Redes Iii

Existem diferentes formas de acesso à rede. Conforme se observa na Figura 1, o usuário final pode acessar a rede de telecomunicações a partir da residência (acesso residencial), do escritório (acesso corporativo) ou, de outros lugares, através das redes de acesso sem fio. Cada uma dessas tecnologias de acesso oferece uma QdS (Qualidade de Serviço) diferente entre o usuário e o ISP (Internet Service Provider), causando um impacto na qualidade dos serviços oferecidos na Web. A QdS oferecida por um ISP pode ser especificada através de um contrato entre o ISP e o usuário final, denominado SLA ( Service Level Agreement).

SLA PSTN Residencial

Telefone Comum ISDN (N e B) ADSL VDSL

SLA CATV

Residencial

Rede Pública de Comutação de Dados

Cable Modem

Corporativo SLA Ethernet Fast/Giga ATM FDDI Token

Router

Rede Corporativa

Internet (ATM, TCP/IP/X.25, Frame Relay, DiffServ, IntServ, MPLS, etc...)

SLA

Acesso sem Fio Router

Rede Corporativa

IEEE 802.11 Infravermelho Bluetooth HIPERLAN

SLA PLMN/PSTN

CDMA GSM GPRS EDGE CDMA 2000

ERB Ponto de acesso ao ISP

Figura 1 - Tecnologias de acesso à Internet. (elaborado pelo autor) 1.1 Acesso Residencial

Em relação à Figura 1, o acesso residencial está dividido em duas partes, pois as quatro primeiras tecnologias podem utilizar a fiação de par trançado amplamente

disponível, enquanto que a última utiliza a infra-estrutura das operadoras de TV a cabo. No acesso residencial via telefone comum, ISDN (Integrated Services Digital Network), ADSL ou VDSL (Very High Speed Digital Subscriber Loop), e as demais tecnologias DSL, a taxa de transmissão não é dividida pelo número de usuários ativos, pois o acesso é dedicado. O mesmo não acontece com a rede cable modem, cujo acesso é compartilhado. Isso significa que nas redes compartilhadas, a taxa máxima de transmissão é dividida pelo número de usuários conectados à rede. Como conseqüência, a taxa de transmissão é degradada à medida que novos usuários vão se conectando a rede. Tal fato não acontece nas redes de acesso dedicadas como, por exemplo, no telefone comum, cuja taxa de transmissão permanece a mesma até que a ligação seja encerrada.

1.1.1 Telefone Comum

O telefone comum ou Plain Old Telephone Service (POTS) utiliza um modem que conectado à rede pública de telefonia provê acesso a um ISP, o que permite, por exemplo, acesso à Internet. Esse tipo de acesso tem um tempo longo para estabelecimento de conexão com o ISP (de 30 a 40 s) sendo uma das tecnologias mais pobres com fio disponíveis para acesso à Internet.

Apesar da boa qualidade de voz, da alta confiabilidade (operando com uma especificação de disponibilidade de 99,999%) e da segurança, pois a rede de sinalização é fechada para o mundo externo (o mesmo não pode ser dito nas redes baseadas em pacotes IP), o serviço de telefone comum está dando lugar à modernização, integração de serviços e convergência entre diferentes tecnologias, ou seja, a excelente qualidade da conversação telefônica esta cedendo a outras prioridades e não é mais o único fator a influenciar a modernização das redes. A informação telefônica é essencialmente bilateral e, conseqüentemente, há a necessidade de um canal do assinante A para o assinante B e um do assinante B para o assinante A O caso mais simples seria o de dois fios interligando A e B, através de conexões feitas em centrais de comutação ou telefônicas [6].

Esse tipo de rede de acesso disponibiliza no máximo 64 kbps de taxa de transmissão. Esse número é resultado do processo de codificação chamado Pulse Code Modulation (PCM). Nesse método de codificação são empregadas 8.000 amostras por segundo e 8 bits por amostra, o que resulta em 64 kbps. A informação, isto é, o sinal elétrico, flui nos dois sentidos. Circuitos convenientes existentes nos telefones A e B garantem que os sinais emitidos por um assinante, e que são Poe ele mesmo recebidos, não cheguem a incomodá-lo. Uma chamada telefônica é tipicamente composta por primitivas de serviço. Serviço é um conjunto de primitivas ou operações que uma camada provê à camada imediatamente superior. Exemplo de primitivas de serviço de uma conexão telefônica. Serviço

Ação

CONNECT.request

discar o número telefônico da sua mãe

CONNECT.indication

o telefone da sua mãe toca

CONNECT.response

ela tira o telefone da base

CONNECT.confirm

percebe-se que o tom de tocar parou

DATA.request

você fala com ela

DATA.indication

ela escuta a conversa

DATA.request

ela fala com você

DATA.indication

você escuta a conversa

DISCONNECT.request

você põe o telefone de volta a base

DISCONNECT.indication

ela escuta o tom de fim da ligação e desliga

No exemplo acima é possível identificar 3 fases distintas: estabelecimento da conexão; transmissão dos dados e liberação da conexão Apesar de ser classificado como uma rede do tipo WAN o telefone comum não foi projetado para aplicações multimídia que requerem muito mais taxa de transmissão do que os 64 kbps oferecidos. Além disso, o telefone comum exige o transporte em tempo real necessário à manutenção das conversações. Retardos da ordem de dezenas de ms exigem cancelamento de eco e retardos maiores distraem aqueles que estão tentando conversar. Em

conversação, atrasos maiores que 200 ms incomodam. Os valores tolerados em telefonia são: 40 ms (continentais) e 80 ms (intercontinentais). A variação estatística do retardo (jitter) é controlada, o retardo máximo é baixo, as perdas são poucas e sem correção. O telefone comum usa comutação de circuitos, comportando-se como um tubo, preservando a ordem. As principais características desse tipo de comutação são: Circuito de capacidade fixa (rede de acesso dedicada), tráfego CBR (Constant Bit Rate), só estabelece conexão se houver recursos e uma vez estabelecida a conexão, não há problemas de congestionamento. A tarifação é baseada na distância e tempo de conexão. Esse tipo de comutação é adequado para aplicações envolvendo uma taxa de transmissão fixa e alto índice de utilização, além de prover suporte a aplicações sensíveis a atrasos, como é o caso da voz. Como desvantagens da comutação de circuito é a inadequação para suportar tráfego de rajadas e a complexibilidade de chaveamento de canais com diferentes taxas de transmissão. Em termos de topologia, para que dois assinantes quaisquer pudessem a qualquer instante e com certeza, estabelecer uma ligação entre si seria necessária a existência de uma rede em malha ligando cada assinante a todos os demais; esta solução, para grandes redes, é inaceitável do ponto de vista econômico, uma vez que o número de linhas cresce com o quadrado do número de pontos a interligar. Em seu lugar, adota-se uma rede em estrela, com as linhas convergindo numa central telefônica; o número de linhas necessário, assim, é n(n-1)/2n=(n-1)/2 vezes menor.

1.1.2 ISDN

Outra possibilidade de rede de acesso residencial, que aproveita a fiação de par trançado já existente para o telefone comum, é a RDSI-FE (Rede Digital de Serviços

Integrada – Faixa Estreita) ou N-ISDN (Narrowband-Integrated Services Digital Network), considerada a primeira proposta de melhoria do serviço público para integração de voz e dados. ISDN permite o estabelecimento rápido de conexão com o ISP (de 1 a 3 s), mas o usuário deve estar situado dentro de um raio máximo de 5,5 km da central telefônica. São oferecidos dois serviços: N-ISDN-BRI (Narrowband- Integrated Services Digital Network / Basic Rate Interface), e o N-ISDN-PRI (Narrowband-Integrated Services Digital Network / Primary Rate Interface). i)

BRI: 2 canais B mais um canal D (2B+D). Na BRI, o canal D é um canal de 16 kbps destinado ao transporte de sinalização e de dados de baixa velocidade. O canal B é um canal de 64 kbps destinado ao transporte de voz, vídeo, ou dados;

ii)

PRI: 30 canais B mais um canal D (30B+D) Na PRI, o canal D é um canal de 64 kbps destinado ao transporte de sinalização. Vários canais B podem ser agregados, de forma a se obter um canal de maior taxa de transmissão para aplicações de vídeo de melhor qualidade1.

O cenário mais comum é o uso do serviço ISDN-BRI, que permite a transmissão digital dos dados de um sistema final doméstico, por linhas telefônicas ISDN, para a central da operadora a 2 x 64 kbps de taxa de transmissão. A segunda possibilidade do ISDN é no formato PRI. 1.1.3 ADSL

Outra possibilidade de rede de acesso residencial, que também aproveita os pares trançados categoria 3 da rede de telefonia pública, é a tecnologia de linha digital assimétrica, ADSL. As operadoras de telecomunicações costumam vender esse serviço com nomes mais comerciais, como o Speedy da Telefonica.

1

A composição (30B + D) corresponde ao padrão europeu, que é utilizado no Brasil. O padrão americano é (23B + D).

No Brasil, seu apogeu deu-se a partir de 2006, quando, se tornou a melhor escolha entre as tecnologias xDSL existentes. ADSL pode ser usada em residências, pequenos escritórios e grandes organizações, devido à grande variedade de velocidades suportadas. Sua taxa de transmissão varia em função da distância entre o modem doméstico e o modem da operadora de telecomunicações, da bitola da linha de par trançado e do grau de interferência eletromagnética. Em uma linha de alta qualidade, é possível atingir uma taxa de transmissão máxima de 8 Mbps, se a distância entre a residência do usuário final e o ISP for menor que três mil metros. Entretanto, a taxa de transmissão cai para aproximadamente 2 Mbps, se a distância for de seis mil metros [7].

Na verdade, ADSL é uma tecnologia assimétrica, ou seja, permite diferentes taxas de upload e download. Mais específicamente, o padrão ADSL (ANSI T1.413 e ITU G.992.1) permite taxas de transmissão máxima de 8 Mbps para dowstream e 1 Mbps para upstream. Isto permite acessar a Internet com taxas mais rápidas para downstream e taxas menores para upstream. ADSL é limitado a localidades onde os usuários estejam a uma distância entre 2,7 e 5,5 km da central telefônica, ou seja, não se espera encontrar tal tecnologia fora de centros urbanos. Seu custo, dependendo da configuração escolhida, é bastante elevado.

xDSL ADSL

Taxa de transmissão (downstream/upstream) 9 Mbps (up) 8,5 Mbps (up) 6 Mbps (up) 1 Mbps (up)

RDSL

1 Mbps 1 Mbps 12 Mbps (up) 8,5 Mbps (up)

VDSL

1 Mbps 26Mbps (up)

128 kbps

1 Mbps

2,3 Mbps Comp. do cabo (m)

914,4

1524

3657

5486

Tabela 1: Taxa de transmissão em função do comprimento do cabo

1.1.4 VDSL

A tecnologia VDSL usa modems especiais para aumentar a capacidade digital das linhas de telefone comuns em casa ou no escritório. A velocidade e a qualidade da transferência de dados dependem da qualidade das linhas telefônicas e da distância entre o usuário final e a central telefônica. VDSL também é uma tecnologia assimétrica. Atualmente, a tecnologia VDSL pode fornecer uma taxa de transmissão de até 51,84 Mbps para downstream e 2,3 Mbps para upstream em até 300m. Isso significa que o usuário final tem taxa de transmissão elevada disponível para todas as mídias digitais, incluindo vídeo de alta qualidade, constituindo-se num cenário residencial altamente sofisticado. Na verdade, a família de redes xDSL é muito grande e não se limita ao ADSL e VDSL. Outras tecnologias como HDSL, RADSL, VDSL, IDSL, SDLS e HDSL2 tambem fazem parte da família xDSL

1.1.5 HFC ou Cable Modem

Outra possibilidade de acesso residencial que se observa é a linha híbrida de cabo de fibra óptica e cabo coaxial, HFC (Hybrid Fiber Coaxial), e designada na Figura 1 como cable modem. A rigor, essa tecnologia utiliza a infra-estrutura de TV a cabo para transmissão de dados até 30 Mbps [7].

A tecnologia cable modem, diferentemente das outras tecnologias de acesso residencial, é um meio de transmissão compartilhado. Cada pacote enviado pelo provedor trafega por todos os enlaces até todas as casas. No sentido inverso, faz com que os pacotes enviados simultaneamente por duas casas diferentes colidam e se destruam. Portanto, a taxa efetiva de transmissão depende do número de usuários ativos. Uma possível vantagem da tecnologia ADSL sobre cable modem reside justamente no fato de ADSL ser uma linha dedicada e não compartilhada. Entretanto, uma rede cable modem bem dimensionada provê taxa de transmissão maior que a do ADSL [7]. Opcionalmente, cable modem permite utilizar um Interactive Set-Top-Box, cuja principal função é a de disponibilizar um maior número de canais de TV, sobre a mesma banda passante. O Set-Top-Box cria um canal de retorno que permite ao usuário navegar pela Internet e receber os resultados na tela da TV. Serviços como voz sobre IP, quando bem dimensionados, podem ser implantados com alta qualidade.

1.1.6 PLC (Power Line Communication) Essa arquitetura de rede de acesso, aproveita a malha metálica já disponível da rede elétrica, presente em 95% das residências e indústrias no mundo. Tal fato, possibilita o acesso à rede de telecomunicações em regiões disprovidas de infra-estrutura ou muito distântes de centrais telefônicas. Os dados trafegam pela rede elétrica em frequências muto altas, na faixa de MHz, sem interferir com o fluxo de energia que opera na faixa de Hz, ou seja, da mesma forma que a arquitetura xDSL transmite dados sem afetar os canais de voz da rede de telefone comum, entretanto, diferentemente dos canais telefônicos, os canais PLC podem apresentar agressivas distorções que influenciam consideravelmente o uso eficiente da largura de banda.

Apesar do chip que controla o modem PLC verificar o nível de ruído na linha elétrica e distribuir, automáticamente, o fluxo de dados pelas frequências menos sujeitas a interferências, as linhas de potência, tem se apresentado como um meio inóspitos à comunicação de dados, apresentando atenuação de acordo com a freqüência: divisores de tensão, acoplamento entre fases; ruído impulsivo, proveniente de interruptores, aparelhos domésticos, motores, além do alto custo de desenvolvimento e falta de regulamentação no Brasil. Alguns países já possuem algum tipo de regulamentação sobre utilização de banda de freqüência e radiação eletromagnética proveniente da comunicação PLC.