CARRIER ETHERNET
Paulo Silva, Vande rlando Cruz, Dario QuirozUniversidade Salvador – UNIFACS
Curso de Especialização em Redes de Computadores e Telecomunicações Rua Dr. José Peroba, 251, Edf. Civil Empresarial – STIEP,
41950-275 – Salvador/BA
prpsilva@yahoo.com.br;vanderlando.cruz@vivo.com.br; mail@darioquiroz.com
Abstract. The Ethernet technology has emerged as technology linking computers in a local area network (LAN) due to low cost and simplicity. The search for a higher bandwidth in access networks and the interconnection of corporate networks, coupled with the need for carriers to adapt their networks to the growing volume of data traffic, caught the attention of customers and carriers to create the concept Carrier Ethernet. Throughout this article, we address Carrier Ethernet, its concept, its attributes, its architecture and its services. We will present also the standard technologies that aim at scalability, traffic engineering and reliability to the Ethernet.
Resumo. A tecnologia Ethernet se destacou na interligação entre computadores numa rede local (LAN) por seu baixo custo e simplicidade.A busca por uma maior largura de banda nas redes de acesso e na interconexão de redes empresariais, aliada à necessidade das operadoras de adaptarem suas redes ao crescimento do volume de tráfego de dados, despertaram a atenção de clientes e provedores para a criação do conceito Carrier Ethernet. Neste artigo, trataremos do Carrier Ethernet, seu conceito, seus atributos, sua arquitetura e seus serviços. Apresentaremos, também, as tecnologias padronizadas que visam dar escalabilidade, engenharia de tráfego e confiabilidade ao Ethernet.
1. Introdução
Desenvolvida pela Xerox em 1972, a tecnologia Ethernet surgiu como uma forma para interconexão de computadores em uma rede local (LAN- Local Area Network), na velocidade de 2,94 Mbits/s, utilizando cabo coaxial. O padrão IEEE 802.3 foi publicado em 1983, com velocidade de 10Mbits/s, também utilizando o cabo coaxial (10Base5). A comunicação era half-duplex, utilizando como método de controle de acesso ao me io compartilhado o CSMA/CD.
No final dos anos 90, com o desenvolvimento tecnológico ocorrido neste período, a Ethernet já utilizava, como meio de transmissão, o cabo de par trançado, a rádio frequência (802.11) e a fibra óptica. A velocidade de transmissão chegava a 100Mbit/s, 54Mbit/s e 1Gbit/s, respectivamente.
Com a utilização dos switches, a transmissão passou a ser full-duplex. Como em cada porta do dispositivo só havia uma estação, não existia mais a necessidade do uso do CSMA/CD. A tecnologia das redes virtuais (802.1Q,VLAN), permitia a segregação da rede LAN em vários domínios de broadcast e reforçava a segurança dentro do ambiente empresarial.
Contudo, até então, as características do Ethernet estavam direcionadas a áreas restritas, redes locais [1]. A interligação entre redes locais empresariais e o acesso à Internet, já popularizada nesta época, era feito por meio de outras tecnologias de rede,como o Frame Relay e o ATM, através de velocidades que variavam de 54kbit/s, em linha discada (acesso à Internet residencial), a 2Mbit/s, em interconexão de redes locais empresariais.
Novas aplicações da Internet (imagens e vídeo) passaram a demandar uma maior velocidade de acesso para os clientes residenciais. A alta velocidade das redes locais, já ressaltava, também, uma necessidade de maior largura de banda na interconexão entre as redes locais empresariais.
Do ponto de vista das operadoras de telecomunicações, já se observava, em seus
backbones, uma forte tendência de crescimento do volume do tráfego de dados, em
comparação ao tráfego de voz, associada a uma crescente demanda por largura de banda [1]. Uma necessidade de mudança na tecnologia empregada, da atual multiplexação determinística para uma multiplexação estatística, característica das redes de pacotes, era evidente.
Na busca de uma nova tecnologia para suprir esta necessidade do mercado de telecomunicações, seja pelo ponto de vista dos clientes, seja pelo ponto de vista das operadoras de telecomunicações, o Ethernet apresentava as seguintes vantagens:
a) Uma tecnologia madura, padronizada e largamente utilizada nas redes empresariais e residenciais;
b) Simplicidade e baixo custo de implementação.
Esforços neste sentido foram iniciados em 2001. Grupos de empresas e fabricantes de equipamentos de rede criaram o Ethernet in The First Mile Alliance (EFMA), com o objetivo de promover a utilização da tecnologia Ethernet como rede de acesso [2], e o
Fórum Metro Ethernet (MEF), com o propósito da utilização do Ethernet em redes
metropolitanas, MEN (Metro Ethernet Networks).
Em seguida, organizações como ITU-T, IEEE e IETF se uniram neste esforço, desenvolvendo novos padrões tecnológicos, os quais tornariam possíveis as mudanças necessárias para adaptação da Ethernet aos requisitos existentes nas redes metropolitanas (MAN) e de longo alcance (WAN).
Neste artigo, na Seção 2,conceituaremos o Carrier Ethernet, sob o ponto de vista do Fórum Metro Ethernet; na Seção 3, trataremos das conexões virtuais Ethernet (EVC) e serviços; na Seção 4, das tecnologias que dão escalabilidade ao Ethernet; na Seção 5, da engenharia de tráfego; e, na Seção 6, da proteção. Em seguida, apresentamos nossa conclusão na Seção 8.
2. O Que é Carrier Ethernet
Basicamente, o Carrier Ethernet é a Ethernet da operadora (em inglês, Carrier). É a operadora entregando ao cliente uma interface Ethernet, ao invés de uma interface TDM, Frame Relay ou ATM. Envolve rede de acesso, rede metropolitana (MAN) e o
backbone da operadora (WAN). É o uso da tecnologia Ethernet fim-a- fim, utilizando a
comutação na camada 2, numa rede de abrangência global [8].
O conceito Carrier Ethernet surgiu como uma rede utilizada para interligar redes locais (LANs) corporativas, numa abrangência metropolitana e, portanto como Metro
Ethernet. Organizações como o EFMA e o MEF promoveram este conceito e o sucesso
do Metro Ethernet atraiu a atenção das operadoras para a possibilidade do uso da tecnologia em suas redes, ampliando-o para o Carrier Ethernet.
Para as operadoras, o uso do Ethernet em suas redes traz as seguintes vantagens: a) Redução do custo operacional e de planejamento da rede, o qual é
significativamente menor que para redes comutadas tradicionais;
b) Equipamentos de menor custo, com múltiplos fornecedores, baixo custo de instalação, manutenção e expansão. A economia de escala, oriunda da base de equipamentos Ethernet instalada, leva à redução do custo dos insumos, assim como à redução dos custos de desenvolvimento.
c) Melhor granularidade e facilidade de aumento de banda, em comparação às redes de circuito comutado (E1/T1, E3/T3, SDH/SONET), permitindo, por exemplo, o aumento da banda do assinante de 1Mbps a 10Gbps, ou mais, em passos de 1Mbps; d) Transmissão baseada em pacotes, o que permite um uso otimizado dos recursos da
rede, quando comparado com a transmissão baseada em circuitos;
e) Permite a interconexão direta com as redes LAN, sem a necessidade de protocolos de adaptação, uma vez que praticamente a totalidade das redes LAN é baseada em Ethernet;
f) Vantagens de custo e simplicidade de OAM, sem redundância de cabeçalhos do PDH/SDH, sem segmentação e remontagem de quadros intermediários. Não há mudança na estrutura dos dados, que permanecem na sua forma nativa.
g) Oficialmente, o MEF define o Carrier Ethernet sob duas perspectivas [2]:
1 Sob a perspectiva dos provedores de serviço, o Carrier Ethernet é um conjunto de elementos de rede, certificados e conectados para transportar serviços de valor agregado, padronizados e oferecidos aos usuários finais;
2 Sob a perspectiva dos usuários finais, o Carrier Ethernet é uma rede de transporte única e padronizada, com classes de serviços, definida por cinco atributos que a distingue das LANs tradicionais, baseadas em Ethernet.
2.1 Atributos do Carrier Ethernet
O Fórum definiu cinco atributos, que representam a expectativa do cliente com relação a uma rede Carrier Ethernet, quais sejam [2]:
a) Qualidade de Serviço – QoS: garantir um desempenho determinístico do tráfego com qualidade similar ao das redes comutadas tradicionais; oferecer vários níveis de qualidade de serviço (SLAs – Service Level Agreements) que permitam fornecer desempenho fim-a-fim capaz de suprir todos os requisitos para o transporte de voz, dados e vídeo, tanto para empresas quanto para clientes residenciais.
b) Confiabilidade: ter a capacidade de detectar e se recuperar de falhas, com tempo de recuperação inferior a 50ms, sem causar impacto para os usuários. Adicionalmente, permitir uma proteção de caminho fim-a- fim.
c) Escalabilidade: ser capaz de suportar mais de 100.000 clientes, servindo com isso áreas metropolitanas e regionais; possuir escalabilidade de banda a partir de 1Mbps até 10Gbps, ou mais, em incrementos com baixa granularidade.
d) Gerenciame nto de Serviço: ser possível monitorar, diagnosticar e centralizar a gerência da rede, usando padrões que não sejam dependentes de um fornecedor; permitir a configuração rápida e fácil da rede no oferecimento de novos serviços. e) Serviços Padronizados: oferecer serviço global via equipamentos padronizados;
não necessitar de modificações nos equipamentos LAN dos usuários, ou da rede, permitindo conectividade com as redes existentes, como por exemplo, a rede TDM.
2.2 Arquitetura Carrier Ethernet
O Fórum Metro Ethernet utiliza um modelo genérico, conforme pode ser observado na figura 1, para descrever os componentes internos e externos de uma rede Carrier
Ethernet.Esta estrutura descreve as interações entre a rede Carrier Ethernet através de
a) Equipamento do Usuário (CE –Customer Equipment) – É o equipamento do cliente que, por sua vez, pode ser formado por Roteadores ou Switches;
b) Inte rface Rede a Rede Ethe rnet (ENNI – Ethernet Network-to-Network Interface) – Demarca a troca de tráfego entre Provedores de Serviços (NNI) e entre serviços providos em redes internas (I-NNI);
c) Inte rface Usuário-Rede (UNI –User-to-Network Interface) – É uma interface
física fornecida pelo provedor e que demarca a divisão entre o prestador do serviço e o cliente final. Em redes Carrier Ethernet, a UNI pode operar, no momento, nas taxas de 10 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps e 10 Gbps. Esta interface, no lado do cliente, é chamada de UNI-C (User Network Interface Client) e, do lado do provedor, é chamada de UNI-N (User Network Interface Network).
Figur a 1 - Ar quite tur a Carrier Ethernet
3. Conexões Virtuais e Serviços Carrier Ethernet
A Conexão Virtual Ethernet (EVC –Ethernet Virtual Connection) é a associação entre dois ou mais clientes em uma rede Carrier Ethernet, com o intuito de estabelecer um tráfego de dados entre eles. Fornece segurança à conexão, pois não permitem que nenhum equipamento terminal, que não esteja associado à EVC, participe da comunicação. Os EVCs podem ser comparados ao conceito dos PVCs, no ATM.
Os EVCs podem ser do tipo Ponto, Multiponto-a-Multiponto ou Ponto-a-Multiponto (Rooted Ponto-a-Multiponto), este definido após a mudança do conceito de Metro Ethernet para Carrier Ethernet. São implementados através de S-VLANs, um conceito que será abordado na subseção 4.3.
De acordo com o Metro Ethernet Fórum [3], (organização sem fins lucrativos, destinada e dedicada a promover e acelerar a adoção de redes e serviços Ethernet), uma rede Carrier Ethernet pode oferecer três tipos padrão de serviços, sendo eles: E-Line (EVC a-ponto), E-LAN (EVC multi multiponto) e E-Tree (EVC ponto-multiponto), conforme pode ser observado na tabela 1 abaixo. Cada tipo de serviço pode ser oferecido de duas formas, de acordo com a utilização ou não da multiplexação na UNI. No serviço Port-Based existe um único EVC por UNI - não há multiplexação. No serviço VLAN-Based um EVC é associado a uma VLAN, de maneira que em uma UNI podem ser oferecidos mais de um EVC.
Tabela 1 - Ser viç os Carrier Etherne t [3]
A seguir, passamos a descrever cada um destes serviços [2][3].
3.1 E-Line (Ponto-a-Ponto)
São serviços ou conexões ponto-a-ponto, utilizados para prover circuitos privados virtuais, conectando duas UNIs .O Serviço E-Line pode ser oferecido como EPL (Ethernet Private Line) ou EVPL (Ethernet Virtual Private Line), descritos a seguir.
3.1.1 Ethernet Private Line (EPL)
Utiliza UNIs dedicadas, um único EVC por UNI. Empregado em substituição das linhas privadas TDM. A figura 2 representa este tipo de serviço.
Figur a 2 - Ser viços EPL
3.1.2 Ethernet Virtual Private Line (EVPL)
Neste caso, a UNI é multiplexada, sendo possível o estabelecimento de mais de um EVC. Utilizada em substituição aos serviços Frame Relay e ATM, permite o oferecimento de mais de um tipo de serviço por UNI. EVPL está representado na figura 3 em apenas uma das UNIs.
Figur a 3 - Ser viço EVPL
3.2 E-LAN (Multiponto-a-Multiponto)
Possibilita conexões de diferentes pontos, através de uma rede virtual privada e transparente aos serviços LAN, ou seja, com total interoperabilidade. Possui duas
possibilidades de utilização: EP-LAN (Ethernet Private LAN) e EVP-LAN (Ethernet
Virtual Private LAN), descritos a seguir.
3.2.1 Ethernet Private LAN (EP-LAN)
Possibilita que múltiplos sites estejam interconectados em altíssimas velocidades. Emula a mesma rede local (LAN) para todos os sites, com equivalente desempenho e acesso a diferentes recursos, tais como: servidores e storages. A figura 4 representa este serviço.
Figur a 4 - Ser viço EP -LAN
3.2.2 Ethernet Virtual Private LAN (EVP-LAN)
Por empregar o recurso de multiplexação, a UNI pode ser utilizada para conexão com outras UNIs, utilizando o serviço E-LAN e, ao mesmo tempo, efetuar uma outra conexão, com uma UNI de uma rede diferente, através de outro tipo de serviço, como, por exemplo, o E-Line. Dessa forma, o usuário pode acessar a Rede Local como também acessar diferentes Plataformas de serviços de valor agregado como, por exemplo, Streaming de Vídeo.
3.3 E-Tree (Ponto-a-Multiponto)
Utilizado para tecnologias que requerem este tipo de conexão, como vídeo sob demanda (e- learning, por exemplo). Este serviço provê tráfego de dados separado por “folhas” (Leaf) ou ramos de UNIs, conforme representado na figura 5. O tráfego originado de qualquer Leaf é mandado e recebido para a raiz (Root), porém nunca encaminhado para outra Leaf. Destinado a multi- host e onde os tráfegos dos usuários
devem ser mantidos invisíveis para outros usuários, foi previsto como facilitador para
backhaul móveis e infraestrutura de triple-play (interconexões entre backbone de
operadoras) e não para usuário final. Também pode ser oferecido de duas formas: EP-Tree (Ethernet Private EP-Tree) e EVP-EP-Tree (Ethernet Virtual Private EP-Tree).
3.3.1 Ethernet Private Tree (EP-Tree)
Não utiliza o recurso da multiplexação – um EVC por UNI.
Figur a 5 - Ser viço EP -Tree
3.3.2 Ethernet Virtual Private Tree (EVP-Tree)
Um serviço E-Tree que possibilita, em uma mesma UNI, o uso de outros serviços, como EVPL e EVP-LAN, por permitir o recurso de multiplexação.
4. Escalabilidade
Para que o padrão Ethernet possa ser empregado em redes Metropolitanas e de longa distância (WAN), se faz necessário suportar o crescimento da demanda característica destas redes, seja em termos de largura de banda, seja pela quantidade de usuários e serviços [4]. Neste tópico, analisaremos as tecnologias que têm o propósito de dotar a Ethernet da escalabilidade necessária para o emprego como Carrier Ethernet.
4.1 Alcance e Velocidade
O padrão Ethernet, originalmente definido para áreas pequenas, até o final dos anos 90, definia velocidade de 100Mbit/s e um alcance máximo de 100 metros, utilizando cabo metálico e 1Gbit/s e um alcance máximo da 2km, utilizando fibra óptica. Para ser viável a utilização do Ethernet nas redes de transporte de alta velocidade e longa distância das operadoras, melhorias no padrão das interfaces foram necessárias, a fim de adicionar maior alcance e largura de banda.
Em 2002, o padrão IEEE 802.3ae possibilitou a transmissão em até 10Gbit/s e distância de até 40km, em redes SDH e OTN. Este padrão utilizou o mesmo protocolo e o mesmo quadro Ethernet, permitindo apenas a conexão full-duplex [7].
Em Junho de 2010, como resultado dos estudos do HSSG (Higher Speed Study
Group), foi aprovado o padrão IEEE 802.3ba, que torna possível a transmissão na
velocidade de 40Gbit/s, distância até 10km, e transmissão na velocidade de 100Gbit/s em distâncias de até 40km, utilizando WDM, com fibra monomodo de 1,3µm . Os detalhes da distancia, tipo de fibra, velocidade e padrão Ethernet podem ser observados na Tabela 2 abaixo.
Tabela 2 – Padrões de interface 802.3 ba – Distâncias de 10 e 40km
Distância Fibra 40G Ethe rnet 100G Ethe rnet
10km SMF 40GBASE- LR4 4X 10.3125Gbit/s 1,3µm CWDM(espaçamento 20-nm) 100GBASE- LR4 4X25.78125Gbit/s 1,3µm LAN-WDM(espaçamento 5-nm) 40km SMF --- 100GBASE- ER4 4X25.78125Gbit/s 1,3µm LAN-WDM(espaçamento 5-nm)
4.2 Usuários e Serviços
Para prover escalabilidade em termos de usuários e serviços, foram aprovados dois padrões IEEE: Provider Bridge (PB) e Provider Backbone Bridge (PBB) [1][9][10].
O Provider Bridge (802.1ad - PB, Q-in-Q), introduz o conceito de tunelamento de VLAN, pela adição de mais um campo de Tag no quadro Ethernet, conforme pode ser observado na figura 7 abaixo. Este Tag permite que o provedor crie suas próprias VLANs, independentes das VLANs dos clientes (C-VLAN). Estas VLANs do provedor, denominadas VLANs de Serviço, ou S-VLANs, possibilitam o isolamento do tráfego dos diversos usuários existentes na rede.
Figur a 7: Exe mpl o de tunelame nto: VLAN 34 dentro da VLAN 2
O PB possibilita a criação de até 4096 S-VLANs, que podem ser utilizadas, pelo provedor, para identificação de clientes/serviços na rede. Este número limita o PB para utilização em redes metropolitanas.
O MinM (802.1ah –Provider Backbone Bridging, MAC-in-MAC), aprovado em 2008, foi criado para resolver este problema. No MinM, os pacotes da S-VLAN são encapsulados por um novo cabeçalho, o qual contém um novo MAC (B-MAC –
Backbone MAC). Desta maneira, os switches intermediários na rede Carrier Ethernet
não precisam mais aprender todos os MACs de uma determinada S-VLAN, mas apenas os MACs (B-MACs) pertencentes à rede do provedor de serviços. Os pacotes oriundos de uma S-VLAN são acrescidos deste cabeçalho ao entrarem no backbone e, na outra ponta, quando deixam o backbone, o cabeçalho é removido.
O cabeçalho da rede PBB é composto pelos campos B-MAC (B-SA e B-DA), uma marcação de VLAN do backbone (B-Tag) e uma marcação de serviço estendida (I-Tag), conforme ilustrado na Figura 8.
Figur a 8: For mato do quadro 802.1ah [11]
A seguir descrevemos a função de cada um destes campos:
a) B-SA – identifica o MAC da porta pela qual o quadro teve acesso à rede PBB; b) B-DA – identifica o MAC da porta de destino, através da qual o quadro sairá da
rede PBB;
c) B-TAG –marcação do backbone, que carrega o VLAN-ID (B-VID) do backbone, de 12 bits, 4 bits do PCP/DE e 2 bytes para o tipo de quadro (B-Tag TPID). Os campos PCP e DEI são extraídos do quadro do cliente (PB) e utilizados no encaminhamento dentro da rede PBB, dando suporte ao emprego da QoS. A marcação B-Tag pode ser suprimida;
d) I-TAG – marcação de serviço estendido, com 3 bits para prioridade (PCP), 1 bit para elegibilidade de descarte (DEI), 4 bits (RES) reservados para uso futuro, 24 bits (I-SID) para identificar o usuário/serviço (EVC). O campo I-SID com 24 bits permite a identificação de até 16M diferente instâncias (EVCs), resolvendo o problema de escalabilidade.
As principais vantagens do MinM são:
a) Segurança: devido a haver uma clara fronteira entre os serviços do cliente e do provedor de serviços, não existe a necessidade do conhecimento do esquema de endereçamento de ambas as partes. O provedor somente comuta pacotes com endereçamento administrado pelo provedor, aumentando a segurança da rede, serviços e aplicações;
b) Ope ração: simplificada: o provedor de serviços pode planejar sua rede sem se preocupar com conflitos de VLAN-IDs ou endereços MAC de seus clientes;
c) Menor custo: os switches intermediários da rede do provedor de serviços apenas precisam aprender os endereços B-MAC dos switches da rede do provedor, e não mais os MACs de todos os clientes, implicando em menos memória e processamento dos equipamentos, levando a uma redução de custo;
d) Escalabilidade: resolve o problema de escalabilidade, provendo até 16M de usuários/serviços.
A figura 9 apresenta uma rede Carrier Ethernet, onde as redes PB são utilizadas como redes de acesso e a rede PBB utilizada como backbone. Pode-se observar, também, a modificação ocorrida no quadro Ethernet ao trafegar pela rede.
5. Engenharia de Tráfego e Gerenciamento de Serviço
Uma das principais prioridades, ao se falar em redes de categoria Carrier, é justamente a Engenharia de Tráfego e o Gerenciamento dos Serviços. Nesta seção, analisaremos o conceito PBB-TE, que adiciona a facilidade de Engenharia de Tráfego a uma rede PBB, além do padrão IEEE 802.1ag e das recomendações ITU- T Y.1730 e Y.1731, que adicionam as funcionalidades de OAM, tornando possível o Gerenciamento de Falhas e o Monitoramento de Desempenho numa rede Carrier
Ethernet [11].
5.1 Provider Backbone Bridge-Traffic Engineering
O conceito de Provider Backbone Bridge – Traffic Engineering (PBB-TE- 802.1Qay aprovado em Junho de 2009), de forma similar ao PBB, está surgindo para atender as limitações de escalabilidade e confiabilidade. O PBB-TE pode ser usado no lugar do PBB ou ainda rodar em paralelo a este, na rede. Em ambos os casos, o PBB-TE elimina a necessidade dos switches do backbone fazerem aprendizado e inundação. Ao invés disso, o PBB-TE propicia túneis ponto-a-ponto entre localidades distribuídas [12].
Atualmente, os switches Ethernet encaminham pacotes baseados em uma tabela de encaminhamento de 60 bits que inclui a marcação de VLAN (VID - 12 bits) e o endereço MAC (48 bits). Quando um endereço de destino não é conhecido, o switch faz um broadcast (inundação) para todas as portas contidas no domínio de broadcast (VLAN) e, ao vir a resposta por uma determinada porta, o switch associa este MAC destino a essa porta e registra a informação em sua tabela de encaminhamento (aprendizado). A partir de então, todo o tráfego para aquele VID/MAC é encaminhado por aquela porta do switch.
O princípio do PBB-TE é justamente desabilitar as funcionalidades do Ethernet relacionadas ao broadcast, quando um dado destino não é conhecido. No conceito do PBB-TE, o VID não é mais usado como um domínio de broadcast, mas, em conjunto com o endereço MAC, é usado para indicar um caminho único dentro da rede do operador de serviços [12]. Isto resulta em um caminho pré-determinado dentro da rede e com características totalmente previsíveis. No restante, os switches irão continuar
funcionando como antes, ou seja, encaminhando dados para um destino, baseado em uma tabela de encaminhamento. No PBB-TE, a alocação da faixa de endereços VID/MAC na tabela de encaminhamento é feita via gerência ou plano de controle, ao invés do tradicional inundação e aprendizado.
O formato do cabeçalho Ethernet é o mesmo do PBB, sendo a diferença apenas na interpretação lógica de encaminhamento que o switch deve fazer. As vantagens do PBB-TE são as mesmas do PBB, com as seguintes diferenças:
a) No PBB-TE, os switches de borda do provedor de serviços não precisam aprender os endereços MAC dos clientes, permitindo assim, uma ainda maior redução de custo dos equipamentos;
b) A rede do provedor torna-se mais robusta por se tornar isolada de tempestades de broadcast e possíveis loops criados pela rede do cliente;
c) Não propicia o serviço de E-LAN, uma vez que o PBB-TE é ponto-a-ponto. Porém, este serviço pode ser feito nas instalações do cliente, com este fazendo a separação do tráfego para cada localidade remota em distintas VLANs. Assim, t úneis PBT ponto-a-ponto podem ser criados para interconexão a cada uma destas localidades; d) Mecanismo de proteção simplificado e mais rápido.
5.2 OAM (Operation, Administration and Maintenance)
A funcionalidade OAM em redes TDM, nos dias de hoje, está muito bem definida para que as operadoras possam oferecer um serviço Carrier [13]. Através desta funcionalidade é possível efetuar o gerenciamento remoto da rede.
O Ethernet clássico, em um ambiente LAN, não possui esta funcionalidade. Para adição da mesma ao conceito Carrier Ethernet, padronizações foram desenvolvidas tanto no ITU-T como no IEEE. No ITU-T as recomendações Y.1730 (OAM
Requirements) e Y.1731 (OAM Mechanisms) foram aprovadas em 2004 e 2006,
respectivamente. Recomendações para equipamentos Ethernet que possuem a funcionalidade OAM, foram aprovadas em 2010 – ITU-T G.8021/Y.1341. No IEEE o
padrão 802.1ag (Conectivity Fault Management), aprovado em 2007, provê Gerenciamento de Falhas.
OAM em redes Carrier Ethernet é composta, basicamente, por duas áreas principais: Ge renciamento de Falha e Monitoramento de Desempenho. O Gerenciamento de Falha, como nas redes TDM, permite que os operadores da rede sejam notificados da ocorrência de uma falha e fornece ferramentas para que a mesma seja tratada. Já o Monitoramento de Desempenho é uma nova funcionalidade, necessária para permitir acompanhar a qualidade do serviço oferecida por uma rede de pacotes.
Na tabela 3, estão descritas as funções OAM definidas nestes padrões, assim como seu tipo, uma breve descrição e a qual recomendação pertencem.
Tabela 3 Funções de OAM do Ethernet
Nome da função Tipo
monitoramento Subtipo Descrição Notas
Continuity Check (CC) Falha Detecção de falha Verificação continua de conectividade entre endpoints. Mensagens enviadas a intervalos regulares. O não recebimento da mensagem acusa falha. Especifica-das pelasIEEE 802.1ag e ITU-T Y.1731 Loopback (LB) Verificação de falha Verificação de conectividade sobre demanda com mensagens de loopback.
Link trace (LT) Isolamento de
falha
Verificação da rota que os quadros estão utilizando,
igual ao traceroute.
Alarm indication
signal (AIS) Notificação
Indicação de defeitos para os
endpoints. Especifica-das somente pela ITU-T Y.1731 Maintenance communication channel (MCC) Canal de comunicação de manutenção para a operadora Experimental OAM (EXP) Funções experimentais do OAM Vendor specific OAM (VSP)
Funções OAM específicas do fabricante
Loss measurement
(LM) Desempenho
Perdas Medição da taxa de perda de quadros
Delay measurement
(DM)
Atraso Medição de atraso na transmissão do quadro Jitter measurement Jitter Medição da variação do atraso 6. Confiabilidade
Confiabilidade é um fator de grande importância e que deve ser adicionada a Ethernet como proposta de utilização para o Carrier Ethernet. Os modelos de proteção propostos têm como base as tecnologias atualmente em uso (SONET/SDH e ATM) e que oferecem tempo de recuperação inferior a 50ms. Neste tópico, analisaremos diferentes modelos de proteção e sua importância para as redes Carrier Ethernet.
6.1 Proteção Linear
A recomendação G.8031 do ITU-T, aprovada em 2006, especifica um modelo de proteção linear. Este mecanismo se baseia na utilização de uma linha de proteção alternativa, associada a uma linha de trabalho. No caso de falha na linha de trabalho, a transmissão é comutada para a linha de proteção.
Numa rede PBB-TE, o operador da rede correlaciona um VID (ex., VID-35) com um caminho de trabalho na rede e outro VID (ex., VID 36) com um caminho de proteção. Assim, com o caminho principal ativo, os pacotes do cliente que chegam ao switch de borda são encapsulados em um B-MAC_cliente com VID_35. Ao ocorrer uma falha no caminho principal, o switch de borda simplesmente passa a encapsular os pacotes com o B-MAC_cliente e com o VID_36, com os pacotes simplesmente passando a ser encaminhados pelo caminho de proteção[1].
A figura 10 representa a arquitetura de uma proteção 1:1 bidirecional. Considerando a conexão West/East (em preto), o circuito superior representa o caminho de trabalho (VID-35, do exemplo acima) e o circuito inferior o caminho de proteção (VID-36, do exemplo acima).
Figur a 10- G8031 Ar quitetura de Pr oteç ão 1:1 [13]
6.2 Proteção em Anel
Além da recomendação anterior, foi aprovada, em 2010[15], a recomendação G.8032/Y.1344, do ITU-T, ERP (Ethernet Ring Protection), que oferece suporte para proteção em uma rede de anéis interconectados, com tempo de comutação inferior a 50ms [16].
Numa rede de switches, interligados em anel, como representado na figura 11, um dos links é denominado Link de Proteção do Anel (RPL – Ring Protection Link). Um dos switches, conectados a este link (nó A), é denominado dono do RPL (RPL owner). Para evitar o efeito de loop, este switch mantém a porta, à qual o RPL está conectado, bloqueada, durante o estado normal (Idle) do anel.
A monitoração de cada link do anel é feita pelo envio de mensagens CC (Continuity Check), trocadas pelos nós por ele interligados. Em caso de falha, a ausência da recepção desta mensagem faz com que os nós adjacentes ao link defeituoso (NAFs), nós D e E, utilizem o protocolo R-APS (Ring Automatic Protection Switching), para anunciar a ocorrência da mesma.
Na ocorrência desta, os nós adjacentes (NAFs) bloqueiam a porta à qual o link está conectado e enviam a mensagem de falha de sinal (SF – Signal Failure) para o anel, através da VLAN de controle (APS Channel).
A presença da mensagem SF no anel faz com que o switch que controla o link de proteção (RPL owner) desbloqueie a porta à qual ele está conectado, liberando o tráfego
de dados. Para reconhecer a nova topologia, todos os switches atualizam a sua tabela, através do procedimento de RDB Flushing. O anel entra no estado de Proteção.
Com a normalização do estado de falha do link, detectada pela recepção das mensagens CC pelos nós adjacentes (NAFs), estes nós passam a enviar mensagens NR para o anel. O nó de controle do link de proteção (RPL owner), ao receber mensagens NR, aguarda um tempo, denominado WTR (Wait-to-Restore) e, então, bloqueia a porta do link de proteção e envia mensagens NR, RB para o anel. Os demais nós da rede, ao receber esta mensagem, desbloqueiam a porta do link com falha (no caso dos NAFs) e atualizam sua tabela (executam o FDB Flush). O anel volta então ao estado normal (Idle).
Figur a 11 - Re de Ether net e m Anel
Em 2009, a recomendação G.8032, adicionou o suporte a anéis interconectados, com o uso de canal virtual R-APS. A figura 12 apresenta os componentes desta arquitetura. Constituída por um anel principal (Major Ring) e um secundário
(Sub-Ring), que compartilham dois nós, denominados nós de interconexão (Interconection Nodes) e o link de proteção. Estes nós e o link de proteção ficam sobre o controle do
anel principal. Está demonstrado, também, o canal de proteção do anel principal (em negrito), e o canal de controle do anel secundário, incluindo o canal virtual, que circula pelo anel principal (em pontilhado).
Figur a 12 - Re des e m Anel Interc onectadas
Em 2010, com a segunda versão (G.8032v2), foram adicionadas a esta tecnologia as funcionalidades de suporte para anéis conectados com ou sem canais virtuais R-APS; o suporte para comandos administrativos de comutação forçada (FS) e comutação manual (MS); o suporte para múltiplas instâncias de proteção em anel; a habilidade de bloqueio de RPL em ambas as pontas do link; e, o comportamento reversivo e não-reversivo após a recuperação.
7. Conclusão
Sem duvidas, a tecnologia Ethernet é uma das mais simples e baratas que conhecemos. Pelo fato de trabalhar na camada 2 é muito mais rápida e eficiente. Por isso foi a escolhida para uso em redes LAN.
O aumento do volume de tráfego de dados nas redes das concessionárias de telecomunicações, a necessidade da melhoria da qualidade das redes de acesso e a predominância do Ethernet nas redes LAN motivaram concessionárias, fabricantes de equipamentos e clientes a se reunirem na busca da implantação desta como a tecnologia
para a comunicação em escala global. Para isso está sendo desenvolvida a padronização do Carrier Ethernet.
Do início deste processo até os dias de hoje, várias modificações foram definidas no padrão original Ethernet, em busca de capacitá- lo para este novo desafio. Uma boa parte deste caminho já foi percorrido, possibilitando a sua implementação por alguns provedores.
Contudo, ainda existem funcionalidades a serem adicionadas e padronizações a ser concluídas, o que torna o Carrier Ethernet uma tecnologia ainda em desenvolvimento e representa a existência de um caminho a ser percorrido até a sua plena capacitação como substituto das atuais tecnologias de rede de transporte.
Estamos convencidos que, em um curto prazo, a comunicação mundial vai ser toda baseada em Ethernet.
Referências
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