Comutação de Pacotes IP em Telecom - Parte 1

Postado por leopedrini segunda-feira, 30 de janeiro de 2012 08:19:00 Categories: Curso
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Quero começar agradecendo ao Leonardo Pedrini pelo privilégio de escrever esta série de artigos para o TelecomHall. Que eu saiba ele não faz isso com freqüência. Se você gostar dos artigos e quiser ler mais, então visite o meu blog: Smolka et Catervarii.

 

 

É melhor eu avisar desde já que vocês vão achar meu estilo de escrita diferente do Leonardo. Enquanto ele enfatiza a simplicidade eu gosto mais do rigor. Vou fazer um esforço sincero para ficar mais perto do estilo dele que do meu. Mas haverão alguns trechos difíceis ao longo do caminho, e eu espero que isto não desanime vocês.

Muito bem... Você provavelmente já ouviu dizer que as redes de telecom são baseadas no paradigma de comutação de circuitos. E isso era correto até cerca de 15 anos atrás. Desde então começou um movimento para mudar o paradigma das redes para comutação de pacotes. Este tem sido um caminho bem longo, que vai estar praticamente completo com a implantação das redes móveis 4G. Nosso primeiro passo é entender porque esta mudança de paradigma foi considerada como necessária.

Comutação de circuitos significa que os canais de comunicação entre pares de usuários são rigidamente alocados durante toda a sessão de comunicação. Embora existam fórmulas estatísticas para o planejamento de capacidade das redes de comutação de circuitos – veja este artigo da Wikipedia sobre a unidade de tráfego Erlang – existe um desperdício de capacidade sempre que uma das partes não está usando o seu canal de comunicação (que geralmente é full-duplex).

 

 

A comutação de pacotes, por outro lado, não aloca circuitos por toda a duração das sessões. A capacidade de transmissão em qualquer direção é concedida aos usuários apenas pelo tempo necessário para transmitir um único pacote de dados único. Este entrelaçamento de pacotes permite que haja mínimo desperdício da capacidade dos meios de transmissão.

 

 

Infelizmente não existe almoço grátis. A adoção da comutação de pacotes tem suas dificuldades. A principal delas é aceitar a possibilidade da ocorrência de congestionamento, pois qualquer nó da rede pode, repentinamente, ter mais pacotes para enviar através de uma interface do que permite sua capacidade de transmissão. Normalmente isso é resolvido com o uso de buffers de transmissão, o que nos coloca no reino da estatística dos sistemas com enfileiramento (Erlang C) em vez da estatística mais familiar dos sistemas com bloqueio (Erlang B). Este e alguns outros detalhes do comportamento das redes de comutação de pacotes serviram de base para noções erradas sobre a inviabilidade de serviços de telecom carrier-class – especialmente telefonia – sobre redes de comutação de pacotes sobre a comutação. E, com estes artigos, espero enterrá-los de vez.

A próxima pergunta básica a responder é: porque IP e não qualquer outra arquitetura de rede de comutação pacotes? Por que não puramente OSI, por exemplo? A resposta é muito simples: outras arquiteturas de rede foram consideradas e descartadas porque sua adoção seria muito difícil ou cara demais. A suite de protocolos da Internet, por outro lado, estava imediatamente disponível e era confiável, barata esimples. Como boom da Internet nos anos 1990 a opção pelo IP tornou-se inquestionável – e praticamente irreversível.

Aqui no TelecomHall há uma breve explicação das 7 camadas do Modelo de Referência OSI. Da mesma forma, a arquitetura de rede IP é estruturada em 4 camadas que correspondem a todas as funcionalidades das camadas do OSI-RM. Veja o diagrama abaixo.

 

 

A primeira coisa que você provavelmente vai dizer é: espere um minuto! Você disse quatro camadas, e este diagrama mostra cinco. Porque é assim? A resposta é muito simples: a camada da API de sockets não é real – por isso é mostrada em uma caixa pontilhada. Quando a arquitetura TCP/IP foi implantado pela primeira vez surgiu a necessidade de algo para manter as diferentes sessões dos usuários adequadamente separados. A API de sockets foi concebida para esta finalidade, e tornou-se um padrão de fato, que foi portado para todos os tipos de sistemas operacionais.

Falando em sistemas operacionais, uma das grandes vantagens da arquitetura de rede TCP/IP é o esquema simples de divisão de trabalho entre o hardware (placa de interface de rede) e o software (sistema operacional e aplicativos do usuário). É fácil, é simples, e acima de tudo, funciona.

Nos próximos artigos desta série vou falar com vocês sobre os princípios de funcionamento e os principais protocolos utilizados, com foco no uso disso tudo para construir as chamadas Next-Generation Networks (NGNs). Ao contrário das descrições habituais que você pode encontrar sobre este assunto, eu não vou fazer uma abordagem bottom-up, mas sim uma descrição top-down deste ambiente.

Vejo vocês mais tarde. Espero que a gente se divirta juntos nesta jornada.