VIII SRST- Seminário de Redes e Sistemas de Telecomunicações
Instituto Nacional de Telecomunicações – INATEL
ISSN 2358 – 1913
Setembro de 2018
Utilização de circuitos MPLS em redes WDM
Rodrigo Augusto Gonçalves Grion1, Bruno de Oliveira Monteiro2
Abstract – This paper describes the study in which three tests
with different characteristics were performed, but using the same
transmission path, the WDM (Wavelenght-Division Multiplexing).
Based on optical fiber, the WDM is predominantly setup in
backbone networks. With the an operator telecommunication’s
vision, this work will show all the characteristics used in the three
test circuits, such as OTN (Optical Transport Network), routing
protocol as OSPF (Open Short Path First) and mainly MPLS
(Multiple-Protocol Label Switching). This last protocol is the main
item of our study, where it will be use to demonstrate an
optimization of the WDM network for delivery of circuits specific
to each demand.
Index Terms – WDM, Backbone, OTN, MPLS
Resumo – Este artigo descreve um estudo onde foram realizados
testes em três circuitos de características diferentes, porém
utilizando a mesma tecnologia, o WDM (Wavelength Division
Multiplexing). Baseado em fibra óptica, o WDM é
predominantemente utilizado em redes de backbone. Com a visão
de uma operadora de telecomunicações, será mostrado neste
trabalho todas as características utilizadas nos três circuitos de
testes, como OTN (Optical Transport Network), os protocolos de
roteamento OSPF (Open Short Path First) e principalmente o
MPLS (Multiple Protocol Label Switching). Este último é o
principal item de nosso estudo, onde será utilizado para
demonstrar uma otimização da rede WDM para entrega de
circuitos específicos para cada demanda.
Palavras chave—WDM, Backbone, OTN, MPLS.
I. INTRODUÇÃO
Atualmente as evoluções tecnológicas em redes de
telecomunicações permitem realizar ampliações em diversos
setores. Os equipamentos de conexão, como roteadores,
switches, equipamentos WDM (Wavelength division
multiplexing) e OTN (Optical Transport Networks) estão
sempre evoluindo. Como meio de transmissão, a fibra óptica
ainda é um dos principais instrumentos utilizados hoje em dia.
Como as demandas dos clientes estão cada vez maiores, os
fornecedores precisam se esforçar para entregar o melhor
serviço, dessa maneira é imprescindível utilizar os
equipamentos disponíveis mantendo a qualidade sem aumentar
os custos de um projeto.
O foco deste trabalho, é um estudo de caso que visa analisar e
comparar diferentes links, tipos de serviços, custos e benefícios
que podem ser entregues por uma operadora utilizando a
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Instituto Nacional de
Telecomunicações, como parte dos requisitos para a obtenção do Certificado de
Pós-Graduação em Engenharia de Redes e Sistemas de Telecomunicações.
Orientador: Prof. Bruno de Oliveira Monteiro. Trabalho aprovado em 08/2018.
mesma estrutura de transmissão, os mesmos equipamentos de
backbone, roteadores, switches e fibras ópticas.
Antes de descrever os testes realizados, faremos uma breve
descrição de cada tecnologia e protocolo utilizado nas
configurações dos serviços analisados.
II. SISTEMAS
Em nossa análise iremos utilizar o WDM como “backbone”
da rede. Essa tecnologia foi escolhida por ser uma das principais
tecnologias utilizadas por operadoras de telecomunicações para
links de longa distância. A Figura 1 mostra um modelo de
enlace WDM.
Fig. 1. WDM - Mux/Demux/Cliente. Fonte: [Figura elaborada pelo autor]
Será descrito nesse artigo a tecnologia OTN que faz parte do
escopo do WDM. Em relação às camadas 2 e 3 do modelo OSI
(Open System Interconnection), vamos descrever também os
protocolos OSPF (Open Short Path First), MPLS (MultiProtocol Label Switching) e 10GbE (10 Gigabit Ethernet). Por
fim, as análises dos testes ponto a ponto com suas considerações
finais.
A. WDM
O WDM é uma tecnologia em que a informação é
transportada por sinais em diferentes comprimentos de onda
óptico, sendo esses sinais multiplexados e transportados
através de um par de fibras. Isso faz com que a capacidade de
transmissão aumente consideravelmente, inclusive com o
amplo aumento da largura de banda. Uma das grandes
vantagens do WDM é a possibilidade de aumentar e modular
a capacidade de transmissão de acordo com a necessidade do
cliente, baseado na necessidade do tráfego. Esse sistema tem
uma relação custo benefício muito boa, pois é possível ampliar
a rede, ampliar a capacidade de tráfego, ampliar a gama de
clientes, sem a necessidade de instalar fisicamente novos pares
de fibra ópticas.
O sistema WDM atualmente mais utilizado é denominado
DWDM (Dense Wavelength Division Multiplex), que surgiu na
década de 90 e que tinha capacidade para até 40 canais com
espaçamento entre portadoras de 100GHz. A banda DWDM
tem um espaçamento total de 1525nm até 1625nm onde entre
os canais, o espaçamento pode ser de 200GHz (1.6nm),
100GHz (0.8nm), 50GHz (0,4nm) ou até 25GHz (0,2nm). Já o
CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplex) tem o mesmo
princípio de funcionamento, porém com baixa intensidade, tem
uma janela de espaçamento entre 1310nm e 1610nm.
Fig. 2. Ideia básica de um demultiplexador óptico [15 ].
B. MUX / DEMUX
O WDM é baseado na utilização de dois componentes
principais chamados Optical Multiplexer (OM), que tem a
função de combinar os diferentes comprimentos de onda em um
único caminho, e o componente Optical Demultiplexer (OD),
que tem a função de separar esse comprimento único e retornar
os vários comprimentos de onda novamente. Existem
amplificadores ópticos que operam em uma faixa específica de
frequência e são aperfeiçoados para a operação com fibra
existente, tornando possível impulsionar os sinais de onda de
luz, aumentando seu alcance sem a necessidade de convertê-los
em forma elétrica.
A tecnologia WDM é utilizada em sistemas de longo alcance
com ou sem regeneração elétrica. É preciso analisar as
distâncias de todo o sistema, a quantidade de canais e outras
características para decidir se será ou não utilizado
regeneradores. O espaçamento recomendado entre os OLA's
(Optical Line Amplifier) é de 80 km. Esta limitação é devido
aos amplificadores EDFA (Erbium Doped Fibre Amplifier),
pois em geral apresentam ligeira variação do ganho dentro da
faixa de operação (1530nm a 1565nm), já que: Ganho de
amplificador (dB) = Potência de saída (dBm) - Potência de
Entrada (dBm).
Neste sentido, para diferentes potências de entrada o sistema
apresentaria variações no ganho dos amplificadores, o que
consequentemente com a repetição desta característica ao longo
da rota, resultaria na perda da relação sinal ruído. Além deste
fator vale ressaltar também a questão da limitação por dispersão
(cromática e polarização). Comprimentos de onda de luz que
percorrem um maior trecho sofrem uma dispersão maior em
relação aos comprimentos de onda que percorrem trechos mais
curtos, neste sentido é necessário um maior controle para a
compensação da dispersão ao longo da rota.
C. MULTIPLEXAÇÃO
Multiplexação óptica é uma característica que precisa ser
definida quando se inicia um planejamento para a implantação
de um sistema novo de WDM. É preciso definir o espaçamento
entre os canais ópticos específicos para a aplicação que será
utilizada, pois é esse espaçamento que limita a capacidade do
sistema. A Figura 2 ilustra a ideia básica de um demultiplexador
óptico.
O espaçamento pode ter uma variação de até 200GHz e é
padronizado pelas normas G694.1, G.694.2 do ITU-T. A Figura
2 mostra um modelo de “demultiplexação” óptica de um
DWDM.
Os sistemas WDM mais comuns são descritos a seguir:
• CWDM (Coarse Wave Division Multiplex) – Nesta técnica
a informação pode ser agrupada em até 16 canais e exige
menos controle de comprimento de onda, porém com alta
qualidade de serviço. Possui flexibilidade para sistemas
ponto-a-ponto, suportando tráfego Ethernet e sua taxa de
transmissão pode chegar até 1,25Gbps em distâncias de até
40km e 2,5Gbps em distâncias até 80km.
• DWDM (Dense Wave Division Multiplexer) – Segundo a
ITU (International Telecommunications Union) esse
sistema pode combinar até 64 canais em uma única fibra,
porém na prática é possível encontrar equipamentos que
suportam multiplexar até 128 canais. Como dito
anteriormente, o espaçamento entre os canais pode ser de
1.6nm até 0.2nm. O DWDM pode multiplexar 40
comprimentos de onda na taxa de 10Gbps por canal, com
uma banda total de 400Gbps. Atualmente alguns
fornecedores já entregam equipamentos que suportam
400Gbps por canal. A técnica de multiplexação obedece ao
padrão G.652 (monomodo), que é utilizado na maioria dos
backbones.
Algumas diferenças entre CWDM e DWDM são mostradas
na Figura 3.
Fig. 3. Banda CWDM vs. DWDM [13]
A distância alcançada e a capacidade de banda são as
principais diferenças entre esses dois sistemas. As grandes
operadoras utilizam o DWDM para redes em longa distâncias,
pois permitem uma capacidade de até 80 canais em uma única
fibra (dependendo do fabricante) e tem uma taxa maior. Isso é
útil pois é possível transmitir não só o tráfego de um cliente
como o tráfego de todo o backbone da operadora de um ponto
para outro. Como dito anteriormente, a taxa do CWDM é de até
2,5Gbps e por isso é normalmente utilizado em redes
metropolitanas e redes de acesso à clientes.
D. CAPACIDADE E TRANSPARÊNCIA
Em um sistema WDM podem ser configurados serviços de
2Mbps até 100Gbps, sendo que hoje em dia, alguns fabricantes
já utilizam equipamentos transponders de 400Gbps. A
configuração de um serviço, com uma determinada banda, não
influencia em nada os outros serviços configurados no mesmo
sistema WDM. O WDM tem a vantagem de transmitir
diferentes sinais de uma maneira transparente em um mesmo
par de fibra. Não é necessária uma conversão óptica-elétrica nos
equipamentos uma vez que não há processos elétricos, mas sim
multiplexação dos sinais a serem transmitidos. Neste trabalho
iremos analisar um serviço configurado em um link WDM
“puro”, configurado com uma interface 10Gbps, e um link com
interfaces 1Gbps utilizando o mesmo meio de transmissão. Os
serviços transportados pela tecnologia WDM são: SDH –
(ATM: STM-1; STM-4; STM-16; STM-64 e STM-256);
SONET – (OC3; OC12; OC-48; OC-192 e OC-768); Ethernet
Service – (FE; GE; 10GE LAN; 10GE WAN); OTN Service –
(OTU1; OTU2, OTU3 e OTU4) e SAN Service – (Vídeo
Services e outros).
III. OTN
OTN (Optical Transport Network) é uma rede de transporte
óptica composta por um conjunto de elementos de rede que são
conectados por fibras ópticas e que fornecem funcionalidades
de transporte, multiplexação, roteamento, supervisão e
gerenciamento dos sinais “clientes” na rede. Segundo a
recomendação G.709 da ITU-T, o OTN é um protocolo que
fornece transporte eficiente baseado em comprimentos de onda
por meio de uma canalização óptica, oferecendo altas taxas de
transmissão e integridade ponto a ponto. A rede OTN é uma
evolução da rede SONET (Synchronous Optical Network) e
SDH (Synchrounous Digital Hierarchy) e ainda oferecendo a
versatilidade do DWDM (Dense Wavelength Division
Multiplexing), fazendo com que todo o sistema tenha um
melhor desempenho para solução de problemas e isolamento de
falhas na rede.
O OTN proporciona integração de redes diferentes com a
transparência de protocolos. É uma rede que fornece recurso de
manutenção avançado para sinais que trafegam por redes de
diferentes operadoras e serviços de monitoramento de
desempenho multicamadas. Essa integração é realizada via
quadro comum de transportes, não importando o tipo de serviço
que o cliente esteja utilizando (SONET, Ethernet, IP, etc.).
A. HIERARQUIA OTN
É no OTH (Optical Transport Hierarchy) e no DTH (Digital
Transport Hierarchy) que se inicia a estrutura que transporta
sinais digitais para dentro do OTN. É predominantemente
óptica a entrega dos serviços, conservando as facilidades de
distribuição de quadros e alta taxa de bits. A hierarquia OTN
entrega serviços de supervisão, transporte, roteamento,
multiplexação e integridade. Cada camada representa uma
funcionalidade e estabelece comunicação entre as próximas
camadas. As camadas que fazem parte do OTN são: sinal
cliente – (SDH, SONET, IP, ATM, GE, FE Etc.); OPU –
Optical Channel Payload Unit; ODU – Optical Channel Data
Unit; OTU – Optical Channel Transport Unit; OCh – Optical
Channel; OMS – Optical Multiplexed Section e OTS – Optical
Transmission Section. A Figura 4 indica essas camadas
hierarquicamente.
Fig. 4. Representação das camadas OTN. [3]
Sinal cliente – Quando um sistema WDM e/ou OTN recebe um
sinal, ele vai ajustá-lo de acordo com suas características. É
comum chamarmos este sinal recebido de “sinal cliente”. Este
sinal pode ser proveniente de diferentes tecnologias como
ATM, SDH, IP, SONET etc. Neste trabalho, vamos utilizar o
sinal cliente 10Gbps.
OPU (k) – É a estrutura utilizada para adaptar informações do
cliente para o transporte através do canal óptico. É inserido um
cabeçalho (flag) na fonte do sinal cliente quando chega na rede,
isso acontece na OPU, que não modifica os dados e retira a flag
no destino para sinalizar que a informação está sendo
transmitida. O índice “k” é utilizado para representar a taxa de
bits suportada, onde k = 1 significa aproximadamente 2.5Gbps;
k = 2 representa uma taxa de 10Gbps; k = 3 representa 40Gbps
e k = 4 representa uma taxa de 100Gbps.
ODU (k) – É uma estrutura de informação que consiste no
payload da informação. Ele adiciona um cabeçalho (flag) da
camada para ser transportado ao seu destino. Com esse
cabeçalho, é possível realizar a monitoração de nível óptico fim
a fim para fazer a comutação da proteção de cada ODU e
monitorar os sinais de indicação de alarmes.
OTU (k) – A OTU representa uma interface física óptica (ex:
OTU2, 10Gbps etc.) e adiciona monitoramento de desempenho
para a camada óptica.
FEC (Forward Error Correction) – é um código algoritmomatemático que utiliza uma técnica de símbolos redundantes ao
conteúdo da mensagem original para realizar a correção de
erros. O FEC torna o sistema mais robusto e confiável.
OCh – O OCh representa o caminho óptico ponto a ponto.
Nessa camada se faz a alocação de um comprimento de onda e
onde ocorre o processamento e recuperação de um fluxo
continuo de bits capaz de ser modulado/demodulado em uma
portadora óptica. São incluídos os processos de codificação,
decodificação, scrambling, descrambling, recuperação de clock
e também geração e terminação de sinais de
gerencia/manutenção.
OMS - Tem entre suas funções acomodar processos referentes
ao ganho de potência e compensação de dispersão dos sinais de
entrada e saída. A OMS faz a modulação de uma portadora
óptica através do payload OCh.
OTS – É considerada a camada de transmissão do sistema. É
nesta camada que o playload OTS e o OTS Overhead são
transportados. Ela transporta as sessões multiplexadas
opticamente.
Para facilitar as negociações comerciais, existe um padrão
utilizado por fornecedores e clientes para identificar as
capacidades de cada link com relação ao OTN. Podemos ver a
relação desse padrão na Tabela I.
TABELA I
RELAÇÃO OTU X ODU [2]
IV. PROTOCOLO OSPF
Esse é o protocolo que utilizaremos na configuração dos
switches Layer 3 desse estudo. O protocolo OSPF (Open
Shortest Path) é um protocolo aberto, definido pelo RFC 1247.
Utiliza o algoritmo Dijkstra, onde ele considera a largura de
banda na determinação da métrica para rotas, diferentemente
dos protocolos distance vetor.
O OSPF é um protocolo link state, onde calcula a métrica e
o estado dos links para executar o roteamento, envia updates
via multicast e trabalha com atualizações incrementais, ou seja,
envia atualizações somente se houver mudanças na rede. É
hierárquico e dividido em áreas (domínios de roteamento) onde
o router controlador é chamado de ABR (Area Border Router).
Os roteadores com OSPF mantém três tabelas diferentes:
Tabela de vizinhança: é onde armazena as informações dos
roteadores “vizinhos” diretamente conectado. LSDB (Link
State Database): é considerada a tabela de “topologia”. É nessa
tabela onde está a relação de todos os roteadores, quais redes
cada um conhece e todos os caminhos para chegar em cada um
deles. RIB (Routing Information Base): as rotas com melhores
custos para cada uma das redes existentes na LSDB serão
enviadas para a RIB após a execução do algoritmo SPF.
O critério adotado pelo OSPF no processo de roteamento é o
custo. Quanto menor o custo, melhor o caminho. O custo é
inversamente proporcional à largura de banda/interface, ou
seja: quanto maior a largura de banda, menor será o custo. O
OSFP faz um cálculo entre a largura de banda e a capacidade
da interface para definir o custo de cada rota. Em nosso estudo,
iremos utilizar interfaces de conexão entre os switches de
10Gbps.
O OSPF adota a transmissão de 5 pacotes específicos para
montar a rede. Esses pacotes são: Pacotes Hello: responsáveis
pela descoberta e manutenção da vizinhança com roteadores
diretamente conectados. Dentro do pacote Hello são enviadas
informações que precisam ser exatamente iguais entre os dois
roteadores como: Area-ID; Autenticação, Hello Interval, Dead
Interval e Stub Area Flag. Esses campos devem ser idênticos
em ambos os roteadores e especificam respectivamente a área
OSPF, a senha, o intervalo de conexão/desconexão da
vizinhança e a área stub dos roteadores.
O Pacotes DBD (Database Descriptor) verificam se as
tabelas LSDB estão sincronizadas entre os vizinhos. Os Pacotes
LSR (Link State Request) são enviados para solicitar
informações sobre os estados das rotas fora da tabela LSDB. O
pacote LSU (Link State Update) é a resposta do LSR. O pacote
LSA (Link State Advertisement) é utilizado para confirmar o
recebimento dos pacotes anteriores, com exceção dos pacotes
Hello.
Cada roteador recebe uma identificação única na rede
chamada de Router-ID, que pode ser manual ou dinamicamente
definida. É definida uma interface loopback em cada roteador,
pois como essa interface será apenas lógica, ela nunca ficará
indisponível, assim o processo OSPF sempre terá uma interface
UP para realizar o sincronismo.
Ao estabelecer uma conexão, o OSPF elege por valor de
prioridade, configurada dinâmica ou manualmente, um roteador
principal chamado de DR (Designated Router) e um BDR
(Backup Designated Router). Com a eleição do DR e BDR os
outros roteadores irão enviar atualizações somente para eles,
diminuindo assim o tráfego de pacotes de controle dentro da
rede.
V. PROTOCOLO MPLS
O MPLS (Multi-Protocol Label Switching) foi desenvolvido
pelo IETF (Internet Engineering Task Force) com o objetivo de
tornar mais eficiente a comutação e encaminhamento de
pacotes. O encaminhamento não é baseado no endereço IP de
destino (camada 3), no MPLS o encaminhamento de pacotes é
feito rapidamente pois utiliza-se uma técnica onde o rótulo é
transformado em um índice de pesquisa para uma tabela interna
que faz da descoberta da interface de saída apenas uma questão
de pesquisa.
O rótulo MPLS está presente no cabeçalho MPLS, que por
sua vez é inserido entre o cabeçalho IP e o cabeçalho da camada
de enlace. Em algumas literaturas ele é definido como um
protocolo de camada 2,5 pois como depende do IP ele não pode
ser definido somente como protocolo de camada 2 e também
não é definido somente como camada 3 pois encaminha pacotes
por diferentes pontos através de VLANs (Virtual Local Area
Network) e circuitos virtuais em um único enlace. A escolha do
caminho MPLS é baseada no roteamento convencional de
camada 3. A comutação do rótulo MPLS ocorre depois da
escolha de um caminho baseado no roteamento de camada 3.
A definição de multi-protocol é utilizada porque é possível
que switches MPLS encaminhem pacotes IP e pacotes não IP
ao mesmo tempo. Na Figura 6 vemos os campos do cabeçalho
MPLS.
Por ser ponto a ponto full-duplex, não há colisão e ganha
tempo. Com esse padrão Ethernet, podemos ter interfaces de
conexões que variam de 300m -10GBase-SR (short range),
utilizando fibra óptica multimodo, até 40km - 10Base-ER
(extended reach) utilizando fibra monomodo. Nessas e em
outras versões é realizado um embaralhamento dos bits de
dados, o que produz um fluxo serial de informações e a
codificação com o código 64B/66B. Com essa codificação o
tamanho do overhead também diminui. O padrão 10GBase-LR
(long reach), utilizando interface com 10km de alcance em
fibra monomodo (1,3µ) foi o padrão utilizado para os testes
desde estudo.
VII. ESTUDO DE CASO
Fig. 5. Representação de um cabeçalho MPLS. [1]
O campo “Label” é o rótulo do MPLS, normalmente
chamado de etiqueta que é utilizado como um identificador de
e tem tamanho fixo. O “QoS” (Quality of Service) é o campo
que indica a qualidade do serviço, “S” indica o empilhamento
de outros rótulos e “TTL”( Time to Live) o tempo de vida útil
do rótulo. Na estrutura do link MPLS temos o LER (Label Edge
Router), designado o roteador de borda. É ele que faz a inspeção
do IP de destino e outros campos para decidir qual caminho os
dados devem seguir, dispara o processo de definicção de um
caminho MPLS, e depois coloca o rótulo correspondente no
pacote. Na ponta remota da rede MPLS o rótulo será removido,
entregando o pacote IP para a próxima rede ou para o cliente.
Esse processo pode ser visto na Figura 6.
Os equipamentos que ficam no “meio” da rede podem ser
chamados de LSR (Label Switched Router). Eles identificam o
rótulo e utilizam-o como índice para uma tabela de
encaminhamento, determinam um novo rótulo e a interface de
saída. Esse tipo de comutação de rótulos é o padrão em redes
de circuitos virtuais. O caminho virtual criado da origem ao
destino é chamado de LSP (Label Switch Path).
Com todas as informações anteriores podemos entender
como foram realizados os testes que serão apresentados nesta
parte do estudo. Atualmente é comum em operadoras de
telecomunicações a entrega de serviços ponto a ponto em WDM
diretamente em interfaces de 10Gbps. Pensando nisso,
realizamos um estudo para otimizar esse tipo de serviço com a
utilização do mesmo meio de transmissão WDM, porém com a
entrega de circuitos de menor capacidade.
A intenção dessa otimização é ampliar a carteira de clientes
e consequentemente aumentar a receita financeira de uma
operadora. Isso pode ser possível economizando com a
instalação de equipamentos de backbone, uma vez que os
principais dispositivos do meio de transmissão serão os mesmos
e não haverá gastos excessivos.
Para esta otimização, foi configurado um circuito ponto a
ponto entre as cidades de São Paulo e Rio de Janeiro a fim de
mostrar as diferenças de capacidades, latência, tipos de
interfaces, tipos de tráfego e viabilidade comercial de cada um.
Podemos entender esse circuito na Figura 7.
Fig. 7. Representação de um circuito WDM entre SP e RJ. [Figura elaborada
pelo autor]
Fig. 6. Representação de Rótulos MPLS. [Figura elaborada pelo autor]
VI. ETHERNET 10GBPS
Padronizado pelo IEEE 802.3a, é um padrão de velocidade
utilizada dentro do backbone de operadoras para fazer a
conexão de roteadores de ponta, switches, servidores e troncos
de longa distância em redes metropolitanas com base em
Ethernet e fibra óptica. Em todos os casos o Ethernet 10Gbps é
full-duplex ponto a ponto, assim não utiliza CSMA/CD
(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection).
O primeiro teste foi a configuração de um canal (OCh) WDM
entre esses dois pontos. Para melhor entendimento das análises,
daremos o nome desse primeiro circuito de “Circuito A”. Para
esse teste, utilizamos um equipamento OSN6800 (Huawei) e
um transponder em cada central de modelo LSX (Line Single
X). A letra X significa 10Gbps para este fornecedor específico.
Esse canal foi configurado em uma rede já em produção e sem
afetar os outros canais (clientes) configurados no trecho.
Após a configuração do OCh, como sequência do processo
de criação, configuramos o ODU. A partir desse ODU fez-se a
configuração de um OPU. A taxa escolhida foi de 10Gbps, que
é a capacidade máxima do equipamento instalado (LSX), assim
configurado o trecho como ODU-2 Por fim, foi configurado um
Trail 10G-LAN entre os pontos. Neste caso, a interface do
cliente será uma interface óptica 10GigaEthernet.
Na Figura 8 é possível visualizar de forma hierárquica as
camadas do OTN/WDM que foram utilizados na configuração.
Ao realizar a configuração na plataforma de gerencia, podese observar na Tabela II todos os níveis do WDM/OTN
configurados, como a frequência do canal e a taxa de cada nível.
Pensando dessa maneira, realizamos nosso segundo teste que
está representado na Figura 10. Foram instalados e
configurados dois switches Layer 3 com OPSF, protocolo
necessário para estabelecer a vizinhança em camada de rede.
Após o estabelecimento da vizinhança, foi configurado o
MPLS, protocolo para habilitar a criação de circuitos (túneis)
virtuais. O equipamento anterior (transponder LSX) entrega
somente uma interface de 10G-LAN e os switches instalados
tem capacidade de entregar até quatro interfaces de 10Gbps e
mais 28 interfaces de até 1Gbps. No primeiro circuito, a
configuração de rate limit inserida foi para uma taxa máxima
de 1Gbps e para o segundo circuito utilizamos a taxa máxima
de 200Mbps. Para nossa análise, vamos chamar os circuitos de
“Circuito B” e “Circuito C” respectivamente.
Fig. 8. Representação da estrutura WDM/OTN/Cliente. [Figura elaborada pelo
autor]
TABELA II
REPRESENTAÇÃO GERENCIA WDM [TABELA ELABORADA PELO AUTOR]
Level
Och
Source
Wavelength
74\1558.17\192.4
00
Name
Bearer rate
(Mbps)
Rate
spo-rjo-och
0
OT U3
Spo-rjo-ot u
10709
OT U2
ODU3
Spo-rjo-odu
10037
ODU2
Client
In ate l -10G
10000 10 G E LAN
Teste 1 - Com o circuito já ativo, foi realizado um loop lógico
no equipamento instalado no Rio de Janeiro. Em São Paulo foi
inserido um instrumento de teste simulador de tráfego para
análise. O teste representado na Figura 9 foi um RFC2544
(Requests for Comments), que é o teste padrão de operadoras
para análise de latência nas camadas 2 e 3 padronizado
pela IETF (Internet Engineering Task Force).
Fig. 10. Representação de um circuito MPLS.[Figura elaborada pelo autor]
Ambos circuitos foram configurados em interfaces de 1Gbps
em modo Full-Duplex. Realizamos o mesmo teste RFC2544
nos dois circuitos, porém agora com o instrumento de testes
inserido no switch e não no WDM (ponta São Paulo), enquanto
o loop lógico foi configurado no switch da outra ponta (Rio de
Janeiro). A Figura 11 representa esse segundo teste.
Fig. 11. Representação de um teste MPLS. [Figura elaborada pelo autor]
Fig. 9. Representação de um teste de loop ponto a ponto.[Figura elaborada pelo
autor]
Os testes de tráfego tiveram sucesso com a taxa de 10Gbps,
sem perda de pacotes e sem taxa de erro em nenhum momento.
Sem perder a estrutura instalada e já garantida nos testes, foi
realizada uma forma de otimização da rede. Essa nova estrutura
visa ganhar banda sem perder cliente, ou seja, com o mesmo
trail 10Gbps instalado em uma rede e disponível para um só
“cliente final”, é possível otimizar para que outros clientes de
capacidades diferentes possam utilizar esse link sem
interferência entre eles. Veremos após os testes se é viável
técnica e comercialmente a utilização dessa nova estrutura.
Teste 2 - Uma vez configurado o Trail 10Gbps no WDM, é
possível inserir diferentes tipos de serviços para transporte.
Nota-se que é possível realizar um teste de cada vez, sem
interromper o tráfego dos outros circuitos. Após a realização
dos três testes, o foco da análise foi em um dos principais itens
discutidos na hora da decisão de escolha de um link ou
operadora, a latência, que nada mais é do que o “atraso total”
de um pacote na rede, ou seja, o tempo necessário para que um
pacote chegue ao seu destino. Logo, quanto menor a latência,
mais rápido o pacote irá chegar no destino e melhor será o
desempenho do link.
Configuramos o teste RFC2544 para testar pacotes de
128bytes até 9000bytes. Nesse caso, as latências medidas estão
demonstrada na escala em µs, no gráfico abaixo da Figura 12.
capacidade de 1Gbps por exemplo, esta capacidade não poderá
ser alterada em nenhum trecho do circuito.
Analisando os testes, vemos uma pequena diferença na
latência dos pacotes em geral, mas analisando somente os
pacotes maiores, com MTU de 9000bytes, a latência de um
circuito de 10Gbps, com instrumento de testes conectados
diretamente em transponders WDM, é apenas 0,27% menor do
que a latência de um circuito de 1Gbps, e 1,77% menor do que
a latência de um circuito de 200Mbps com testes em switches
MPLS.
A Tabela III indica as latências obtidas nos três testes.
6,58
6,57
6,56
6,55
Latencia (µs)
6,54
6,53
6,52
6,51
6,50
6,49
6,48
6,47
TABELA III
LATÊNCIA [TABELA ELABORADA PELO AUTOR]
6,46
6,45
128
256
512
1024
1280
1518
9000
Pacotes (bytes)
Fig. 12. Latência x Pacotes. [Figura elaborada pelo autor]
Analisando os testes, podemos verificar que para pacotes de
128bytes, os três testes foram praticamente parecidos, porém
para pacotes de 9000bytes a diferença de latência é maior. A
maior diferença ficou entre pacotes de 9000bytes. O Circuito A
teve uma latência de 6,46µs enquanto no “Circuito C” foi de
6,57µs.
No gráfico a diferença parece ser grande, porém na prática
essa diferença quase não existe. Essa informação é de extrema
importância para operadoras e clientes, pois é com ela que se
consegue validar a viabilidade de um link. Podemos verificar
que não há muita diferença na latência dos pacotes entre 128 e
1518bytes.
A Figura 13 indica que os pacotes menores têm maior
latência em relação aos pacotes maiores.
Latência de pacotes com 9000 bytes
6,70
6,577
Latência (µs)
6,60
6,50
6,462
6,480
6,40
6,30
6,20
10 Gbps
1 Gbps
200 Mbps
Fig. 13. Latência com pacotes de 9000 bytes [Figura elaborada pelo autor]
Vale lembrar que cada cliente utiliza um tipo de pacote
específico para cada tipo de aplicação e a operadora deve
disponibilizar o tipo de serviço que lhe foi contratado. A Tabela
III mostra as latências obtidas nos três testes.
O WDM não analisa pacotes, não analisa MTU (Maximum
Transmission Unit) e não analisa o tipo de aplicação, por isso,
muitas vezes se faz necessária uma outra estrutura para a
entrega de serviços específicos. Com switch MPLS é possível
configurar opções como rate limit, QoS, prioridades, interfaces
trunks com Vlans e outras características específicas de um
switch. Isso não é possível com o WDM “puro”, pois no WDM
se um determinado fabricante fornece uma placa com
Pacotes
(Bytes)
Circuito A
Latência (µs)
Circuito B
Circuito C
128
6,462
6,455
6,450
256
6,462
6,457
6,451
512
6,462
6,460
6,455
1024
6,462
6,468
6,463
1280
6,462
6,472
6,466
1518
6,462
6,474
6,470
9000
6,462
6,480
6,577
Essa análise sobre a latência de um circuito é válida pois
muitas vezes um cliente pode decidir contratar um circuito de
uma operadora específica somente pela latência de sua rede.
Algumas vezes o cliente solicita um teste de latência antes de
contratar qualquer circuito. Mas apesar da diferença grande
entre a latência do “Circuito A” e do “Circuito C” para os
pacotes MTU 9000, os outros itens analisados nos testes
tiveram valores aceitáveis.
Viabilidade econômica - Pesquisamos em algumas
operadoras e verificamos que os valores de instalação e
mensalidades são parecidos, porém o que diferencia é a
capacidade de transporte e suas características. Em relação ao
custo, tanto na visão da operadora quanto na visão do cliente o
“Circuito A” tem um custo muito maior.
Existe uma coisa importante que faz esse custo ser maior, que
é a característica do WDM em ser “transparente”. Isso significa
que uma operadora pode contratar um link WDM de outra
operadora e fornecer serviços para seus próprios clientes. Dessa
maneira, é possível transmitir qualquer tipo de tráfego em
WDM sem a rede de uma operadora ter o conhecimento da
topologia, intervenção ou monitoração da outra rede. Ao
analisar pelo lado da operadora, é possível afirmar que não se
tem prejuízo ao realizar a entrega/venda de um serviço de
menor capacidade como o “Circuito B” ou “Circuito C” em
relação ao “Circuito A”, pois após a configuração de um
circuito de 10Gbps a instalação de outros dispositivos nas
pontas se torna mais simples.
Mesmo com a instalação de switches, e outros equipamentos,
o custo-benefício de realizar a entrega de circuitos com
capacidades diferentes ao invés de um só circuito é melhor (na
visão de uma operadora). É fato que em qualquer operadora o
valor cobrado para um circuito de menor capacidade
(200Mbps) em relação a um circuito de maior capacidade
(10Gbps) é menor, porém com possibilidade de entrega de mais
de 20 circuitos utilizando o mesmo meio de transmissão, é
possível diminuir as despesas e aumentar a receita
consideravelmente.
Em uma pesquisa informal com operadores da cidade de São
Paulo, identificamos uma médica de valores cobrados para links
dedicados ponto a ponto de 10Gbps, 1Gbps e 200Mbps. A
Tabela IV indica esses valores.
TABELA IV
MÉDIA DE VALORES (ABRIL/2018) [ELABORADA PELO AUTOR]
Média de Valores de operadoras (SP)
Mensalidade
12 meses
24 meses
36 meses
Taxa 10Gbps
R$
R$
R$
Taxa 1Gbps
46.000,00
40.000,00
38.000,00
R$
R$
R$
15.000,00
13.000,00
12.500,00
Taxa 200Mbps
R$
R$
R$
8.300,00
7.300,00
7.000,00
200Mbps ou 1Gbps dentro de um circuito principal de 10Gbps,
uma operadora tem seu custo-benefício otimizado, pois a
receita aumenta consideravelmente.
A diferença de valor é grande em relação a diferença de
latência recebida. Cada cliente irá avaliar e decidir a capacidade
necessária para sua rede, mas para uma operadora é
compreensível realizar a otimização sugerida neste estudo. A
análise dos nossos testes mostrou que não há muita diferença na
latência de links de 10Gbps e 200Mbps, porém a diferença de
custo é muito grande. Uma vez que uma operadora consegue
disponibilizar um link 10Gbps, ela não precisa necessariamente
“vender” esse 10Gbps inteiro para um só cliente, sendo viável
a instalação de equipamentos que forneçam circuitos com
capacidades diferentes.
Na visão do cliente, também é possível afirmar que a
diferença de latência entre os circuitos não irá diminuir a
performance do link e a escolha do serviço vai depender da
necessidade de cada rede.
REFERÊNCIAS
A partir de todos esses dados, podemos verificar que é
possível construir diferentes modelos de circuitos como forma
de otimização, manutenção de recursos e aumento de receita. A
tabela V indica que com a configuração de um link de 10Gbps
a receita mensal fica em média R$40.000,00 enquanto com a
utilização desse mesmo link de 10Gbps otimizado a rede com a
estrutura MPLS, como no exemplo 3, a receita pode chegar em
média R$227.200,00.
Como dito anteriormente, nesse nosso estudo, utilizamos
switches com 28 interfaces de até 1Gbps. Com essa estrutura,
podemos ver no exemplo 3 da Tabela V que é possível
configurar dentro de um link de 10Gbps até 24 circuitos de
200Mbps cada um e 4 links de 1Gbps, sem ultrapassar a banda
total de 10Gbps fornecida pelo ODU2 do WDM. É possível ver
também a diferença de faturamento mensal entre o exemplo 1 e
o exemplo 3.
[1]
TABELA V
MODELOS DE NEGOCIO (ABRIL/2018) [TABELA ELABORADA PELO AUTOR]
[8]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[9]
1 Link
10Gbps
Qtde. de circuitos
de 1Gbps
0 Links
Qtde. de circuitos
de 200Mbps
0 Links
Banda total
ocupada
10Gbps
Faturamento
mensal em R$
40.000,00
Exemplo 1
Exemplo 2
Exemplo 3
8 Links
6 Links
4 Links
10 Links
20 Links
24 Links
10Gbps
10Gbps
8,8Gbps
177.000,00
209.400,00
227.200,00
[10]
Lembramos ainda que em nossa análise não levamos em
conta cálculos de “engenharia de tráfego”, que praticamente
toda operadora realiza, que consiste em “vender” uma
capacidade maior de circuitos do que o meio pode suportar.
VIII. CONCLUSÕES
Assim, após nossa análise, é possível afirmar que ao utilizar
switches para configurar circuitos de capacidade menores como
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
(Artigo online) Fagundes E. “Troca de Rótulos MPLS”. 2007.
Disponível:
http://efagundes.com/networking/algoritmos-deroteamento/troca-de-rotulos-e-mpls. Acessado em 22/05/2018.
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[16] ZHU, Aria. Fiber Optical Solutions. Disponível: http://www.fiber-opticsolutions.com/ip-wdm-ip-otn-comparison.html.
Acessado
em
10/05/2018.
Rodrigo Augusto Gonçalves Grion nasceu em São Paulo, SP, em 25 de julho
de 1981. Possui os títulos de Técnico em Processamentos de dados (ITB, 1998),
Técnico em Eletrônica (Chip, 2001) e Bacharel em Ciência da Computação
(FAC-FITO, 2006). Iniciou a carreira como programador de computador e
migrou para a área de telecomunicações em 2000. Em 2009 migrou para a
planta interna operando a rede da maioria das operadoras do país. Foi professor
no ITB (2017) onde lecionou disciplinas na área de Manutenção em
Informática. Desde 2014 é analista em telecomunicações na empresa Samm,
que pertence ao grupo CCR, atuando principalmente na área de engenharia,
realizando suporte especializado, viabilidade técnica e desenvolvendo projetos
de novas redes WDM, SDH, OTN, MPLS e IP.
Bruno de Oliveira Monteiro Possui graduação em Engenharia Elétrica
modalidade eletrônica pela Fundação Instituto Nacional de Telecomunicações
(2000) e mestrado em Engenharia Elétrica pela Fundação Instituto Nacional de
Telecomunicações (2006). Atualmente é professor parcial, coordenador da
Fetin - Feira Tecnológica do Inatel e coordenador do Nesp - Núcleo de Estágio
e Serviços Profissionais do Inatel. Atuando principalmente nos seguintes temas:
Rede de Transporte, NG-SDH, OTN, GFP, LCAS, VCat, Green IT.