Tutorial Metro Ethernet

SISTEMAS DE TRANSMISSÃO DIGITAL REDES Metro Ethernet

OUTUBRO DE 2007

Metro Ethernet

1. Introdução Não é nenhum exagero afirmar que o cenário da comunicação corporativa por computador se divide em antes e depois do Ethernet. Essa tecnologia, desenvolvida no início dos anos de 1970 e padronizada com poucas modificações pelo IEEE (Institute of Eletrical and Eletronic Engineers), experimentou um grande sucesso de adoção e contribuiu de forma efetiva para o impulso e popularização das redes locais de computadores. Por muitos anos, o padrão Ethernet tem sido o protocolo dominante em redes LAN. Isto é motivado pela simplicidade, facilidade de operação, alto grau de integração e padronização do protocolo Ethernet, o que torna esta tecnologia extremamente atrativa em termos de custo. Por outro lado, o mesmo não acontece com as redes MAN e WAN, com as operadoras oferecendo serviços baseados em ATM, Frame Relay e linhas privativas, todos significantemente mais complicados e com custo mais elevado. Atualmente, os mais importantes serviços demandados pela área corporativa e que mais tem crescido são a interconexão das redes LAN geograficamente distribuídas e a conectividade com a internet. Em paralelo a estes serviços e à crescente exigência do mercado por baixos custos, as operadoras de serviços se deparam com a necessidade de re-adequar suas redes metropolitanas, sendo as redes Metro Ethernet uma escolha de destaque tanto pelo aspecto técnico quanto pelo econômico.

Figura 1 - Rede Metro Ethernet

Uma Rede Metro Ethernet (MEN – Metropolitan Ethernet Network) é definida basicamente como uma rede que interconecta LANs corporativas geograficamente separadas, interconectando-se ainda a uma rede WAN ou backbone operados pelo provedor de serviços, conforme ilustrado na Figura 1. 2/21

2. Arquitetura O Metro Ethernet Fórum utiliza um modelo genérico para descrever os componentes internos e externos de uma rede Metro Ethernet. Esta estrutura descreve as interações entre a rede Metro Ethernet através de interfaces bem definidas e seus pontos de referência. O modelo básico de referência de uma rede Metro Ethernet é mostrado na Figura 2.

Figura 2 - Modelo básico de referência

A interface que interliga a rede de um cliente à rede de um provedor de serviços é denominada de UNI (User Network Interface). Do lado do cliente é chamada de UNI-C (User Network Interface Client) e do lado do provedor de serviços é denominada de UNI-N (User Network Interface Network). O fluxo Ethernet (Ethernet flow) mostrado representa o tráfego de dados fim-a-fim entre dois equipamentos terminais, os quais originam e terminam os quadros Ethernet. Uma conexão Ethernet virtual (EVC – Ethernet Virtual Connection) é um dos conceitos mais importantes em redes Metro Ethernet. Uma EVC pode ser considerada como uma instância da associação de duas ou mais UNIs, com o objetivo de transportar um fluxo de dados entre dois ou mais clientes, através de uma rede Metro Ethernet. Os EVCs ajudam a visualizar o conceito de conexões e podem ser comparados ao conceito dos PVCs, no ATM. Existem dois tipos de EVCs definidos pelo MEF; o ponto-a-ponto (E-LINE) e o multipontomultiponto (E-LAN), conforme ilustrado na Figura 3.

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Figura 3 - Arquitetura Metro Ethernet ponto-a-ponto e multiponto-multiponto

3.

Serviços Ethernet

Os três principais fatores que motivam os provedores de serviços e os clientes a optarem por serviços Ethernet são os seguintes: 

Facilidade de uso: os serviços Ethernet são fornecidos através de uma interface padrão altamente conhecida e entendida, simplificando com isso a interconexão, operação, administração e gerenciamento da rede.



Baixo custo: a alta disponibilidade e produção em alta escala dos equipamentos, com conseqüente redução de custos. Clientes não necessitam trocar equipamentos para se conectar a rede. Muitos serviços Ethernet permitem o cliente adicionar banda em passos de 1Mbps fazendo com que o mesmo pague somente o que usa.



Flexibilidade: com os serviços Ethernet gerenciados, o cliente está apto a modificar a banda em minutos ou horas, ao invés de dias ou semanas, como quando usando outras redes. A necessidade de visita de suporte técnico do provedor de serviços fica reduzida. Múltiplos serviços em uma única interface de serviços Ethernet permitem que pequenos clientes passem a usufruir de maior flexibilidade de interconexão de suas redes com clientes e fornecedores.

O modelo básico para o fornecimento dos serviços Ethernet é mostrado na Figura 4. O serviço Ethernet é disponibilizado pelo provedor de serviços através de uma rede Metro Ethernet. O equipamento do cliente (CE = Customer Equipment) se interconecta à rede através da interface UNI usando uma interface Ethernet padrão 10Mbps, 100Mbps, 1Gbps ou 10Gbps.

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Figura 4 - Modelo Básico

Os serviços Ethernet são definidos em uma estrutura que ajuda os clientes a visualizarem e entenderem melhor os serviços Ethernet disponibilizados. Os objetivos dessa estrutura são basicamente definir um nome padrão para os tipos de serviços Ethernet, seus atributos e parâmetros.

4.

Benefícios da Rede Metro Ethernet

Um dos principais benefícios a serem alcançados, com a escolha do Ethernet para o transporte metropolitano (eventualmente, para acesso), é a redução do gargalo da largura de banda que, normalmente, caracteriza esse segmento de redes de telecomunicações, devido ao excesso de investimentos históricos em infra-estrutura de longa distância e ainda, ao custo muito elevado, do emprego de tecnologia óptica no acesso. Outro benefício do uso do Ethernet, em redes de telecomunicações, advém da adequação a multiserviços com elevadas taxas de transmissão e outras suportadas pelas implementações mais recentes do Ethernet em equipamentos para operadores, como priorização seletiva de tráfego, banda sob demanda e segurança, auxiliam na viabilização de aplicações que vão desde a transmissão de dados em alto volume até aplicações multimídia com conteúdo de vídeo e voz sensíveis a atrasos. 5.

Tecnologias de transporte

5.1) Ethernet over Fiber (EoF) A tecnologia Ethernet over Fiber é marcada pelo uso exclusivo de Ethernet na transmissão dos dados no nível 1 e 2 do modelo de referência OSI. A idéia é conectar diversos nós com switches Gigabit gerenciáveis. Desta forma poderíamos evitar o uso de SDH e quaisquer outras tecnologias de nível 1, como linhas dedicadas. 5/21

Porém esta abordagem é restrita por uma série de fatores. No aspecto técnico, o padrão IEEE 802.3ae afirma a cobertura de até 40 km de área com WAN PHY, é uma WAN nível físico que permite interconexão entre LAN w WAN, e fibra monomodo. Outro aspecto, não menos importante, é o econômico. Um backbone internacional não seria, ainda, viável dessa maneira. Os Network Service Provider (NSPs) já possuem um backbone implantado, e não podem simplesmente descartar toda a malha existente. A idéia então, é implantar gradativamente o EoF nos cenários onde for possível e viável. Os padrões da tecnologia Ethernet e as funcionalidades de um switch são implementados através das camadas 1 e 2. A tecnologia eletrônica disponível na época de sua concepção 1983 foi amplamente utilizada para que associada das ferramentas computacionais extremamente simples fossem possíveis de armazenamento, enfileiramento, redução ou aumento do tráfego entre as portas do switch/servidores, priorização de assinantes e outros. As taxas inicialmente utilizadas limitavam-se ao intervalo de 1 Mbps a 10 Mbps devido aos limites da tecnologia eletrônica. Entretanto, no início da década de 80 estas taxas atendiam amplamente as redes locais 1. Com o desenvolvimento de circuitos VLSI em taxas superiores a 20 Gbps em meados da década de 90, tornou-se possível a ativação das várias funcionalidades Ethernet em taxas de 100 Mbps, 1 Gbps e até mais recentemente 10 Gbps. Surgiram então os padrões IEEE de 1 e 10 Gbps (802.3z e 802.3ae). Novas operadoras passaram então a utilizar estas soluções em redes metropolitanas associadas a serviços VPN (Virtual Private Network) e VLANs (Virtual Local Área Network) em função das vantagens conforme os padrões TDM/SDH/SONET. Conexões em anéis metropolitanos associadas aos padrões CWDM (Coarse Wave Division Multiplexing) multiplicaram-se. Algumas conexões de longa distância na taxa de 10Gbps foram implementadas utilizando-se o padrão POS (Packet-over-SONET) e muito freqüentemente em conexão direta com o meio óptico (10Gbps/CWDM/DWDM). A Figura 5 ilustra a topologia metropolitana.

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Figura 5 - Configuração Metropolitana utilizando CWDM, topologia em anel e Tecnologia Gigabit Ethernet

A partir da figura 5, considere a redefinição de uma rede metropolitana como uma rede de pacotes especificamente projetada para a conexão de várias redes locais, separadas e distribuídas em uma área geográfica limitada. A área pode ser tão reduzida, 2 km de diâmetro, quanto às dimensões do centro financeiro de uma cidade ou tão ampla quanto uma região metropolitana englobando vários de seus subúrbios (100 km de diâmetro). O núcleo de uma rede Metropolitana é geralmente constituído pela infra-estrutura óptica em anel que conecta as principais centrais telefônicas (COs - Central Offices), Carrier Hotels e POPs contidos na área urbana. As conexões de acesso a esta rede metropolitana MAN (Metropolitan Area Network) são formadas por enlaces entre as premissas dos assinantes e sua infra-estrutura. A associação das redes metropolitanas aos padrões Ethernet e Gigabit Ethernet originou a utilização freqüente pelos fabricantes, operadoras, órgãos de padronização e publicações técnicas, da expressão Ethernet óptica de forma genérica e imprecisa. Torna-se então importante definir esta expressão. A Ethernet Óptica constitui-se como uma tecnologia de quarta geração, camada 2, aplicável em redes Metropolitana (MAN) e redes de longa distância (WAN - Wide Area Network). A Ethernet óptica é uma tecnologia que sucede e substitui as soluções X. 25 (primeira geração), Frame-relay (segunda geração) e ATM (terceira geração). Apesar de ser usualmente associada ao padrão Gigabit Ethernet, pode operar em 10Mbps e 100Mbps. 7/21

A Ethernet óptica pode ser configurada para conexão ponto-a-ponto (EPL - Ethernet Private Line), ponto-multiponto ou multiponto-multiponto. Suas características de interoperabilidade permitem associações com todas as tecnologias TDM/legadas, seus protocolos e suas arquiteturas. Apresenta-se transparente aos protocolos camada 3. Nas redes metropolitanas, a quase totalidade das aplicações da tecnologia Ethernet têm ocorrido no modo comutado, isto é, com um domínio de colisão por porta, sem a utilização de Hubs, sendo o número de portas utilizadas inferior aos verificados em aplicações de redes locais. Esta característica diminui de forma significativa os problemas de flooding característico desta tecnologia nas aplicações em redes locais, onde a ocorrência de um quadro com endereço destino ainda não incluído na tabela de endereçamento implica no envio deste quadro para todas as portas existentes, excetuando a porta origem. As conexões Metro Ethernet e WAN não permitem que sistemáticas de proteção e restauração sejam realizadas no nível de camada física tal como as conexões SDH/SONET que implementam estas funcionalidades em intervalos inferiores a 60 milisegundos. Sob o ponto de vista da Engenharia de Tráfego, uma implementação possível é a marcação do tráfego de cada cliente com tags que indiquem uma VLAN. Cada VLAN tem uma taxa mínima garantida, conhecida como CIR, e uma taxa máxima PIR, para tráfego máximo. Em caso de falha do enlace, as conexões são restauradas com o uso do Resource Reservation Protocol (RSVP), em valores no geral acima de 50ms [Bellsouth 2006]. Redes locais (LANs) utilizam da tecnologia Ethernet em taxas mais elevadas, utilizam-se de fibras ópticas e soluções CWDM/DWDM alterando as formas de utilização e formação de redes locais. Os limites atuais estão estabelecidos em função do tráfego de broadcast e/ou no limite do número de endereços Media Access Control (MAC) que um comutador (switch) poderá gerenciar. Os switches são conectados em uma configuração que possibilite a existência de múltiplos caminhos entre as diversas unidades do Campus Area Network (CAN). A topologia resultante permite que o Spanning Tree Protocol, (IEEE 802.1d) seja utilizado e forneça proteção a falhas devido a redundância. Os mecanismos de proteção associados ao protocolo 802.1d reativam a conexão em menos de 100 segundos. O IEEE esta estudando um novo algoritmo, o Fast Spanning Tree, cujo objetivo seria a restauração do tráfego em menos de 10 segundos. A Figura 6 ilustra a CAN descrita.

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Figura 6 - Topologia estrela com redundância para utilização do protocolo IEEE 802.1d

A utilização do switch elimina o problema de colisão e os mecanismos de controle de fluxo associados à utilização de hubs CSMA/CD. As aplicações de configurações Full-Duplex foram implementadas através do padrão 802.3x. A extensão desta solução nas aplicações Gigabit Ethernet foi implementada através do padrão 802.3z. A maior parte das aplicações CAN utiliza uma infra-estrutura de fibras multimodo e distância entre 200 metros a 500 metros. As redes metropolitanas que interconectam pontos de presença, centros de armazenamento de dados, centrais comerciais em áreas suburbanas através de uma infraestrutura de fibra com até 100 km de distância caracterizam de forma mais ampla a expressão Ethernet óptica. A utilização da tecnologia Gigabit Ethernet nas infra-estruturas metropolitanas iniciou-se em 1999 após a elaboração do padrão IEEE 802.3z em 29 de junho de 1998. A utilização progressiva desta aplicação resultou na formação de um novo grupo de estudos no IEEE a partir de janeiro de 2000 para a elaboração de um padrão dedicado a operação desta tecnologia na taxa de 10Gbps. Muitos fabricantes já haviam se antecipado e ofereciam soluções nesta taxa de operação em 2001. Finalmente, em junho de 2002 o padrão IEEE 802.3ae foi apresentado. A aplicação conjunta da tecnologia Ethernet em taxa de 10Mbps, 100Mbps, 1 Gbps e 10Gbps nas redes locais, metropolitanas e longa distância através de fibras multimodo e monomodo, nas janelas de 850 nm, 1.310 nm e 1.550 nm, associadas às tecnologias CWDM e DWDM constituem então a denominada Ethernet óptica. A tecnologia Ethernet comutada (switched) foi inicialmente utilizada na agregação e seleção de tráfego em redes locais. Uma aplicação dedicada resultante foi a criação de 9/21

VLANs onde usuários localizados em diferentes pontos da rede local são selecionados em uma tabela especifica de endereçamento formando uma rede local na qual seus serviços são diretamente conectados. A menor dependência das distâncias físicas proporcionada pela Ethernet Óptica possibilita a criação de VLANs com maior simplicidade e rapidez. A norma IEEE 802.3ac, de 1998, estendeu o tamanho máximo do quadro Ethernet para 1522 bytes, permitindo o identificador da VLAN fosse inserido no quadro. Um provedor de Internet localizado em um POP de um anel metropolitano pode implementar uma conexão Ponto-Multiponto com vários servidores localizados em LANs associadas a este anel. Conexões Gigabit Ethernet podem ser utilizadas com alocação estatística de banda. Esta opção tem substituído a utilização de canais TDM/E1/T1 com significativa eficiência econômica e constitui-se na segunda maior aplicação de solução Ethernet Óptica em Redes Metropolitanas.

5.2) Ethernet over Sonet/SDH (EoS) SDH é tecnologia mais utilizada em backbones. Devido a este fato, há um grande interesse em aproveitar a infra-estrutura existente para o transporte de quadros Ethernet. EoS reaproveita a estrutura SDH e fornecer capacidade de transporte com excelente capacidade de Operação, Administração e Manutenção (OAM). Muitas empresas de telefonia nos Estados Unidos e Europa têm gastado bilhões de dólares construindo infra-estrutura Metro Ethernet over Sonet/SDH. Essas empresas desejam aproveitar a infra-estrutura existente para entregar os serviços da próxima geração Ethernet (next generation Ethernet). Para tais distribuições, a gerência da largura de faixa na rede é essencial, devido à baixa capacidade dos rings (anéis) de Sonet/SDH existentes e o fato de que podem facilmente sobrecarregar quando usados para serviços de dados. Com o EoS, os fornecedores de equipamentos mascaram a diferença entre dados e transporte, o que cria um problema para a implantação da nova tecnologia. O benefício do EoS é que adiciona serviço da rede Ethernet e preserva todos os atributos da infra-estrutura Sonet/SDH, tais como a restauração rápida, o monitoramento do link de qualidade e o uso da gerência de rede Sonet/SDH existente. Com EoS, mesmo com o frame-Ethernet completo consegue-se preserva-lo, encapsulando dentro do payload do Sonet no começo da rede e removendo no final.

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Figura 7 - Ethernet over Sonet

A figura 7 mostra o frame-Ethernet encapsulado dentro de um cabeçalho EoS no início da rede. O frame-Ethernet, então é mapeado no Synchronous Payload Envelope (SPE) do Sonet/SDH e transportado sobre o ring do Sonet/SDH. Há duas maneiras padronizadas de transportar frames-Ethernet sobre uma rede SONET/SDH: 

LAPS - O procedimento de acesso de link no Ethernet sobre SDH é definido pelo ITU-T, que publicou o padrão X.86 em fevereiro 2001. LAPS é um protocolo de baixa conexão similar ao controle de link de dados High-Level (High-Level Data Link Control - HDLC).



GFP - O procedimento genérico de quadro é também um padrão de ITU que use o protocolo Simple Data Link (SDL) como um ponto de início. Uma das diferenças entre GFP e LAPS é que GFP pode acomodar formatos de frame, com restrição ao Ethernet, tal como o PPP, Fibra, fiber connectivity (FICON), e a Enterprise Systems Connection (ESCON).

A função do EoS pode estar dentro do equipamento SONET/SDH ou no interior da comutação de pacote. Isto cria alguns cenários interessantes de competição entre fornecedores de equipamentos e fornecedores de redes de acesso para oferecer a conexão do Ethernet. Na figura 8, a função do EoS é dentro do ADM. Isto normalmente é feito através da combinação de um framer/mapper que suporte o EOS e é colocado em um line card ou daughter card dentro do ADM. O EoS mapeando a função, adiciona uma proteção ao X.86 ou ao GFP em torno do frame-Ethernet completo, e a função framing encapsula o frame no SPE(Synchronous Payload Envelope) SONET/SDH. Então, o SONET/SDH SPE é transportado através do ring SONET/SDH e começa desencapsulando o frame no final. ADMs que contêm a função do EOS, mais outras funções tais como a concatenação virtual, são chamados ADMs next-generation. A Figura 9 coloca a função do EOS dentro do switch.

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Figura 8 - Função do EoS no ADM

A diferença aqui é que o equipamento de dados e o equipamento de rede são duas ferramentas diferentes que podem ser adquiridas por grupos operacionais diferentes dentro do mesmo portador.

Figura 9 - Função EoS no Switch

A única responsabilidade do fornecedor é fornecer os circuitos SONET/SDH, tanto para voz tradicional ou para circuitos leased-line. O fornecedor não habilitado fraciona por sua vez os serviços de dados do higherlayer. Também temos que mencionar neste cenário, que o switch do Ethernet que entrega os serviços de dados tem o controle completo dos tributários do SONET/SDH. Este contraste está na figura 8, em que os tributários de SONET/SDH são terminados dentro do ADM, e o switch do Ethernet vê somente uma pipe (tubulação) concatenada do Ethernet. A Figura 10 combina o packet-switching, funções do ADM e do EoS no mesmo equipamento.

Figura 10 - Função EoS e Comutação no ADM

O EoS introduz algumas desvantagens da largura de banda em serviços fracionados o Metro Ethernet, devido à péssima granularidade da largura de banda dos circuitos

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SONET/SDH e da má combinação da largura de banda com o tamanho dos pipes Ethernet. A concatenação virtual (VCAT) é um mecanismo usado pata aliviar tais desvantagens. A Ethernet beneficia-se das vantagens do SDH no transporte de seus quadros, incluindo: 

Baixa latência, visto que o armazenamento em buffer é realizado apenas nos roteadores de entrada ou saída;



Resiliência (Elástico – resilient) e Restauração, onde essas redes conseguem-se recuperar em até 50ms em caso de queda do enlace;



Qualidade de Serviço, por se tratar de um serviço síncrono com Time-division Multiplexing (TDM).

As operadoras telefônicas, geralmente, fornecem a seus clientes a opção de aquisição de canais dedicados ou compartilhados. Outra possível combinação é EoS com WDM, onde vários sinais EoS são multiplexados em uma única fibra. Uma importante vantagem do transporte Ethernet sobre Redes SDH é a eliminação das limitações geográficas das redes puramente Ethernet. Dessa forma, a vida útil dos sistemas existentes é prolongada, obtendo-se, ao mesmo tempo, benefícios como gerência e resiliência aperfeiçoadas, sem perder de vista a transição gradual para plataforma Ethernet pura, com suas vantagens intrínsecas, como custos mais competitivos de capital e de operação e maior aptidão para transporte eficiente de tráfego intensivo em dados. A Figura 11 mostra um exemplo de como os serviços múltiplos, tais como serviços de conectividade do Metro Ethernet e serviços tradicionais de TDM podem ser trasnsmitidos sobre a mesma infra-estrutura Sonet/SDH. Se o equipamento Sonet/SDH suporta VCAT, uma interface Gigabi Ethernet pode ser transmitido por uma concatenação do pipe 21 STS-1, outra interface Fast-Ethernet (FE) 100Mbps pode transmitir dois STS-1s, e uma tradicional interface DS3 pode transmitir sobre um único STS-1. Em muitos casos, a velocidade da interface Ethernet não tem que combinar com a velocidade no Sonet/SDH.

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Figura 11 - Rede Metro Ethernet sobre Sonet/SDH

As funções do EoS e do VCAT são executadas no início e no fim da infra-estrutura do SONET/SDH, e não necessariamente em cada estação SONET/SDH ao longo do caminho. Na figura 11, ADMs 1 e 2 suportam as funções do EOS e do VCAT, quando o cross-connect (XC) que conecta as duas funções dos rings como um tradicional cross-connect. Entretanto, para que VCAT seja eficaz, o equipamento de SONET/SDH no ring tem que conectar os tributários suportados pelo VCAT; caso contrário, não será adquirido ganhos na largura de banda no anel. Assim, se o equipamento no anel suportar a alocação dos circuitos STS-1 e o mais elevado, o menor circuito que poderá ser alocado é um circuito STS-1. Se o equipamento terminal suporta VCAT no nível de VT 1.5 (T1), uma largura de banda full STS-1 continua sendo desperdiçada no ring mesmo se o CPE for alocado n*VT 1.5 através de VCAT. Em figura 11, por exemplo, se ADMs 1 e 2 suportam VCAT down no nível de VT 1.5 (T1), e o cross-connect pode conectar somente (DS3) no nível STS-1 e, assim, não se obtêm ganhos.

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Figura 12 - EoS dentro de Equipamento da Rede

Figura 13 - EoS dentro de Equipamento de Dados

O Ethernet Sonet/SDH, por si mesmo, continua sendo um serviço de transporte com uma interface Ethernet, similar ao tradicional serviço linha privada com um T1, um DS3, ou uma interface OCn. O EoS oferece o que é comparável a um pacote point-to-point com serviço leased-line. Fornece uma migração fácil para carriers que oferecem serviços de rede para adquirir, inicialmente, serviços Metro Ethernet. O EoS é uma tecnologia que mapeia pacotes e não uma tecnologia que comuta pacotes; não oferece multiplexação de pacote o que é necessário para add/drop (agregação/desagregação) dos serviços. Para entregar serviços de

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dados comutados, necessita-se introduzir funcionalidade packet-switching no equipamento Metro Ethernet. A falta de multiplexação de pacote para o serviço do EoS e o fato que milhares de circuitos Point-to-Point necessitam ser alocados entre os clientes e a central de trabalho (centraol Office - CO) cria um problema de agregação nos serviços em distribuições de grande escala. Cada circuito individual do EoS podia ser apresentado como uma interface separada de Ethernet no CO. Com milhares de clientes que iniciam um circuito do EoS, o CO teria que terminar milhares de fios individuais do Ethernet. Imagine se a rede de telefonia pública comutada (PSTN) continuasse operando com cada linha de cliente terminada dentro do CO como um fio físico melhor do que como um circuito lógico. Isto criaria um grande efeito patch-panel e um nightmare (pesadelo) para a alocação e a comutação entre circuitos. Este efeito patch-panel apresenta uma escalabilidade limitada para distribuições em grande escala do EOS.

5.3) Ethernet over WDM (EoW) Apesar do crescente número de redes de transporte metropolitanas baseadas em comutação Ethernet, muitas operadoras apreciam a idéia de somar as vantagens do Ethernet com as facilidades possibilitadas pelas redes Wavelenght Division Multiplexing (WDM) e SDH utilizando, nesse caso, técnicas como “concatenação virtual” (EoS – Ethernet over Sonet/SDH). WDM é uma tecnologia que permite a multiplexacão de sinais ópticos em uma única fibra, usando para isso, diferentes comprimentos de onda (λ) de laser para cada sinal. Desta forma, é possível transmitir vários sinais em uma mesma fibra, multiplicando a capacidade de transmissão e adicionando a habilidade de comunicacão bidirecional. Isto é uma vantagem grande para as operadoras, pois permite aumento da taxa de transmissão sem ter que estender mais fibra óptica. Sistemas WDM são classificados em duas categorias: Coarse WDM (CWDM) e Dense WDM (DWDM). CWDM são sistemas que multiplexam até 8 comprimentos de onda (λ) distintos por fibra, enquanto os DWDM multiplexam mais de 8 λ . EoW é a última palavra para o fornecimento de largura de banda em Ethernet. Suas aplicações incluem conexão entre Data Centers e transporte de vídeo. EoW, assim como EoS, fornece o tempo de restauração de até 50 ms ou menos e apresenta uma latência muito baixa. Assim, custeia-se especialmente no aumento da largura de banda das fibra ópticas, concretizada pela abertura de λ em WDM e no poder de redundância e controle (via monitores, sistema de alarmes e gerência), refletidos na proposição de valor do SDH. 16/21

5.4) Ethernet over RPR (EoR) Apesar dos fortes avanços da tecnologia IP sobre as redes de transporte das operadoras de telefonia, os sistemas legados de comunicação ainda estão fortemente presentes nas topologias das redes, e os serviços TDM são freqüentemente fornecidos com Service Level Agreements (SLA) que exigem o uso de idéias de proteção em anel para recuperação do tráfego em tempos menores que 50 ms. Já para o tráfego de dados puro, redes Metro Ethernet têm sido implantadas, mas ainda podem trazer latências para recuperar o tráfego perdido, o que pode causar transtornos às operadoras. A partir de novas demandas para redes de transporte, surgiu, no final da década de 90, uma tecnologia chamada Resilient Packet Ring (RPR) que prometia trazer a eficiência das redes IP com a capacidade de resistência das redes SDH. Seria a melhor tecnologia se não demandasse investimentos enormes para adaptar a rede, sem contar que o tráfego TDM ainda permaneceria sendo fortemente utilizado, obrigando, assim, a sobreposição de redes.

Figura 14 - Rede Metro Ethernet sobre RPR

RPR possui também um papel importante no desenvolvimento de serviços de dados no Metro Ethernet. RPR é um novo protocolo da Media Access Control (MAC) que é projetado para otimizar a gerência da largura de banda e facilitar a distribuição de serviços de dados sobre uma rede em anel. Os roots RPR vão para ponto back no qual o Cisco Systems adotou uma tecnologia proprietária Data Packet Transport (DPT) para otimizar o pacote do ring na gerência da resistência e da largura de banda. DPT encontrou sua maneira no IEEE grupo 802.17, que conduziu à criação de um padrão de RPR que diferisse da aproximação inicial de DPT.

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Recentemente, as redes RPR necessitando de padronização, adquiriram recentemente por meio da especificação IEEE 802,17. Mas ainda tinham o problema de se considerar uma rede puramente PRP sobreposta às redes SDH existentes. E, além disso, as redes Metro Ethernet começavam a ser implantadas, criando, naturalmente, uma barreira para uma nova tecnologia de Rede Metro. As redes RPR oferecem diversos níveis de garantia de Qualidade de Serviços (QoS), que é a mais eficiente tecnologia de transporte de tráfego de pacotes e TDM em uma plataforma única. Adicionalmente, a topologia de anel permite que a nova idéia seja facilmente adaptada sobre redes de fibra existentes. A variedade de aplicações que essas redes provêem passa por um grande gerador de banda que serão os serviços triple-play (vídeo, dados e voz), e faz do RPR a solução perfeita para a agregação do tráfego desses serviços em áreas metropolitanas.

Figura 15 - Proteção RPR

6.

Comparativo entre as tecnologias de Metro Ethernet nível 1

A vantagem de RPR sobre um anel de SONET/SDH é que todos os pacotes que provêm do anel compartilham a largura de banda completa do anel, e o mecanismo RPR gerencia a alocação da largura de banda para evitar o congestionamento e os gargalos. Em um anel de SONET/SDH, os tempo de TDM são alocados a cada circuito, e a largura de banda é removida do anel se houver ou não tráfego nesse circuito. RPR é associado de algum modo, geralmente, com os routers do que com switchs, visto que o EoS é associado, geralmente, com os switcs do que routers. A razão para estas associações é que DPT, historicamente, tem sido desenvolvida usando routers IP da Cisco para entregar serviços distribuídos IP sobre um anel de pacote. 18/21

A grande idéia da indústria foi integrar elementos de rede SDH de nova geração com elementos RPR em uma plataforma única com todas as vantagens requeridas por SLAs cada vez mais exigentes. Foi quando surgiu o termo RPR sobre SDH (RPR over SDH). Com o uso do RPR, as redes SDH passam a ter uma dinâmica muito mais eficaz, de forma que o planejador pode separar uma parte importante da banda disponível e trata-la como uma rede pura, com proteção RPR, e destinar o restante da disponibilidade para o tráfego TDM, utilizando a proteção SDH. Uma das principais aplicações de plataforma Metro Ethernet sobre fibra óptica é o espelhamento destes bancos em intervalos de tempo extremamente reduzido. As aplicações SAN, redes dedicadas ao armazenamento de informações, e a necessária redução de custos tornaram a utilização da plataforma Metro Ethernet sobre fibra óptica em áreas metropolitanas e de longa distância uma solução extremamente atraente quando associada a aplicações MPLS. As tecnologias EoF, EoS e EoW foram apresentadas como modos de uso de Ethernet em backbones. Cada uma delas têm suas peculiaridades. O EoF é voltado ao uso de Gigabit Ethernet “puro”, sem a necessidade de operar com outras tecnologias, porém é restrito a um alcance de 40 Km. Já o EoS é uma alternativa que leva em consideração a malha SDH existente. Desta forma, os quadros Ethernet são apenas mais um tipo de dado para SDH, se beneficiando de baixa latência, resiliência e qualidade de serviço. No entanto, o EoS é um transporte não transparente, e tem-se uma carência de ferramentas de gerência. O EoW é a modalidade que permite a maior taxa de transmissão, com o uso de diversos λ, sendo infelizmente a tecnologia mais cara. Pode-se então verificar que a plataforma Metro Ethernet sobre Sonet/SDH é capaz de fornecer garantia de entrega, classe de serviço e qualidade de serviço em tempo extremamente reduzido. Entretanto, apresenta vários inconvenientes destacados: 

As tecnologias SDH/SONET foram desenvolvidas para aplicações de voz.



O mapeamento do tráfego de dados sobre os quadros SDH/SONET é extremamente dispendioso, tecnicamente difícil e apresenta um gerenciamento complexo.



A escalabilidade das redes ATM/SDH/SONET é tecnicamente difícil e apresenta um custo extremamente elevado.



O tempo de aprovisionamento de novos serviços é extremamente longo.



A configuração dos quadros SDH/SONET, por ser implementada de forma rígida e hierarquizada tornando estas tecnologias inadequadas para tráfegos não uniformes. 19/21



Novas versões destas tecnologias e técnicas de concatenação solucionam parcialmente alguns destes problemas, mas apresentam custos e complexidade extremamente elevados, tornando sua aplicação questionável quando comparadas às soluções Ethernet.

O estudo mostra que não existe uma única escolha ideal para todos os cenários. Diversos fatores devem ser analisados, como malha do NSP instalada, aplicação do cliente e necessidade de taxa de transmissão para determinar a melhor solução. Por fim conclui-se que a Rede Metro Ethernet mantém suas características mais importantes: a simplicidade e flexibilidade. Desta forma, 10 Gigabit Ethernet pode operar de diversas maneiras e fica a cargo dos responsáveis pela rede determinarem qual a melhor solução para cada cenário em particular.

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