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I Workshop do Rio de Janeiro em Redes de Alta Velocidade Carlil Gibran Fonseca de Macedo gibran@cbpf. br Nilton C. N. da Costa Braga ncb@cbpf. br Nilton Alves Jr. naj@cbpf. br http://mesonpi. cat. cbpf. br/naj Resumo Este trabalho relaciona os principais aspectos da tecnologia ATM adotada principalmente para ligações entre redes. Serão abordados os tipos de fibra óptica os conceitos gerais d camadas ATM, os pr utilizados nas princip sistemas que permit m to view nut*ge TM, o modelo de conceitos e sobre ATM e por fim, uma visão rapida do conceito de qualidade de serviço.

Palavras Chaves Tecnologia ATM; Redes de Alta Performance; Fibra Óptica. CBPF – NT – 005/99 2/25 22/12/99 Redes ATM cgpp – NT – 005/99 6 1. 2. 2. Multimodo índice gradual 7 12. 3. Monomodo índice degrau 1. 3. CONECTORES PARA FIBRAS ÓTICAS. 2. CONCEITOS GERAIS ATM 8 2. 1. CÉLULA 2. 2. ENDEREÇAMENTO 10 2. 3. CIRCUITOS VIRTUAIS 3. CAMADAS ATM 12 3. 1. CAMADA FÍSICA 13 3. 2. CAMADA ATM 14 3. 3. CAMADA DE ADAPTAÇAO ATM 15 4. PROTOCOLOS DE INTERFACES DE REDE 16 4. 1. PROTOCOLOS ENTRE DISPOSITIVOS E SWITCHES 4. 2. PROTOCOLOS ENTRE SWI CHES 5. SINALIZAÇAO 17 PAGF 37 LANE 20 5. 3.

MULTI PROTOCOL OVER ATM – MPOA 7. QUALIDADE DE SERVIÇO (QOS) 7. 1. ATRASO DE TRÂNSITO 21 7. 2. VARIAÇAO DO ATRASO 7. 3. CLASSES DE SERVIÇOS 22 8. O FUTURO DA TECNOLOGIA ATM REFERÊNCIAS 24 4/25 22/12/99 Redes ATM Introdução A tecnologia Asynchronous Transfer Mode – ATM foi desenvolvida devido às tendências na àrea de redes. O parâmetro mais relevante é o grande número de serviços emergentes de comunicação com diferentes, algumas vezes desconhecidas, necessidades e características. Nesta era da informação, usuários requisitam cada vez mais um número grande de sen,’iços.

Dentre estes se esperados no futuro esta demanda. Dois outros fatores que estão relacionados com o desenvolvimento da tecnologia ATM são a rápida evolução das tecnologlas de semicondutores e componentes ópticos e a evolução das idéias de concepção de sistemas de comunicação que transfere para a borda da rede as funções complexas de transporte da informação, ex. definição de rotas. Assim sendo, tanto a necessidade de flexibilidade nas redes de comunicaçoes, como o progresso tecnológico e conceitual de sistemas, levaram ao desenvolvimento das bases da tecnologla ATM.

Com o passar dos anos, diante do surgimento de novas tecnologias de alta performance m redes (principalmente Fast Ethernet e Gigabitethernet) e o uso cada vez maior de aplicações baseadas em IP, a visão geral da tecnologia ATM passou por varias fases. Nos últimos anos a opnião dos técnicos e engenheiros mudou sobre a tecnologia: de mais uma planificação para empresas de telefonia à inevitável utilização futura em todos os tipos de telecomuicações; de uma complexa tecnologia fadada a ser substituída pela Gigabit Ethernet à uma promissora perspectiva de ser parte importante na ligação entre redes locais (CAN).

A motivação para este estudo, está no fato da utilização da ecnologia ATM em dois projetos da Coordenação de Atividades Técnicas – CAT/CBPF que envolvem redes metropolitanas e Internet 2: RedeRio de Computadores – FAPERJ e Redes Metropolitanas de Alta Velocidade REMAV/RNP. 1. Fibra óptica Quando na década de 60, s situados a grandes da mesma. Como alternativa, foram utilizadas as redes telefônicas já existentes. Com o tempo, porém, a demanda por serviços de telecomunicações cresceu, e as antigas redes já não ofereclam a qualidade desejada.

Para garantir a transmissão de todo tipo de sinal, os cabos telefônicos foram gradativamente sendo substituídos pelos cabos de ibra ótica, que permitem uma transmissão mais confiável e numa distância maior. 1 . 1. A fibra e suas vantagens. O capilar de silica, ou fibra ótica, possui vantagens que possibilitam o seu uso numa gama enorme de aplicações. Como principais características desse meio de transmissão, podemos ressaltar: Redes ATM 22/12/99 5/25 U pequenas dimensões; baixo peso; imunidade a interferências eletromagnéticas; elevada capacidade de transmissão; ü reduzida atenuação; ü segurança.

Basicamente, a fibra é um cabo composto de um núcleo ultrafino e uma casca, concêntricos, que se diferenciam pelos seus índices de refração. ? bastante frágll mecanicamente, sendo dessa forma, menos resistente que outros meios de transmissão como cabos coaxiais ou de pares trançados. Em virtude da sua composição, a fibra também é bem menos maleável que os cabos acima mencionados r esse mesmo motivo Mesmo com proteção e um bom aterramento, os cabos de cobre comportam como antenas e absorvem energia de motores, transmissores de rádio e outros dispositivos elétricos.

Dessa forma, há o risco de ocorrerem diferenças de potencial em relação ao aterramento, podendo ser ocasionadas até mesmo fagulhas nos cabos. Essas interferências elétricas acabam por enfraquecer o sinal e distorcer os pacotes de dados. Os cabos de fibras de vidro são imunes a campos elétricos e magnéticos, sendo portanto imunes a problemas dessa natureza. A maior capacidade de transmissão dos sistemas de comunicação ótica está relacionada à frequência do sinal.

A luz tem uma freqüência na faixa de 1014 – 1015 Hz, enquanto que sinais de rádio e microondas oscilam em freqüências de 106 Hz e 108 1010 Hz, respectivamente. Portanto, um sistema que trabalhe na freqüência da luz pode transmitir numa taxa superior a outros sistemas ue trabalhem em freqüências como as de rádio ou microondas. podemos definir taxa de transmissão como a quantidade de bits que podem ser transmitidos por segundo. Um aspecto determinante dessa tecnologia é o alcance proporcionado pelas fibras.

Sinais em cabos de cobre ou em fibra viajam praticamente a mesma velocidade, com a diferença de que a luz encontra menos resistência ao deslocamento durante o seu percurso. Nesse caso, diz-se que a atenuação é menor, e por esse motivo, sinais luminosos podem alcançar distâncias maiores sofrendo perdas menores. As fibras garantem uma maior sigilosidade e proteção contra grampeamentosi’ do que redes que utilizem meios o convencionais, como que a luz que passa por uma fibra é precisamente ajustada, e a inserção de qualquer dispositivo não-autorizado na rede causará então uma falha total na mesma. . 2. Como funciona a fibra. Um sistema de transmissão ótica é constituído de três componentes: a fonte de luz, o meio de transmissão e o receptor/detetor. A fonte de energia luminosa pode ser um laser ou um Light Emitting Diode – LED, ou seja, dispositivos que tenham a capacidade de emitir luz. O meio de transmissão é uma fibra ultrafina de vidro ou de sílica fundida, nde o feixe luminoso se propaga.

O detetor é um fotodiodo, que é capaz de gerar um pulso elétrico quando iluminado por um feixe de Nesse sistema, a informação que é transmitida pode ser um sinal de voz proveniente de um telefone, sinais de vídeo ou dados digitais de um computador. 6/25 22/12/99 Redes ATM Tanto os sinais de telefonia quanto os de vídeo são codificados numa sequência binária de zeros e uns, e são multiplexados para transmissão num único pacote de taxa de dados elevada. Se a taxa de dados do sistema for de IGb/s, podem ser multiplexados aproximadamente 15. 00 canais e telefonia (que requerem 64Kb/s), por exemplo. Isso é obtido fazendo-se com que no transmissor, cada 1 corresponda a um pulso elétrico, e cada O corresponda ? ausência dele. Esses pulso PAGF 7 37 pulsos elétricos, que são convertidos em sucessivos flashes de luz, que por sua vez são reconvertidos em sinais elétricos no receptor. A partir dessas informações, podemos explicar mais detalhadamente como funciona a fibra. O principio básico que faz com esse meio de transmissão transporte a luz é o princípio ótico da Reflexão Interna Total.

Quando um raio de luz muda de um meio para outro, uma parte ele é refratada, sempre com um ângulo diferente do ângulo de incidência. Lembrando da Fisica, o fenômeno da Reflexão Total ocorre quando o feixe de luz vai do material mais para o menos refringente. No caso da fibra, o índice de refração da sílica (“miolo”) é maior que da camada que o envolve (“casca”). Observando o comportamento dos raios, vemos que para valores maiores do que um determinado ângulo critico, a luz é totalmente refletida para o interior da sllica não escapando nada para a casca externa.

Dessa forma, um raio que incide com um ângulo pelo menos igual, ou maior, o ângulo crítico é aprisionado no interior da fibra. Basicamente, existem três tipos de fibra ótica: multimodo índices gradual e degrau e monomodo índice degrau. Extraído de “Fundamentals of Physics”, Halliday, Resnick e Walker. 1. 2. 1 . Multimodo índice degrau A fibra desse tipo possui um núcleo composto de um material de índice de refração constante e superior ao da sua casca. Aqui, a luz pode viajar por diversos caminhos diferentes.

Diversos raios (todos viajando a mesma velocidade) percorrem o núcleo da fibra, sendo que o raio que viaja no centro dela ercorre uma distância menor do ue os outros, que vão se capp – NT – 005/99 Redes ATM 22/12/99 7/25 Como resultado, o pulso estreito que fora inicialmente transmitido é consideravelmente alargado após viajar muitos quilômetros no interior da fibra, sendo esse o efeito que condiciona o espaçamento entre os pulsos na entrada, para que eles não se sobreponham na saída. 12. 2.

Multimodo indlce gradual Observando a figura anterior, podemos notar que esse tipo de fibra possui o seu núcleo com índice de refração variável, sendo ele crescente da periferia para o centro. Essa variação gradual do índice de refração permite que haja uma redução no largamento do pulso ótico. Como no modelo acima, aqui a luz também percorre diversos caminhos diferentes, com a diferença de que nesse caso, eles são menos angulosos, uma vez que a luz é suavemente curvada ao longo da sua trajetória.

Esse fato serve para diminuir ainda mais o alargamento do pulso ótico, uma vez que os raios passam a maior parte do tempo viajando por um caminho de [ndice de refração menor. 1. 2. 3. Monomodo índice degrau Esse tipo de fibra possui um núcleo e uma blindagem de diâmetros reduzidos, além de a diferença entre seus índlces de refração também ser bem equena, possibilitando que a luz se propague em linha reta ao longo do cabo. Portanto, não há raios que percorram caminhos diferentes ao longo da trajetória.

Esse fato acaba por eliminar completamente o alargam uma vez dois fatores que influenciam na distância máxima que uma fibra pode transmitir informação: o alargamento do pulso (broadening) e a atenuação. Quanto maior for o alargamento do pulso transmitido, maior é a chance dos dados chegarem corrompidos ao seu destino, uma vez que o pulso recebido tende a possuir uma similaridade menor com o pulso inicialmente enviado. A atenuação está relacionada com a potência luminosa que é transmitida e que é recebida.

Ao longo do caminho, a luz sofre perdas devido ao espalhamento e absorção dos raios luminosos. A absorção corresponde a parcela de energia luminosa que é transferida para o capilar de sílica. O espalhamento é causado pela deflexão de raios luminosos em várias direções, assim, uma parte da luz enviada pelo LED ou laser é perdida para fora do núcleo, diminuindo a intensidade do sinal que é recebido. Dos três tipos de fibra apresentados, a que apresenta maior taxa de transmssão é a fibra monomodo.

Isso ocorre em virtude de ela proporcionar o recebimento de um pulso com alargamento mínimo no receptor, além de também apresentar uma perda menor. Por esse motivo, essa fibra possui um alcance maior do que as outras duas. Valores médios de comprimento admiss(vel são 2km e 20km para fibras multimodo e monomodo, respectivamente. 1. 3. Conectores para fibras ótlcas. O conector é um dispositivo mecânico utilizado para unir uma fibra a um transmitter, receiver ou até mesmo a outra fibra. Existem diversos tipos de conectores: ST, STII, FC, SC, FDDI ESCON, e SMA. Entre eles, ns Sá00ST, FC e SC.