recupera o de falhas n o excedia o limite dos requisitos de qualidade de servi o O n mero elevado de recursos reservados deve se forma como efectuada a recupera o de falhas pelo m todo Haskin A perda de pacotes
105. ador efectua uma procura na sua tabela de encaminhamento para determinar o pr ximo salto do percurso Nos backbones IP o n mero de entradas na tabela de encaminhamento est na ordem dos milhares Como consequ ncia a procura demorada o que provoca atrasos na propaga o dos pacotes na rede Para al m do tamanho da tabela existe o problema da forma de como s o guardados os registos na tabela Na agrega o de endere os proporcionada pelo CIDR Classes Inter domain Routing onde o prefixo de rede possui um tamanho vari vel os protocolos de encaminhamento propagam tais prefixos para serem armazenados nas tabelas de encaminhamento O encaminhador recebe um datagrama IP e procura na tabela de encaminhamento o prefixo mais longo que coincida com o endere o de destino encontrado no cabe alho do datagrama Como consequ ncias tem se a elevada varia o de atraso capaz de inviabilizar os servi os o problema do tr fego se concentrar em determinadas liga es enquanto outras permanecem sem uso e o problema do congestionamento provocado pelo tr fego concentrado em certas liga es Rexford 2006 66 Componentes da Rede MPLS De seguida sao apresentados os componentes da rede MPLS de forma a compreender se a cria o do encaminhamento dos pacotes e o funcionamento desta rede Os encaminhadores de comuta o de etiquetas LSR Label Switch Router s o os equipamentos respons veis pela comuta o do protocolo MPLS Isto proporciona
106. ama O campo SFD de 1 byte tamb m um padr o de uns e zeros que indica o local onde inicia a trama O campo endere o de destino de 6 bytes identifica qual a esta o que deve receber a trama O campo endere o de origem de 6 bytes indica qual a esta o de envio O campo comprimento tipo de 2 bytes indica o n mero de bytes de clientes MAC Media Access Control contidos no campo de dados da trama ou a identifica o do tipo de trama no caso da trama utilizar um formato opcional 45 Cada dispositivo Ethernet cont m um endere o MAC nico atribu do pelo fabricante O campo de dados tem uma sequ ncia de n bytes 46 lt n lt 1500 de qualquer valor em que o n mero m nimo total de bytes 64 O MTU Maximum Transmission Unit a sigla utilizada para indicar o n mero m ximo de bytes a transferir pela trama Ethernet O campo FSC de 4 bytes uma sequ ncia que cont m um valor CRC Cyclic Redundancy Check de 32 bits criado pelo MAC de envio e recalculado pelo MAC de recep o para verificar as tramas corrompidas Assim os tamanhos m nimos e m ximos da trama Ethernet s o 72 e 1526 bytes respectivamente A trama Ethernet mais pequena de 64 bytes e a trama Ethernet maior de 1518 bytes 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 Destination address Source address Length Data FCS ret so 4 e Covered by FCS 7 7 7 E T 6 6 2 46 1500 4 f 4 b H 10101011
107. apsula o em tramas peri dicas de 125 us Elevada efici ncia sem o cabe alho de transporte Permite a aloca o 39 din mica da largura de banda upstream atrav s dos apontadores de largura de banda para cada ONT ONU Comparando o EPON 1 Gbps e o GPON 1 2 Gbps este ltimo o protocolo PON mais avan ado e oferece o suporte de m ltiplos servi os com o maior n mero de conjuntos de factores de OAM A efici ncia o factor que determina o custo do sistema Uma rede com efici ncia de 100 fornece um d bito efectivo de 1 2 Gbps enquanto uma rede de 50 de efici ncia fornece um d bito efectivo de 622 Mbps Para produzir o 1 2 Gbps numa rede de efici ncia de 50 s o necess rios dois equipamentos e consequentemente o aumento do custo do sistema Quanto maior a efici ncia do equipamento maior o rendimento de receita por bit diminui o tempo do retorno do investimento e mais barato o sistema de equipamentos Segundo FlexLight Networks 2004 a efici ncia da EPON de 49 e a efici ncia da GPON de 93 Isto mostra uma grande diferen a entre a tecnologia EPON e a tecnologia GPON Esta ltima tecnologia assegura a simplicidade e escalabilidade quando se trata de novos servi os fornecido um caminho de uma migra o clara aos servi os novos sem qualquer disrup o ao equipamento GPON existente e sem quaisquer altera es camada de transporte FlexLight Networks 2004 2 2 3 Compara es entre as Redes de Ace
108. ar a seguran a As estrat gias de encaminhamento s o classificadas de acordo com os mecanismos que accionam a procura de caminhos que satisfazem o constrangimento solicitado e com o valor do estado mantido O mecanismo que acciona a procura de caminhos denominado de encaminhamento DV Distance Vector distribui o seu c lculo do caminho entre os n s da rede Cada n troca periodicamente informa es dos vectores de dist ncia com os seus vizinhos Cada n utiliza a informa o dos vectores de dist ncia para calcular os caminhos A limita o desta abordagem a falta de conhecimento global da rede que provoca uma converg ncia lenta e loops de encaminhamento O mecanismo que acciona a procura de caminhos denominado de encaminhamento LS Link State distribui periodicamente o estado de todas as liga es locais a todos os n s da rede Baseado neste estado o caminho pretendido determinado localmente Este tipo de encaminhamento tem as vantagens da simplicidade da exactid o e evita loops Em contrapartida este encaminhamento tem tr s limita es que consistem no elevado armazenamento no cabe alho na elevada computa o exercida no cabe alho e na elevada actualiza o do estado no cabe alho O encaminhamento DV proactivo e o encaminhamento LS reactivo Segundo Younis 2007 o encaminhamento reactivo o menos popular devido ao seu elevado custo em termos de atraso e valor do estado mantido 3 3 5 Engenharia de Tr fego
109. ar os servi os Triple Play de forma eficiente e com qualidade de servi o 56 CAPITULO III QUALIDADE DE SERVICO O Capitulo 3 apresenta uma introdu o te rica aos conceitos relacionados com a Qualidade de Servi o nas redes e os m todos de Recupera o da Rede em caso de falha ou congestionamento 3 1 INTRODUCA A Internet funciona com o protocolo IP Este protocolo trabalha com a filosofia do melhor esfor o onde cada utilizador de rede envia os seus dados e partilha a largura de banda com todos os fluxos de dados de outros utilizadores Numa rede de melhor esfor o os pacotes s o analisados rapidamente sem proporcionar qualquer tipo de garantia sobre a Qualidade de Servi o Os encaminhadores tratam de encaminhar o tr fego de dados pelo caminho mais r pido at ao destino conforme as rotas da sua tabela de encaminhamento e a largura de banda que estiver dispon vel No caso de haver congestionamento os pacotes s o descartados Desta forma a rede de melhor esfor o n o oferece qualquer garantia sobre o sucesso do funcionamento do servi o As aplica es que funcionam em tempo real como o tr fego IPTV e VoIP necessitam de uma rede que forne a garantias de um correcto funcionamento do servi o A Qualidade de Servi o QoS permite oferecer garantias de funcionamento a qualquer aplica o da Internet A atribui o de prioridades ao tr fego o mecanismo utilizado para oferecer Qualidade de Servi
110. argura de banda A qualidade de voz assegurada pela exist ncia de uma largura de banda suficiente na rede idealmente superior a 64 Kbps Collins 2001 O grande interesse em utilizar o servi o VoIP apesar de existir uma infra estrutura pronta e fi vel para a comunica o de voz denominada de PSTN parte do facto de ser economicamente vi vel uma vez que reduz os custos de telecomunica es de telefones e de infra estrutura Como a rede VoIP partilha o canal de comunica o com outras aplica es que geram diferentes tipos de tr fego h que manter uma qualidade de servi o QoS Quality of Service adequada de modo a que a qualidade percept vel pelo utilizador se mantenha Existem v rios factores que determinam a QoS de um servi o de voz Entre todos os factores pode se destacar o atraso a varia o do atraso e a perda de pacotes de dados O atraso o tempo que um pacote de dados demora a chegar de um interlocutor ao outro Para que uma conversa entre duas ou mais pessoas seja percept vel necess rio que o atraso n o seja superior a 150 ms em cada sentido de acordo com a recomenda o da International Telecommunication Union s Telecommunication branch s ITU T s G 114 Para valores superiores a este intervalo de tempo as vozes dos interlocutores acabam por se sobrepor at a conversa se tornar impratic vel Numa rede de dados o atraso obtido pela soma dos v rios atrasos ao longo do trajecto que os pacotes de dado
111. avelength Division Multiplexing e fornece a op o de recupera o sem a interven o da camada SDH Os mecanismos de recupera o nas camadas inferiores n o t m a percep o das opera es das camadas superiores 2 Posto isto apenas poss vel a recupera o de uma liga o e n o a recupera o de n s nem a 80 recupera o do tr fego transportado na camada 3 O MPLS oferece rede tempos de recupera o de falhas muito reduzidos 3 4 4 Ethernet sobre MPLS Segundo discutido em RAD 2008 poss vel transportar os pacotes Ethernet sobre v rios tipos de tecnologias de rede uma vez que existem dispositivos com interfaces de convers o E poss vel transportar o tr fego Ethernet sobre a fibra ptica a tecnologia SDH Synchronous Digital Hierarchy e o MPLS Multiprotocol Label Switching A tecnologia Ethernet considerada barata relativamente a qualquer outro meio f cil de utilizar atrav s do conceito plug and play ub quo e tem um plano de controlo simples Os factores negativos desta tecnologia s o OST 2006 A aus ncia dos factores OAM Operation Administration and Maintenance resulta numa lenta recupera o de falhas e consequentemente num tempo elevado de converg ncia Salienta se que segundo existe os factores OAM apenas na rede de acesso Os factores OAM tornam a rede mais fi vel Gasto de largura de banda ao descobrir os endere os dos hosts A inexist ncia de mecanismo
112. ca de dados em simult neo e em ambos os sentidos Este protocolo resolve os problemas de perdas atrasos e duplica o um protocolo utilizado pelos servi os de dados na entrega de correio electr nico na transfer ncia de arquivos e no acesso s p ginas Web O protocolo TCP adapta se taxa de transfer ncia existente na rede e tem como objectivo aumentar a sua taxa de transfer ncia enquanto a rede trata de entregar todos os pacotes ao destino O protocolo TCP interpreta a perda de pacotes como um sinal de congestionamento na rede e reage reduzindo a sua taxa de transfer ncia de envio de forma a optimizar a utiliza o da rede Assim quando n o existe muito tr fego na rede de esperar um elevado d bito efectivo e um baixo n vel de varia o de atrasos Por outro lado no caso de existir muito tr fego na rede de esperar um baixo d bito efectivo e n veis elevados de perda de pacotes e de varia es de atraso Stoica 2004 Clark 1998 Os termos upload e download s o utilizados para descrever o sentido da transfer ncia dos dados O termo upload refere se aos dados que s o transmitidos do utilizador final para o servidor enquanto o termo download refere se aos dados que s o transmitidos do servidor para o utilizador 16 final No caso do volume de dados recebidos ser maior do que a largura de banda existente na rede os dados s o transferidos atrav s de gestores de downloads Estes gestores de downloads s o aplica es
113. cessidade da disponibilidade de elevadas larguras de banda na 29 rede IP Os servi os VoIP e IPTV requerem para al m dos requisitos referidos acima a baixa varia o de atrasos bem como baixos atrasos de forma a conseguirem fornecer os respectivos servi os com boa qualidade Na Tabela 2 3 apresentado um resumo dos valores m nimos dos requisitos de QoS requeridos por cada servi o Analisando a tabela verifica se que o servi o IPTV o servi o mais exigente em termos de requisitos na rede IP de destacar ainda que o servi o IPTV requer a maior disponibilidade de largura de banda e a menor perda de pacotes na rede Tabela 2 3 Requisitos de cada servi o que pertence ao servi o Triple Play EDS ee H QoS respeitar os minimos QoS respeitar os m nimos Emiss o em tempo real Considera es chave das redes Fiabilidade na rede sem perda de pacotes Emiss o em tempo real Fiabilidade Multicast e Unicast Desempenho elevado Os servi os que constituem o servi o Triple Play est o dependentes de v rias tecnologias protocolos de telecomunica es equipamentos e meios de transmiss o de forma a conseguirem alcan ar o seu destino Consequentemente pode se concluir que a m qualidade do servi o pode ser provocada por uma variedade de factores Em cada segmento da rede Triple Play existe uma s rie de factores a ter em considera o de forma a manter a QoS de cada servi o na rede IP conforme ilustrado na Figur
114. cleo nas opera es da rede de acesso e no servi o ao cliente A fiabilidade da rede aumenta com o fluxo constante proporcionada pela distribui o da fibra ptica FTTH Poe 2005 Este tipo de rede livre do cobre e fornece taxas de transfer ncia entre os 30 Mbps e o 100 Mbps adequadas para suportar os servi os que necessitam de taxas de transfer ncia elevadas As redes FTTH podem ser implementadas de duas formas em liga es PTP Point To Point ou ponto a ponto e em liga es efectuadas atrav s de redes PON Passive Optical Networks Nas liga es PTP a fibra dedicada a cada utilizador na rede de acesso e nas liga es PON a fibra ptica partilhada entre um n mero espec fico de utilizadores 16 e 32 utilizadores atrav s da utiliza o de um divisor de pot ncia splitter O FTTB utiliza tipicamente a arquitectura PTP e fornece uma fibra ptica dedicada a cada edif cio ou bloco de edif cios A fibra ptica termina num terminal remoto dispositivo activo que requer pot ncia e seguran a no arm rio de distribui o Se o edif cio for equipado com cabo CATS a cada unidade da moradia significa que existe uma rede local de Ethernet e fornecida uma largura de banda partilhada entre os 10 Mbps e os 100 Mbps Se apenas o par entran ado estiver dispon vel o terminal remoto ligado ao utilizador final atrav s de uma linha digital multiplexada e ao elemento de rede de acesso atrav s da fibra ptica As redes FTTC
115. conex o ser estabelecida o utilizador informado sobre os valores dos par metros acordados Este procedimento denominado de negocia o de op o option negotiation Uma vez negociadas as op es estas s o mantidas durante toda a conex o Tanembaum 2003 A QoS tamb m envolve dar prioridades ao tr fego na rede O sistema de monitoriza o da rede permite a provis o do Qos de forma a assegurar o bom desempenho da rede no n vel desejado A QoS na Internet permite assegurar os pacotes de maior import ncia em caso de congestionamento e descartar os pacotes de menor import ncia Dar prioridades aos pacotes consiste em distinguir os tipos de aplica es servi os Os encaminhadores s o configurados para criar filas distintas para cada aplica o de acordo com as prioridades das mesmas Santos 2004 Fornecer a QoS fundamental em diversas reas de aplica o por exemplo a telemedicina e aplica es em tempo real E de salientar que os n cleos tecnol gicos da Internet tais como a 59 Ethernet n o foram desenvolvidos para suportar prioridades no tr fego nem dar garantidas de n veis de desempenho Isto torna mais dif cil implementar as solu es de Qos 3 3 SOLU ES PARA A QoS O desenvolvimento do suporte QoS nas redes IP proporcionou a proposta de alguns m todos nomeadamente os Servi os Integrados IntServ Integrated Services RFC 1633 1994 os Servi os Diferenciados DiffServ Different
116. da rede de forma a ser determinado Consequentemente o encaminhamento ER LSP n o efectuado dinamicamente Estas duas op es de activa o de LSP tamb m podem ser utilizadas em simult neo segundo Yip 2002 Uma LSP unidireccional logo necess rio ter duas LSP para uma comunica o entre duas entidades O LIB Label Information Base cont m uma tabela de encaminhamento que contem informa es que correlacionam as etiquetas s interfaces do encaminhador Uma vez criada a LSP a rela o da etiqueta com a interface armazenada no LIB Quando o pacote entra no LSR este verifica a interface para qual o pacote deve ser encaminhado para que o mesmo alcance o pr ximo n Desta forma o LIB cont m uma tabela que utilizada para adicionar ou remover a etiqueta a um pacote enquanto determina a interface de sa da pela qual o pacote deve ser enviado LEE 2006 69 Protocolos de Sinaliza o do MPLS Os protocolos de sinaliza o mais comuns do MPLS s o o LDP Label Distribution Path o CR LDP Constraint based Routing Label Distribution Protocol e o RSVP TE Resource Reservation Protocol Traffic Engineering Yip 2002 Estes protocolos t m como objectivo distribuir as etiquetas e estabelecer os caminhos LSP O LDP um protocolo que permite a distribui o de etiquetas entre os LSR de forma a criar as LSP Para isto o LDP disponibiliza um mecanismo de descoberta de LSR que permite aos LSR se encontrarem u
117. de mas prov a demanda pelas elevadas larguras de banda por parte dos futuros clientes Uma solu o alternativa mais econ mica consiste em aproveitar o cobre de par entran ado existente na rede de acesso at casa do utilizador final e aplicar a tecnologia VDSL2 Esta tecnologia permite suportar o servi o Triple Play pois fornece a largura de banda necess ria para suportar este servi o Esta tecnologia apresenta a desvantagem da exist ncia de ru do no meio de transmiss o e tamb m a redu o da largura de banda que acontece quanto mais afastada estiver a casa do subscritor do equipamento de rede que permite aplicar a tecnologia VDSL2 Esta solu o mais econ mica do que a solu o da rede de acesso em fibra ptica A tecnologia SDH camada 1 foi a primeira tecnologia que permitiu fornecer elevadas larguras de banda atrav s de um sistema s ncrono e simples e foi utilizado durante muitos anos Actualmente a tecnologia Ethernet camada 2 a tecnologia mais utilizada nas redes de telecomunica es devido ao seu custo reduzido e devido sua natureza simples robusta e ub qua A recupera o de falhas na rede SDH efectuada atrav s da atribui o de um caminho de protec o por cada caminho de trabalho O caminho de protec o apenas utilizado no caso de ocorrer uma falha Este facto torna ineficiente a utiliza o da largura de banda na rede O tempo de recupera o de falhas na rede SDH de 50ms mas a rede SDH n
118. de de Acesso e A rede do subscritor Os provedores de servi os dados voz e v deo injectam o seu conte do na rede n cleo conforme pode ser observado na Figura 2 3 Depois estes servi os s o distribu dos para a rede de agrega o e posteriormente para a rede de acesso Por fim os servi os s o distribu dos at casa do subscritor A partir do modem que est localizado na casa do subscritor s o distribu dos os v rios servi os aos seus respectivos equipamentos computador telefone e televis o Existem v rias tecnologias que podem ser utilizadas na rede n cleo para o transporte dos tr s servi os at rede de Agrega o De entre as v rias tecnologias pode se referir a tecnologia SDH Synchronous Digital Hierarchy RAD 1 2008 RAD 2 2008 de camada 1 do modelo TCP IP Transport Control Protocol Internet Protocol a tecnologia Ethernet IEEE 802 3 2000 ChipCenter QuestLink 1 2002 de camada 2 do modelo TCP IP e a tecnologia MPLS Multiprotocol Label Switching RFC 3031 2001 de camada 2 5 entre a camada 2 e a camada 3 do modelo TCP IP O elemento de rede que interliga a rede n cleo e a rede de Agrega o denominado de MSPP MultiService Provisioning Platform A tecnologia mais utilizada na rede de Agrega o denominada de Metro Ethernet IEEE 802 3 2000 ChipCenter QuestLink 1 2002 com taxas de transmiss o de 1 Gbps Esta tecnologia de camada 2 do modelo TCP IP A rede de Acesso permite tra
119. de recursos antes da ocorr ncia da falha Noutros casos s o exigidos recursos adicionais para que a falha seja recuperada on demand no instante em que ocorre a falha A reserva pr via dos recursos implica a exist ncia na rede de recursos extra para serem utilizados em caso de falha Trata se de uma desvantagem em termos de custo para os provedores de servi os No entanto tem a vantagem de assegurar qualquer falha que ocorra na rede Esta vantagem supera a desvantagem do custo uma vez que a perda de dados e a indisponibilidade do servi o de transfer ncia de dados causam grandes preju zos imagem das empresas dependentes da Internet Uma m imagem da empresa que presta o servi o pode ser causada devido indisponibilidade do mesmo A presen a ou aus ncia de recursos adicionais na rede depende do m todo de recupera o utilizado na rede O m todo Regional o nico m todo que n o necessita de reservar recursos antes da ocorr ncia de uma falha pois o caminho alternativo calculado pelo protocolo de encaminhamento DV Este c lculo efectuado na altura da ocorr ncia da falha on demand com base no menor n mero de saltos at ao destino O m todo Makam e o m todo Local necessitam apenas de reservar quatro recursos O m todo Haskin reserva os quatro recursos que pertencem ao caminho de recupera o juntamente com os recursos inclu dos no caminho onde o tr fego toma o sentido contr rio no nosso caso s o mais dois Depois
120. de servi o resili ncia a falhas na rede e efici ncia na utiliza o dos recursos existentes na rede 12 1 2 MOTIVA O E PRINCIPAIS CONTRIBUI ES A realiza o deste trabalho de mestrado foi motivada pelo aparecimento do conceito do servi o Triple Play pois este uma grande novidade para Portugal Sabe se que o servi o Triple Play inclui o fornecimento dos servi os de dados voz e v deo A intoler ncia perda de pacotes e a exig ncia da disponibilidade de grandes larguras de banda na rede IP s o alguns dos factores existentes no servi o Triple Play Estes factores despertaram interesse em analisar quais os requisitos necess rios existir na rede IP desde a rede n cleo at casa do subscritor para esta possuir a capacidade de suportar os requisitos de qualidade de servi o do servi o Triple Play bem como resistir a poss veis falhas de rede sem provocar grandes perdas de pacotes Este estudo permite determinar quais as tecnologias de rede de acesso a utilizar quais as tecnologias de rede n cleo a utilizar e quais as tecnologias ou arquitecturas a utilizar para fornecer qualidade de servi o na rede IP e resili ncia contra falhas de rede As op es tomadas determinam o tipo de qualidade de servi o oferecido ao subscritor Em redes de telecomunica es a quebra de uma liga o pode interferir nos servi os oferecidos por v rias conex es Mecanismos de sobreviv ncia s o aplicados de forma a garantir a con
121. de servi os multim dia de pr xima gera o Leroux et al 2006 A omnipresen a da Internet real tanto no segmento corporativo onde o aumento da produtividade resultante da transforma o gerada pelo e business como no segmento residencial com a crescente demanda por servi os diferenciados em particular os relacionados ao entretenimento S o servi os que requerem elevadas larguras de banda e taxas de transmiss o que garantem a qualidade e o desempenho esperados pelo utilizador Torna se essencial disponibilizar uma solu o de rede que seja flex vel para prover servi os diferenciados e sob demanda que associa o desempenho a fiabilidade e resili ncia da infra estrutura das redes de telecomunica es de forma poder suportar o crescimento de novas demandas A tecnologia IP o ambiente utilizado para o transporte de servi os por pacotes porque possibilita maior flexibilidade no provimento de novos servi os multim dia e de banda larga Desta forma a migra o de plataformas de telecomunica es para um ambiente em que associa as vantagens tecnol gicas do protocolo IP flexibilidade e rapidez s vantagens das tecnologias tradicionais fiabilidade desempenho e protec o de rede um factor crucial para o sucesso futuro de empreendimentos nos segmentos para opera o das Redes de Pr xima Gera o O ambiente IP permite s operadoras oferecer novos servi os aplica es e comodidade ao seu cliente de uma forma efic
122. definida como um aspecto da Engenharia de Redes que trata da avalia o e optimiza o do desempenho de redes LEE 2006 Para isto s o utilizados princ pios cient ficos e tecnol gicos que possibilitam a medi o a caracteriza o a modela o e o controlo do tr fego da rede Os principais objectivos de desempenho podem ser classificados como Orientados aos recursos dizem respeito optimiza o da utiliza o dos recursos da rede de maneira que n o haja congestionamento e sobrecarga de certas partes da rede 12 bem como pontos onde haja pouca utiliza o A principal fun o da Engenharia de Tr fego gerir a largura de banda da rede de maneira eficiente e Orientados ao tr fego engloba aspectos relacionados com a QoS do tr fego Melhora as medidas de desempenho tais como a varia o de atraso o atraso a perda de pacotes e o d bito efectivo Aqui a minimiza o da perda de pacotes poss vel Um dos principais objectivos de desempenho do ponto de vista do tr fego e dos recursos minimizar o congestionamento O congestionamento ocorre sobre dois cen rios LEE 2006 Os recursos de rede s o insuficientes ou inadequados para atender demanda Neste caso pode se expandir a capacidade da rede aplicar mecanismos cl ssicos de controlo de congestionamento que regulam a demanda ao delimitar o tr fego ou ambos e O tr fego encaminhado de maneira eficiente nos recursos dispon veis Neste caso a
123. delar os cen rios atrav s do simulador NS 2 33 ou NS 3 com o encaminhamento do tr fego no modo multicast Modelar cen rios com redes mais complexas Propor e implementar um prot tipo de um novo m todo de recupera o de falhas Realizar simula es numa rede que suporta a tecnologia MPLS e o m todo de QoS denominado DiffServ Realizar simula es atribuindo prioridades aos diferentes fluxos de tr fego e Realizar simula es do servi o Triple Play atrav s do meio de transmiss o sem fios Wi Fi e WiMAX 134 CAPITULO VII REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Alaettinoglu et al 2000 Alaettinoglu C Jacobson V Yu H 2000 Toward Millisecond IGP Convergence draft alaettinoglu ISIS convergence 00 November 2000 http www packetdesign com news industry publications drafts convergence pdf also talk at NANOG 20 October 2000 http nanog org mtg 0010 igp html Alicart 2005 Alicart X O 2005 Design and Implementation of a Traffic Engineering Research Platform based on OPNET M Sc Thesis Lund University Extra do de http www telecom Ith se ndg research publications Theses AlicartXO MsThesis2005 AlicartXO MsThesis2005 pdf Allied Telesyn 2004 Allied Telesyn 2004 Active vs PON Technical Brief Extra do de http www alliedtelesyn com media pdf active vs pon a wp pdf Altgeld et al 2005 Altgeld J amp Zeeman J D 2005 The IPTV VoD Challenge Upcoming Business Models White Paper
124. delo de rede As especifica es desempenhadas no editor de projecto dependem dos elementos especificados no editor de n s Os restantes editores s o utilizados para definir e especificar de forma personalizada os v rios modelos de dados as novas liga es e os novos n s Depois de criados os modelos de rede s o escolhidos os par metros das estat sticas pretendidas Posteriormente executada a simula o e por fim s o visualizados e analisados os resultados Alicart 2005 Lucio et al 2003 86 4 1 3 NS 2 33 O Network Simulator vers o 2 um simulador baseado num projecto iniciado em 1989 denominado de Real Network Simulator Actualmente suportado atrav s do Defense Advanced Research Projects Agency DARPA juntamente com o Simulation Augmented pelo Measurement and Analysis for Networks SAMAN e atrav s do National Science Foundation NSF com a Collaborative Simulation for Education and research CONSER Ambos em colabora o com outros investigadores onde se inclui o The ICSI Center for Internet Research ICIR Para melhorar a efici ncia do tempo de simula o este simulador utiliza a linguagem de programa o C para implementar os modelos de objectos e a calendariza o de eventos O utilizador define e configura os detalhes da rede tais como a topologia as aplica es os tipos de tr fego os pontos de in cio e fim das simula es e outros par metros Utiliza tamb m a linguagem MIT Object Tcl OTcl qu
125. deste esquema tipicamente longo e apenas aceit vel para o tipo de tr fego melhor esfor o No caso de querer desempenhar a recupera o de uma forma mais r pida h necessidade de serem utilizados outros mecanismos de MPLS para minimizar o tempo de notifica o de falha ou diminuir o tempo de c lculo do caminho de recupera o Os mecanismos de configura o dos caminhos de recupera o s o classificados de acordo com dois crit rios recupera o local versus recupera o global e reencaminhamento versus protec o por comuta o M todos e Modelos de Recupera o de falhas no MPLS Existem tr s m todos de recupera o de falhas no MPLS Calle et al 2004 o caminho de recupera o global o caminho de recupera o reverso e o caminho de recupera o local Na recupera o global tamb m conhecida por modelo Makam o LSR de ingresso respons vel pelo caminho de recupera o quando recebe uma mensagem FIS Isto requer um caminho de recupera o n o conectado para cada caminho de trabalho no LSR de ingresso que o processo de protec o iniciado independentemente do local da falha no LSP Se n o houver um caminho de recupera o atribu do a cada um dos caminhos de trabalho na rede quando utilizada a recupera o global n o causado qualquer tipo de problema A protec o iniciada no LSR de ingresso conforme mostra a Figura 3 8 A vantagem deste m todo que apenas necess rio confi
126. detec o da falha Goyal et al 2003 Existem propostas para reduzir o tempo de recupera o atrav s da redu o do valor do intervalo da mensagem hello Mas demonstram que a redu o do intervalo pode causar problemas No caso do intervalo ser muito pequeno a rede corre o risco de congestionar mais vezes e perder v rias mensagens hello e consequentemente fazer o n pensar que existe uma falha de liga o onde na realidade existe uma congest o na liga o Ao fazer o n pensar que existe uma falha na liga o a rede enchida com LSA e todos os n s calculam novos caminhos Ao receber as mensagens hello de novo os n s pensam que as liga es voltam a funcionar e consequentemente a rede enche de novo com novas mensagens LSA Isto n o apenas provoca mudan as desnecess rias de encaminhamento como aumenta a carga de processamento nos n s Alaettinoglu et al 2000 2 3 4 Compara es entre as Redes N cleo A rede IP pode oferecer uma qualidade superior da rede da camada f sica num ambiente controlado pois menos sujeita a ru dos As redes de converg ncia dos servi os dados voz e v deo tamb m conhecidas por Redes de Pr xima Gera o ou simplesmente NGN Next Generation Networks apresentam a melhor solu o para suportar o servi o Triple Play A NGN associa uma forte redu o nos custos operacionais da rede e viabiliza o aumento de novas fontes de 54 receita pois prov uma grande diversidade
127. diferen a entre as capacidades das tecnologias SDH e Ethernet A tecnologia SDH foi desenvolvida para transmitir o tr fego atrav s de circuitos entrega de pacotes garantida enquanto a tecnologia Ethernet foi desenvolvida para transmitir o tr fego atrav s de pacotes entrega de pacotes n o garantida A tecnologia SDH melhou a sua efici ncia ao longo dos anos mas continua a ser inflex vel e cara Actualmente a tecnologia Ethernet oferece largura de banda suficiente para suportar qualquer servi o mas n o oferece o elevado desempenho oferecido pela tecnologia SDH A tecnologia Ethernet n o tem mecanismos de recupera o n o monitoriza os servi os e n o oferece qualidade de servi o ao contr rio das redes SDH Estes factores podem ser adicionados rede Ethernet para melhorar o seu desempenho pelo administrador de rede mas devem ser monitorizados e testados para fornecer o n vel de servi o desejado na rede A recupera o de falhas o factor mais importante a considerar Tabela 2 8 Compara o entre o SDH e a Ethernet Leroux et al 2006 eae el Ts Agrega o de liga es Anel resiliente de pacotes lt 50ms Reencaminhamento r pido atrav s do MPLS Multi Protocol Label Switching 50ms r aos As liga es ponto a ponto atrav s do IEEE 802 3ah e ITU dps pi e Estrutura SDH com OAM Y 17 padr es ethoam servi os fim a fim atrav s do IEEE o 802 1ag Servico OAM de Metro Ethernet Detec odetamas
128. dores por onde passa o pacote num total de 255 No caso do pacote percorrer a rede por mais de 255 encaminhadores este descartado para evitar poss veis loops Stephen 2001 Rexford 2006 Brodkin 2007 FEC Forwarding Equivalency Class Uma FEC consiste numa classe de equival ncia ou seja um grupo que cont m um conjunto de par metros que determinam o caminho para os pacotes Os pacotes associados a uma mesma FEC s o encaminhados pelo mesmo caminho A FEC representada por uma etiqueta e cada LSP associada a uma FEC Ao receber um pacote o LSR de ingresso da rede MPLS verifica a FEC ao qual o pacote pertence e encaminha o para a LSP correspondente A uni o entre o pacote e a FEC acontece apenas ao entrar na rede MPLS Isto proporciona uma grande flexibilidade e escalabilidade a este tipo de rede A FEC pode ser determinada por um ou mais par metros especificados pelo gestor de rede Alguns destes par metros s o nomeadamente o endere o IP da fonte destino ou rede o n mero da porta da fonte ou do destino a identifica o ID do protocolo IP e a QoS LEE 2006 68 LSP Label Switch Path O LSP Label Switching Path um percurso por onde passam os pacotes na rede MPLS Quando o pacote entra na rede MPLS associado a uma classe de equival ncias FEC Forwarding Equivalence Class onde criado uma LSP para esta FEC Como a cria o da LSP ocorre apenas na entrada da rede MPLS os restantes encaminhado
129. dos transmitido simultaneamente com o tr fego de voz enquanto o tr fego de dados direccionado a uma rede de pacotes a voz direccionada rede PSTN Public Switched Telephone Network 2 2 2 Redes de Acesso em Fibra ptica A rede de acesso a parte da rede entre o utilizador e o ponto de interliga o com a rede n cleo ou rede principal O factor de atrac o em torno das redes de acesso de fibra ptica a possibilidade de fornecer o servi o Triple Play com elevadas condi es de qualidade de servi o uma vez que a fibra ptica o meio de transmiss o que apresenta a maior taxa de transfer ncia de dados e o menor tempo de atraso e varia o de atraso dos pacotes na rede O Triple Play uma oportunidade de neg cio crescente que n o apenas direccionado para as resid ncias mas tamb m para os neg cios em pr dios comerciais e locais de forma o A tend ncia dos provedores de servi o Triple Play analisar a melhor maneira de aproximar a fibra ptica o mais perto do utilizador A fibra ptica visa fornecer para al m do Triple Play os servi os de ensino dist ncia jogos interactivos e telemedicina A implementa o da fibra ptica est fortemente relacionada com o d bito efectivo da largura de banda de cada arquitectura definida e consequentemente potencialidade de rentabilidade do servi o para o operador Para a utiliza o da fibra ptica o operador deve considerar que as exig ncias da largura
130. e October 2003 Extraido de http 64 233 169 104 search q cache _8v7cAP771YJ www invictusnetworks com faq V oice 25200ver 2520IP 252 OVoIP Nokia 2520Whitepaper_SIP_for_VoIP pdf white paper h 323 vs sip amp hl pt PT amp ct clnk amp cd 8 amp gl pt amp lr lang_en Nunes 2006 Nunes M S 2006 Redes de Acesso Parte C Tecnologias de acesso DSL Texto de aulas Instituto Superior T cnico IST Setembro 2006 Extra do de http comp ist utl pt ec ra textos aulas ParteC DSL pdf NS 2 2000 NS 2 2000 The Network Simulator NS 2 Change History Website University of Southern California Extra do de http www isi edu nsnam ns O Driscoll 2007 O Driscoll G 2007 Next Gerneration IPTV Services and Technologies Book Wiley Interscience ISBN 0470163720 9780470163726 Extra do de http books google pt books id enN3yukB AmEC amp printsec frontcover amp client pub 5674445849125711 Optical Network 2006 Optical Network 2006 1 1 1 1 Protection Website Optical Network com September 2006 Extra do de http www optical network com terminology php letter all amp id 18 OST 2006 Omnitron Systems Technology Inc 2006 802 3ah OAM for Carrier Class Optical Ethernet in the First Mile White Paper Extra do de http www omnitron systems com downloads Omnitron EFM OAM pdf referrer 0AM Owens et al 2002 Owens K Sharma V Oommen M amp Hellstrand F 2002 Network Survivab
131. e do digital comprimido pelo m todo de compress o utilizado pelo padr o MPEG Um 1 Frame um nico quadro de conte do digital Numa sequ ncia de movimento os quadros individuais de Frame s o agrupados e passam a ser denominados de GOP Group of Pictures Estes GOP d o ao subscritor a sensa o de movimento mo o espacial O compressor examina cada um dos Frame individualmente e armazena a informa o necess ria para visualizar o Frame em quest o Quanto maior for o n mero de I Frame contidas num GOP melhor a qualidade do v deo e consequentemente maior o espa o ocupado no armazenamento A utiliza o do codec MPEG 4 provoca um bloqueio na imagem mais significativo quando existe uma perda de 1 Frame Isto deve 26 se ao facto de este codec carregar um maior n mero de GOP e consequentemente um maior n mero de informa o Tektronix 2007 Jitter Affect Packet Loss Affect a b Figura 2 5 Imagem de v deo na presen a de a vari o do atraso b perda de pacotes Gagnon 2007 Vantagens e Limita es do Servi o IPTV O facto do servi o IPTV ser fornecido ao utilizador final atrav s da rede IP traz muitas vantagens pois possibilita a transfer ncia de grandes quantidades de informa o e a selec o do conte do solicitado Estes factores permitem reduzir a largura de banda utilizada e optimizar a utiliza o dos recursos da rede O subscritor tem o controlo total da visualiza o do con
132. e de sa da n o existir S encaminhamento de voltar ao encaminhamento da camada 3 camada L3 Figura 5 5 O processo da comuta o no n MPLS no NS 2 Boudani 2002 O mecanismo de comuta o que ocorre no n MPLS quando existe uma falha na liga o est ilustrado na Figura 5 6 No exemplo abaixo em caso de falha utilizada a tabela ERB de forma a ser determinado qual o caminho a seguir 96 MPLS node Explicit Routing information Base ERB FEC LIB Backup Q Figura 5 6 Recupera o do LSP ao utilizar o LSP de protec o atrav s da comuta o Calle et al 2004 5 2 TR FEGO UTILIZADO NAS SIMULA ES O NS 2 possui objectos geradores de tr fego que se utiliza durante as simula es o gerador Pareto o gerador Exponencial e o gerador PackMime Weigle et al 2004 O gerador Pareto utilizado para simular a gera o de tr fego VoIP O gerador Exponencial para simular a gera o de tr fego IPTV e de Dados e o gerador PackMime para simular a gera o de tr fego associado ao acesso a p ginas Web entre o cliente e o servidor Tr fego VoIP O codec G 711 tamb m conhecido por Pulse Code Modulation o mais utilizado na transfer ncia de voz sobre a rede IP A carga til do conte do de voz no pacote IP de 160 bytes e a taxa de transfer ncia do codec de 64 Kbps Cisco 2005 Na simula o ser utilizado o pacote Ethernet para transferir o conte do de voz Desta forma con
133. e falhas Em compara o com os cen rios anteriores nesta topologia existem mais duas liga es Estas duas liga es s o denominadas de liga es de protec o e tornam a rede resiliente a falhas Uma liga o de protec o entre os n s LSR3 e LSRS e outra entre os n s LSR4 e o LSR6 Isto permite facilitar o processo de recupera o de falhas uma vez que o fluxo de tr fego pode contornar a falha e percorrer um caminho mais curto at ao destino Adicionar mais uma liga o entre os n s LSR2 e LSR5 foi considerado mas deu erro no simulador de rede NS 2 33 Gerador IPTV a Chente 1 ec See a Figura 5 12 Topologia de rede do Cen rio 3 Neste cen rio as configura es comuns a todas as simula es est o representadas na Tabela 5 3 de destacar que o comando rtmodel provoca as falhas Quando este comando configurado como down provocada a falha na liga o entre os n s LSR5 e LSR6 no instante indicado Quando configurado como up a liga o de falha recuperada no instante indicado 106 Tabela 5 3 Par metros atribu dos topologia de rede do Cen rio 3 Topologia de rede e configura es i Kbps Gerador de Dados inicia oi s Gerador de Dados terminaj 15 s FimdaSimula o 2 s Para determinar qual o m todo de recupera o de rede mais eficaz s o simulados os quatro m todos em cada tipo de rede IP e MPLS e MPLS TE tanto na exi
134. e n o necessita de ser compilada Assim s o utilizadas duas linguagens a linguagem C que permite criar e personalizar a arquitectura do protocolo e a linguagem OTcl que utilizada para variar os par metros e configura es da simula o de uma forma f cil A simula o do NS 2 cria um ficheiro trace que cont m a informa o da topologia e o trajecto dos pacotes para depois ser ilustrado no NAM O NAM Network Animator Chung et al 1999 uma ferramenta de anima o para visualizar os traces da simula o Desta forma a visualiza o em tempo real n o poss vel O pacote de software NS 2 cont m uma componente opcional chamada xgraph Este componente um programa utilizado para criar representa es gr ficas dos resultados de simula o A an lise do ficheiro trace pode ser efectuada atrav s da linguagem Perl ou da linguagem AWK O NS 2 executado no ambiente Linux Unix mas tamb m poss vel ser executado no ambiente Windows atrav s da utiliza o da aplica o Cygwin O componente xgraph corre na plataforma Unix com o XWindows no entanto o suporte para esta componente no Windows n o est dispon vel Este simulador muito utilizado nas pesquisas e est dispon vel em vers es gratuitas A vers o mais recente do NS 2 a vers o 2 33 O NS 2 um simulador de eventos direccionado para a investiga o na rea das redes onde permite a simula o do TCP do UDP de geradores de tr fego personalizados de e
135. e perda de pacotes do servi o IPTV de 0 794 Com o ponto 2 do procedimento do Grupo A conseguiu se que este valor baixasse para 0 720 conforme mostra a Tabela 5 13 Simular a rede com 27 clientes ponto 3 provocou um aumento na taxa de perda de pacotes do servi o IPTV para 1 575 conforme ilustrado na Tabela 5 13 Este valor est relativamente pr ximo do limite de 1 No caso anterior verificou se que apesar de se aplicar a Engenharia de Tr fego a taxa de perda de pacotes ultrapassava os 1 Isto tamb m se aplica ao presente caso Desta forma n o foi aplicada a Engenharia de Tr fego para reduzir a taxa de perda de pacotes Tabela 5 13 Resultados obtidos para verificar o limite de clientes numa rede Ethernet 1000 Mbps 1000Mb Simula es Sem Falhas MPLS MPLS TE MPLS MPLS TE MPLS MPLS MPLS TE MPLS PackMime 26 PackMime 27 MPLS Pacotes Enviados 530 co s420 24215 25957 24660 449396 495346 452062 Pacotes Recebidos 5530 6006 24215 25967 24660 445830 491780 445830 aT Oo mam Pacotes Perdidos 7 f J o7a4 ozm 155 Pacotes Perdidos no Gerador IT alas n32 Pacotes Perdidos no Gerador Do ER oa o assi o BEE EE Pacotes Perdidos LSR4 Pacotes Perdidos LSRS LIT II TI Pacotes Perdidos LSR5 TTT J J f Pacotes Perdidos LSR6 EA E Pacotes Pe
136. e sa da que pertence a uma posi o na tabela de um LSR ser determinada pelo LSR que recebe o pacote com a etiqueta em quest o Logo necess rio existir um protocolo de distribui o de etiquetas Existem v rios protocolos de distribui o de etiquetas Dois exemplos comuns destes protocolos s o o MPLS LDP Laber Distribution Protocol e o MPLS CR LDP Constraint based Routing Label Distribution Protocol Stephen 2001 67 O cabe alho MPLS posicionado depois do cabe alho da camada 2 e antes do cabe alho da camada 3 e conhecido como Shim Header Nas redes MPLS baseadas no protocolo IP alguns bytes s o inseridos antes do cabe alho IP com o objectivo de fazer o papel da etiqueta A etiqueta Packet Data Unit PDU A Label Exp TTL 20 bits 3 bit 8 bits 4 2 Bits _ __________1 gt esta representada na Figura 3 7 Figura 3 7 A etiqueta Shim Header do MPLS Yip 2002 Os primeiros 20 bits da etiqueta representam a identifica o da etiqueta Os 3 bits de EXP Experimental e a classe de servi o CoS Class of Service ao qual o pacote pertence s o utilizados para alterar os algoritmos de fila e de rejei o de pacotes Com isto poss vel dar prioridades a certos pacotes O bit S Stack permite a cria o de uma pilha hier rquica de etiquetas para o caso de o pacote receber mais do que uma etiqueta O campo TTL Time To Live tem o mesmo papel que no IP ou seja conta o n mero de encaminha
137. e servi o em todos os tipos de redes Observa se tamb m que o protocolo Data Driven e o protocolo Data Driven ordered control apresentam valores de QoS mais baixos do que o protocolo Data Driven on demand Verifica se que o protocolo Data Driven on demand ordered control apresenta os melhores valores de QoS em compara o com todas as combina es do protocolo Data Driven Nas simula es a seguir utilizado o protocolo de distribui o de etiquetas Data Driven on demand ordered control Tabela 5 6 Resultados obtidos para verificar qual o melhor modo de funcionamento do protocolo Data Driven Data Driven on demand Data Driven order control Data Driven on demand order control es v is 7575 6300 7438 7559 6284 7451 7578 6303 7575 6300 7438 7559 6284 7451 7578 6303 906 844 787 912 851 795 905 f 843 ves 0 43 0 32 0 35 0 44 0 32 0 36 0 44 0 33 Ls Pacotes Enviados 7438 7559 6284 Pacotes Recebidos 7438 7559 6284 Pacotes Perdidos Pacotes Perdidos Atraso Fim a Fim ms 8 51 Varia o de Atraso Fim a Fim ms 0 35 0 44 Varia o de Atraso Fim a Fim ms 1 66 1 97 1 95 1 99 1 66 1 97 2 01 1 66 1 96 1 99 D bito Effectivo Fim a Fim Mbps 23 05 21 01 21 01 18 89 23 05 21 01 18 89 23 06 21 02 18 89 Esta pr xima simula o tem como objectivo determinar quais as configura es
138. e tamanho fixo inserida entre a camada de liga o e a camada de rede Nos saltos subsequentes n o existe nenhuma an lise do cabe alho da camada de rede ao pacote Em cada encaminhador comutador de etiquetas que o pacote passa as etiquetas s o trocadas pois a etiqueta representa um ndice na tabela de encaminhamento do pr ximo encaminhador Assim quando o pacote com etiqueta entra na LSR o encaminhador procura na sua tabela o ndice representado pela etiqueta Ao encontrar este ndice o encaminhador substitui a etiqueta de entrada pela etiqueta de sa da associada FEC ao qual pertence o pacote Depois de completar a opera o de troca de etiquetas o pacote encaminhado pela interface especificada na tabela de encaminhamento Quando o pacote chega ao LSR de egresso da rede MPLS a etiqueta 71 2 removida e o pacote encaminhado pela interface associada FEC ao qual pertence o pacote Cheung 2003 Vantagens do MPLS A primeira vantagem do MPLS que o encaminhamento poder ser feito apenas com comutadores que desempenham o papel de encaminhadores Geralmente os comutadores realizam as tarefas de pesquisa e troca de etiquetas mas n o analisam o cabe alho da camada de rede ou n o o fazem rapidamente A utiliza o de comutadores no lugar dos encaminhadores vantajosa uma vez que s o mais baratos e operam a velocidades superiores dos encaminhadores Outra vantagem introduzida pelo MPLS o facto de os pacotes
139. ea Network individual pela rede IP conforme ilustra a Figura 2 6 Geralmente s o atribu das prioridades aos diferentes servi os A prioridade mais elevada atribu da ao servi o de v deo e a prioridade menor ao servi o de dados A atribui o de prioridades permite encaminhar o conte do de forma a optimizar a utiliza o dos recursos da rede IP e de garantir Qos Sts Subscriber 1 xe Aggregation Router GE Uplink Subscriber 2 Figura 2 6 VLAN dos varios servi os nas redes de Agrega o de Acesso e de subscritor Cisco 1 2008 Requisitos do Servi o Triple Play Os requisitos da rede que suporta o servi o Triple Play abrangem os requisitos da QoS proporcionados pelas tecnologias e infraestruturas utilizadas na rede n cleo na rede de Agrega o na rede de Acesso e na rede do subscritor A QoS mantida quando os valores m nimos dos seus requisitos n o s o ultrapassados Tal como referido anteriormente os requisitos da QoS incluem a largura de banda a perda de pacotes e os atrasos e varia es dos atrasos existentes na rede IP Sabe se que o servi o Triple Play fornece ao subscritor tr s tipos de servi os e que cada um destes servi os tem os seus pr prios requisitos m nimos Quando estes requisitos m nimos s o atingidos o servi o fornecido de boa qualidade Os requisitos de QoS que os tr s servi os t m em comum s o a necessidade de possu rem uma baixa perda de pacotes e a ne
140. ecimento do equipamento ou suas componentes A detec o de falhas em redes pticas geralmente assistida por protocolos de camada 2 que podem desempenhar a notifica o no sentido da fonte Isto requer uma comunica o bidireccional entre os n s Tal solu o existe nas redes SDH Nestes casos a detec o assistida por notifica es e aumenta o tempo de recupera o Topologias das redes n cleo e seus m todos de recupera o Existem tr s tipos de topologias de rede utilizadas para recuperar o tr fego em caso de falha da rede topologia em anel topologia em malha e topologia h brida anel malha A topologia em anel a forma mais comum de recupera o na camada f sica As redes de topologia em anel s o denominadas de an is auto recuper veis Nestas redes cada n conectado aos seus n s vizinhos atrav s de duas liga es No caso de falha o tr fego comutado para a liga o de protec o Existem dois tipos de topologias em malha nomeadamente malha completa e malha parcial Numa topologia em malha completa todos os n s s o conectados a todos os restantes n s da rede conforme mostra a Figura 2 20 a A malha completa tem um elevado custo de implementa o mas oferece redund ncia e no caso de um dos n s ou liga es falharem o tr fego da rede reencaminhado para qualquer n da rede A topologia em malha parcial apresenta um custo de implementa o mais barato mas oferece menos redund ncia comparada com
141. edes de agrega o As v rias tecnologias incluem as variantes da tecnologia DSL Digital Subscriber Line as variantes das redes pticas FTTx Fiber To The x e as v rias infraestruturas das redes pticas PON Passive Optical Network Descreve se a seguir o seu funcionamento as suas arquitecturas as suas caracter sticas as suas vantagens e limita es Salienta se que tem se como objectivo analisar as v rias tecnologias e infraestruturas de forma a suportar os requisitos do servi o Triple Play 31 2 2 1 Redes de Acesso em cobre O DSL Digital Subscriber Line uma tecnologia da rede de acesso que fornece um meio de transmiss o digital de dados at s resid ncias onde aproveita a rede de telecomunica es em cobre existente Nunes 2006 Existem v rios tipos de DSL nomeadamente o ADSL Asymmetrical DSL o ADSL2 Asymmetrical DSL 2 o ADSL2 Asymmetrical DSL 2 o VDSL Very High bit rate DSL e o VDSL2 Very High bit rate DSL 2 Nunes 2006 Estes diferem principalmente nos aspectos de velocidade taxa de transfer ncia de codifica o de linha de n mero de linhas 1 par entran ado ou 2 pares entran ados e de alcance Os tipos de DSL s o classificados como assim tricos quando as taxas no sentido descendente da rede para o utilizador e no sentido ascendente do utilizador para a rede s o diferentes e sim tricos quando estas mesmas taxas s o iguais O ADSL Asymmetrical DSL recomenda o da ITU Rec
142. eitos definidos na arquitectura IntServ para fornecer os n veis de qualidade de servi o para cada t nel LSP o Controlo Carregado a Garantia de Servi o e o melhor esfor o Iselt 2004 Funcionamento da rede MPLS Quando um pacote enviado de um encaminhador para outro atrav s de um protocolo de rede sem conex o cada encaminhador analisa o pacote e toma decis es independentes sobre o caminho para onde enviar o pacote Isto significa que cada encaminhador analisa o cabe alho e corre o seu pr prio algoritmo de encaminhamento Por m o cabe alho dos pacotes cont m informa o adicional para determinar o pr ximo salto A tarefa de encaminhar um pacote pela rede pode ser dividida em duas opera es distintas A primeira opera o consiste em determinar as FEC que s o todas as possibilidades de encaminhamento de um pacote atrav s da rede A segunda opera o consiste em correlacionar cada FEC a um pr ximo salto Cada FEC est relacionada a um LSP Os LSPs s o caminhos determinados dentro da nuvem MPLS Uma FEC pode ser associada a mais de um LSP por m todos apresentam a mesma origem e o mesmo destino No encaminhamento convencional cada encaminhador da rede associa dois pacotes mesma FEC No MPLS a associa o do pacote a uma determinada FEC efectuada apenas uma vez que quando o pacote entra na rede atrav s do LSR de ingresso A FEC qual o pacote est associado codificada atrav s de uma etiqueta d
143. el parte central do sistema operativo para o simulador NS 2 funcionar A escrita e manipula o da linguagem de programa o do objecto de dados lenta mas a sua execu o r pida O NS 2 um simulador Text based ou seja tudo o que necess rio para realizar a simula o tem que ser efectuado atrav s da linguagem de c digo A Figura 5 1 mostra a separa o dos objectos de controlo OTcl e dos objectos de dados C e a interac o entre as duas linguagens Os objectos de dados compilados s o disponibilizados ao interpretador OTcl atrav s de uma liga o que cria um objecto OTcl para cada objecto C Desta forma os controlos dos objectos C s o dados ao OTcl A interface gr fica GUI Graphical User Interface n o suportada pelo simulador NS 2 para a cria o da topologia e a simula o dos modelos de rede 90 Figura 5 1 Arquitectura do NS 2 Heidemann et al 2006 O simulador NS 2 constitu do por quatro componentes o pr prio simulador o NAM Network Animator o pr processamento e o p s processamento O simulador utilizado neste trabalho o NS 2 33 Network Simulator 2 vers o 2 33 O NAM a ferramenta que permite visualizar a simula o atrav s do ficheiro nam criado pelo NS 2 A componente de pr processamento inclui os geradores de tr fego utilizados nos cen rios de simula o Por fim a componente de p s processamento utilizada neste trabalho inclui o ficheiro awk
144. elo mais utilizado para a implementa o de QoS O DiffServ necessita de menos encaminhadores de pouca actualiza o de software para fornecer bons m todos de classifica o policiamento montagem e remarca o de pacotes As vantagens de utilizar a arquitectura de servi os diferenciados s o A simples forma de diferencia o das classes de servi os para um ISP Internet Service Provider que tem como base uma tarifa diferenciada A gest o de classes de tr fego aplicada aos fluxos agregados que n o requer a utiliza o expl cita de nenhum protocolo de sinaliza o e Resolu o dos problemas de escalabilidade do IntServ em rela o aos encaminhadores do n cleo da rede e em rela o s fun es complexas que s o realizadas apenas na borda da rede Os problemas com a arquitectura de servi os diferenciados s o A complexidade crescente das t cnicas de configura o e do dimensionamento do n cleo da rede Falta de maturidade destas t cnicas Import ncia da Engenharia de Tr fego tomar conhecimento com precis o dos perfis do tr fego e os volumes que transitam nos n s da rede bem como a topologia da rede e os diferentes encaminhamentos Esta informa o nem sem disponibilizada e As garantias de QoS s o relativas a uma classe de tr fego agregada e n o a um fluxo de dados LEE 2006 3 3 3 Multiprotocol Label Switching O Multiprotocol Label Switching MPLS mecanismo especificado pela Internet Eng
145. ens passadas pela rede que est o divididas em tr s campos b sicos O campo Tipo define o tipo de mensagem o campo Comprimento espec fica o campo seguinte em bytes e o campo Valor codifica a informa o interpretada de acordo com o campo Tipo O CR LDP descreve uma s rie de TLV de modo a suportar caracter sticas como o encaminhamento expl cito a especifica o de par metros de tr fego a fixa o do caminho a preemp o do caminho atrav s de prioridades a gest o de falhas o LSPID identificador nico de uma CR LSP dentro da rede MPLS e a classe de recursos O protocolo RSVP pode ser utilizado numa rede MPLS para a distribui o de etiquetas entre os LSR O protocolo RSVP TE padr o adiciona algumas caracter sticas ao protocolo RSVP para 70 permitir o estabelecimento de t neis LSP nas redes MPLS Isto permite manter o nivel de qualidade de servi o da engenharia de tr fego solicitada por uma aplica o O RSVP TE funciona como um protocolo de sinaliza o de uma rede MPLS O protocolo RSVP TE estabelece um caminho para o fluxo de dados entre o equipamento de origem e o equipamento de destino do cliente A sua caracter stica principal de poder fazer reservas de recursos para cada fluxo de dados de acordo com a qualidade de servi o desejada O conceito de fluxo de dados fica mais caracterizado com a utiliza o da arquitectura MPLS e o estabelecimento de t neis LSP Assim como o RSVP o RSVP TE tamb m utiliza os conc
146. entada por uma matriz de 9 filas por 270 colunas de bytes a que corresponde o d bito bin rio de 9 filas x 270 colunas x 8 bits x 8000 tramas s 155 52 Mbps Na trama SDH a sinaliza o e a supervis o encontram se numa zona especial separada da informa o a transferir A zona reservada para a gest o do SDH designada por SOH Section Overhead enquanto que a zona de Carga til Payload destina se informa o a ser transferida pela rede Cada byte da trama corresponde a um canal de 8 bits x 8000 tramas s 64 Kbps A zona SOH inclui canais de sinaliza o para configurar dinamicamente e monitorizar o desempenho diagnostica falhas de linha ou de equipamento e por fim inclui fun es de administra o A carga til Payload constitui a zona onde inserida e extra da a informa o transportada pelo sistema constitu da por 9 filas e 261 colunas de bytes com uma capacidade de transporte de 9 filas x 261 colunas x 8 bits x 8000 tramas s 150 336 Mbps Data Line Overhead Payload Overhead Section Overhead 90 Columns a1 a2 Jo 1 7 Bi B3 G1 F2 H4 ES z4 N1 Transport Overhead Synchronous Payload Envelope SPE 3 Columns 87 Columns Figura 2 16 Estrutura da Trama STM 1 Prakash 2005 43 O SDH sincronizado a todos os n veis da hierarquia o que significa que as velocidades dos n veis superiore
147. entes da arquitectura do servi o IPTV e tamb m inclui guias electr nicos de programas o controle de aplica es a factura o entre outros Os servidores VoD est o interligados aos grandes sistemas de armazenamento onde s o armazenados filmes a partir do qual os utilizadores finais podem aceder e solicitar o conte do de v deo pretendido O CAS Condition Access System permite o fornecimento seguro do conte do e o DRM Digital Rights Management controla a utiliza o do subscritor do conte do fornecido como por exemplo a visita nica ou a visita ilimitada durante um certo per odo Tektronix 2007 A rede n cleo tem como tarefa dar prioridades e encaminhar o conte do de v deo da melhor forma pela rede IP A rede de agrega o trata de distribuir os sinais de v deo o mais pr ximo dos clientes para depois serem encaminhados na rede de acesso at ao modem na casa 23 do subscritor Os sinais de video passam do modem para o STB de onde descodificado o formato do sinal de video bem como o formato do sinal de voz para possibilitar a visualiza o do sinal de v deo numa televis o O conte do de v deo injectado no V deo Headend v deo nacional e ou no V deo Hub Office v deo local numa variedade de formatos comprimido e n o comprimido de uma variedade de mecanismos de transmiss o tais como sat lites esta es nacionais e transmissores terrestres esta es locais Os dados s o comprimidos atrav s de codec
148. ers E amp Wessa P 2008 Statistical Distributions Pareto Distribution Example Website Office for Research Development and Education ORDE and Resa R amp D Extrafdo de http www xycoon com pareto htm Boucadair et al 2004 Boucadair M Morand P Asgari H Egan R Griem J Griffin D Spencer J Flegkas P Georgoulas S Hon Ho K Howarth M Pavlou G Trimintzios P Wang N Damilatis T amp Georgatsos P 2004 D2 1 Implementation plan and high level engineering design of simulation models and testbed prototypes for inter domain QoS delivery Report University College London January 2004 Extraido de www mescal org deliverables MESCAL D21 final pdf Boudani 2002 Boudani A 2002 How MPLS is Implemented in NS Report A prepositional study Irisa Extra do de http www irisa fr armor lesmembres Boudani research mmt stages mplspimsm 1 20Repport PIMSM MPLS oNS doc Brodkin 2007 Brodkin J 2007 Understanding MPLS MPLS in Layered Communications Website NotQuiteLeet com May 2007 Extra do de http notquiteleet com 2007 05 02 understanding ip communiations mpls in layered communciations 135 Brun 2004 Bune R 2004 Namespace TMath Encapsulate Math Routines Website Fons Rademakers 2004 Extra do de http root cern ch root html T Math html Caballero 2007 Caballero M J 2007 Triple Play Services and Protocols WorkShop Trend Commun
149. es dos servi os Dados e VoIP aumentou quando aplicado a ferramenta da Engenharia de Tr fego enquanto que a taxa de perda de pacotes do servi o IPTV desceu O aumento da taxa de perda de pacotes dos servi os Dados e VoIP deve se ao elevado n mero de pacotes enviados quando aplicado a ferramenta da Engenharia de Tr fego Por outro lado a aplica o da ferramenta da Engenharia de Tr fego revelou se positiva para o servi o IPTV Simular a rede com 21 clientes ponto 3 provocou um aumento na taxa de perda de pacotes dos servi os Triple Play Apenas o servi o IPTV apresentou valores superiores aos limites dos par metros de QoS A aplica o da ferramenta da Engenharia de Tr fego ponto 4 melhorou os valores da taxa de perda de pacotes do servi o IPTV mas n o foi o suficiente uma vez que foi apenas poss vel baixar o valor para 1 025 conforme ilustrado na Tabela 5 12 apesar das in meras tentativas Desta forma a rede Ethernet de 100 Mbps n o suporta o servi o Triple Play com mais de 21 clientes em simult neo A solu o para aumentar o n mero de clientes numa rede aumentar a largura de banda da rede Da Tabela 5 12 observa se que os valores do atraso s o mantidos abaixo dos limites dos estipulados na Tabela 5 10 em todos os servi os do servi o Triple Play O mesmo acontece para os valores da varia o de atraso Verifica se atrav s da Tabela 5 12 que os n s de congestionamento em que s o perdidos os pacotes s o os LSR5 e
150. este cen rio um canal IPTV um canal VoIP uma transfer ncia de ficheiros de dados e um acesso por segundo ao servidor HTTP correspondente a um cliente Triple Play Analisa se neste cen rio o comportamento da rede com os 3 servi os Dados VoIP e IPTV a funcionar em simult neo para cada cliente de salientar que este comportamento nem sempre se aplica na realidade embora devem existir certos momentos durante o dia em que se verificam os 3 servi os 107 a funcionar em simult neo Para efeitos de simula o e de forma a verificar os limites da rede em quest o s o simulados os 3 servi os a operar em simult neo para todos os clientes existentes na rede Triple Play Gerador de Dados Gerador VoIP 5 Gerador wry KH 2 Gerador Web Figura 5 13 Topologia de rede do Cen rio 4 po cl Neste cen rio s o verificadas 5 situa es baseadas nos resultados obtidos nos 3 cen rios anteriores 1 Apenas s o utilizadas redes MPLS e MPLS TE uma vez que estas s o as mais eficientes no encaminhamento de trafego As configura es que s o comuns a todas as redes e simula es deste cen rio incluem o tr fego PackMime Gerador Web e todos os par metros da Tabela 5 4 de forma a aproximar a simula o de rede da realidade As configura es das redes sem falhas utilizam o protocolo de distribui o de etiquetas Control Driven uma vez que torna a rede mais eficiente As configura e
151. estrat gia de implementa o e com a grande flexibilidade da arquitectura Existem v rios padr es da tecnologia PON Actualmente entre os mais utilizados est o o PON GEPON Ethernet PON Gigabit Ethernet PON IEC a 2007 e o GPON Gigabit PON FlexLight Networks 2004 A tecnologia Ethernet para os subscritores da rede de acesso tamb m referido como Ethernet na ltima milha pode ser utilizada nas redes de par de cobre ou nas redes de fibra ptica O conceito de EPON utiliza a Ethernet em fibra ptica numa conex o ponto a multiponto atrav s de divisores pticos passivos O mecanismo OAM Operation Administration and Maintenance facilita a opera o da rede e tamb m facilita as opera es de recupera o de falhas de rede no entanto o mesmo limitado A EPON tem uma baixa efici ncia e n o tem a capacidade de suportar qualquer servi o sen o a Ethernet sobre o PON Isto introduz factores negativos relativamente ao fornecimento de qualidade de servi o aos servi os de v deo e de voz A EPON favorece o provedor de servi os mais do que o cliente A GPON permite taxas de transfer ncias elevadas e maior efici ncia ao carregar m ltiplos servi os sobre a PON A estrutura da trama escal vel 622Mbps at 2 5Gbps e suporta taxas de transfer ncia assim tricas A rela o utiliza o efici ncia elevada para qualquer tipo de servi o O Zz m todo de encapsula o utilizado em qualquer tipo de servi o a enc
152. fectuadas para este cen rio foi delineado uma s rie de passos a seguir O procedimento indicado abaixo foi seguido de forma a simular as 3 diferentes redes 10 100 1000 Mbps para determinar o n mero limite de clientes para uma dada rede Grupo A 1 Fazer simula es onde s o adicionados clientes Triple Play at a rede apresentar uma taxa de perda de pacotes n o superior a 1 no tr fego de IPTV 2 Aplicar a ferramenta da Engenharia de Tr fego na ltima simula o do ponto 1 de forma a encaminhar o tr fego Triple Play para o caminho 2 no instante 2 1s comutar o tr fego a metade do tempo da simula o 3 Adicionar mais um cliente para al m do limite de clientes no ponto 1 e simular sem a ferramenta da Engenharia de Tr fego 4 Aplicar a ferramenta da Engenharia de Tr fego simula o do ponto 3 em v rios caminhos da rede at reduzir a perda de pacotes para um valor inferior a 1 no tr fego de IPTV Atrav s do ponto 1 do procedimento do Grupo A constata se que na rede Ethernet de 10 Mbps apenas poss vel a exist ncia simult nea de 2 clientes Triple Play na rede A taxa de perda de pacotes de todos os servi os est o dentro dos par metros de QoS apresentados na Tabela 5 10 Verifica se atrav s da Tabela 5 11 que a taxa de perda de pacotes dos servi os Triple Play desceu quando aplicado a ferramenta da Engenharia de Tr fego exemplo IPTV 0 282 desceu para 118 IPTV 0 076 mencionado no ponto 2 d
153. fier Port Classifier e Agents source null LDP Figura 5 3 Arquitectura do n MPLS no NS 2 Ganchev 2003 Quando o n recebe o pacote o seu classificador MPLS determina se o pacote recebido cont m ou n o uma etiqueta No caso do pacote recebido conter a etiqueta o classificador executa a comuta o da camada 2 L2 Switching O n substitui a etiqueta presente no cabe alho MPLS do pacote pela etiqueta correspondente ao destino do pacote FEC Depois o n transmite o pacote para o n seguinte No caso de o pacote n o conter a etiqueta MPLS e existir um LSP para o destino 92 do pacote FEC o classificador cria um cabe alho MPLS inclui uma etiqueta no cabe alho do pacote e transmite o pacote para o pr ximo salto correspondente No caso do pacote recebido n o conter uma etiqueta e n o existir nenhum LSP o n MPLS entrega o pacote ao classificador de endere os que executa o forwarding envio da camada 3 examinando o endere o de destino do pacote O pacote entregue ao classificador de portos quando o n receptor o destino do pacote Este classificador entrega o pacote ao agente conveniente O agente LDP utilizado para distribuir e iniciar os LSP baseado no protocolo de distribui o LDP O n MPLS tem tr s tabelas para gerir a informa o relacionada com o LSP e a distribui o de etiquetas a tabela LIB Label Information Base a tabela PFT Partial Forwarding PFT e a tabela ERB Explicit Routin
154. g Information Base A tabela PFT um subconjunto da tabela Forwarding e consiste nos campos FEC PHB Per Hop Behavior e no apontador LIBptr A tabela LIB tem informa o para o LSP e a tabela ERB tem informa o para o ER LSP A Figura 5 4 mostra a estrutura das tabelas e o algoritmo para o forwarding dos pacotes Em cada tabela o apontador LIBptr um apontador que aponta para uma entrada LIB A procura na tabela PFT LIB iniciada quando o n MPLS recebe um pacote com ou sem etiqueta No caso do pacote n o conter uma etiqueta o n MPLS procura por uma entrada na tabela PFT com o FEC endere o de destino do pacote do pacote Se o LIBptr da entrada encontrada na tabela PFT indicar NULL o n MPLS reencaminha forward o pacote atrav s do esquema forwarding da camada 3 Caso contr rio o n MPLS desempenha a opera o de imposi o da etiqueta no pacote ou seja n o empurra para dentro do pacote a etiqueta de sa da da entrada da tabela LIB Pode haver sucessivamente uma opera o de pilha de etiquetas para o pacote onde a opera o de empurrar a etiqueta repetida at o apontador LIBptr da entrada LIB indicar NULL Depois de finalizadas as opera es de etiqueta o pacote encaminhado directamente para o pr ximo salto indicado pela interface de sa da da entrada LIB Caso o pacote contenha uma etiqueta o n MPLS identifica facilmente uma entrada LIB para o pacote atrav s da utiliza o da etiqueta inserida como um nd
155. genharia de Tr fego tal como foi conclu do no cen rio 2 Variaram se as velocidades da Tecnologia Ethernet 10 100 1000 Mbps para verificar qual o limite de clientes que a rede suporta 109 A implementa o das linhas de c digo de cada simula o de rede utilizada neste cen rio encontram se no Anexo B Os ficheiros de c digo utilizados no simulador de rede NS 2 33 para cada simula o do Cen rio 4 encontram se nos Anexos C e D Os resultados de cada simula o deste cen rio est o representados e analisados na sec o 5 4 5 4 RESULTADOS E AN LISES Neste subcap tulo apresentado e analisado os resultados obtidos das v rias simula es e dos v rios cen rios propostos no subcap tulo 5 3 As conclus es tiradas dos tr s primeiros cen rios s o utilizadas para criar a topologia do Cen rio 4 O objectivo do Cen rio 4 indicar qual o limite do n mero de clientes admitido numa dada rede Ethernet 10 100 1000 Mbps que utiliza as componentes mais eficientes dos cen rios 1 2 e 3 5 4 1 Cen rio 1 Diferen as Entre a Rede IP e a Rede MPLS Antes de determinar qual o melhor protocolo de encaminhamento de pacotes a utilizar numa rede MPLS necess rio ver o comportamento de dois modos de funcionando do protocolo DV O protocolo DV funciona numa rede em que os encaminhamentos expl citos est o ou n o presentes Posto isto verifica se qual o modo mais eficiente de funcionamento do protocolo DV Durante as simula e
156. gestionamento na rede O MPLS permite a utiliza o da Engenharia de Tr fego e contribui para o aumento do fluxo na rede ao encaminh lo por outros caminhos que n o sejam o caminho com menor saltos A Engenharia de Tr fego permite balancear o tr fego por toda a rede e contribuir para a efici ncia da mesma Verificou se que o limite de clientes para Ethernet 10 Mbps sobre MPLS era de 2 clientes para a rede Ethernet 100 Mbps sobre MPLS o limite de clientes era de 20 clientes enquanto que para a tecnologia Ethernet 1000 Mbps sobre MPLS o limite era de 26 clientes Estes limites foram baseados no suposto que todos os servi os Triple Play estivessem a funcionar em simult neo para os 26 clientes da rede Ethernet 1000 Mbps como exemplo Na realidade todos os servi os do Triple Play raramente est o ligados todos em simult neo para cada cliente logo o n mero de clientes ainda pode aumentar As simula es apresentadas nesta disserta o foram efectuadas de forma a verificar o comportamento da rede numa situa o de pico Estas situa es de pico existem na rede mas apenas durante um n mero de horas durante o dia ou em certas pocas 125 do ano de salientar que estes limites se aplicam s redes simuladas nesta disserta o conforme as configura es estipuladas em cada uma das redes No caso de compara o de estes resultados com um caso real deve se ter em considera o o n mero de liga es e respectiva largura de banda o n
157. gurar um caminho de recupera o Como este m todo de protec o centralizado apenas um LSR deve ter as fun es de PSL Path Switch LSR Por outro lado este m todo tem um elevado custo em termos de tempo uma vez que o FIS enviado at ao LSR de ingresso Este m todo provoca uma elevada taxa de perda de pacotes durante o tempo de comuta o Os caminhos de 11 recupera o preestabelecidos consomem menos tempo de recupera o do que os caminhos estabelecidos de forma reactiva ou on demand Global 66 path Ingress eg Os d Ww node Notification Node Figura 3 8 Recupera o Global Calle et al 2004 O factor principal do m todo do caminho de recupera o Reverse o facto de o tr fego voltar no sentido contr rio no ponto de falha Depois percorre o caminho at chegar ao LSR de ingresso para de seguida percorrer o caminho de recupera o global conforme ilustra a Figura 3 9 O LSP denominado de Reverse Backup LSP O modelo Haskin prop e o mesmo m todo mas com o caminho de recupera o preestabelecido poupando no consumo de tempo de recupera o A vantagem deste m todo a redu o da taxa de perda de pacotes factor crucial para os servi os em tempo real Outra vantagem deste m todo a simplifica o da indica o de falha uma vez que o LSP de recupera o Reverse envia uma mensagem FIS ao LSR de ingresso e para o caminho de recupera o ao mesmo tempo As desvantagens s o a m utiliz
158. hnologies_tech_note09186a0080094ae2 shtml Cisco 2006 Cisco Systems Inc 2006 Chapter 7 Ethernet Technologies Internetworking Technology Handbook Extra do de http www cisco com univercd cc td doc cisintwk ito_doc ethernet pdf Cisco 2008 Cisco Press 2008 Chapter 1 Introduction to First Mile Access Technologies Article Pearson Education Extra do de http www ciscopress com content images chap01 158705 129X elementLinks 158705 129Xcontent pdf Cisco 1 2008 Cisco Systems Inc 2008 Optimizing video Transport in your IP Triple Play Network White Paper 2008 Extra do de http www cisco com en US prod collateral routers ps368 prod white paper0900aecd80478c12 pdf Cisco 2 2008 Cisco Systems Inc 2008 Cisco ONS 15454 SDH Reference Manual Product and Documentation Release 5 0 April 2008 Extra do de http www cisco com en US docs optical 15000r5 0 15454 sdh reference guide e45450r pdf Cheung 2003 Cheung Y 2003 Multiprotocol Label Switching MPLS Using MPLS to Build an Application Centric Network White Paper May 2003 Extra do de www slb com media services consulting infrastructure mpls_whitepaper pdf ChipCenter QuestLink 1 2002 ChipCenter QuestLink 2002 Ethernet Technology Part I Website ChipCenter QuestLink Extra do de http archive chipcenter com circuitcellar march02 ancil 0302 c0302tsf1 bm ChipCenter QuestLink 2 2002 ChipCenter QuestLink 2002 Etherne
159. ho para o LSP Para isto necess rio que os atributos associados ao LSP sejam atendidos A componente sinaliza o respons vel pelo estabelecimento dos LSP e pela distribui o dos r tulos no MPLS Estes s o nomeadamente o LDP e o RSVP 3 4 RECUPERA O NAS REDES MPLS A resili ncia a capacidade de reagir perante uma falha atrav s de estrat gias de encaminhamentos enquanto a fiabilidade trata de minimizar as falhas atrav s da redund ncia dos elementos de rede Proporcionar resili ncia nas redes de dados muito importante pois assegura o funcionamento e disponibilidade fim a fim do servi o A implementa o da recupera o de falhas no dom nio MPLS efectuada atrav s de mecanismos e modelos de recupera o No RFC 3469 2003 existe a terminologia definida para a recupera o no dom nio MPLS Seguem as explica es dos termos que ser o utilizadas nesta disserta o O caminho de trabalho refere se ao caminho que carrega o tr fego antes de ocorrer a falha O caminho de recupera o o caminho para o qual o caminho de trabalho comuta na ocorr ncia de uma falha No caminho de comuta o LSR PSL Path Switch LSR o LSR upstream da falha respons vel pela comuta o do tr fego entre o caminho de trabalho e o caminho de recupera o No ponto de repara o POR Point of Repair o LSR configurado para desempenhar a recupera o MPLS ou seja respons vel pela repara o do LSP O sinal de
160. i o nas redes e os m todos de Recupera o da Rede utilizados em caso de falha ou congestionamento da rede No Cap tulo 4 s o dados a conhecer alguns dos simuladores existentes no mercado que permitem efectuar as simula es de redes de transporte Este estudo ir permitir determinar as caracter sticas que nos levaram escolha da ferramenta de simula o no contexto deste projecto de mestrado No Cap tulo 5 s o apresentados os conceitos te ricos e o funcionamento experimental do simulador de rede NS 2 33 atrav s das simula es de v rios cen rios A an lise dos resultados leva cria o do Cen rio 4 que representa a arquitectura a ser utilizada numa rede eficiente resiliente e robusta capaz de suportar o servi o Triple Play Por fim o Cap tulo 6 apresenta as conclus es dos temas abordados na disserta o e sugere algumas perspectivas de continua o deste trabalho de mestrado como trabalhos futuros 14 CAPITULO II ESTADO DA ARTE REDES TRIPLE PLAY O Cap tulo 2 apresenta uma introdu o te rica aos conceitos relacionados com as Redes Triple Play Este Cap tulo est dividido em quatro sec es o Servi o Triple Play o Meio de Transmiss o de Dados as Redes de Agrega o e de Acesso e por fim as Redes N cleo 2 1 SERVI O TRIPLE PLAY Nesta sec o pretende se dar a conhecer o conceito o funcionamento a arquitectura e os requisitos de cada servi o pertencente ao servi o Triple Play Os servi o
161. iated Services RFC 2475 1998 o MPLS Multiprotocol Label Switching RFC 3031 2001 e a Engenharia de Tr fego RFC 3272 2002 O IntServ atrav s da reserva de recursos baseada no protocolo RSVP Resource Reservation Protocol RFC 2205 1997 permite ao emissor reservar um canal na rede para garantir a largura de banda e especificar exig ncias de atraso e varia o de atraso O DiffServ permite tratar cada classe de tr fego de forma diferente Por exemplo uma classe de tr fego em tempo real pode atravessar a rede mais rapidamente do que a transfer ncia de um ficheiro best effort O MPLS utilizado para evitar o congestionamento no n cleo da rede atrav s de uma t cnica de encaminhamento mais r pida e eficaz em compara o rede IP Por fim a Engenharia de Tr fego uma ferramenta que permite utilizar todos os recursos existentes na rede de forma a balancear o fluxo de dados na mesma 3 3 1 Servi os Integrados O modelo de Servi os Integrados caracterizado pela reserva de recursos As aplica es devem configurar os caminhos e reservar os recursos antes da transmiss o de dados O RSVP Resource Reservation Protocol um protocolo de sinaliza o que permite configurar os caminhos e reserva os recursos RFC 2205 1997 Tanembaum 2003 O processo de sinaliza o est ilustrado na Figura 3 1 O emissor envia uma mensagem PATH caminho ao receptor com as especifica es do tr fego 1 Cada encaminhador intermedi
162. ications Extraido de http www trendcomms com trendweb resource nsf vlIFileURLLookup Triple Play Formats FILE triple play formats protocols pdf Caballero 1 2007 Caballero M J 2007 IPTV Pocket Guide Pocket Guide Trend Communications Extra do de http www trendtest com trendweb resource nsf vIFileURLLookup IPT V pocket guide FILE IPT V Guide pdf Calle 2004 Calle E 2004 Enhanced fault recovery methods for protected traffic services in GMPLS networks M Sc Thesis Universitat de Girona ISBN 84 688 8630 0 Febuary 2004 Extra do de www tesisenxarxa net TESIS_UdG AV AILABLE TDX 0920104 095653 teco pdf Calle et al 2004 Calle E Marzo J Urra A 2004 Protection performance components in MPSL networks Article Universitat de Girona Computer Communications ELSEVIER July 2004 Extra do de http eia udg es eusebi papers ecallecompcom2004 pdf Cisco 2001 Cisco Systems Inc 2001 Quality of Service for Voice over IP Solution Document Extraido de http www cisco com en US docs ios solutions_docs qos_solutions QoS VoIP QoS VoIP pdf Cisco 2003 Cisco Cisco Systems Inc 2003 CCNA Self Study CCNA Basics CCNAB Article March 2003 Extra do de http www ciscopress com articles article asp p 3 1276 amp seqNum 1 Cisco 2005 Cisco Systems Inc 2005 Voice over IP Per call Bandwidth Consumption Document ID 7934 Extra do de http www cisco com en US tech tk652 tk698 tec
163. ice da tabela LIB De seguida o n MPLS desempenha uma opera o de troca de etiquetas que substitui a etiqueta do pacote por uma etiqueta de sa da da entrada da tabela LIB No caso da etiqueta de sa da ser uma etiqueta NULL o n MPLS desempenha uma opera o de salto da pilha em vez da opera o de troca de etiquetas Depois o n MPLS desempenha a opera o da pilha de etiquetas para o pacote no caso do LIBptr da entrada LIB n o ser NULL Finalmente o pacote encaminhado directamente ao pr ximo n indicado pela interface de sa da da entrada da tabela LIB A tabela ERB utilizada para armazenar apenas a informa o do ER LSP Desta forma a tabela ERB n o participa no forwarding de pacotes No caso de ser necess rio mapear um fluxo 93 num ER LSP previamente estabelecido deve ser inserida na tabela PFT uma nova entrada com o mesmo apontador LIBptr da tabela ERB Gaeil 2000 A packet arrived JL Labeled No Packet LIB Push operation ERB Figura 5 4 Estrutura das tabelas para a comuta o de pacotes MPLS Gaeil 2000 O Encaminhamento de Protocolos Existem dois protocolos de encaminhamento que podem ser utilizados no NS 2 o DV Distance Vector e o LS Link State O Distance Vector e o Link State s o termos que descrevem os protocolos de encaminhamento utilizados pelos encaminhadores para enviar forward os pacotes entre redes O objectivo de qualquer protocolo de encaminhame
164. ida a falha mal percebida pelos utilizadores finais A comuta o efectuada pelos encaminhadores adjacentes falha e estes actualizam as suas tabelas de encaminhamento para encaminhar os pacotes num caminho diferente e evitar a componente de falha O caminho utilizado pelo tr fego antes da falha denominado de caminho prim rio ou o caminho de trabalho e o novo caminho denominado de caminho de protec o Schupke 2005 As t cnicas de recupera o consistem em quatro tarefas Primeiro a rede deve ser capaz de detectar a falha Segundo os n s que detectam a falha notificam os n s restantes da ocorr ncia da falha Terceiro o caminho de protec o calculado e Quarto o n de Comuta o de Caminhos encaminha o tr fego para o caminho de protec o Esta ltima tarefa denominada de switchover No caso de uma liga o unicast falhar entre o emissor e o receptor o utilizador final experimenta uma falha de servi o antes de finalizar as quatro tarefas A dura o do tempo de falha 48 calcula se atrav s da soma do tempo da detec o da falha do tempo da notifica o da falha a todos os n s da rede do tempo do c lculo de um novo caminho de protec o e o tempo que leva para fazer a comuta o Qualquer recurso dentro de uma rede tem a possibilidade de falhar O factor humano pode muitas vezes ser a causa de falha ao desligar uma liga o sem inten o Tamb m podem surgir falhas devido ao processo de envelh
165. idade de Servico EE 58 3 37 SOLUCOES PARA Ee E AE 60 3 3 1 Servi os ntegradoS EE 60 3 3 2 Wl 63 3 3 3 Multiprotocol Label Switching assess sp riase rea daas Conesuena a See eee ee ee ee E NE 65 3 3 4 Ensenharia de TrafesoO css T eessen Ass 72 3 3 5 Engenharia de Tr fego e O MPLS sister cei thither eiisnsAlsaeiaiauinniiwanesuainandiaGhuwalislhyasin 74 3 4 Recupera o Nas Redes MPLS aa aee ea ratere nesie aate ia e a e r a sess ded neseuepebidered ctatets cdesdees 75 3 4 1 Detec o e Notifica o de Falhas no MPLS renina a a a a eeh 76 3 4 2 Mecanismos de recupera o no MPLS Tekanan EEEE EEES EEEE EEEE EEEE E E EEE E aanas 77 3 4 3 Compara o entre arecuperac onacamadalPenacamadaMpts errar 79 3 4 4 Ethernet sobre MPLS susana tania eai aan nan ned Miele leas 81 CAP TULO IV EE 85 eil Te ege 85 4 1 Simuladoreside rede EE 85 4 1 1 del Meder tes danos assa ta eves rea et EE ssa Sb sogro nada E Eed eler Eed ees 85 4 1 2 OPINED KEE 86 4 1 3 EE 87 4 1 4 Estudo comparativo entre as ferramentas de simula o ie ereererenereraceranereneesenereneraanesenereneos 88 4 1 5 EE Uleies Eer eege Ee Seefe cist Seda E eebe eebe de 89 CAPITULO KE 90 SIMULAGAO DE QOS COM NS 2 3 EE 90 5T SO SIMULAGOF EE 90 5 1 1 Funcidnamento do MPLS no NS 2 asus eveceecnag seins sosteatecssiag a a A faeectavesh dee he eteertea EE eet 92 5 2 Tr fego Utilizddo nas SiIMUlAGGOES wecs cess edee deeg ENEE
166. iente e de baixo custo em compara o com aquilo que oferecem as redes de servi os baseados em circuitos A implementa o de uma infraestrutura de rede convergente para fornecer servi os de dados voz e v deo integrados em contraste com as plataformas independentes representa um enorme potencial de redu o de custos de opera o e manuten o de rede Verifica se que quanto maior a diversidade de servi os associados maior a quantidade de elementos e a complexidade da rede Mas as NGN possibilitam uma redu o de at 80 dos elementos de rede de comuta o resultando em 40 de redu o nos custos operacionais e de manuten o da rede Expandindo o horizonte com IP sobre SDH permite obter de custo reduzido e baseia se na migra o da actual rede ptica SDH de perfil puramente est tico para um modelo mais flex vel em direc o ao modelo din mico e eficiente planeado com solu es de Redes pticas de Pr xima Gera o Aqui s o introduzidas novas funcionalidades aos sistemas SDH existentes viabilizando a implementa o de servi os Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet providos por interfaces de baixo custo integradas aos sistemas SDH Esta solu o protege os investimentos realizados na planta SDH existente e cria novas oportunidades de neg cios para a extens o de solu es VPN ou LAN to LAN de custo muito mais competitivo do que as solu es tradicionais Leroux et al 2006 55 A Tabela 2 8 mostra a
167. igura 2 12 Fun es do equipamento a OLT e b ONU O sinal ptico da fibra ptica enviado a um ou mais divisores de pot ncia passivos e depois retransmitido para os v rios equipamentos ONU Cada ONU recebe e transmite sinais num canal pr prio com a largura de banda dinamicamente alojada com QoS e SLA individuais Os sinais transmitidos e recebidos operam com comprimentos de onda diferentes permitindo a opera o ocorrer numa nica fibra A OLT avalia os QoS e SLA bem como a disponibilidade do segmento PON Posteriormente o alojamento din mico aplicado Este processo fornece uma taxa de transmiss o entre 1 Mbps e 10 Gbps aos utilizadores 38 A tecnologia PON apresenta algumas vantagens tais como o baixo custo devido a inexist ncia de elementos activos economia de energia de espa o e manuten o a partilha da capacidade da fibra ptica e a demanda dos utilizadores por elevadas larguras de banda superada A utiliza o da fibra ptica flex vel e ptima devido ao alojamento din mico da banda larga e por fim as redes PON s o capazes de fornecer uma diversidade de servi os aos utilizadores finais incluindo o servi o Triple Play Entre as op es de topologias utilizadas na PON tem se o anel a rvore e a barramento conforme mostra Figura 2 13 lt lt c Figura 2 13 Topologias em a anel b rvore e c barramento Uma PON t pica composta por uma variedade de topologias de acordo com a
168. igura 2 21 ilustra o princ pio de recupera o do m todo p cycles para a protec o de liga es A topologia ilustrada na Figura 2 21 a configurada antes da ocorr ncia da falha atrav s de uma conex o fechada no ciclo B C D F E B O p cycle protege o caminho de trabalho com as suas pr prias liga es conforme mostra a Figura 2 22 b No caso de falha na liga o B C o p cycle oferece protec o atrav s da comuta o do tr fego para os caminhos restantes do ciclo C D F E B A capacidade de protec o de uma unidade Ao contr rio da topologia em anel o m todo p cycle tamb m protege as liga es que n o pertencem ao caminho p cycle As liga es que t m ambas as termina es no p cycle tamb m podem ser protegidas Estas liga es s o denominadas de liga es straddling A Figura 2 21 c ilustra a protec o de tal liga o E D Existem dois caminhos de protec o para as liga es straddling no exemplo tem se E B C D e E F D Desta forma protege se duas unidades de capacidade das liga es straddling Ao contr rio dos an is convencionais SDH no caso de falha numa liga o apenas um caminho de protec o disponibilizado onde apenas as liga es que pertencem ao anel s o protegidas Nos p cycles a capacidade de recupera o ocupa a mesma capacidade de uma rede em malha e a opera o de recupera o utilizada numa rede com p cycles denominada de recupera o por comuta o 1 n utilizada nas redes de
169. ilas utilizado nas aplica es que correm em tempo real A defini o do Servi o de Carga Controlada n o inclui qualquer garantia quantitativa mas sim a apar ncia de uma rede menos carregada Suporta uma classe ampla de aplica es desenvolvidas originalmente para a Internet actual mas altamente sens vel sobrecarga da rede apropriada para ser utilizada por aplica es que podem tolerar uma quantia limitada de perdas e atrasos bem como aplica es adaptativas que correm em tempo real Visa aproximar o seu comportamento ao das aplica es que recebem o servi o melhor esfor o durante as condi es n o sobrecarregadas Existem duas grandes limita es na arquitectura dos Servi os Integrados nomeadamente a grande quantidade de informa o de estado e a quantidade de componentes que constituem os Servi os Integrados A quantidade de informa o de estado aumenta proporcionalmente com o n mero de fluxos Isto exige um enorme espa o de armazenamento e gera sobrecarga de processamento nos encaminhadores Por esta raz o esta arquitectura n o escal vel para o n cleo da Internet As exig ncias nos encaminhadores s o altas Todos os encaminhadores devem implementar RSVP controle de admiss o classifica o MF e a calendariza o de pacotes Posto isto o modelo IntServ implementado apenas num n mero limitado de redes Consequentemente o IETF procedeu ao desenvolvimento do DiffServ como uma alternativa
170. ility Considerations for Traffic Engineering IP Networks Internet Draft Traffic Engineering Working Group Extra do de http www ietf org proceedings 02nov I D draft owens te network survivability 03 txt Pinnacle Systems 2000 Pinnacle Systems 2000 MPEG 2 White Paper White Paper Febuary 2000 Extra do de http www pinnaclesys com files MainPage Professional TopTabItems products dc 1000 WhitePapers DC 1000 DVD1000MPEG2whitepaper pdf Poe 2005 Poe R 2005 FTTX may boost optical transmissions outlays America s Network Extra do de http findarticles com p articles mi_mODUJ is_1_109 ai_n11836188 Pepelnjak 2007 Pepelnjak I 2007 10 MPLS Traffic Engineering Myths and half truths Am ricas Network Questex Media Group Inc January 2005 Extraido de http searchtelecom techtarget com tip 0 289483 sid103 gcil276977 00 html 139 Perreira et al 2004 Perreira V Monteiro E amp Barros F 2004 Estudo do desempenho de VoIP na presence de tr fego best effort University de Coimbra in Proc of the Actas da 7 Confer ncia sobre Redes de Computadores CRC 2004 Mobilidade Seguran a e Qualidade de Servi o na nova gera o da Internet pp 49 60 CRC 2004 7 Conf sobre Redes de Computadores ESTG Leiria Portugal October 2004 Extra do de http www cisuc uc pt lct dlfile php fn 818 pub Simul VoIP CRC2004 CameraReady pdf amp get 1 amp idp 818 amp ext Petersson 2005 Pe
171. inalidade e relev ncia deste trabalho de disserta o Esta solu o da arquitectura foi baseada nas conclus es obtidas ao longo desta disserta o tanto da parte te rica com da parte pr tica Nesta disserta o e nesta arquitectura foram abordados todos os aspectos que fazem parte de uma rede que suporta o servi o Triple Play desde a rede n cleo at rede de acesso Foram realizadas nesta disserta o simula es para comparar as diferen as entre Redes IP e Redes MPLS Todas as configura es aplic veis na rede MPLS Redes MPLS sem e com a aplica o da ferramenta de Engenharia de Tr fego Os diferentes m todos de recupera o de falhas nas redes MPLS As configura es das tecnologias que proporcionavam efici ncia resili ncia e robustez rede obtidas nas simula es acima referidas foram utilizadas no Cen rio 4 Este cen rio representa a solu o da arquitectura proposta e serve para observar o comportamento do funcionamento da rede em situa es extremas considerada uma situa o extrema quando um cliente utiliza todos os servi os do servi o Triple Play em simult neo O Cen rio 4 permitiu obter o valor limite de clientes numa da rede em situa es extremas Este cen rio tamb m permitiu obter resultados dos par metros de QoS de cada tipo de tr fego Dados VoIP e IPTV existente numa rede Triple Play Salienta se que o tamanho do pacote de cada tipo de tr fego foi calculado em fun o do codec u
172. ineering Task Force IETF que fornece efici ncia no encaminhamento de fluxos de tr fego na rede atrav s do forwarding procedimento de envio de pacotes para o pr ximo encaminhador e da comuta o O MPLS proporciona orienta o conex o para as tecnologias n o orientadas conex o como o caso do IP e Ethernet pois oferece uma maior garantia de funcionamento s aplica es Localiza se entre as camadas 2 e 3 do modelo TCP IP e permite uma melhor interac o entre elas pois acelera o processo de comunica o entre as camadas 2 e 3 A r pida expans o da Internet e o aumento de procura da largura de banda por parte dos clientes dos ISPs Internet Service Providers estimularam o desenvolvimento desta tecnologia de forma a suportar o crescimento das redes escalabilidade A crescente busca por largura de banda provoca um aumento no n mero de n s da rede de tabelas de encaminhamento e de fluxos que passam por cada n da rede Outro factor importante que contribuiu para o desenvolvimento desta tecnologia foi a necessidade de propagar a funcionalidade de encaminhamento da Internet e das redes IP em geral 65 Alterar o encaminhamento IP tem um custo elevado pois necess rio alterar o plano de controlo e o algoritmo de encaminhamento que geralmente implementado no hardware Uma das vantagens de atribuir etiquetas aos pacotes a altera o do plano de controlo sem a necessidade de se alterar o algoritmo de encaminhamento R
173. ineering and fault recuperation methods are discussed The conclusions were achieved through the results obtained from the Network Simulator NS 2 33 This simulator was used to create simulations of the various scenarios in order to propose a Final solution for a network architecture that makes an existing IP network able to support the Triple Play service Key words Triple Play IPTV VDSL2 MPLS QoS Traffic Engineering Fault Recuperation NS 2 33 vi vii Agradecimentos A todos que de alguma forma me apoiaram ao longo da realiza o deste trabalho quero agradecer a compreens o e o carinho que sempre me dedicaram Ao meu orientador Professor Doutor Paulo Nazareno Maia Sampaio pelo interesse e apoio na orienta o bem como pela disponibilidade com que sempre me atendeu e orientou Ao Professor Eduardo Marques pelo apoio e orienta o que prestou na elabora o da disserta o tanto na parte te rica como na parte pr tica Ao Milton Aguiar pelo no esclarecimento de d vidas relacionadas com as redes de Telecomunica es Ao meu noivo Marco Abreu pela disponibilidade for a compreens o e incentivo que me deu para completar a disserta o Ao meu irm o Kevin Rodrigues pelo carinho pela for a nos momentos mais dif ceis e pelo apoio constante que me deu Aos meus pais Ana Paula Rodrigues e Jo o Santos em especial pela compreens o for a apoio incentivo e por me ajudarem no que fosse necess
174. inho de protec o autom tica A desvantagem da rede SDH o elevado custo dos equipamentos de rede 79 A recupera o na camada IP lenta uma vez que os caminhos de recupera o s o seleccionados baseados na prioridade e requisitos do tr fego e exige uma troca de mensagens entre os n s da rede causando atrasos e redu es da largura de banda da rede Os elevados atrasos na rede causam a desconex o dos servi os Isto n o tem impacto no tr fego de dados de melhor esfor o mas tem um impacto negativo no tr fego de voz e de v deo A tecnologia MPLS implementada nas redes IP e encontra se entre as camadas 2 e 3 A tecnologia MPLS permite reestruturar a rede numa topologia em malha Este tipo de topologia de rede tem a vantagem de oferecer muitas alternativas de encaminhamento ao tr fego na presen a de falhas devido exist ncia de m ltiplos caminhos Nas redes em malha existem mais do que um caminho de protec o para cada caminho de trabalho Desta forma utilizada a recupera o partilhada onde todos os n s da rede tomem conhecimento das falhas atrav s da troca de mensagens Como os cabe alhos dos pacotes s o de f cil e r pida leitura na camada MPLS o elevado n mero de mensagens dentro da rede n o provoca grandes atrasos como acontece na camada IP A tecnologia MPLS permite aplicar rede uma variedade de m todos de recupera o de falhas que apresentam valores de tempo de recupera o muito mais r
175. ios exemplos da modela o MPLS est o dispon veis na pasta do simulador de rede NS 2 tcl test test suite mpls tcl O NS 2 um simulador baseado no protocolo IP onde cada n consiste em classificadores e agentes Um agente um objecto que recebe e envia pacotes O classificador o objecto respons vel pela classifica o dos pacotes recebidos para depois encaminhar os mesmos ao n desejado Tamb m poder entregar os mesmos ao agente local no caso do n que receber os pacotes ser o n de destino Desta forma para construir um n MPLS deve ser criado o classificador MPLS denominado MPLS classifier para permitir a classifica o dos pacotes recebidos e determinar se os mesmos cont m a etiqueta do MPLS Posteriormente dever tratar dos mesmos conforme a informa o contida dentro do pacote Deve ser inserido igualmente um novo agente LDP no n IP para ser poss vel a distribui o de etiquetas entre os n s MPLS e construir os caminhos LSP A arquitectura de um n MPLS que inclui o classificador MPLS e o agente LDP ilustrada na Figura 5 3 packets eae Pot A 4 Classifier MPLS Address sc Classifier Classifier a Ph eent N sre or null 2 Node Entry HO Le Ne l dmux_ wae j entry To ti node e d x assi 3 i classifier_ classifier_ L3 forwarding Structural Components L2 switching Node entry s MPLS Classifier e Address Classi
176. ivanlar S 2003 Framework for Multi Protocol Label Switching MPLS based Recovery RFC Archive February 2003 Extra do de http www faqs org rfcs rfc3469 html RFC 4448 2006 Martini L El Aawar N Heron G amp Rosen E 2006 Encapsulation of Ethernet over MPLS RFC Archive April 2006 Extra do de http www ietf org rfc rfc4448 txt Rozycki et al 2008 Rozycki P amp Korniak J 2008 Failure Detection and Notification in GMPLS Control Plane Article University of IT and Management Rzeszow Poland Extra do de www kt agh edu pl files publ pdf 944 140 Sanchez 2004 Sanchez W P 2007 PON Redes Opticas de Acesso de Baixo Custo Teleco Website TELECO Conhecimento em Telecomunica es Junho 2004 Extra do de http www teleco com br tutoriais tutorialpon Default asp Salah et al 2006 Salah K Calyam P amp Buhari M 2006 Assessing readiness of IP networks to support desktop videoconferencing using OPNET Article ScienceDirect ELSEVIER January 2007 Extra do de www osc edu research networking PDFs vcopnet jnca06 pdf Santos 2004 Santos A P S 2004 Qualidade de Servi o na Internet Website Rede Nacional de Ensino e Pesquisa Extra do de http www rnp br newsgen 99 1 qos html Sardella 2005 Sardella A 2005 Introduction to Automatic IP Multicast Without Explicit Tunnels White Paper Juniper Networks Inc March 2005 Extra do de http www
177. juniper net solutions literature white papers 200107 pdf Schupke 2005 Schupke D 2005 Comparison of p cycle Configuration Methods For Dynamic Networks IFIP Optical Networks amp Technologies Conference OpNeTec Pisa Italy October 18 22 2005 Siemens AG Coporate Technology Information and Communication Extra do de http www dominic schupke de papers dynCycles v3 pdf SfR Fresh 2007 SfR Fresh 2007 Applications and transport agent API The SfR Fresh Freeware Shareware Archive Extra do de http www sfr fresh com unix privat ns 2 33 tar gz a ns 2 33 doc applications tex Spurgeon 2000 Spurgeon C E 2000 Ethernet The Definitive Guide O Reilly Book ISBN 1 56592 660 9 Extra do de http books google pt books id Ur96H9bcbfgC amp printsec frontcover amp client pub 5674445849125711 PPP1 M1 Stephen 2001 Stephen A T 2001 IP Switching and Routing Essentials Understanding RIP OSPF BGP MPLS CR LDP and RSVP TE Wiley 1 edition ISBN 978 0 47 1 03466 7 Stoica 2004 Stoica I 2004 Stateless Core Springer Book ISBN 3540219609 9783540219606 Extraido de http books google pt books id zyll7rvSMRAC amp printsec frontcover amp source gbs summary r amp cad 0 Subramanian 2002 Subramanian S 2002 Study of Traffic Engineering Algorithms and Framework Independent Study Report University of Nevada Las Vegas Extraido de http www ee unlv edu venkim opnet IndependentStudy pdf
178. l transportar 64 tramas SDH numa s fibra fornecendo uma taxa de transfer ncia de aproximadamente 10 Gbps e est em estudo a possibilidade de transportar 256 tramas SDH que permite fornecer uma taxa de transfer ncia de aproximadamente 40 Gbps RAD 1 2008 Tabela 2 7 Hierarquias SDH Taxa de Transfer ncia 155 52 Mbps STM 4 622 08 Mbps STM 16 2483 32 Mpbs STM 64 9953 28 Mbps STM 256 39813 12 Mbps 44 O SDH apresenta uma forma simplificada de fazer a inser o e extrac o de tribut rios de baixa ordem nos elementos de rede devido sincroniza o da rede O cabe alho da trama SDH permite gerir a rede de uma forma centralizada para facilitar a rapidez e optimiza o dos recursos da rede Existe uma padroniza o das interfaces existentes nos equipamentos o que leva a um mercado mais competitivo para reduzir o custo total da rede Os equipamentos possuem mecanismos de protec o e poss vel utilizar a largura de banda de forma flex vel e din mica Os elementos de rede da tecnologia SDH s o denominados ADM Add Drop Multiplexer Estes permitem a inser o e extrac o de taxas de transfer ncia de ordem baixa de uma taxa de transfer ncia de ordem elevada existente na rede de forma a encaminhar as taxas de transfer ncia para outras redes Ultimamente foram desenvolvidos equipamentos MSPP Multi Service Provisioning Pack que actuam como ADM da rede SDH mas tamb m t m a capacidade de interligar tecnologias como
179. la o deste cen rio encontram se no Anexo B Os ficheiros de c digo utilizados no simulador de rede NS 2 33 para cada simula o do Cen rio 1 encontram se nos Anexos C e D Os resultados de cada simula o deste cen rio est o representados e analisados na sec o 5 4 5 3 2 Cen rio 2 Funcionamento da Engenharia de Tr fego Este cen rio tem o objectivo de fazer perceber o funcionamento da Engenharia de Tr fego bem como identificar os casos onde a sua aplica o contribui para a efici ncia da rede O factor que mais afecta os servi os VoIP e IPTV a perda de pacotes Desta forma na rede Triple Play a Engenharia de Tr fego ser utilizada com o objectivo de reduzir a taxa de perda de pacotes provocada pelo congestionamento da rede A Engenharia de Tr fego permite encaminhar o fluxo de dados num caminho diferente daquele que utilizado na rede por defeito Este procedimento tem o objectivo de reduzir o congestionamento da liga o que apresenta perdas O Cen rio 2 id ntico ao Cen rio 1 apenas difere no tipo de gerador de tr fego e est representado na Figura 5 11 A Figura 5 11 a ilustra o caminho escolhido pela rede quando n o aplicado a Engenharia de Tr fego A rede por defeito escolhe o caminho com o menor n mero de saltos Na Figura 5 11 b pode ser visualizado o caminho que o fluxo de tr fego percorre quando 104 Zz aplicada a Engenharia de Tr fego A Engenharia de Tr fego uma ferramenta que
180. lhas efectuada atrav s do comando da Engenharia de tr fego flow erlsp install Tabela 9 Par metros da simula o da recupera o na rede MPLS TE do Cen rio 3 Simula o da Recupera o na rede MPLS TE ns node config MPLS ON ns at 0 10 LSR7 get module MPLS Idp trigger by withdraw amp 1 ns at 0 10 LSR1 get module MPLS make explicit route 71 5 6 7 1000 1 LSR4 get module MPLS enable control driven LSR5 get module MPLS enable control driven ns at 0 10 LSR1 get module MPLS make explicit route 712 3 4 7 1001 1 ns at 0 51 LSR1 get module MPLS flow erlsp install 8 11001 Recupera o Global Makam LSR2 get module MPLS enable data driven LSR3 get module MIPLS enable data driven LSR4 get module MPLS enable data driven LSR5 get module MPLS enable data driven LSR6 get module MIPLS enable data driven LSR7 get module MPLS enable data driven LSRI ici 3 4 7 1001 1 ns at 0 LSR7 make ex 5 1 1001 1004 1 ns at 0 30 LSR6 get module MPLS reroute binding 8 1 1004 LSR6 get module MIPLS enable control driven ns at 0 10 LSR5 get module MPLS make explicit route 75 3 4 7 1002 1 ns at 0 50 LSR5 get module MPLS flow erlsp install 8 11002 LSR6 get module MPLS enable control driven ns at 0 10 LSR5 get module MPLS make explicit route 75 3 4 6 7 1003 1 ns at 0 50 LSR5 get module MPLS flow erlsp install 8 11003
181. lizador final elevadas larguras de banda baixos atrasos e baixas varia es de atraso O sistema GPON constitu do pelos equipamentos passivos OLT ptical Line Terminal divisores pticos e ONT ptical Network Terminal na distribui o FTTH e constitu do pela mistura de equipamentos passivos OLT e divisores pticos e activos ONU ptical Network Unit na distribui o FTTC para reaproveitar o cobre que vai at casa do subscritor A taxa de transfer ncia na rede GPON de 1 2 Gbps Allied Telesyn 2004 No caso da largura de banda ser dividida entre 24 utilizadores disponibilizado a cada cliente uma largura de banda de 50 Mbps Esta taxa de transfer ncia permite fornecer ao cliente pelo menos 4 canais IPTV em simult neo de alta defini o para al m dos servi os VoIP e de dados O transporte do tr fego Triple Play no meio de transmiss o de cobre efectuado atrav s da tecnologia VDSL2 A dist ncia entre o arm rio do ONU e a casa do utilizador final n o deve ser superior a 1 km para manter a velocidade de download nos 50 Mbps de forma a suportar o servi o Triple Play com elevada qualidade de servi o 126 B Multimedia pplication FITC OLT Server Server a Optical power splitter gt SE Ele ST j Telephony Server Mobile backhaul Figura 5 15 Solu o da Arquitectura da rede de Acesso ERICSSON 2008 A solu o da arquitectura da rede n cleo foi baseada nas conclus es
182. m um simulador de redes que proporciona ao utilizador a simula o atrav s de um ambiente de anima o Neste ambiente s o constru dos e executados os modelos de simula o visualizada a anima o est tica s o adicionados cones de anima o e s o geradas as estat sticas O J Sim foi desenvolvido em Java e visa simplificar o trabalho de quem cria os simuladores e de quem os utiliza Atrav s da componente graphical designer que gera c digo ao construir o modelo est tico simplificado o c digo ao construtor de modelos Ao utilizador fornecido uma anima o f cil de compreender e que mostra as actividades de simula o O construtor de modelos cria uma representa o est tica do modelo de simula o O J Sim fornece a anima o a partir da representa o est tica com incorpora o de anima es dentro de cada componente de simula o 85 O J Sim utiliza o conceito de Query Driven Simulation QDS Este conceito permite comparar os resultados da simula o com os valores de simula es anteriores no caso de estas existirem alocadas na base de dados O J Sim suporta linguagens de script tais como o Perl o Tcl e o Python para configurar as componentes que correm as simula es tamb m um ambiente que integra as componentes Tcl Java Tais caracter sticas simplificam a cria o dos cen rios de simula o e os seus diagn sticos O J Sim tem um GUI Grafic User Interface que pode ser ser executado sobre o
183. m abordados os conceitos de Servi os Triple Play Redes de Acesso Redes N cleo Qualidade de Servi o MPLS Multi Protocolo Label Switching Engenharia de Tr fego e Recupera o de falhas As conclus es obtidas das simula es efectuadas atrav s do simulador de rede NS 2 33 Network Simulator vers o 2 33 serviram para propor a solu o da arquitectura de uma rede capaz de suportar o servi o Triple Play de uma forma eficiente resiliente e optimizada PALAVRAS CHAVE VolP IPTV Triple Play VDSL2 MPLS Qos Engenharia de Tr fego Recupera o de falhas NS 2 33 NV Abstract The rapidly evolving Internet is responsible for the emergence of this new television paradigm called IPTV Television over IP This new technology distinguishes itself from all the other television models proposed over the years because the users have total control over what they see and when they see it IPTV allows viewers to have an unlimited amount of TV channels and access to Video on Demand VoD IPTV presents a variety of functionalities supported by complex network architectures and a convergent network that integrates the data voice and video services The IPTV technology explores its true potential on the Internet with the assistance of Quality of Service mechanisms This technology opens doors to a whole new era of investments for the telecommunication companies because these companies now have the opportunity to offer their clients the televisio
184. m anel com t cnica MS SPRing 53 Recupera o na camada de rede Nas redes de comuta o por pacotes Internet os mecanismos de recupera o dependem das compet ncias dos protocolos de encaminhamento No caso de ocorrer uma falha todos os n s da rede s o informados e as suas tabelas de encaminhamento s o actualizadas para encaminhar o tr fego de forma a contornar a falha atrav s do caminho mais curto at ao destino Os protocolos de encaminhamento fazem com que sobrevivem os dados que atravessem as liga es ou n s de falha mas n o garantem que o tempo de recupera o seja menor que 50 ms O tempo de recupera o depende das dimens es da rede e do protocolo de encaminhamento utilizado A camada IP depende da camada f sica que fornece o transporte de pacotes IP entre dois pontos na rede N o existe um mecanismo padr o na troca de informa o de estado na rede entre a camada IP e as camadas inferiores Os protocolos de encaminhamento utilizam temporizadores para obter informa o temporal sobre o acontecimento da falha das mensagens hello Estas mensagens s o recebidas e enviadas periodicamente pelos n s da rede O n que detecta a falha envia a todos os n s da rede uma mensagem LSA Link State Advertisement Como as configura es por defeito nos protocolos de encaminhamento s o no modo OSPF Open Shortest Path First a rede leva v rias d cimas de segundos antes de recuperar a falha devido ao elevado tempo de
185. mente Isto sobrecarrega os LSR de tr nsito As falhas tamb m podem ser detectadas pelos mecanismos das camadas mais inferiores e reportadas camada MPLS Neste caso a recupera o desempenhada na camada inferior bem como nas camadas MPLS Isto significa que o MPLS actua no acto da detec o da falha Quando a opera o de recupera o finalizada pelo MPLS a recupera o da camada inferior finaliza o seu pr prio mecanismo de recupera o e a liga o volta de novo a funcionar Depois o MPLS reconhece que a componente de falha recome ou a funcionar e que o LSP pode ser reencaminhado 76 de volta para o caminho de trabalho Os mecanismos de detec o nas camadas inferiores s o muitas vezes mais r pidos do que o mecanismo de detec o de falhas associadas ao MPLS Assim prefer vel utilizar este tipo de mecanismo de detec o e notifica o de falhas se estiver dispon vel Rozycki et al 2008 3 4 2 Mecanismos de recupera o no MPLS Tal como o mecanismo de recupera o nas outras camadas a recupera o do MPLS opera atrav s do forwarding envio de tr fego num novo caminho volta do ponto de falha na rede O posicionamento deste lugar quando calculado e configurado depende do mecanismo de recupera o utilizado No caso de n o ser utilizado nenhum mecanismo de recupera o no dom nio MPLS a recupera o desempenhada pelo protocolo utilizado para configurar e manter o LSP O tempo de recupera o
186. n service Telephone calls can also be made through the Internet network This service is called VoIP and has been around for quite some time These companies now have the opportunity to offer end users one pack of services that include Data VoIP and IPTV whilst also cutting costs This pack is known as the Triple Play service This service made it mandatory to revise the existent transport network to prepare it so it could support this service efficiently QoS resiliently fault proof network and optimally Traffic Engineering In telecommunication networks faulty or congested links cause interference in the Triple Play services Survivable mechanisms are used to ensure the continuity of the service even when faults occur The goal of this dissertation is to propose a network architecture that is capable of supporting the Triple Play service efficiently resiliently optimally and robustly as a solution by routing the traffic in an optimal manner through the network The impact of routing strategies in the existing IP networks to guaranty efficiency resiliency and robustness in the network are analysed in this dissertation The limit number of clients permitted simultaneously in a given congested network was also determined in this work In this dissertation topics such as concepts of the Triple Play service Access networks Core networks Quality of Service mechanisms MPLS Multi Protocol Label Switching transport technology Traffic Eng
187. ncaminhamento de pacotes e de protocolos unicast e multicast sobre redes fixas e redes m veis Wikipedia 5 2008 Segundo Gaeil 2000 poss vel implementar o MPLS e a Engenharia de tr fego no NS 2 atrav s do m dulo MNS 2 0 MPLS NS 2 Calle et al 2004 A recupera o de falhas tamb m poss vel atrav s do NS 2 87 4 1 4 Estudo comparativo entre as ferramentas de simulacao Segundo J Sim 1 2003 os tempos de simula o do J SIM s o muito mais r pidos e a utiliza o do CPU mais leve do que no simulador NS 2 Em L cio et al 2003 pode se analisar a compara o entre o simulador OPNET e o simulador NS 2 utilizado o gerador de dados CBR Constant Bit Rate e o gerador de transfer ncia de ficheiros FTP conclu do que as simula es do NS 2 e do OPNET apresentam resultados muito pr ximos dos obtidos na realidade O factor mais atractivo do simulador NS 2 o facto de este simulador ser gratuito Segundo Fahmy 2006 o NS 2 n o simula camadas tal como s o na realidade e os pacotes s o tratados como mensagens enquanto o OPNET simula camadas reais a partir da camada 2 Outra observa o em Fahmy 2006 que os modelos dos dispositivos no NS 2 s o gerais e simples e no OPNET s o modelos de dispositivos personalizados Actualmente tanto o OPNET como o NS 2 suportam o MPLS e a Engenharia de Tr fego Boucadair et al 2004 De acordo com J Sim 2 2003 o J Sim suporta a tecnologia MPLS mas n o suporta a
188. ndo portas a novos investimentos por parte das empresas de telecomunica es A Internet tamb m permite fazer chamadas telef nicas sobre a rede IP Este servi o denominado VoIP Voz sobre IP e encontra se em funcionamento j h algum tempo Desta forma surge a oportunidade de poder oferecer ao consumidor final um servi o que inclua os servi os de Internet de VoIP e de IPTV denominado servi o Triple Play O servi o Triple Play veio obrigar a revis o de toda a rede de transporte de forma a preparar a mesma para suportar este servi o de uma forma eficiente QoS resiliente recupera o de falhas e optimizado Engenharia de tr fego Em redes de telecomunica es tanto a quebra de uma liga o como a congest o nas redes pode interferir nos servi os oferecidos aos consumidores finais Mecanismos de sobreviv ncia s o aplicados de forma a garantir a continuidade do servi o mesmo na ocorr ncia de uma falha O objectivo desta disserta o propor uma solu o de uma arquitectura de rede capaz de suportar o servi o Triple Play de uma forma eficiente resiliente e optimizada atrav s de um encaminhamento ptimo ou quase ptimo No mbito deste trabalho realizada a an lise do impacto das estrat gias de encaminhamento que garantem a efici ncia sobreviv ncia e optimiza o das redes IP existentes bem como determinado o n mero limite de clientes permitido numa situa o de pico de uma dada rede Neste trabalho fora
189. nesstossessessesnrsnrsnesntonesssesees 144 ANEXO B C DIGO E PAR METROS DOS CENARIOG s sssssssssssesesesecesecesecescscscscscsesesescscacscacacacaceaeeseseseessenseees 145 ANEXO C C DIGO DE SIMULA O FICHEIROS TCL s sssssssssssssesesesesesesececescscscscsescsssesescseseacacsasasseeeeeseeeessesseees 146 ANEXO D C DIGO DO PROCESSAMENTO DE DADOS FICHEIROS AWK sssscscsssssssssesecessessessscessesseseeceseeseeseeaeeaes 147 Indice de Figuras FIGURA 2 1 ARQUITECTURA DO SERVICO DE DADOS ege dees EE ENEE 16 FIGURA 2 2 TRATAMENTO DADO AO SOM NUM SISTEMA VOIP cccccessscssscesssesseseeeeceeseseseeeesseeecseseseuseesessasesesseesssassessseesesneasesas 18 FIGURA 2 3 ARQUITECTURA DE REDE DO SISTEMA IPTV TEKTRONIX 2007 eee 23 FIGURA 2 4 CEN RIO DE MULTICAST UNICAST TEKTRONIX 20071 25 FIGURA 2 5 IMAGEM DE V DEO NA PRESEN A DE A VARI O DO ATRASO B PERDA DE PACOTES GAGNON 2007 27 FIGURA 2 6 VLAN DOS V RIOS SERVI OS NAS REDES DE AGREGA O DE ACESSO E DE SUBSCRITOR CISCO 1 2008 29 FIGURA 2 7 FACTORES EM CADA SEC O DA REDE TRIPLE PLAY CABALLERO 20071 31 FIGURA 2 8 TAXA DE TRANSFERENCIA EM RELA O AO COMPRIMENTO DO LOOP FOIGEL 20071 34 FIGURA 2 9 ELEMENTOS DA REDE DE ACESSO ws eege ENEE EERSTEN EES EES 35 FIGURA 2 10 CLASSIFICA ES A FTTH B FTTB C FITC E D FTIN eesesessesececsesessesesecsesesscscsesucacses
190. net atrav s das interfaces Ethernet nos equipamentos de rede SDH Esta solu o permite reduzir os custos dos equipamentos de rede uma vez que poss vel atrav s de uma interface Ethernet servir v rios clientes ao contr rio das interfaces SDH em que cada interface serve apenas um nico cliente O n mero reduzido de interfaces reduz o custo dos equipamentos de rede A tecnologia Ethernet permite alterar remotamente a largura de banda de um determinado s tio sem ser necess rio a interven o no local 82 Zz enquanto que quando utilizado a tecnologia SDH necess ria a interven o no local para modificar a carta de interfaces ou equipamento terminal Traditional SDH Access Ethernet over SDH Ethers m ee Ne ES MPLS Core B Ethernet Bes e g GG CPE CPE CPE CPE a b Figura 3 13 Interliga o entre a rede n cleo e a rede de acesso atrav s do a SDH b EoSDH Tellabs 2007 A rede n cleo ideal para suportar os servi os Triple Play seria uma que tivesse o MPLS como tecnologia de transporte devido s suas vantagens Existem outras tecnologias ainda em uso nas redes de agrega o e na rede de acesso Para reduzir os custos os provedores de servi os reaproveitam os recursos e tecnologias que interligam as redes n cleo e as redes de acesso Posto isto seria interessante verificar quais os efeitos combinados das v rias tecnologias ao serem injectadas na rede n cleo M
191. nha muitos problemas na exist ncia de atrasos e varia es de atrasos na rede IP Estes factores provocam perdas de pacotes e consequentemente um fornecimento de um servi o de voz de m qualidade O servi o VoIP tamb m n o oferece garantias de elevada privacidade 21 2 1 3 Servico IPTV Os termos VoD V deo on Demand Internet TV Televis o sobre a Internet e IPTV Televis o sobre IP referem se a servi os de v deo em que os sinais de v deo em cada um destes servi os s o fornecidos ao utilizador final de uma forma diferente O VoD consiste no servi o que fornece o conte do de v deo armazenado em servidores n o em tempo real sobre as redes IP at ao subscritor individual no momento em que o conte do de v deo solicitado pelo mesmo Quando o conte do de v deo solicitado fornecido em unicast A QoS em tempo real n o um requisito necess rio e o protocolo RTSP utilizado nas op es de pausar parar backward e forward O servi o VoD requer uma infraestrutura rica de software e hardware que interliga as componentes do VoD tamb m designado de middleware como a subscri o VoD um gravador de rede de v deo e um gravador pessoal de v deo Os termos Internet TV e IPTV s o muitas vezes utilizados como sin nimos uma vez que ambos s o servi os que fornecem conte do de v deo tanto em tempo real como em tempo n o real transmitem o conte do de v deo em multicast e a rede IP utilizada como meio de tran
192. ns aos outros e estabelecer a comunica o O LDP transferido pela rede sobre o TCP para garantir a entrega das mensagens O LDP possui um sistema de servi o de mensagens com o intuito de autenticar as LSPs Yip 2002 A Tabela 3 1 explica a utiliza o de cada mensagem Tabela 3 1 Utiliza o das Mensagens LDP Solicitar uma LSP atrav s do envio da mensagem de Requisi o que circula entre o n de ingresso e o n de egresso Mapping Mapear a autentica o da requisi o atrav s da mensagem Mapping entre o n de egresso e o n de ingresso Withdraw Mensagem para desfazer um caminho Mensagem para libertar a LSP feita previamente Mensagem de notifica o pode ser de falha O CR LDP Yip 2002 um protocolo de sinaliza o que permite o estabelecimento de caminhos expl citos com par metros de QoS associados aos mesmos Estes caminhos denominados CR LSP s o semelhantes aos LSP do LDP A diferen a que enquanto os LSPs estabelecidos pelo LDP s o baseados nas informa es da tabela de encaminhamento os CR LSP s o calculados a partir de um ponto na borda da rede de acordo com v rios crit rios Desta forma podem se atribuir caracter sticas especiais s CR LSP tais como a garantia de uma certa largura de banda ou for ar caminhos f sicos diferentes dentro da rede Assim o LDP e o CR LDP possuem um esquema de codifica o denominado TLV Type Length Value ou Tipo Comprimento Valor Trata se de mensag
193. nsportar os v rios sinais at ao modem localizado na casa do cliente As v rias tecnologias e ou infraestruturas que podem ser utilizadas nesta rede incluem as tecnologias xDSL variantes da Digital Subscriber Line Nunes 2006 as redes pticas passivas xPON variantes das redes Passive ptical Network Allied Telesyn 2004 e as redes pticas FTTx variantes da Fiber To The x Poe 2005 Caso a tecnologia utilizada para a interliga o da rede de Agrega o com a rede de Acesso seja a tecnologia xDSL o elemento de interliga o das redes denomina se DSLAM Digital Subscriber Line Access Multiplexer No caso de se recorrer infraestrutura de rede ptica passiva o elemento de interliga o entre as duas redes chamado de OLT ptical Line Terminal 28 No caso de ser utilizada a tecnologia xDSL a rede do subscritor inclui um modem e um STB O modem serve de interliga o entre a rede de acesso e a rede do subscritor e ligado directamente ao STB O STB ligado ao telefone VoIP e televis o enquanto que o modem ligado ao computador pessoal Caso a infraestrutura utilizada seja de redes pticas passivas o dispositivo que interliga a rede de Acesso rede de subscritor denominado de ONU ptical Network Unit Este ONU vai se ligar directamente aos equipamentos que permitem usufruir do servi o Triple Play Desde a rede n cleo at rede do subscritor cada servi o transportado numa VLAN Virtual Local Ar
194. nto de comunicar de forma din mica a informa o sobre todos os caminhos existentes na rede Este procedimento vai facilitar a escolha do melhor caminho para os pacotes chegarem ao destino Estes dois protocolos de encaminhamento s o utilizados para agrupar os protocolos em duas categorias Baseado na dist ncia entre a fonte e o destino e escolher o caminho com menor dist ncia e Baseado no estado de cada liga o no caminho at ao destino e escolher o caminho com menor congestionamento O protocolo de encaminhamento DV utiliza os c lculos de dist ncia em conjunto com uma interface de forma a escolher o melhor caminho at ao destino Os protocolos de rede IP entre outros enviam os dados atrav s dos melhores caminhos seleccionados Os protocolos de encaminhamento LS conhecem o estado e tipo de conex o de cada liga o Produzem uma m trica calculada tendo como base estes factores O protocolo LS reconhece se existe ou n o uma falha na liga o e a velocidade da liga o Tamb m calcula o custo do percurso para chegar ao destino Estes protocolos s o capazes de escolher caminhos com maiores dist ncias mas com meios de transmiss o r pidos em vez de caminhos com menores dist ncias e meios de transmiss o mais lentos Como consequ ncia o protocolo LS requer mais energia de processamento 94 e mais mem ria do que o protocolo DV Como os protocolos DV t m algoritmos mais simples requerem equipamentos mais simple
195. o cara em que a agrega o efectuada atrav s da tecnologia Ethernet de baixo custo A AON tem um alcance com o limite de 80 km independentemente do n mero de clientes que est o a ser servidos conforme mostra a Figura 2 11 a O n mero limite de clientes imposto deve se aos comutadores instalados e n o infraestrutura como acontece no PON A arquitectura AON facilita a adi o de novos clientes rede e uma solu o que suporta a tecnologia Gigabit Ethernet A arquitectura PON utiliza divisores e acopladores para dividir a largura de banda entre os utilizadores A largura de banda dividida tipicamente entre 32 utilizadores sobre uma dist ncia m xima de 10 a 20km conforme mostra a Figura 2 11 b Como a rede partilhada a conex o PON ponto a multiponto e a adi o de novos utilizadores complexa A rede PON formada por equipamentos passivos como o OLT Optical Line Terminal localizados junto rede n cleo os divisores pticos nos arm rios de distribui o e os ONT Optical Network Terminal localizados na casa dos utilizadores finais Os equipamentos passivos n o necessitam de electricidade para funcionar mas dividem a largura de banda pelos utilizadores atrav s de divisores pticos splitters Estes equipamentos reduzem o custo de investimento e o custo operacional uma vez que os equipamentos s o baratos e n o utilizam electricidade Como a largura de banda dividida o n mero de cabo reduzido o tamanh
196. o caso de esta n o ser muito elevada Para o caso da taxa de perda de pacotes e do n mero de mudan as de encaminhamento serem muito elevados a solu o aumentar a largura de banda da rede ou reduzir 113 o fluxo existente na rede Isto pode ser efectuado atrav s da redu o do n mero de clientes a aceder rede No entanto n o vi vel a adop o desta segunda solu o uma vez que o n mero de ades es ao servi o Triple Play aumenta diariamente No Cen rio 4 ser utilizada a ferramenta de Engenharia de Tr fego para reduzir a taxa de perda de pacotes na rede Tabela 5 8 Resultados obtidos para verificar o comportamento do funcionamento da Engenharia de Tr fego MPLSTE IP meis MPLSTE IP MPLS MPLSTE Pacotes Enviados Pacotes Recebidos Pacotes Perdidos Pacotes Perdidos Pacotes Perdidos LSR2 z 9 011 8 484 14 691 169 973 138 496 150 003 110 323 135 690 Varia o de Atraso Fim a Fim ms 233 113 196 647 5 134 d 169 179 127 001 D bito Effectivo Fim a Fim Mbps 6 237 6 243 9 156 7 957 10 328 5 4 3 Cen rio 3 M todos de recupera o de falhas As recupera es Global Makam Regional e Local s o configuradas no NS 2 33 atrav s da ferramenta de Engenharia de Tr fego A recupera o Global Haskin tem a particularidade de utilizar o protocolo de distribui o de nm pacotes Data Driven em conjunto com o comando m enable reroute new
197. o detecta falhas ocorridas nas camadas superiores da rede O tempo reduzido de recupera o de falhas nas redes SDH conseguido atrav s de equipamentos de rede de elevado custo que detectam a falha e comutam automaticamente o tr fego para o caminho de protec o sem a necessidade de avisar os restantes n s da rede A tecnologia Ethernet apresenta tempos superiores de recupera o de falhas por pertencer camada 2 da rede uma vez que a falha primeiro notificada a toda rede atrav s de mensagens antes de comutar o tr fego A tecnologia denominada MPLS Multi Protocol Label Switching est a ser seleccionada pelos provedores de servi os pois esta tecnologia permite controlar o tr fego nas redes de telecomunica es O MPLS utiliza CBR Constraint Based Routing para determinar qual o caminho preestabelecido a tomar para chegar at ao destino baseado nas restri es de QoS do tr fego e dos pacotes com etiquetas Como os caminhos seleccionados pelo MPLS s o estabelecidos de acordo com as restri es do tr fego devem ser reservados recursos suficientes ao longo do caminho para garantir o transporte dos dados at ao destino Isto faz com que os provedores de servi os tenham um maior controlo sobre as suas redes e assim poderem fornecer melhores par metros de QoS aos seus clientes 131 A tecnologia MPLS permite aumentar o d bito efectivo throughput existente na rede uma vez que o processo de leitura do cabe alho dos pacotes
198. o dos arm rios reduzido e o manuseamento dos equipamentos facilitado Por vezes s o utilizados equipamentos activos ONU Optical Network Units no sistema PON para interligar o meio ptico ao meio de cobre O ONU utilizado quando reaproveitado o cobre at casa do utilizador final para transportar o tr fego e localizado nos arm rios de distribui o perto das casas dos utilizadores finais Numa rede PON o 37 cliente n o pode estar mais do que 20 km afastado do CO Central Office onde est localizado o OLT Up to 70 km Switch Single Fiber EFM fi Optical splitter Powered Device 1x16 1x2 1x8 Ethernet Switch D 1x32 1x4 1x8 a b Figura 2 11 Arquitectura a AON b PON Allied Telesyn 2004 O OLT fornece os servi os ao utilizador controla a qualidade de servi o QoS e controla o SLA Service Level Agreement O SLA um contracto informal entre o provedor de servi os e o cliente onde s o definidos os termos de responsabilidade do portador ao cliente e o tipo de extens o de remunera o no caso do n o comprimento das responsabilidades O OLT tamb m trata da multiplexagem dos v rios utilizadores A ONU o equipamento utilizado para converter o sinal ptico num sinal el ctrico e encaminh lo at ao equipamento do utilizador final conforme mostra a Figura 2 12 Pacote Filtrado na ONU Espec fica Pacote Espec fico para uma ONU Splitter SO a b F
199. o fluxo de dados restri es com o objectivo de optimizar a efici ncia da rede LEE 2006 Os protocolos de encaminhamento IGP utilizam o algoritmo SPF baseado na selec o do caminho com o n mero menor de saltos Desta forma o processo de Engenharia de Tr fego aperfei oado com a utiliza o do CBR Com o CBR poss vel seleccionar caminhos diferentes dos obtidos pelo SPF baseando se nas restri es definidas aos par metros QoS atraso largura de banda entre outros O CBR considera fluxos agregados tamb m conhecido por fluxos macro e n o os fluxos individuais ou micro fluxos tal como o fluxo HTTP Hypertext transfer protocol A fun o do CBR seleccionar o caminho de acordo com os crit rios de encaminhamento Existem 73 dois crit rios de encaminhamento o QBR Qos Based Routing e o PBR Policy Based Routing Younis 2007 O QBR consiste em realizar encaminhamentos com base na restri o de Qualidade de Servi o atraso largura de banda perda de pacotes ou varia o de atraso solicitada onde requer a classifica o de fluxos e escolhas de caminhos distintos para cada classe O PBR consiste em escolher caminhos com base em decis es administrativas e dos SLA Service Level Agreements onde poss vel por exemplo proibir o tr fego comercial de utilizar certos tro os da rede Os encaminhamentos que satisfazem as restri es t m como objectivo reduzir os custos balancear a carga da rede e aument
200. o fluxo de dados at ao LSR de ingresso no sentido contr rio a partir do ponto de falha para depois ser encaminhado pelo caminho alternativo at ao utilizador final conforme ilustra a Figura 15 4 b Este processo demorado mas faz com que a perda de pacotes seja m nima A falha de liga o entre os n s LSR4 e LSR8 e a falha de liga o entre os n s LSR8 e LSR9 contribuem para a diminui o do valor da taxa de perda de pacotes dos servi os de Dados e VolP Enquanto que a falha de liga o entre os n s LSR9 e LSR10 aumenta o valor da taxa de perda de pacotes para os mesmos servi os A falha de liga o entre os n s LSR4 e LSR8 e a falha de liga o entre os n s LSR9 e LSRIO contribuem para a diminui o do valor da taxa de perda de pacotes do servi o IPTV Da mesma forma a falha de liga o entre os n s LSR8 e LSR9 aumenta o valor da taxa de perda de pacotes para o mesmo servi o A taxa de perda de pacotes depende do n mero de pacotes enviados A presen a de falhas geralmente influencia negativamente o n mero de pacotes enviados uma vez que as falhas fazem com que haja um maior n mero de protocolos de sinaliza o a serem transferidos na rede e a ocupar a largura de banda O n LSR8 apresenta um n mero elevado de perda de pacotes em compara o com o resto dos n s existentes na rede Este n encontra se no in cio da rede e tem uma concentra o de fluxos de dados muito elevada que por vezes estrangulada pela largura
201. o ou fibra ptica de trabalho e atrav s do caminho ou fibra ptica de protec o No modo normal o caminho de trabalho o caminho 1 2 3 4 mas no caso de ocorrer uma falha no mesmo caminho o encaminhador 4 come a a utilizar o tr fego recebido do caminho de protec o 1 8 7 6 5 4 vindo do encaminhador 5 ei 3 Sy ew B Working Path f amp A cs 1 e z x o S a A NM Figura 2 24 Rede SDH com t cnica SNCP No SDH MS SPRing utilizada a protec o por comuta o 1 1 no qual todas as liga es podem carregar tanto tr fego regular como tr fego de recupera o e desta forma n o s o requeridas liga es de protec o dedicadas No caso de ocorrer uma falha o n mais perto da fonte comuta o tr fego de um anel para outro e encaminha o at ao n destino ou no sentido inverso No MS SPRing n o s o utilizados tantos recursos como no SNCP Na Figura 2 25 observa se que o encaminhador 1 encaminha o tr fego at ao encaminhador 4 atrav s do caminho de trabalho 1 2 3 4 No caso da falha ocorrer entre a liga o do encaminhador 2 e 3 o encaminhador 2 comuta o tr fego do caminho de trabalho para o caminho de protec o no sentido inverso O tr fego encaminhado a partir do encaminhador 1 at ao encaminhador 4 e atravessa a rede pelos encaminhadores 1 2 1 8 7 6 5 4 Cisco 2 2008 S Link F hre Working pach a ua Rerouted traffic Figura 2 25 Rede SDH em topologia e
202. o procedimento do Grupo A Neste caso a Engenharia de Tr fego serviu para balancear o tr fego pela rede Simular a rede com 3 clientes ponto 3 provocou um aumento na taxa de perda de pacotes dos servi os Triple Play para valores superiores aos limites dos par metros de QoS A aplica o da ferramenta da Engenharia de Tr fego ponto 4 melhorou apenas os valores da taxa de perda de pacotes do servi o VoIP Os valores da taxa de perda de pacotes dos servi os de Dados e IPTV s o demasiado elevados para a realiza o do ponto 4 caso semelhante ao cen rio 2 de tr fego de 3000 bytes Desta forma a rede Ethernet de 10 Mbps n o suporta o servi o Triple Play com mais de 2 clientes em simult neo A solu o para aumentar o n mero de clientes numa rede aumentar a largura de banda da rede Da Tabela 5 11 observa se que os valores do atraso s o mantidos abaixo dos limites dos estipulados na Tabela 5 10 em todos os servi os do servi o Triple Play O mesmo acontece para os valores da varia o de atraso Verifica se atrav s da Tabela 5 11 que os n s de congestionamento em que s o perdidos os pacotes s o os LSR5 e LSR8 Estes n s encontram se no in cio da rede onde existe o maior fluxo de dados Os pacotes s o descartados nos n s uma vez que a largura de banda das liga es localizadas frente dos n s n o suporta o fluxo de tr fego Tabela 5 11 Resultados obtidos para verificar o limite de clientes numa rede Ethernet 1
203. o utilizador final Caballero 1 2007 A Tabela 2 6 mostra uma compara o entre as caracter sticas das v rias tecnologias da rede de acesso De todas as tecnologias DSL a tecnologia VDSL2 apresenta as melhores taxas de transmiss o Esta tecnologia utilizada na liga o entre o equipamento da rede de acesso e o equipamento do cliente Para aumentar a taxa de transfer ncia nesta liga o necess rio colocar o equipamento da rede de acesso perto do equipamento do cliente Isto uma desvantagem uma vez que implica um custo para colocar os equipamentos da rede de acesso perto dos clientes Quanto mais afastado estiver o cliente do equipamento de rede de acesso menor a taxa de transfer ncia Posto isto muito raro o cliente receber 100 Mbps atrav s da tecnologia VDSL2 mas certamente deve receber taxas de transfer ncias mais elevadas do que aquelas fornecidas pelas restantes tecnologias DSL Observa se na Tabela 2 6 que as caracter sticas das solu es em fibra ptica s o mais atraentes dos que as solu es em cobre de par entran ado em termos de alcance e tamb m em termos de taxas de transfer ncia por utilizador Entre a tecnologia EPON e a tecnologia GPON esta ltima apresenta as melhores caracter sticas Posto isto no caso do provedor de rede querer aproveitar o cobre de par entran ado deve escolher a tecnologia VDSL2 para transportar os dados na rede de acesso j que a mesma suporta o servi o Triple Play No caso do p
204. olo sobre a programa o Estes novos clientes exigem dispositivos interactivos Muito do que a televis o oferece acontece de uma forma anal gica sem qualidade unidireccional sem interactividade e com um n mero de canais limitados Pelo contr rio o servi o IPTV completamente digital com um n mero ilimitado de canais e um elevadissimo nivel de interactividade O IPTV n o apenas uma televis o moderna mas sim uma tecnologia do futuro A realiza o deste trabalho foi motivada pelo aparecimento do servi o Triple Play que permite fornecer ao utilizador final o novo servi o IPTV bem como os servi os j conhecidos de dados e VoIP O objectivo deste trabalho consistiu em encontrar a melhor solu o para implementar uma rede Triple Play de forma a encontrar o encaminhamento ptimo ou quase ptimo para o tr fego Sabe se que as redes IP foram inicialmente concebidas apenas para a transfer ncia de ficheiros entre computadores sem garantias da entrega de pacotes Este conceito inaceit vel para os servi os VolP e IPTV uma vez que estes exigem a garantia dos requisitos de qualidade de servi o na rede para o seu correcto funcionamento O desafio deste trabalho consiste em verificar como a rede IP suporte os requisitos de qualidade de servi o dos servi os de Dados VoIP e IPTV A selec o do encaminhamento ptimo ou quase ptimo implicou considerar a redu o da taxa de perda de pacotes provocada por congestionamentos e falhas
205. olu o da arquitectura proposta neste trabalho e mostra o funcionamento da mesma atrav s de simula es Este cen rio foi criado de acordo com os resultados obtidos dos Cen rios 1 2 e 3 O Cen rio 4 inclui quatro geradores de tr fego que aproximam a simula o do servi o Triple Play realidade Cada gerador de tr fego envia pacotes que incluem o cabe alho Ethernet de forma a representar a utiliza o da tecnologia de transporte Ethernet na solu o final da arquitectura A Figura 5 16 representa as v rias camadas existentes na rede n cleo da arquitectura proposta neste trabalho A camada f sica a camada MPLS a camada Ethernet e a camada de IP A camada f sica constitu da por uma rede de fibra ptica que permite transmitir os pacotes fisicamente pela rede A camada MPLS deve ser implementada e trata do encaminhamento dos pacotes pela rede A camada Ethernet j existe nas redes n cleo e reaproveitada para funcionar juntamente com a tecnologia MPLS e tornar a rede n cleo mais eficiente A camada IP tamb m reaproveitada e trata de encaminhar os pacotes at ao destino quando estes n o se encontrarem na rede n cleo Service Providers i Metro Core t Access t CPE 1 D 1 ss Le aye Triple Play Ethernet layer Access CPE Triple Play Services Vers Z o Customers EN SE os gt Video 8 SA Optic layer Figura 5 16 As v rias camadas da rede n cleo em redes Triple Play 128 Orig
206. ommendation G 992 1 em que oferece taxas diferentes no sentido descendente e no sentido ascendente As taxas de transfer ncia no sentido descendente podem atingir os 8 Mbps e as taxas de transfer ncia no sentido ascendente podem atingir os 1 Mbps Esta tecnologia tem uma taxa de transfer ncia suficiente para aceder Internet e para suportar as aplica es em tempo real que necessitam de elevadas taxas de transfer ncia no sentido descendente O ADSL2 Asymmetrical DSL2 recomenda o da ITU Recommendation G 992 3 em 2002 fornece melhorias em rela o ao ADSL no diagn stico de linha na gest o de energia na reconfigura o on line na redu o de energia e na redu o de tramas Tem uma taxa de transfer ncia de 12 Mbps no sentido descendente e de 1 1 Mbps no sentido ascendente O ADSL2 Asymmetrical DSL2 recomenda o da ITU Recommendation G 992 5 em 2004 tem uma taxa de transfer ncia no sentido descendente de 24 Mbps e uma taxa de transfer ncia no sentido ascendente de 2 2 Mbps em dist ncias pequenas O VDSL recomenda o da ITU Recommendation G 993 1 em 2004 surgiu para poder suportar os novos servi os em tempo real O padr o VDSL oferece uma taxa de transfer ncia no sentido descendente download de 52 Mbps e no sentido ascendente upload uma taxa de transfer ncia de 2 Mbps em dist ncias de 900m O VDSL2 recomenda o da ITU Recommendation G 993 2 em 2005 com transmiss o sim trica m xima de 100 Mbps em
207. onta com a distribui o das mensagens LDP entre todos os agentes LDP mesmo no caso de n o haver dados para transmitir Os LSP s o associados a cada FEC e isto efectuado atrav s do envio de mensagens de mapeamento de cada agente LDP para as restantes LDP que cont m a FEC ao longo do trajecto A etiqueta utilizada mais tarde para a transmiss o dos dados No fim todas as tabelas LIB de todos os n s MPLS s o preenchidas Os LSP s o associados a todos os FEC mesmo no caso de n o haver dados para ser transferidos O modo Data Driven distribui as mensagens LDP e constr i os LSP apenas para os FEC de destino dos agentes que pretendem transmitir dados Desta forma quando um n pretende transmitir dados envia uma mensagem de pedido juntamente com os dados at ao FEC upstream Quando o FEC recebe a mensagem de pedido envia uma mensagem de mapeamento no sentido downstream at fonte Cada encaminhador pelo caminho recebe a mensagem de mapeamento Os encaminhadores tratam estas mensagens e criam uma nova mensagem LDP e transmitem para o pr ximo salto Desta forma um LSP constru do desde a fonte at ao destino Os primeiros pacotes transmitidos s o encaminhados como pacotes de camada 3 at construir o LSP no qual a comuta o da camada 2 pode ser efectuada No modo Explicit Routing Labeling os LSP s o constru dos de uma forma simplificada O utilizador necessita de inserir os n s sucessivos do encaminhamento expl cito
208. ore infrastructures Contention Data Performance DSLAM performance Mubicast Performance Voice Video quality CPE Customer Premisis Equipment Figura 2 7 Factores em cada sec o da rede Triple Play Caballero 2007 Vantagens e Limita es do Servi o Triple Play As vantagens que este tipo de tecnologia baseada no IP proporciona s o v rias A principal vantagem consiste na variedade de servi os que podem ser integrados entre os quais a televis o v rios canais transmitidos em directo personaliza o de multim dia m sica filmes jogos VoIP entre outros atrav s da liga o de internet xDSL por exemplo A integra o destes servi os proporciona uma redu o do custo da infraestrutura da rede convergente e dos custos dos servi os fornecidos ao subscritor Os provedores de servi os que proporcionam o servi o Triple Play conseguem reduzir os custos dos servi os quando estes s o fornecidos aos subscritores em pacotes em que s o inclu dos os tr s servi os dados voz e v deo A desvantagem do servi o Triple Play consiste essencialmente no grande desafio de fornecer aos subscritores todos os servi os com uma QoS elevada Disponibilidade de largura de banda elevada na rede IP elimina muitos dos problemas de congestionamento da rede e qualidade de experi ncia 2 2 REDES DE ACESSO Nesta sec o dado a conhecer as principais tecnologias e infraestruturas existentes em redes de acesso e em r
209. ous Transport Module STP Shielded Twisted Pair TC Transmission Convergence TCP Transport Control Protocol TCP IP Transport Control Protocol Internet Protocol TDM Time Division Multiplexing TLV Type Length Value TOS Type of Service TTL Time To Live TV Televis o sobre a Internet UBR Unspecified Bit Rate UDP User Datagram Protocol UNI User Network Interface UTP Unshielded Twisted Pair VC Virtual Channel VCI Virtual Channel Identifier VDSL Very High bit rate DSL VHO Video Hub Office VLAN Virtual Local Area Network VoD Video on Demand VoIP Voice over IP VP Virtual Path VPI Virtual Path Identifier WFQ Weight Fair Queueing xDLS variantes da Digital Line Subscriber xPON variantes das redes Passive ptical Network 11 CAPITULOI INTRODUCAO Neste primeiro capitulo apresenta se o problema da presente investiga o o seu objectivo geral e as quest es que a orientaram na consecu o desse objectivo Sucedem se a contextualiza o da investiga o a sua pertin ncia e por fim explicita se a organiza o da disserta o 1 1 CONTEXTUALIZA O Os avan os tecnol gicos relacionados s redes de telecomunica es permitem surgir novas tecnologias e novos servi os O servi o Triple Play fruto destes avan os tecnol gicos pois permite fornecer ao subscritor num s pacote os servi os de dados voz e v deo Os servi os de dados e de voz existem
210. para a QoS e Sec o 3 3 Recupera o nas Redes MPLS 3 2 QUALIDADE DE SERVI O A QoS pode ser definida atrav s de um certo n mero de par metros pois a no o de servi o pode variar consoante as necessidades de cada utilizador A camada de transporte pode permitir ao utilizador determinar os valores preferenciais os valores aceit veis e os valores m nimos para v rios par metros de servi o no momento em que a conex o estabelecida Nesse momento essa camada trata de examinar estes par metros e determinar a possibilidade de realizar o servi o solicitado com base nos tipos de servi os de rede dispon veis Os par metros t picos da Qualidade de Servi o na camada de transporte s o a probabilidade de falha no estabelecimento da conex o o d bito efectivo Throughput o atraso o atraso de estabelecimento da conex o a varia o de atraso jitter a perda de pacotes a taxa de erros residuais a protec o a prioridade e a resili ncia Tanembaum 2003 A probabilidade de falha ao estabelecer a conex o a possibilidade da conex o n o se estabelecer dentro de um per odo m ximo estabelecido Isto provocado pelo congestionamento existente na rede O d bito efectivo contrariamente largura de banda calcula o n mero de bytes transferidos por segundo durante um determinado intervalo de tempo Tanembaum 2003 Amaro et al 2000 O atraso diz respeito ao tempo que um pacote demora a ser enviado desde
211. permite o administrador de rede estipular o caminho por onde s o encaminhados os pacotes pela rede Gerador de Dados l a SN Os Cliente Be E S E o 5 B sa E Ger a b Figura 5 11 Cen rio da simula o a sem Engenharia de Tr fego b com Engenharia de Tr fego As configura es da simula o da rede IP est o representadas na Tabela 5 2 Posto isto foram simulados em primeiro lugar os tr s tipos de redes com o fluxo de 1000 bytes depois as tr s redes com o fluxo de 2000 bytes e por fim foram simuladas as tr s redes com o fluxo de 3000 bytes de salientar que medida que o fluxo aumenta no n mero de bytes a largura de banda das liga es 1 2 6 e 9 tamb m aumentam para suportar o fluxo de dados na entrada e sa da da rede e prevenir o congestionamento na rede Tabela 5 2 Par metros atribu dos topologia de rede do Cen rio 2 Caminho 0 1 5 6 7 8 0 1 2 3 4 7 8 O iga o1 amo o Aiga o2 AMD Mo Mb d 4 Mb ims 1Mb iga o5 ma s liga os 1Mb 2 up 3M 1 ms configura es ess utilizado em todos os en casos de simula o AMD ms Tamanho do Pacote 1000 2000 3000 Bytes Taxa de Transfer ncia 1000 kbps Gerador de Dados inicia 0 1 Gerador de Dados termina Fim da Simula o 2 s Para demonstrar a perda de pacotes na rede s o utilizados fluxos de tr fego de 1000 bytes de 2000 bytes e de 3000 bytes Este
212. por onde os dados 95 devem ser transmitidos Desta maneira as mensagens de mapeamento s o distribu das ao longo do caminho e ao mesmo tempo constru do o LSP at ao FEC A Recupera o de Falhas Quando o pacote recebido por um n tratado pelo classificador MPLS Este classificador processa e encaminha o pacote para o agente local ou para um outro n A Figura 5 5 ilustra o algoritmo utilizado para processar o pacote Receber um Pacote 1 Obter o cabe alho IP Fonte Destino 2 Obter o cabe alho MPLS Tamanho Etiqueta TTL Se o tamanho do cabe o do MPLS diferente de zero ent o o pacote com etiqueta da camada 2 sen o um pacote de camada 3 Pacote com etiqueta de camada 2 Pacote IP de camada 3 erificar apenas a tabela LIB para 3 etiqueta de entrada e mterface de entrada No caso de existir uma entrada proceder commta o de etiquetas sen o proceder ao Assume se o destmo como um FEC verificado atabela PFT par ver se existe um LPS configurado Converter a camada 2 na camada 3 Converter mum Se estivera 1 Se etiqueta de saida 0 aoste de camada 2 eg deeg de funcionar no modo Remover o cabe alho shin novo cabe alho Data Driven ent o 2 Se etiqueta de sa da gt O l MPLS e substituir o deve tertar distribuir ii e shim i eti E omuta o a a Ue 3 Se a interfac
213. por toda a rede de forma a optimizar o funcionamento da mesma 84 CAPITULO IV SIMULACAO DE REDES As simula es ajudam a prever as reac es das redes perante interac es complexas e mais realistas do que os modelos matem ticos que recorrem a m dias e probabilidades As simula es permitem planear e analisar a rede de forma a testar a sua escalabilidade no caso de se querer aumentar a sua capacidade e fazer a rede suportar um maior n mero de utilizadores As simula es possibilitam igualmente prever a reac o da rede perante falhas que podem surgir na mesma e analisar alternativas para a sua recupera o Neste Cap tulo s o dados a conhecer alguns dos simuladores existentes no mercado que permitem efectuar as simula es de redes de transporte Este estudo ir permitir determinar as caracter sticas que nos levaram escolha da ferramenta de simula o no contexto deste projecto de mestrado 4 1 SIMULADORES DE REDE Nesta sec o s o apresentados os principais simuladores de rede com base na sua capacidade de implementar a tecnologia MPLS a Engenharia de Tr fego e a recupera o de falhas Salienta se entre os v rios dispon veis na Internet os simuladores que s o mais utilizados para redes de transporte fixas J Sim Java Simulator Miller et al 2003 OPNet Optimized Network Engineering Tool Alicart 2005 Lucio et al 2003 e NS 2 Network Simulator 2 Chung et al 1999 4 1 1 J SIM O J Si
214. que permitem pausar reiniciar ou efectuar downloads de dados em liga es de m qualidade Stoica 2004 Clark 1998 Requisitos do Servi o de Dados Para a transmiss o de grandes mensagens necess rio fragmentar as mensagens em pacotes mais pequenos transmitir os mesmos na rede atrav s de protocolos reconstruir as mensagens e assegurar a chegada de todos os pacotes ao seu destino sem repeti es e pela ordem correcta Os servi os de dados apenas necessitam de receber os dados independentemente de ser em tempo real em sequ ncia ou numa largura de banda constante Estes servi os s o afectados quando existe um grande atraso uma grande varia o de atraso ou uma cess o de largura de banda na rede Estes factores provocam perdas de pacotes e consequentemente erros irrepar veis na mensagem transferida Os pacotes de dados s o igualmente perdidos na rede por motivos de falha de liga es ou de n s Quanto maior for a taxa de transfer ncia mais rapidamente os dados s o transferidos pela rede IP No entanto os dados podem ser transferidos numa rede com largura de banda na ordem dos Kbps Vantagens e Limita es do Servi o de Dados Os servi os de dados permitem a transfer ncia de dados em tempo real entre computadores remotos e a redu o do custo associado O servi o de correio electr nico oferece a vantagem de enviar ficheiros de uma forma mais r pida f cil econ mica e ecol gica do que o correio tradicional O se
215. r comunica com os servidores de v deo para verificar a exist ncia de erros no conte do de v deo provocados pela rede de forma a melhorar a qualidade da imagem A funcionalidade de recupera o de erros oferecida pelos servidores de v deo baseia se num mecanismo de UDP Fi vel Este mecanismo permite corrigir as falhas de entrega dos pacotes e a desordena o dos pacotes provocados pela utiliza o do protocolo de transporte UDP para transmitir o conte do de v deo at ao utilizador final Infante 2008 Os codecs utilizados para comprimir os sinais do servi o IPTV determinam a largura de banda a disponibilizar na rede de acesso Os canais s o fornecidos apenas quando solicitado pelo subscritor e as mudan as de canais s o efectuadas na rede e n o no STB Existem dois tipos de codecs de v deo para comprimir o sinal de v deo o MPEG 2 Pinnacle Systems 2000 e o MPEG 4 H 264 ATI Technologies 2005 conforme se observa na Tabela 2 2 A defini o do sinal de v deo pode ser de padr o ou elevada Da Tabela 2 2 observa se ainda que a defini o padr o requer uma largura de banda muito inferior de alta defini o Nota se tamb m que o codec MPEG 24 4 H 264 requer uma largura de banda muito inferior do codec MPEG 2 Isto deve se ao facto do codec MPEG 4 H 264 ter uma capacidade de compress o muito superior do codec MPEG 2 Assim a largura de banda a disponibilizar na rede de acesso de 20 Mbps no caso de utilizar
216. rar o Modo de Encaminhamento do Protocolo O NS 2 permite configurar o encaminhamento dos protocolos Os modos mais utilizados s o o modo de encaminhamento de protocolo DV Distance Vector e o modo de encaminhamento de protocolo LS Link State Apenas pode ser seleccionado um nico modo para a rede MPLS Estes encaminhamentos n o s o utilizados na rede IP s o utilizados apenas na rede MPLS A rede IP simulada ao comentar o modo de encaminhamento do protocolo Os comandos utilizados para criar as liga es entre os n s MPLS s o ns rtproto DV ns rtproto LS Comandos para Configurar o Modo de Distribui o de Etiquetas atrav s do Protocolo LDP Os agentes LDP s o configurados em todos os n s MPLS atrav s do c digo abaixo citado Os comandos m enable reroute new e m enable reroute drop s o utilizados de acordo com o modo de distribui o de etiquetas pretendido Estes dois comandos n o podem ser utilizados ao mesmo tempo 2299 for seti O i lt n incr i set a LSR i for set j expr i 1 j lt 5 incr j set b LSR eval ns LDP peer a b set m eval a get module MPLS m enable reroute new m enable reroute drop Ap s configurar o LDP em todos os n s MPLS configura se atrav s dos comandos seguintes os diferentes pacotes LDP com cores diferentes ns Idp request color color ns Idp mapping color color ns Idp withdraw color color ns Idp
217. rdidos SRT ER Pacotes Perdidos LSR7 Pacotes Perdidos LSRT 7 f J T J f 1 Pacotes Perdidos Sp ITT J III Pacotes Perdidos LSR9 Pacotes Perdidos LSR9 n me TI paso Pacotes Perdidos Lab o S ILL oS Pacotes Perdidos LSR10 Pacotes Perdidos no Cliente 5012 5177 569 sam l 7 D bito Effectivo Fim a Fim Mbps 7 814 Ke 592 372 Grupo B Simular a rede Ethernet 10 100 1000 Mbps com o n mero limite de clientes j estipulado nas simula es do Grupo A com uma falha Deterministic 1 Na liga o entre o LSR4 e LSR8 2 Na liga o entre o LSR8 e LSR9 3 Na liga o entre o LSR9 e LSRIO 121 Nas simula es a seguir verifica se se os par metros de QoS n o ultrapassam os limites estipulados na Tabela 5 10 numa dada rede Ethernet 10 100 1000 Mbps com o n mero limite de clientes estipulados nas simula es do Grupo A nas piores das hip teses que numa rede MPLS com falhas nas liga es e sem o uso da ferramenta da Engenharia de Tr fego Verifica se atrav s da Tabela 5 14 que a presen a das falhas de liga es na rede Ethernet 10 Mbps n o fazem com que os valores dos par metros de QoS ultrapassam os limites em nenhum dos servi os do Triple Play Os resultados obtidos a seguir s o em fun o da utiliza o do m todo de recupera o Global Haskin Estes resultados devem se ao facto do m todo de recupera o Global Haskin obrigar a comuta o d
218. rede NS 2 atrav s das simula es de v rios cen rios A an lise dos resultados leva cria o do Cen rio 4 que representa a arquitectura a ser utilizada numa rede resiliente capaz de suportar o servi o Triple Play 5 1 O SIMULADOR NS 2 Neste trabalho utilizado o simulador NS 2 Network Simulator 2 uma vez que este o mais popular e o que possui muita informa o dispon vel na Internet de forma a proporcionar a atingirmos o objectivo final deste trabalho O simulador foi instalado no sistema operativo Open Suse 10 1 O NS 2 utiliza duas linguagens de programa o orientadas a objectos para efectuar as simula es o OTcl Object Tool Command Language e o C O Tcl uma linguagem script que permite um acesso simples s fun es das livrarias do NS 2 A nica alternativa ao acesso a estas livrarias atrav s da linguagem C Como a sintaxe da linguagem Tcl de f cil compreens o e manipula o o acesso s funcionalidades das livrarias do NS 2 r pido O OTcl utilizado na simula o da topologia ac o peri dica Controlo e o C utilizado para programar cada objecto na topologia da simula o ac o por pacote Dados O objecto de controlo OTcl permite configurar as simula es atribuir ac es peri dicas simula o manipular os objectos C existentes e facilitar a escrita e manipula o do c digo No entanto a sua execu o lenta O objecto de dados C trata de implementar o kern
219. release color color ns Idp notification color color Como fora referido anteriormente existem dois modos de distribui o de etiquetas o modo Control Driven e o modo Data Driven O comando MPLSnode refere se por exemplo ao n LSR1 Desta forma configuram se todos os n s MPLS para funcionar no modo desejado Os comandos utilizados para escolher o modo de distribui o de etiquetas s o 8MPLSnode get module MPLS enable control driven SMPLSnode get module MPLS enable data driven Os comandos a seguir descritos podem ser aplicados ao modo Data Driven para melhorar o seu desempenho O comando enable on demand possibilita a distribui o de etiquetas no momento em que necess rio O comando enable ordered control permite controlar a distribui o de forma ordenada 8MPLSnode get module MPLS enable on demand MPLSnode get module MPLS enable ordered control O LSP pr estabelecido atrav s do comando seguinte onde o FEC o n de destino o DI DS E A Ca DI 29 er o encaminhamento expl cito do LSP o LSPid a identifica o dada ao caminho e o rc o apontador do LSP que sempre 1 8MPLSnode get module MPLS make explicit route fec er LSPid rc Comandos para Aplicar a Engenharia de Tr fego atrav s da utiliza o do modo ER LSP Segundo Yip 2002 poss vel aplicar a Engenharia de Tr fego no NS 2 atrav s do comando abaixo citado O phb
220. res apenas verificam os r tulos e encaminham o pacote de acordo com a LSP pr determinada sem precisar de fazer encaminhamentos adicionais aos pacotes As etiquetas s o distribu das no momento em que s o estabelecidas as LSP Existem dois modelos de estabelecimento de LSP o modelo orientado aos dados e o modelo orientado ao controlo No modelo orientado aos dados as etiquetas s o alocadas em resposta chegada dos fluxos de pacotes de dados dos utilizadores de rede No modelo orientado ao controlo as associa es s o estabelecidas em resposta ao controlo de tr fego Isto inclui a utiliza o do protocolo IP a altera o do encaminhamento ou a altera o da topologia da rede Existem duas op es para activar o LSP o CR LSP Constraint Routing Label Switching Path e o ER LSP Explicit Routing Label Switching Path Stephen 2001 Rexford 2006 No encaminhamento CR LSP o pr ximo salto de uma FEC seleccionado em cada LSR A selec o do salto baseia se nos par metros de congestionamento de tr fego ou do tamanho do buffer Esta selec o efectuada de uma forma din mica No encaminhamento ER LSP o LSR de ingresso espec fica a lista de n s pelo qual o tr fego passar Este tipo de encaminhamento baseia se nas informa es pr definidas pelo administrador da rede Apesar de ser o mais adequado pode n o ser o mais eficiente Assim o encaminhamento ER LSP um processo manual que requer algum planeamento e an lise
221. rios O cen rio 1 permite observar e verificar o comportamento dos diferentes protocolos de encaminhamento dos v rios modos de distribui o de protocolos da rede IP e da rede MPLS O cen rio 2 permite conhecer o funcionamento da Engenharia de Tr fego bem como a sua aplica o numa rede com elevadas taxas de perdas devido ao congestionamento O cen rio 3 permite observar e analisar o comportamento dos v rios m todos de recupera o de falhas O cen rio 4 apresenta uma rede Triple Play que inclui as componentes mais eficientes do cen rio 1 a aplica o da Engenharia de tr fego para reduzir a taxa de perda de pacotes e o melhor m todo de recupera o de falhas do cen rio 3 O Anexo C cont m os quatro ficheiros tcl referentes aos quatro cen rios propostos O Anexo D cont m os ficheiros awk que cont m o c digo que permite processar os dados de uma dada simula o para depois mostrar os resultados dos par metros de QoS na janela de comandos Os cen rios com as solu es de encaminhamento s o propostos atrav s das seguintes tarefas a Modela o de uma rede de transporte b Determina o dos caminhos poss veis c Proceder ao encaminhamento seguindo uma dada estrat gia 102 e Repetir c e d considerar diversas estrat gias de encaminhamento e f Definir uma estrat gia de encaminhamento ptima ou quase ptima de forma a reduzir a taxa de perda de pacotes 5 3 1 Cen rio 1 Diferen as Entre
222. rks 2004 GPON The Next Big Thing in Optical Access Networks Article FlexLight Networks March 2004 Extra do de http www telmarkperu com Documentos GPON pdf Foigel 2007 Foigel J 2007 DSL e suas Evolu es Website TELECO Informa es em Telecomunica es Janeiro 2007 Extra do de http www teleco com br emdebate joniofoigel0la asp Franc s et al 2007 Franc s C R L amp Seruffo M C R 2007 Triple Play sobre ADSL2 na Regi o Amaz nica Um Estudo de Caso envolvendo Experimenta es e Simula es Trabalho de P s Gradua o em Ci ncias de Computa o Universidade Federal do Par UFPA Extra do de http www ufpa br ppgcc ppgcc files File Seminario Andamento Redes 20de 20Computadore Paper seminario de andamento pdf Ganchey 2003 Ganchev I 2003 Enhancement of NS2 Wireless BS with MPLS to provide a platform for future MuMAcWiN Presentation University of Limerick Presentation 1 for COST285 2nd MCM Istanbul 25 26 September 2003 Extra do de www cost285 itu edu tr tempodoc TD 285 03 31 Ivan 20Ganchev pdf Gaeil 2000 Gaeil A amp Woojik C 2000 Design and Implementation of MPLS Network Simulator Supporting LDP and CR LDP M Sc Thesis Eighth IEEE International Conference on Networks ICON 00 Extra do de http heim ifi uio no johanmp mpls mpls pdf Gagnon 2007 Gagnon N 2007 OON 2007 Conc rdia U Workshop on Optimization of Optical Networks O
223. rmente tendo muitas vezes um valor volta dos 50 ms O n mero de pacotes de dados perdidos na rede quer devido a erros motivados pelo meio f sico quer devido a pol ticas de elimina o de pacotes por excesso de tr fego na rede influencia negativamente qualquer emiss o de dados No entanto uma aplica o em tempo real como a proporcionada pela VoIP tem a desvantagem de n o permitir o pacote ser reenviado em caso de erro pois quando este finalmente chegasse ao seu destino o seu tempo certo j teria passado Por outro lado estas aplica es tamb m n o s o t o sens veis perda de pacotes de dados como as aplica es de dados tradicionais ex transmiss o de ficheiros visto que a perda de 3 de pacotes de dados n o afecta significativamente a qualidade da comunica o Markopoulo et al 2003 O grande desafio das redes de voz sobre IP consiste em impedir que o tr fego de voz seja prejudicado pela congest o do tr fego de dados Miras 2002 Cisco 2001 Vantagens e Limita es do Servi o VoIP A principal vantagem do servi o VoIP consiste na redu o dos custos nas comunica es de voz uma vez que este servi o utiliza a rede IP existente para transmitir os dados de voz A desvantagem do servi o VoIP a utiliza o do protocolo de transporte UDP pois este n o fornece mecanismos de garantia de entrega de pacotes numa ordem sequencial nem fornece garantias de qualidade de servi o Isto leva que o servi o VoIP te
224. rnet Passive Optical Networks White Paper Web ProForum Tutorials The International Engineering Consortium Extraido de http www iec org online tutorials acrobat epon pdf IEC b 2007 International Engineering Consortium 2007 Multiprotocol Label Switching MPLS White Paper Web ProForum Tutorials The International Engineering Consortium Extra do de http www iec org online tutorials acrobat mpls pdf 137 IEEE 802 3 2000 IEEE 2000 Chapter 5 Internetworking Technology Overview Ethernet IEEE 802 3 Internetworking Technology Overview IEEE Extraido de http www members tripod com srohit Ethernet pdf Infante 2008 Infante I 2008 Rede IPTV MEO Video Exame Inform tica Extra do de http www youtube com watch v e V 9HWcQ6W8 Iselt 2004 Iselt A Kirstadter A Pardigon A amp Schwabe T 2004 Resilient Routing Using MPLS and ECMP Article Stuttgart University Germany Extra do de www lkn ei tum de akirstaedter papers 2004 HPSR POEM pdf ITU T P 800 1996 ITU T Recommendation P 800 1996 Methods for Subjective Determination of Transmission Quality Geneve ITU T P 830 1996 ITU T Recommendation P 830 1996 Subjective Performance Assessment of TelephoneBand and Wideband Digital Codecs Geneve ITU T G 107 1998 ITU T Recommendation G 107 1998 The E Model a computational model for use in transmission planning ITU T P 862 2001 ITU T Recommendation P
225. ro de um intervalo de tempo configurado 3 5ms ou 5ms o n presume uma poss vel falha e notifica a rede O RSVP TE utilizado para verificar se o plano de controlo control plane encontra se a funcionar e se o LSR alcan vel Este mecanismo n o utilizado para verificar o plano de dados data plane O protocolo RSVP TE um protocolo soft state Isto significa que os LSP sinalizados juntamente com o RSVP TE s o actualizados constantemente com as mensagens PATH e RESV No caso das mensagens PATH ou RESV n o actualizarem o LSP a mensagem PathErr ou ResvErr enviada desde o ponto de falha at ao LSR de ingresso do LSP O valor do intervalo refresh muitas vezes configurado para 30s Isto torna as mensagens refresh da detec o de falhas pelo soft state impr prias para os mecanismos de fast reroute reencaminhamento r pido O mecanismo modelado pelo paradigma Ping Traceroute verifica o plano de dados do LSR no LSP Com este modelo poss vel verificar se os pacotes que pertencem a um dado FEC chegam ao fim do seu LSP atrav s dos LSR pretendidos e v o em direc o ao LSR de egresso correcto O modo ping verifica se a FEC chega ao LSR de egresso correcto e o modo traceroute verifica se o FEC percorre todos os LSR pretendidos at chegar ao LSR egresso No caso de falhar a recep o do ping accionado o traceroute para localizar a falha As falhas tanto no plano de dados como no plano de controlo n o s o detectadas rapida
226. roduzir e consumir m ltiplas conex es HTTP de uma s vez Para cada conex o http o PackMimeHTTP cria aplica es de servidor e de cliente e seus agentes TCP Depois de configurar e iniciar cada conex o o PackMimeHTTP configura o temporizador para terminar quando a nova conex o for iniciada Os tempos entre as conex es s o governados pelo par metro taxa de conex o rate configurado pelo utilizador As novas conex es s o iniciadas de acordo com os tempos de chegada sem o conhecimento de pedidos pr vios Por outro lado um novo pedido entre o par cliente e servidor como acontece no http 1 1 inicia se ap s a resposta ao pedido entre o par se ter completado O PackMime trata da reutiliza o das aplica es e agentes que completem a sua transfer ncia de dados Cada cliente PackMimeHTTP controla o tamanho dos pedidos que s o transferidos O cliente e servidor Web iniciam no momento em que a conex o TCP estabelecida A implementa o do PackMimeHTTP fornece v rios objectos RandomVariable para especificar as distribui es das vari veis de conex o do PackMimeHTTP Isto permite que as vari veis conex o sejam especificadas de uma forma aleat ria Weigle et al 2004 101 5 3 CEN RIOS E SIMULA ES O objectivo do trabalho de simula o nesta disserta o apresentar uma solu o para o encaminhamento ptimo ou quase ptimo do tr fego existente em redes Triple Play Em contexto com as redes Triple Play
227. rol ME Multi Field MOS Mean Opinion Score MPEG Moving Picture Experts Group MPLS Multiprotocol Label Switching MPLS CR LDP Constraint based Routing Label Distribution Protocol MPLS LDP Laber Distribution Protocol MSPP Multi Service Provisioning Pack MSPP MultiService Provisioning Platform MTU Maximum Transmission Unit NDVR Network Digital Video Recording NRT VBR Non Real Time Variable Bit Rate OLT Optical Line Terminal ONU Optical Network Unit OPEX Operational Expenditure OSPF Open Shortest Path First PBR Policy Based Routing PCM Pulse Code Modulation PDU Protocol Data Unit PHP Per Hop Behavior PM Physical Medium PON Passive Optical Network POR Point of Repair PSL Path Switch LSR PSTN Public Switching Telecommunications Network PT Portugal Telecom PTP Point To Point QBR Qos Based Routing QoS Quality of Service RSVP Resource Reservation Protocol RSVP TE Resource Reservation Protocol Traffic Engineering RTCP Real Time Control Protocol RTP Routing Transport Protocol RTSP Real Time Stream Protocol RT VBR Real Time Variable Bit Rate SAR Segmentation and Reassembly Sublayer SDH Synchronous Digital Hierarchy SED Start of Frame SFP Shortest Path First SHE Video Headend SIP Session Initiation Protocol SLA Service Level Agreements SOH Section Overhead SPF Shortest Path First 10 STB Set Top Box STM Synchron
228. rovedor de servi os estar disposto a investir numa estrutura em fibra ptica para prevenir futuras demandas de largura de banda a melhor solu o para suportar qualquer servi o o GPON Tabela 2 6 Compara o entre as tecnologias de rede de acesso Cisco 2008 Tecnologia Meio de transmiss o Taxa de transfer ncia por utilizador Alcance 5 3 ADSL2 Parentran ado 24 Mbps Ate 2 7 km At 900 m VDSL2 100 Mbps At 300 m R 1 Gbps dividido por 32 utilizadores d Wi Fibra ptica 30 Mbps At 20 km A ERES 1 2 Gbps dividido por 32 utilizadores d as Fibra ptica 38 Mbps At 20 km 42 2 3 REDES N CLEO Nesta sec o apresenta se os conceitos relacionados com as duas tecnologias de transporte mais utilizadas nas redes n cleo a tecnologia de transporte SDH Synchronous Digital Hierarchy e a tecnologia Ethernet Tamb m s o apresentados nesta sec o os m todos de recupera o de falhas utilizados nas redes n cleo 2 3 1 A Tecnologia SDH A rede de telecomunica es constitu da por largos quil metros de fibra ptica que operam em SDH Synchronous Digital Hierarchy RAD 1 2008 RAD 2 2008 O SDH uma tecnologia de trama repetitiva onde uma trama designada STM Synchronous Transport Module transmitida 8000 vezes por segundo ou seja uma trama enviada cada 125us A trama STM 1 conforme mostra a Figura 2 16 a unidade prim ria de transmiss o do SDH e repres
229. rvi o de transfer ncia de ficheiros permite uma troca mais facilitada e r pida de ficheiros entre computadores remotos O servi o de acesso s p ginas Web facilita o acesso informa o sem ser necess rio por exemplo deslocar se s bibliotecas Os servi os de dados s o tolerantes aos atrasos s varia es de atrasos escassez de largura de banda e desordena o da chegada de pacotes Uma das maiores desvantagens que os servi os de dados proporcionam a falta de garantia de privacidade dos dados transferidos entre os computadores Outra desvantagem reside na intoler ncia perda de pacotes que pode levar impossibilidade de abertura do ficheiro Este facto pode se dever a erros irrepar veis que foram provocados na mensagem transferida Stoica 2004 Clark 1998 17 2 1 2 Servico VoIP O PSTN Public Switching Telecommunications Network uma rede de telecomunica es p blica projectada com o objectivo de transmitir a voz humana ao contr rio da Internet que tem o objectivo de transportar dados Walker et al 2002 Actualmente a rede PSTN transmite a voz humana atrav s de uma t cnica de comuta o de circuitos O VolP Voz sobre IP um servi o que permite transmitir a voz humana em tempo real atrav s de uma t cnica de comuta o de pacotes nas redes IP existentes De seguida descrita a arquitectura do servi o VoIP as suas caracter sticas os seus requisitos as suas vantagens e suas limita
230. s MPEG Moving Picture Experts Group conforme visualizado na Tabela 2 2 empacotados nos protocolos de transporte UDP e RTP RTCP e enviados para a rede n cleo A rede n cleo utilizada para receber os servi os Dados VoIP e IPTV tratar dos mesmos conforme as suas caracter sticas e encaminh los para a rede de agrega o e depois para a rede de acesso A rede de agrega o tamb m denominada de rede de primeira milha trata de distribuir o tr fego para os diferentes locais de distribui o perto dos subscritores Por fim o tr fego encaminhado sobre a rede de acesso tamb m denominada de rede de ltima milha at ao modem que existe na casa do subscritor O modem modulador demodulador um dispositivo electr nico que tem como fun es fundamentais a modula o atrav s da qual os sinais digitais fornecidos pelo terminal s o modificados de modo a poderem ser transmitidos pelo meio que se pretende a transmiss o pela qual se implementam modos de compensa o de distor es de amplitude e fase que tenham ocorrido atrav s de filtragens e eventuais igualiza es e a desmodula o atrav s da qual se recuperam os sinais digitais originalmente constru dos O modem ligado ao dispositivo STB Set Top Box para ser poss vel a visualiza o do conte do de v deo directamente da televis o O STB recorre a um buffer para armazenar em primeiro o conte do a visualizar para ent o disponibilizar este conte do O buffe
231. s das redes com falhas utilizam o protocolo de distribui o de etiquetas Data Driven o m todo de recupera o Global Haskin e o modelo Deterministic nas liga es entre os n s LSR4 LSR8 LSR9 e LSR10 O m todo de recupera o Global Haskin o que apresenta a menor taxa de perda de pacotes de todos os m todos de recupera o e para ser configurado necessita do protocolo de distribui o de etiquetas Data Driven para funcionar O modelo Deterministic aplicado nas liga es permite causar falhas nas mesmas num tempo indeterminado de forma a aproximar a simula o de rede realidade O Atraso nas liga es de Ims pois estipulou se que a fibra ptica seria utilizada como meio de transmiss o em toda a rede 108 Tabela 5 4 Par metros atribu dos topologia de rede do Cen rio 4 Caminho 1 4 5 6 7 10 igo tf 1000 Mb i ms 1000 Mb ims Liga o 5 1000 Mb Liga o 6 100 Mb 1000 Mb 1 ms 100 Mb 1000 Mb 1 ms 100 Mb 1000 Mb 1 ms 100 Mb 1000 Mb 1 ms 100 Mb 1000 Mb 1 ms Liga o 11 100 Mb 1000 Mb 1 ms 100 Mb 1000 Mb 1 ms 100 Mb 1000 Mb 1 ms 100 Mb 1000 Mb 1 ms Poisson Exponential Tamanho do Pacote de Dados Taxa de Transfer ncia do envio de Dados 10000 w bi a Tempo em que n o s o Enviados Dados Pareto Tamanho do Pacote VolP 218 v Tempo em que s o Enviados Pacotes Vol Tempo em que n o s o
232. s de preven o de loops e A aus ncia do estado da topologia no plano de controlo a inexist ncia do balanceamento de carga entre os portos e consequentemente o bloqueio das liga es Apesar dos factores negativos acima referidos existem factores positivos da Ethernet que til para o transporte de dados tais como A interface ub qua A forma como criada a trama Framing e A necessidade de separar o plano de dados e o plano de controlo no meio de transmiss o para tornar a Ethernet uma tecnologia transportadora WAN Wide Area Network Os crit rios da tecnologia Ethernet incluem a escalabilidade a fiabilidade atrav s da r pida converg ncia e recupera o dos servi os e a QoS Para manter e melhorar estes crit rios utilizado o MPLS devido sua natureza multi protocolo Esta natureza utilizada no transporte nos servi os e na virtualiza o e segmenta o dos recursos Sabe se que as vantagens do MPLS incluem A robustez do plano de controlo de dados A descoberta dos endere os e da topologia no plano de controlo A possibilidade de aplicar a Engenharia de Tr fego A possibilidade de escolher entre os v rios m todos de recupera o de falhas A escolha da estrutura da rede e o grau de converg ncia e 81 A capacidade de fornecer escalabilidade fiabilidade e QoS A solu o Ethernet over MPLS tamb m conhecida por EoMPLS Juniper 2007 RFC 4448 2006 fornece uma infraestrutur
233. s do que os requeridos pelo protocolo Ls Existem dois modos de distribui o de etiquetas a distribui o Data Driven e a distribui o Control Driven As jun es binding Data Driven ocorrem quando o tr fego inicia o seu fluxo onde recebido pelo LSR e reconhecido como um candidato para a comuta o de etiquetas As jun es de etiquetas s o estabelecidas apenas quando necess rio o que resulta em menores entradas na tabela de envios Forwarding Table As etiquetas s o atribu das individualmente a cada fluxo de tr fego IP e n o a cada pacote Esta distribui o utilizada na camada 2 do modelo OSI Open Systems Interconnection As jun es Control Driven s o estabelecidas como resultado da actividade do plano de controlo e s o independentes das jun es do plano de dados As jun es de etiquetas podem ser estabelecidas em resposta s actualiza es de encaminhamento Por outro lado as jun es Control Driven de etiquetas s o mais eficientes do que a distribui o Data Driven e por isso s o utilizadas no MPLS Esta distribui o utilizada na camada 3 A Distribui o de Etiquetas atrav s do Protocolo LDP A distribui o de etiquetas e a constru o dos LSP efectuada atrav s da troca de mensagens LDP entre os agentes LDP e os n s LSR A arquitectura das redes MPLS oferece tr s modos de distribui o de etiquetas o Control Driven o Data Driven e o Explicit Routing Labeling O modo de Control Driven c
234. s inclu dos no servi o Triple Play s o o servi o de dados o servi o VoIP Voz sobre IP e o servi o IPTV Televis o sobre IP 2 1 1 Servi o de Dados A rede Internet foi concebida com o intuito de fornecer um meio de transfer ncia de dados entre computadores remotos atrav s da utiliza o do protocolo IP Internet Protocol com o apoio de v rios servi os de dados Os servi os de dados mais conhecidos incluem o servi o de correio electr nico o servi o de transfer ncia de ficheiros e o servi o de acesso s p ginas Web A rede Internet ou rede IP muitas vezes referida como uma rede de melhor esfor o Este termo refere se ao tipo de Qualidade de Servi o existente na rede IP ou seja numa rede de melhor esfor o muito prov vel a exist ncia de atrasos de varia es de atrasos e perda de pacotes Arquitectura do Servi o de Dados A arquitectura de uma rede de dados consiste num servidor numa rede de transporte Internet e num utilizador final conforme pode ser visualizado na Figura 2 1 O utilizador final solicita informa o aos servidores e estes fornecem o servi o pretendido correio electr nico acesso s p ginas Web ou transfer ncia de ficheiros A rede Internet constitu da por elementos e tecnologias de rede que permitem encaminhar os dados at ao seu destino atrav s de um endere o IP 15 Figura 2 1 Arquitectura do Servi o de Dados A rede IP uma rede de comuta
235. s percorreram constitu da por uma parte fixa como o atraso da aplica o de VoIP e a propaga o no meio f sico e por uma parte vari vel como por exemplo a espera nas filas do equipamento activo de rede ex encaminhadores e a disputa do meio com outro tr fego 20 A varia o do atraso uma varia o estat stica do retardo na entrega de pacotes sucessivos de dados numa rede Uma varia o do atraso elevada produz uma recep o n o regular de pacotes de dados e inviabiliza neste caso uma conversa normal que espera uma sucess o de pacotes a um ritmo constante Idealmente este ritmo deve ser igual quele a que os pacotes s o gerados no emissor Embora na maioria das vezes o cen rio ideal n o possa ser obtido a varia o do atraso deve ter uma gama de varia o limitada de modo a permitir uma gest o controlada por parte das aplica es existentes nos extremos da comunica o Uma das formas de minimizar o impacto da varia o do atraso utilizar um buffer Este buffer armazena os pacotes de dados medida que os mesmos chegam e envia os para a aplica o circuito descompressor a uma cad ncia fixa Ao mesmo tempo o buffer da varia o do atraso pode proceder ao reordenamento de alguns dos pacotes caso o protocolo utilizado o permita ex RTP Devido ao facto deste buffer adicional implicar um atraso suplementar deve ser especificado de modo a que a soma total de atrasos n o ultrapasse os 150 ms referidos anterio
236. s s o m ltiplas exactas da velocidade do primeiro n vel ou seja STM N N x 155 53 Mbps As velocidades da hierarquia foram seleccionadas para permitir o transporte dos dados desde a origem at ao destino Os transportes de n vel superior s o conseguidos por entrela amento dos bytes das tramas tribut rias N tramas individuais STM 1 s o multiplexadas por entrela amento de bytes para formar a trama STM N Pode se observar na Figura 2 17 uma trama STM 4 constitu da por entrela amento de 4 tramas STM 1 A trama exibe uma estrutura regular normalmente visualizada num formato rectangular a transmiss o em s rie os bits dos octetos s o enviados sucessivamente da esquerda para a direita em cada linha e percorre as linhas de cima para baixo tal como se l um texto a SIGNAL a Saas ei o WW E i E WW Seta o E O WO t E UD COCA UD STM 4 4xSTM 1 Figura 2 17 Trama STM 4 com Entrela amento de Tramas STM 1 RAD 1 2008 A taxa de transmiss o b sica para SDH foi definida em 155 52 Mbps velocidade denominada STM 1 definindo assim o primeiro n vel da hierarquia SDH As taxas de transmiss o dos n veis superiores s o m ltiplas de STM 1 A Tabela 2 7 mostra os demais n veis hier rquicos Os v rios tribut rios de baixa ordem 2 Mbps 34 Mbps e 144 Mbps s o multiplexados para formarem uma trama SDH denominada de STM 1 com uma taxa de transfer ncia de 155 Mbps Actualmente poss ve
237. s verificou se um atraso no instante em que efectuado o caminho expl cito nos casos em que n o s o previamente expl citos os encaminhamentos na rede Assim quanto mais cedo forem estipulados os caminhos expl citos menor o atraso dos pacotes na rede Isto contribui para a optimiza o da efici ncia da rede Segundo os resultados obtidos representados na Tabela 5 5 o modo de funcionamento do protocolo DV na presen a do encaminhamento expl cito o mais eficiente uma vez que apresenta o maior n mero de pacotes enviados o menor atraso e o maior d bito efectivo em compara o com o modo de funcionamento do protocolo DV na aus ncia do encaminhamento expl cito Nas simula es a seguir utilizado o protocolo de encaminhamento de pacotes DV com os encaminhamentos expl citos A tabela 5 5 permite tamb m verificar as diferen as entre os protocolos de encaminhamento DV e LS Verifica se que o protocolo DV apresenta uma menor varia o de atraso e um maior d bito efectivo do que o protocolo LS apesar de este ltimo apresentar um menor n mero de pacotes enviados O protocolo de encaminhamento LS demora muito tempo a analisar a rede para depois escolher o melhor caminho enquanto o protocolo de encaminhamento DV escolhe o caminho com o menor n mero de saltos tal como acontece na rede IP Desta forma o protocolo de encaminhamento DV mais eficiente do que o LS 110 A compara o entre a rede IP e a rede MPLS tamb m poss
238. seaesesecsesesacaesnsaeeneacaeensessneeseaeeneees 36 FIGURA 2 11 ARQUITECTURA A AON B PON ALLIED TELESYN 20041 38 FIGURA 2 12 FUN ES DO EQUIPAMENTO A OUT ERIONU rece reeeareeeaerearerearareneaeeeeaearaersaneneseranea 38 FIGURA 2 13 TOPOLOGIAS EM A ANEL B RVORE E C BARRAMENTO ent 39 FIGURA 2 14 RELA O ENTRE A TECNOLOGIA DA REDE DE ACESSO E O N MERO DE CANAIS A VISUALIZAR CABALLERO 1 2007 SSES EE Eege 42 FIGURA 2 16 ESTRUTURA DA TRAMA STM 1 PRAKASH 20081 43 FIGURA 2 17 TRAMA STM 4 COM ENTRELA AMENTO DE TRAMAS STM 1 RAD 1 2008 s ssssesssessssssrsrrrrrsrsrersrnsrsrerernrnrnrrerensrernns 44 FIGURA 2 18 A ESTRUTURA DA TRAMA ETHERNET CHIPCENTER QUESTLINK 1 2002 46 FIGURA 2 19 A ESTRUTURA DA TRAMA ETHERNET CHIPCENTER QUESTLINK 2 20021 48 FIGURA 2 20 TOPOLOGIA EM MALHA A COMPLETA B PARCIAL AA 50 FIGURA 2 21 O PRINC PIO DE RECUPERA O DO M TODO P CYCLES PARA A PROTEC O DE LIGA ES SCHUPKE 2005 51 FIGURA 2 22 PROTEC O POR COMUTA O A 1 1 E B L N oe eseccesessssesessesessesesssesessesesesecaeeceueaesesneacensucsessasanssacensesaeeesesateneaseeeeeees 51 FIGURA 2 23 PROTEC O POR COMUTA O IN esesessesesscsesessesesscsesuescsesscsessucaesesscsessssssesesusacaesusacesusaesesasansesaeeneesatseseeesatenseeeteees 52 FIGURA 2 24 REDE SDH COM T CNICA SNCH 53 FIGURA 2 25 REDE SDH EM TOPOLOGIA EM ANEL COM T C
239. sfer ncia constante e conhecida e numa sequ ncia correcta esperada pelo STB uma vez que alguns destes equipamentos n o t m mecanismos para suportar erros de transmiss o O baixo atraso permite que a qualidade de experi ncia do subscritor e a resposta mudan a de canais n o sejam afectados A qualidade de experi ncia refere se qualidade da imagem visualizada na televis o do subscritor A baixa varia o do atraso permite que a chegada do conte do ao equipamento do subscritor n o seja afectada e proporciona uma boa qualidade de experi ncia ao mesmo A varia o do atraso afecta o manuseamento dos pacotes de dados pelos elementos de rede Quanto maior a varia o do atraso maior a perda de pacotes pois as filas acumuladas nos elementos de rede n o conseguem estabelecer um balan o no tr fego O atraso a varia o do atraso e a escassez da largura de banda provocam a perda de pacotes e consequentemente condiciona a qualidade de experi ncia do subscritor conforme mostra a Figura 2 5 A Figura 2 5 a mostra uma linha sem imagem causada pela varia o de atraso na rede A Figura 2 5 b mostra quadrados sem imagem causado pela perda de pacotes A qualidade de experi ncia recebida pelo subscritor depende do n mero de erros de bloqueio de visibilidade provocados pela perda de pacotes No caso de haver uma perda de 1 Frame IntraFrame o impacto de bloqueio de visibilidade muito pronunciado O I Frame o nome dado ao cont
240. sidera se o tamanho do cabe alho Ethernet 18 bytes bem como os tamanhos dos cabe alhos IP 20 bytes RTP 12 bytes e UDP 8 bytes O payload do VolP de 160 bytes Em Cisco 2005 encontra se as f rmulas para calcular o tr fego por chamada de voz Calcula se primeiro o tamanho total do pacote VoIP Ethernet IP RTP UDP 160 18 20 12 8 218 bytes depois calcula se os pacotes por segundo taxa de transfer ncia do codec VoIP 64 160 0 400 pacotes s e por fim calcula se a largura de banda tamanho total do pacote pacote s 218 0 400 87 2 Kbps Posto isto o tamanho do pacote a utilizar na simula o de 218 bytes e a taxa de transfer ncia a utilizar na simula o de 87 2 Kbps O NS 2 oferece v rios geradores de tr fego que ajudam a simular a realidade utilizado o gerador de tr fego Pareto neste trabalho para o conte do de VoIP O tr fego Pareto accionado e desligado Pareto ON OFF em intervalos de tempo estipulados A Figura 5 7 a mostra a curva da distribui o do Pareto Durante o per odo de ON os pacotes s o enviados numa taxa de transfer ncia fixa enquanto durante o per odo OFF nenhum pacote enviado S o exigidas vari veis para o objecto Pareto nomeadamente o tamanho do pacote o tempo ON o 97 tempo OFF a taxa de transfer ncia e a forma shape da distribui o No caso de escolher uma forma menor ou igual a 1 o valor esperado do Pareto infinito
241. sporte do conte do de v deo Contudo na realidade s o termos que descrevem dois tipos de servi os diferentes O que diferencia estes dois servi os o facto do servi o Internet TV necessitar de um computador e uma aplica o de media para o utilizador final poder visualizar o conte do de v deo enquanto que o servi o IPTV apenas requer um STB Set Top Box para descodificar o conte do media e permitir a visualiza o do conte do de v deo directamente na televis o Uma outra diferen a encontra se na qualidade da imagem pois o servi o IPTV oferece uma qualidade de imagem muito superior do servi o Internet TV Altgeld et al 2005 Taylor amp Francis Group 2007 O termo IPTV utilizado para descrever a funcionalidade e o fornecimento da qualidade de v deo transportado sobre a rede IP O IPTV um servi o que permite fornecer ao utilizador uma interactividade bidireccional com a rede IP Este servi o permite o utilizador controlar o conte do em tempo real emiss o em directo atrav s de pausas fast forward puxar para frente e rewind puxar para tr s A natureza bidireccional do sistema IPTV tamb m permite disponibilizar servi os como VoD V deo on Demand para requerer v deos quando solicitados e NDVR Network Digital V deo Recording para gravar v deos e vision los posteriormente O servi o IPTV fornece um canal personalizado onde inclui apenas os programas seleccionados pelo cliente sem a perturba o dos inter
242. sso As redes de acesso em cobre apresentam limites de largura de banda e atrasos em compara o com as redes de acesso em fibra ptica A solu o ptima a implementa o de redes em fibra ptica em toda rede de acesso No entanto o seu custo elevado condiciona a sua implementa o A alternativa utilizar o cobre da rede de acesso existente para transferir os dados a taxas de transfer ncia de 100 Mbps atrav s da tecnologia VDSL2 Esta solu o tem um custo reduzido em compara o com a rede de acesso em fibra ptica A nica limita o desta tecnologia o reduzido comprimento do segmento entre o dispositivo de rede VDSL2 e o utilizador final Quanto mais afastado estiver o utilizador final do dispositivo de rede VDSL2 menor a sua taxa de transfer ncia A Tabela 2 5 representa uma correla o entre os servi os Triple Play e as tecnologias da rede de acesso Sabe se que quanto maior o comprimento do segmento de cobre menor a sua taxa de transfer ncia Verifica se que com a utiliza o do ADSL2 ou VDSL2 permitido haver pelo menos dois canais de qualidade normal a correr em simult neo Observa se tamb m que as solu es VDSL2 e PON s o as mais adequadas para suportar o servi o de televis o de alta defini o e ainda dois canais de televis o de qualidade normal 40 Tabela 2 5 Correla o entre os servi os Triple Play e as tecnologias da rede de acesso Foigel 2008 Bera joss TP sm SMA
243. st ncia de falhas como na sua aus ncia A implementa o de cada m todo de recupera o de rede distinta e as linhas de c digo encontram se no Anexo B Os ficheiros de c digo utilizados no simulador de rede NS 2 33 para cada simula o do Cen rio 3 encontram se nos Anexos C e D Os resultados de cada simula o deste cen rio est o representados e analisados na sec o 5 4 5 3 4 Cen rio 4 Limites da Rede Triple Play O objectivo deste cen rio conhecer os limites da rede Ethernet 10 100 1000 Mbps ao suportar o servi o Triple Play dentro dos limites dos requisitos de QoS de cada servi o A topologia deste cen rio est ilustrada na Figura 5 13 Observa se que existem quatro Geradores de tr fego um Gerador de Dados um Gerador VoIP um Gerador IPTV e um Gerador Web O Gerador de Dados envia num tempo Poisson Exponencial pacotes de 1500 bytes cada O Gerador VoIP envia num tempo Pareto pacotes de 218 bytes cada O Gerador IPTV envia num tempo Exponencial constante pacotes de 1402 bytes cada Por fim o Gerador Web envia um fluxo de pacotes por segundo nos dois sentidos da rede em que simula o acesso a uma p gina Web O Gerador Web envia por vezes rajadas de tr fego que condicionam o funcionamento e a efici ncia da rede O Gerador Web permite fazer com que esta rede tenha comportamentos muito pr ximos da realidade A topologia semelhante do Cen rio 3 de modo a ser poss vel a recupera o na rede Considera se n
244. stribui o da fibra ptica classificada de FTTH conforme mostra a Figura 2 10 a No caso do FTTB a liga o da fibra ptica termina no pr dio e depois a liga o dentro do pr dio at aos utilizadores finais efectuado atrav s do meio de transmiss o de cobre conforme mostra a Figura 2 10 b A liga o da fibra ptica que vai at ao arm rio de distribui o perto de uma habita o classificada como FTTC conforme mostra a Figura 2 10 c Por fim a classifica o da liga o da fibra ptica FTTN termina no n que interliga a rede n cleo rede de acesso onde a liga o de ltima milha at resid ncia do subscritor em cobre conforme mostra a Figura 2 10 d 35 FIBER TO THE HOME FIBER TO THE BUILDING er Distribuicd E P BER TO THE BUILDIN i gt Rede existente de __ Alimentador ams 4 Distribui o UTP ou CATS at e f e e ee i Central Ponto de NI Gegen Alimentador IS OLT Ponto de converg ncia acesso Irado 2NU OLT Local 1x 32 Terminal Remoto 1 x 3 500 a b FIBER TO THE CURB D I e FIBER TO THE NODE Fede existente E ge a de cobre 2 Distribui o H e Alimentador a S a eet alimentador Pea Cor rai _ Terminal de Fibra P Fibra SI Terminal Remoto 1 x 8 12 1 x 3 500 Dist ncia Dist ncia WT Cons 4 At 20km eeh At 20km c d Figura 2 10 Classifica es a FTTH b FTTB c FTTC e d FTTN A rede FTTH permite reduzir os custos da rede de n
245. t de Service dans les r seaux de FAI int gration de DiffServ et de l ing nierie de trafic bas e sur MPLS PhD Thesis l Universit des Sciences et Technologies de Lille et l Ecole Centrale de Lille Extra do de http hal archives ouvertes fr docs 00 1 1 20 88 PDF these_Kyeongja pdf Leroux et al 2006 Leroux A Giguere B 2006 SONET SDH vs ETHERNET Migration and Testing issues Application Note EXFO Expertise Reaching out Extra do http documents exfo com appnotes anote 152 ang pdf Lucio et al 2003 Lucio G F Paredes Farrera M Jammeh E Fleury M amp Reed M J 2003 OPNET Modeler and Ns 2 Comparing the Accuracy of Network Simulators for Packet Level Analysis using a Network Testbed Article University of Essex United Kingdom Extraido http privatewww essex ac uk fleum weas pdf Macedo et al 1999 Macedo C G F Braga N C N amp Costa Jr N 1999 Tutorial Redes ATM Tutorial I Workshop do Rio de Janeiro em Redes de Alta Velocidade Extra do de http www rederio br downloads pdf atm pdf Markopoulo et al 2003 Markopoulou A Tobagi F amp Karam M 2003 Assessing the quality of Voice Communications over Internet Backbones Article IEEE Transactions on Networking Vol 11 No 5 Extra do de http mmnetworks stanford edu papers markopoulou ton03 pdf 138 MC MCSE 2008 MC MSCE 2008 Basic Networking Website MC MSCE Certification Resources
246. t Technology Part II Website ChipCenter QuestLink Extraido de http www circellar com library ccofeature antonakos0402 index asp Chung et al 1999 Chung J amp Claypool M 1999 NS By Example Website Worcester Polytechnic Institute Extra do de http nile wpi edu NS overview html Clark et al 1998 Clark D amp Fang W 1998 Explicit Allocation of Best Effort Packet Delivery Service Article IEEE ACM Transactions on Networking August 1998 Extra do de http nms lcs mit edu 6829 papers p362 clark pdf Collins 2001 Collins D 2001 Carrier Grade Voice Over IP Book McGraw Hill ISBN 0071406344 9780071406345 Extra do de http books google pt books id PVIuN9Y5FGMC amp printsec frontcover amp dg Carrier Grade Voice Over IP amp client pub 5674445849125711 136 Fahmy 2006 Fahmy S 2006 Fidelity Scalability Tradeoffs in Protocol Evaluation Paper Perdue University May 2006 Extraido de http wwic2006 unibe ch talks wwic06_fahmy pdf Fischer 2007 Fischer A J 2007 Toler ncia a Falhas no MPLS Trabalho de Mestrado Pontificia Universidade Cat lica do Paran Extra do de www ppgia pucpr br jamhour Download pub Mestrado 202007 Tolerancia a Falhas em MPLS r4 pdf Flask 2007 Flask R 2007 Home Networking Success Website CedMagazine com April 2007 Extra do de http www cedmagazine com home networking success aspx FlexLight Networks 2004 FlexLight Netwo
247. te do de v deo pois pode aceder escolher limitar e calendarizar o acesso ao conte do Uma das limita es do servi o IPTV a perda de imagem das emiss es em tempo real que acontece quando ocorrem perdas espor dicas de pacotes de dados e atrasos na rede IP A perda de qualidade da imagem pode ser provocada por conex es que n o s o suficientemente r pidas pela dist ncia f sica entre o operador e o utilizador final pelo tipo de codec utilizado por falhas ou por congestionamentos na rede Para que o servi o IPTV seja competitivo em rela o ao servi o de televis o por cabo h a necessidade de fornecer o sinal de v deo em v rias divis es da casa do utilizador mais do que duas divis es Isto s poss vel caso haja uma grande largura de banda na liga o at ao subscritor 2 1 4 Servi o Triple Play O servi o Triple Play o termo utilizado para descrever o fornecimento de tr s servi os ao subscritor num s pacote nomeadamente o servi o de dados o servi o VoIP e o servi o IPTV A rede Triple Play uma rede convergente que serve de integra o destes tr s servi os Seguem as caracter sticas de uma rede Triple Play a sua arquitectura requisitos vantagens e limita es 27 Arquitectura do Servico Triple Play A arquitectura de uma rede Triple Play composta por cinco elementos Tektronix 2007 Cisco 1 2008 Os provedores de servi o A rede n cleo A rede de Agrega o A re
248. te do n mero de clientes Triple Play poss veis existir numa rede Triple Play Verificou se que o limite do n mero de clientes Triple Play numa rede com largura de banda de 10 Mbps foi de 2 para uma rede de 100 Mbps foi de 20 clientes Triple Play e numa rede de 1 Gbps foi de 26 clientes Triple Play Quando s o excedidos os limites referidos para cada rede a taxa de perda de pacotes o atraso e a varia o de atraso excedem o limite dos requisitos de qualidade de servi o do Triple Play Salienta se que estes limites foram verificados atrav s das simula es efectuadas a uma determinada topologia de rede Verificou se que ao adicionar mais liga es topologia a largura de banda total da rede aumenta e aumenta consequentemente a sua capacidade de suportar um maior n mero de clientes Triple Play Desta forma a solu o para introduzir mais clientes na rede aumentar a largura de banda na rede Em conclus o o encaminhamento ptimo ou quase ptimo do tr fego em redes Triple Play conseguido atrav s do meio de transmiss o em fibra ptica e da tecnologia EoMPLS onde aplicada a Engenharia de Tr fego utilizado o protocolo de encaminhamento DV Distance Vector a distribui o de protocolos no modo Data Driven a recupera o Global Haskin e todas as vantagens que a tecnologia Ethernet proporciona 133 Trabalhos Futuros Como trabalhos futuros algumas perspectivas de continua o deste trabalho de mestrado s o Mo
249. tersson J M O 2005 MPLS Based Recovery Mechanisms M Sc Thesis University of OSLO May 2005 Extra do de http folk uio no johanmp MPLS 20Based 20Recovery 20Mechanisms pdf Prakash 2005 Prakash S K 2005 Sonte Tutorial Basic Frame Structure Website Tutorial ElectroSofts Extra do de http electrosofts com sonet frame html RAD 2008 RAD Data Communication 2008 Chapter 1 Ethernet Access RAD Data Communication Catalog Extra do de www pahldata pt rad 28208 chap01 pdf RAD 1 2008 RAD Data Communication 2008 What is SDH Website RAD Data Communication Catalog Pulse Inc Extra do de http www pulsewan com data101 sdh basics htm Redbooks 2006 Parziale L Britt D Davis C Forrester J Liu W Matthews C amp Rosselet N 2006 TCP IP Tutorial and Technical Overview IBM Book Redbooks ISBN 0738494682 Rexford 2006 Rexford J 2006 Route Optimization in IP Neworks Chapter in Handbook of Optimization in Telecommunications Article Princeton University Spring Science and Business Media Extra do de www cs princeton edu jrex papers opthand04 pdf Rajagopal 2008 Rajagopal A 2008 Achieving Superior Resiliency and Fast Convergence with Foundry s MRP Technical Document Version 2 0 Foundry Networks Inc Extra do de http www foundrynet com pdf wp mrp pdf RFC 1131 1989 Moy J 1989 OSPF Open Shortest Path First RFC Archive October 1989 Extr
250. tilizado recentemente no mercado ou seja para o tr fego VoIP foi utilizado o codec 6 711 e para o tr fego IPTV foi utilizado o codec MPEG 4 Esta disserta o ajuda o administrador de rede a escolher os par metros de forma a adaptar a rede IP existente a uma rede que suporta o servi o Triple Play utilizando as componentes que tornam a IP existente numa rede mais eficiente resiliente e robusta As conclus es tiradas nesta disserta o permitem Mostrar quais as componentes a ter em conta ao projectar uma rede que suporta o servi o Triple Play cujo fluxo de tr fego significativamente mais elevado em compara o com redes que suportam outros tipos de servi os Sugerir os elementos baseados em simula es a aplicar em redes existentes de forma a tornar as mesmas mais eficientes resilientes e robustas Mostrar quais as limita es das redes e estabelece solu es para ultrapassar estes limites numa dada rede Visualizar o comportamento de cada tipo de tr fego numa dada rede Analisar os resultados obtidos dos par metros de QoS de cada tipo de tr fego existente na rede Triple Play Dados VoIP e IPTV e Visualizar o comportamento de uma dada rede na presen a de falhas 129 CAPITULO VI CONCLUSOES E TRABALHOS FUTUROS Cada vez mais os consumidores de conte dos multim dia s o mais activos participativos e exigentes n o s em rela o qualidade da imagem e som mas tamb m nos recursos e contr
251. tinuidade do servi o mesmo na ocorr ncia de uma falha Contudo isto obriga a que sejam reservados recursos extra para o restauro O objectivo desta disserta o propor uma solu o de uma arquitectura de rede capaz de suportar o servi o Triple Play de uma forma eficiente resiliente e optimizada atrav s de um encaminhamento ptimo ou quase ptimo As principais contribui es realizadas no mbito deste trabalho s o Optimizar a rede IP existente de modo a suportar o servi o Triple Play Utilizar um simulador de rede para obter valores mais pr ximos da realidade e tirar conclus es mais concretas atrav s de uma variedade de simula es e cen rios Determinar as diferen as entre as redes IP e MPLS atrav s do simulador de rede Determinar atrav s do simulador de rede quais as configura es a atribuir a uma rede MPLS para esta suportar o servi o Triple Play de uma forma eficiente Determinar atrav s do simulador de rede as capacidades e os limites da ferramenta de Engenharia de Tr fego quando utilizada numa rede Triple Play Determinar atrav s do simulador de rede qual o m todo de recupera o de falhas mais eficiente a utilizar numa rede Triple Play Propor uma solu o de uma arquitectura de rede capaz de suportar o servi o Triple Play de forma eficiente resiliente optimizada e robusta A arquitectura de rede inclui a 13 selec o do meio de transmiss o das tecnologias de transporte d
252. tiradas ao longo deste trabalho Cap tulos 2 3 4 e 5 bem como nas simula es efectuadas no simulador de rede NS 2 33 Cap tulo 5 Baseado nas conclus es tiradas ao longo desta disserta o a solu o da arquitectura da rede n cleo inclui a utiliza o Da fibra ptica em toda rede n cleo Da tecnologia de transporte Ethernet Da implementa o de uma rede MPLS Da ferramenta de Engenharia de Tr fego e Do m todo de recupera o de falhas denominado Golbal Haskin A fibra ptica o meio f sico de transporte que permite reduzir a taxa de perda de pacotes fundamental para o tr fego IPTV e o tr fego VoIP e aumentar a taxa de transfer ncia dos pacotes na rede A tecnologia de transporte Ethernet apresenta a vantagem de fornecer s redes a capacidade de suportar elevados volumes de tr fego 1 Gbps conforme visto no Cap tulo 2 No Cen rio 1 foi conclu do que a utiliza o da tecnologia MPLS na rede contribu a para uma maior efici ncia da rede atrav s do encaminhamento r pido dos pacotes pela rede Foi tamb m conclu do neste cen rio que a rede MPLS configurada com o protocolo de encaminhamento DS e o protocolo de distribui o de etiquetas Control Driven apresentavam resultados que contribu a para a efici ncia da rede Desta forma a solu o da arquitectura final utiliza a tecnologia MPLS juntamente com os protocolos acima referidos A rede que utiliza a tecnologia Ethernet juntamente com a tecnologia
253. tr fego n o corresponde a nenhum tr fego estipulado para o servi o Triple Play porque o objectivo deste cen rio verificar a perda de pacotes e agir de forma a reduzir a perda de pacotes atrav s da ferramenta Engenharia de Tr fego A diferen a de comportamento entre as redes IP MPLS e MPLS TE de acordo com o fluxo demonstrada nestas simula es As linhas de c digo referentes a cada tipo de simula o deste cen rio encontram se no Anexo B Os ficheiros de c digo utilizados no simulador de rede NS 2 33 para cada simula o do Cen rio 2 encontram se nos Anexos C e D Os resultados de cada simula o deste cen rio est o representados e analisados na sec o 5 4 105 5 3 3 Cen rio 3 M todos de Recupera o de Falhas O objectivo deste cen rio mostrar as diferen as entre os v rios m todos de recupera o de falhas nas liga es da rede O factor mais importante a considerar a taxa de perda de pacotes uma vez que os servi os VoIP e IPTV s o intolerantes ao mesmo Posto isto o m todo que apresentar a menor taxa de perda de pacotes ser o m todo adoptado no cen rio final Existem quatro m todos de recupera o de falhas a Recupera o Global Makam a Recupera o Global Haskin a Recupera o Regional e a Recupera o Local A topologia a ser utilizada neste cen rio est ilustrada na Figura 5 12 O n mero de liga es existentes numa rede deve ser ponderada quando considerada a recupera o d
254. um aumento da velocidade de encaminhamento no n cleo da rede MPLS Quando um LSR se localiza na periferia da rede MPLS denomina se LSR de ingresso ou egresso enquanto os situados no n cleo da rede denominam se LSR de n cleo conforme ilustra a Figura 3 6 O LSR de ingresso tem a fun o de inserir a etiqueta e associ la a uma classe de equival ncias FEC Forwarding Equivalence Class e encaminh la num caminho de comuta o de etiquetas LSP Label Switching Path O LSR de egresso respons vel por retirar a etiqueta e entregar o pacote rede n o MPLS O LSR de n cleo tem a fun o de encaminhar os pacotes de acordo com a informa o contida na etiqueta Ao receber o pacote cada LSR de n cleo troca a etiqueta existente por uma sua e envia para o pr ximo LSR O conjunto dos v rios LSR denominado de nuvem MPLS Andrade 2003 Montante Jusante Nuvem M Pedi Egresso R L Ingresso Datagrama LSP Datagrama Figura 3 6 Principais elementos MPLS Andrade 2003 As etiquetas s o de tamanho fixo e s o colocadas nos pacotes durante o seu percurso na rede MPLS As etiquetas s o inseridas pelo LSR de ingresso e s o removidas pelo LSR de egresso Desta maneira a etiqueta n o identificada fora da rede MPLS Para um LSR associar uma etiqueta a um pacote necess rio conhecer quais as etiquetas estipuladas pelos LSR adjacentes Isto deve se ao facto da etiqueta d
255. valos publicit rios Nas sec es seguintes descrita a arquitectura do servi o IPTV as suas caracter sticas as tecnologias utilizadas os requisitos necess rios para manter a qualidade de servi o e por fim as vantagens e limita es do servi o IPTV 22 Arquitectura do Servico IPTV Existem varias formas de implementar uma arquitectura IPTV Apesar de poder haver diferen as entre arquitecturas existem os elementos b sicos que t m de existir em todas as arquitecturas A arquitectura de rede do sistema IPTV composta por 4 elementos o V deo Headend SHE e V deo Hub Office VHO a rede n cleo a rede de agrega o Acesso e a rede do subscritor conforme ilustrado na Figura 2 3 Video Headend SHE Core Edge Access Subscriber Omar Content Encoders Modieware MOD Servers Encryption Emergency da Central Office Access System Local VoD Local Content amp Ad insertion Figura 2 3 Arquitectura de rede do sistema IPTV Tektronix 2007 As componentes de uma rede IPTV s o o processador de video o middleware os servidores de video VoD o sistema de seguran a do conte do CAS DRM os elementos e tecnologias utilizados na rede n cleo os elementos e tecnologias utilizados na rede de agrega o acesso e o STB Set Top Box O processador de v deo respons vel pela compress o dos sinais de v deo nos v rios formatos que t m como alvo o STB do cliente O middleware interliga as compon

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