INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO CEARÁ CURSO DE ENGENHARIA DE TELECOMUNICAÇÕES DISCIPLINA: SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO II PROFESSOR DR. FRANCISCO JOSÉ
REDES CONVERGENTES
VALDINEI CARLOS OLIVEIRA
FORTALEZA
2017
2
Sumário Sumário
2
Introdução
3
Desenvolvimento A Infraestrutura Redes Cabeadas Redes Wireless Tecnologias em alta no cenário de redes convergentes ➢ Voz sobre IP - Voice over IP (VoIP): ➢ Sistema Radiocomunicação Digital Troncalizado: ➢ Streaming de vídeo: ➢ Demais tipos de dados: Marco Civil - Princípio da Neutralidade da Rede Gerenciamento Facilitado versus Segurança
5 5 7 7 8 8 10 11 13 14 15
Conclusão
16
Referências
17
3
Introdução Antigamente a rede de voz usava uma tecnologia (analógica), a rede de dados outra tecnologia (digital) e a rede de imagem por sua vez usava uma terceira (também analógica). Assim, a empresa tinha três tipos fundamentais de rede e suas variantes. Demandando uma imensa quantidade de fios para todo lado. A convergência de múltiplas mídias, especialmente voz e dados é, sem dúvidas, um dos assuntos mais abordados na atualidade pelas empresas ligadas aos segmentos de redes de computadores e de sistemas de telecomunicações. As redes convergentes vieram justamente para unir imagens, voz e dados em uma única rede digital, que atua de forma integrada. Dessa forma, o ambiente pode ser gerenciado com maior facilidade, oferecendo maior controle sobre as atividades nos canais de comunicação e redução dos custos, além de permitir a criação de políticas de utilização dos recursos disponibilizados pela organização, garantindo o monitoramento e a qualidade das atividades. No entanto, a utilização de soluções para redes convergentes vai além do ambiente organizacional. O sistema interligado não atende apenas ao ambiente interno, podendo ser ampliado para a comunicação com fornecedores, parceiros comerciais e outros stakeholders da empresa. Em sistemas obsoletos, a equipe de TI fica com a responsabilidade de gerenciar as redes de telefonia e internet de forma separada, tornando essa tarefa mais complexa e lenta, muitas vezes com dificuldades de interação e troca de informações entre o pessoal de telefonia, acostumando à sistemas analógicos e o pessoal de TI, que vivem com sistemas baseados em tecnologias digitais. Com as redes convergentes, isso não acontece, já que pessoas de diferentes departamentos e unidades da companhia conseguem trocar informações e desenvolver projetos com total sinergia por meio de uma única plataforma. A origem das redes convergentes veio diante o crescimento do tráfego de dados de áudios e vídeos que supostamente apareceram pela internet no mundo inteiro.
4 Uma vez que a Internet (e a tecnologia IP por decorrência) foi originalmente designada para o transporte de tráfego de dados, a súbita prestação de serviços de VoIP veio a alterar substancialmente este paradigma, propiciando o que se convencionou chamar de Redes Convergentes. Então, esta nova tecnologia vem agora proporcionar o surgimento de redes, apoiadas no IP, capazes de permitir o tráfego de dados e informações de tempo real (voz e vídeo), tendo-se constituído assim um mecanismo para o transporte de informação multimídia. Alguns exemplos de Redes Convergentes: Youtube - vídeos em tempo real; Skype - Telefonia IP e Teleconferências; Radio por internet - Sistema Radiocomunicação Digital Troncalizado; TV por internet - Netflix; Educação a distância - o famoso EAD; e Jogos Multiplayer. Em Redes Convergentes surgiram novas classificações, como por exemplo: Aplicações Elásticas e Aplicações Inelásticas. – Aplicação Elástica: São as tradicionais onde as requisições são completamente transferidas e somente depois serão reproduzidas. Exemplos: Uma página da WEB, Correio Eletrônico, Transferência de Arquivos, etc. – Aplicação Inelástica: Trabalhando com multimídia são reproduzidas antes das requisições serem completamente transferidas. Alguns exemplos são: Rádio na WEB, Videoconferência ou Voz sobre IP, TeamSpeak e etc, Streaming de vídeos e TV sobre IP. Então com o rápido crescimento das corporações, vem se tornando cada vez mais necessário a implementação de uma infraestrutura convergente, visto que, essa implementação pode gerar grandes benefícios. Com as novas redes, torna-se possível otimizar a disponibilidade, confiabilidade e autenticidade no sistema, permitindo o compartilhamento da operação, a administração e a manutenção de equipamentos.
5 Nas novas redes, os dados, a voz e as aplicações multimídia convergem para uma plataforma de transporte comum, hoje o IPv4, permitindo que os serviços sejam entregues aos usuários de forma simples, ou seja, através de uma única rede e de um único acesso, os usuários poderão ter serviços de voz, dados e imagem como telefonia IP, IPTV (TV via IP), VoipCel, vídeo sob demanda, além de uma gama de novos serviços de interatividade. No decorrer deste trabalho, conheceremos um pouco mais sobre a infraestrutura necessária para suportar as redes convergentes e suas principais tecnologias nos dias atuais.
Desenvolvimento A Infraestrutura Mas será que o protocolo IP atual, o IPv4, é o mais adequado para transportar todos os protocolos requisitados conforme o diagrama da figura 1, abaixo? Figura 1: Diagrama lógico de uma rede convergente.
Fonte: https://ic.tweakimg.net/ext/i/1157894805.jpg
Aí começam a surgir os primeiros problemas: Em resposta a pergunta inicial, tecnicamente a resposta seria não. O IP que utilizamos atualmente (IPv4) não é o mais
6 adequado para trafegar voz porque não apresenta mecanismos que permitam o controle de QoS (Qualidade de Serviço), garantido em todos os nós da rede. Mas isso não significa dizer que não seja possível trafegar voz sobre IP. Este tipo de problema é resolvido com a nova versão de IP (IPv6), que implementa soluções para QoS e controle de fluxo, bem como através de outros protocolos de controle que possam garantir essa qualidade necessária. Outro fator, é o esgotamento atual de endereços IPv4, que possuem 32 bits, proporcionam apenas 4 Bilhões (232 possíveis) de endereços, dos quais apenas 50% são úteis ( ). O que o torna insuficiente para atender a demanda de endereços necessária aos equipamentos da rede convergente, principalmente os telefones VoIP, que necessitam de endereços globais exclusivos para atender ao requisito de comunicação fim a fim. (TANENBAUM, 2011). Em contrapartida, o IPv6 com seus endereços de 128 bits (2 128 possíveis), proporcionam mais de 340 (Undecilhões de endereços), que apesar de ter mais bits de endereçamento, tem menos campos no cabeçalho do que o IPv4, além disso possui um tamanho fixo para o pacote, assim o processamento é mais rápido, ou seja, neste contexto de IPv6, a limitação de endereços, o gargalo de aplicações de vídeo, bem como a prioridade de tipo de tráfego, não será mais um problema. Veja na na figura 2. Figura 2: O pacote IPv4 atual e o novo Pacote IPv6, este possui maior capacidade e é mais simples.
Fonte: https://www.gta.ufrj.br/ensino/eel879/trabalhos_vf_2009_2/priscilla/images/cabecalho.jpg
7
Redes Cabeadas A rede cabeada é uma alternativa confiável e muito indicada para quem precisa de uma conexão estável e não se importa em estar preso a um cabo ethernet. Essa conexão é mais segura contra invasões e é capaz de entregar uma velocidade mais elevada. As redes de internet cabeadas também sofrem menos interferência. Por isso, esse é o tipo de conexão indicada para empresas que dependem fortemente da conexão à internet para o desenvolvimento do negócio e necessitam de velocidades mais elevadas de download e upload. Um problema é não poder utilizar dispositivos móveis, como tablets e celulares, e a necessidade de estar sempre preso a um ponto de acesso. Abaixo alguns exemplos de redes cabeadas mais utilizadas atualmente:
Fibra óptica - transmite informação a longas distâncias através de sinais luminosos, ao invés de sinais elétricos, utilizando o fenômeno da reflexão total. Por isso a fibra óptica é capaz de conduzir a luz por longas distâncias com uma baixa perda em dB por km, além de ser totalmente imune a interferências eletromagnéticas. As fibras ópticas são classificadas em monomodo ou multimodo, dependendo do diâmetro do seu núcleo e da dispersão da luz. As fibras monomodo possuem um núcleo muito fino com diâmetro entre 7μm e 10μm, já as fibras multimodo têm núcleos mais espessos (de 62,5μm ou 50μm).
Par trançado - Existem cabos classificados da categoria 1 até 7. Os cabos de par trançados são compostos por 4 pares de fios de cobre que, como o nome sugere, são trançados entre si. Este sistema cria uma barreira eletromagnética, protegendo as transmissões de interferências externas, sem a necessidade de usar uma camada de blindagem. (MORIMOTO, 2008)
Redes Wireless A tecnologia de conexão sem fio foi uma grande inovação no mercado há mais de uma década por proporcionar mais liberdade para o acesso à internet. As redes wireless permitem que você use a internet nos dispositivos móveis, como tablets e smartphones, e também traz a vantagem de não demandar obras para passar fios. Por isso, a conexão
8 wireless também é considerada uma opção prática e de baixo custo, pois não é necessário investir em infraestrutura para distribuir o acesso ao ambiente. Os pontos fracos da rede Wi-Fi são interferências de sinal e problemas de velocidade e segurança. A rede wireless é sujeita a fatores que podem atrapalhar a velocidade da conexão e o alcance do sinal devido à presença de outros dispositivos eletrônicos, e também é afetada por paredes e andares. Desse modo, a velocidade de internet contratada dificilmente será atingida. Seguem abaixo alguns exemplos de tecnologias sem fios utilizadas nas redes convergentes: LTE - 4G; HSPA - 3G; 802.11 - WI-FI; e 802.16 - WIMAX.
Tecnologias em alta no cenário de redes convergentes Neste cenário de redes convergentes, algumas tecnologias se destacam como principais motivadores deste paradigma. São elas:
Voz sobre IP - Voice over IP (VoIP): É uma tecnologia que permite que você através de um computador, smartphone ou até por um aparelho de telefone comum receber e/ou faça ligações nacionais ou internacionais por meio de um rede de comutação por pacotes, por exemplo, uma Rede IP. O crescimento de soluções de comunicação de voz por meio da tecnologia Voice ), busca oferecer uma solução integrada e de baixo custo, que possa Over IP (VoIP substituir com vantagens a telefonia convencional. Os serviços VoIP utilizam telefones apropriados para as redes IP, e que são muito diferentes, em complexidade, dos telefones analógicos convencionais, por serem digitais e
possuírem
recursos
semelhantes
àqueles
encontrados
Normalmente utilizam-se os seguintes tipos de telefones IP:
nos
computadores.
9 Computador: o próprio computador pode ser usado como telefone IP, desde que tenha uma placa de som, um microfone, alto falantes ou fones de ouvidos, e um programa do tipo softphone, que possui todos os recursos para funcionar como um telefone IP. Adaptador para Telefone Analógico (ATA): é um dispositivo que funciona como um conversor de telefone IP para um telefone analógico convencional. O ATA é conectado a um acesso de banda larga (rede IP) e a um telefone analógico convencional, que pode ser usado normalmente para fazer e receber ligações do serviço VoIP contratado. Telefone IP: é um telefone que possui todos os recursos necessários para um serviço VoIP. Para ser usado é necessário apenas conectá-lo a um acesso de banda larga (rede IP) para fazer e receber ligações do serviço VoIP. Figura 3: Rede de voz sob protocolo IP, integrado à uma estrutura de rede única
Fonte: http://www.tecnicontrol.pt/multimedia/images/comunica%c3%a7%c3%b5es/voip%20system.png
São várias as vantagens da tecnologia. Além de baratearem o custo das ligações telefônicas, o VoIP ainda permite que várias chamadas ocupam o mesmo espaço que é preenchido somente por um na telefonia tradicional. Na rede convencional, 10 minutos de ligação consumiam 10 minutos de transmissão a uma taxa de 128 Kbp/s, enquanto com VoIP a mesma ligação pode ocupar somente 3,5 minutos do tempo de transmissão a 64 kbp/s, deixando o restante livre para outras chamadas.
10 Porém, há também algumas desvantagens do método, como a dependência de Internet, fora que, a qualidade da chamada irá depender da conexão.
Sistema Radiocomunicação Digital Troncalizado: O Sistema Rádio Troncalizado, também chamado Trunking surgiu com a necessidade de melhor se aproveitar o espectro.
A quantidade de redes rádio
necessárias para a coordenação de serviços vitais para sociedade havia aumentado consideravelmente, consumindo toda a faixa de frequências para o sistema rádio. Assim, houve a necessidade em se criar um sistema rádio que permitisse as comunicações entre todos esses entes trazendo expressivo aproveitamento do espectro. O Sistema Rádio Troncalizado é um sistema cuja proposta de funcionamento é semelhante ao de uma central telefônica, isto é, por troncos. Ele realiza o gerenciamento eficiente dos canais de comunicações de forma que não existe a possibilidade de se visualizar, em seu uso, canais com muito e pouco tráfego (Figura 4). Figura 4: Comparação sistema radiocomunicação convencional e SRDT - Rede Tetra
Fonte: http://www.tecnicontrol.pt/multimedia/images/comunica%c3%a7%c3%b5es/voip%20system.png
A escolha do canal e conseqüentemente, da freqüência é realizada de forma pseudo-aleatória pelo sistema, sem qualquer interferência do usuário. Assim a maioria dos usuários não tem idéia de qual freqüencia está utilizando. É uma espécie de sistema celular. Diferentemente dos sistemas celulares tradicionais, onde há grande quantidade de Estações Rádio Base (ERBs), cada qual com
11 limitada área de cobertura, o Sistema Rádio Troncalizado (SRDT) se utiliza de poucas ERBs que possuem, cada uma, uma macrocélula que pode variar de 6 a 40 Km de raio de cobertura (Figura 5). Figura 5: Diagrama de uma Rede SRDT - Rede Tetra
Fonte: http://docplayer.com.br/docs-images/26/7559224/images/28-0.png
O que se costuma chamar de rede rádio, para esse sistema é denominado de grupo. Cada rádio possui seus Identification Numbers, ou como se costuma chamar, seus números ID. Um número identifica o próprio rádio e o outro, o grupo a que pertence. São esses códigos lógicos que formam as redes rádio e permitem chamadas individualizadas entre os equipamentos. O número ID também permite a todos os equipamentos chamados que identifiquem o seu chamador. As principais técnicas de acesso ao meio utilizadas pelo SRDT são o Acesso Múltiplo por Divisão de Freqüência (FDMA), o Acesso Múltiplo por Divisão de Tempo (TDMA) e, mais recentemente, existem equipamentos que utilizam o Acesso Múltiplo por Divisão de Código (CDMA). Streaming de vídeo:
O conteúdo de vídeo foi o responsável por 64% de todo o tráfego de internet do mundo em 2014 e estamos para observar uma explosão no consumo ao longo dos
12 próximos 4 anos. De acordo com um novo relatório da Cisco, em 2019, o vídeo online
será responsável por quatro quintos do tráfego mundial de Internet. As estatísticas para os EUA são ainda mais impressionantes, chegando a 85%. O Streaming permite que os usuários tenham acesso aos seus conteúdos com muito mais velocidade. Por serem transmitidos em “buffering” — ou seja, transferências de pré-carregamento — e por meio de blocos de dados, os materiais podem ser assistidos antes que um download completo seja realizado. Por essa razão, o streaming é bem diferente do que vemos nos downloads tradicionais de conteúdos — seja em transferências P2P, FTP ou por torrent. Em uma rápida análise do próprio termo é possível entender melhor o funcionamento do sistema. “Stream” significa “corrente” (de água, no caso). O “streaming” vem daí: funciona como uma corrente de um rio que leva a água (dados) do servidor (nascente) até o equipamento do cliente (foz) sem interrupções. Streaming é todo conteúdo multimídia que se pode ver ou ouvir sem ter que baixar tudo de uma só vez, podendo fazer o carregamento dos arquivos ao mesmo tempo em que já se está assistindo. Vide a Figura 6. Figura 6: Estrutura de uma rede IPTV - streaming de vídeo, integrada a uma rede IP
Fonte: https://www.researchgate.net/profile/Bernd_Wolfinger/publication/264894205/figure/fig12/AS:272668565962 780@1442020660503/Figure-2-Main-components-of-a-VANET-based-IPTV-system.png
13
Demais tipos de dados: No início da internet, nos anos 70 até os anos 80, a Arpanet e logo após a Internet eram apenas voltadas para troca de informações entre acadêmicos e cientistas das universidades americanas. Esse paradigma mudou com a explosão das redes nos anos 80, mas ainda prevalecia que as redes de comutação por pacotes transportavam apenas dados. (KUROSE, 2013) A partir dos anos 90, com o surgimento da World Wide Web, é que a internet se chegou aos lares e empresas de milhões de pessoas e ao final da década já oferecia conteúdo multimídia (Jogos, pequenos vídeo, páginas com áudios). (KUROSE, 2013) No início do século XXI, a internet, na qual originalmente só trafegava dados, passou a ser a convergência dos diversos tipos de tráfego, voz, vídeo, pois através do IP era possível transportar qualquer protocolo das camadas superiores. Observou-se também que uma rede centralizada, transportando os diversos tipos de tráfego já citados anteriormente seria muito mais econômicos para as empresas e grandes provedores. Assim na primeira década do século XXI, cunhou-se o termo “Convergência”, que nada mais é que, um termo que de uma maneira geral, é utilizado para designar a tendência de utilização de uma única infraestrutura de tecnologia para prover serviços que, anteriormente, requeriam equipamentos, canais de comunicação, protocolos e padrões independentes. A popularização da internet e a necessidade de garantir a interoperabilidade de redes distintas acabou por tornar o seu protocolo (IP - internet protocol) como o padrão a ser adotado por todas as redes de dados, criando o que estamos chamando de convergência para o mundo IP. Assim como as mais diversas indústrias, a da telefonia também não ficou indiferente a esta mudança. Ampliando o conceito de convergência em telecomunicações podemos incluir a videoconferência. Alguns fatos que contribuíram para esta convergência: ● Disseminação de redes IP; ● Desregulamentação das telecomunicações;
14 ● Digitalização da telefonia; ● Popularização da telefonia móvel; e ● Aumento de produção de conteúdo de mídia. Figura 6: Convergência dos vários tipos de serviço sob uma rede IP
Fonte: Kurose, James F.; Ross, Keith W. Redes de computadores e a Internet, pag 63.
Marco Civil - Princípio da Neutralidade da Rede Em um cenário de rede convergente na qual a Rede é única para todo e qualquer tipo de tráfego, faz-se necessário evitar que as operadoras venham a cobrar por tipos de tráfego distintos na rede. Diante dessa possível discriminação, surgiu no Brasil o Marco Civil da Internet, que regulamenta o uso de internet no Brasil e que traz um princípio fundamental no cenário atual: o de Neutralidade da Rede.
15 O conceito define o tratamento da navegação dos usuários na internet pelas operadoras de telecomunicações. A neutralidade é o princípio que determina que todos sejam tratados com igualdade, sem que haja benefício para uns e não para outros na hora de navegar ou que haja limitação para clientes específicos. Isso significa que com uma internet neutra, as operadoras de telecomunicações não podem fazer distinção de tráfego com base em interesses comerciais, nem privilegiar a transferência de determinados pacotes de dados (aquilo que enviamos ou recebemos quando estamos navegando) em detrimento de outros. O princípio da neutralidade diz simplesmente que a rede deve ser igual para todos, sem diferença quanto ao seu uso. Em uma analogia com a energia elétrica, que também é prestada através de uma rede, não se faz diferença entre o uso de uma geladeira, um microondas e um televisor. A rede não aceita um aparelho e rejeita outro, ou seja, não faz discriminação de uso. O mesmo deve valer para a internet.
Gerenciamento Facilitado versus Segurança O uso de redes convergentes facilitou a administração e enxugou os custos de implantação e manutenção com a infraestrutura das redes, contudo, como tudo agora integra o mundo IP, estas redes se tornam vulneráveis aos mais diversos tipos de ataques, seja os de força bruta (programa para descobrir senha por meio de tentativa e erro), Sql Injection (Inserção de dados não previstos em bancos de dados) ou DDNS (Ataque distribuído de negação de serviço), dentre outros. Com isso, gestões de segurança de redes mais intensivas se f azem necessárias para fazer frente a estas ameaças.
16
Conclusão A Internet hoje desempenha um papel no cotidiano das pessoas que não havia sido dimensionado quando a mesma foi implantada lá pelos idos dos anos 80. Desde então, ela tem crescido cada vez mais e se tornou principal fornecedora de praticamente todos os serviços e conteúdo multimídia que é consumido pelas pessoas. E as redes convergentes tem sido o pilar que mantêm estes serviços funcionando conforme as exigências de banda e velocidade cobrado pelas pessoas, assim, novas tecnologias surgem a cada dia, exigindo mais das redes e de seus administradores. E essa convergência também ocorre no meio físico: Fibras ópticas, cabos UTP, WI-FI, WIMAX, TDM, FDM, H.323 e G711 trabalham em conjunto transportando qualquer tipo de tráfego para oferecer o melhor serviço aos cidadãos.
17
Referências Disponível em: < http://www.canaltelecom.com.br/blog/redes-convergentes-reducao-de-custos-com-qualida de/ > Acesso em: 02 dez 2017 Disponível em: < http://www.alctel.com.br/redes-convergentes-conheca-as-principais-vantagens-de-sua-utili zacao/ > Acesso em: 05 dez 2017 Disponível em: < http://inforrede.com.br/rede-wireless-vs-rede-cabeada-qual-a-melhor-opcao/ > Acesso em: 05 dez 2017 Disponível em: < http://labcisco.blogspot.com.br/2014/10/especificacoes-tecnicas-das-fibras.html > Acesso em: 09 dez 2017 Disponível em: < http://www.teleco.com.br/voip.asp > Acesso em: 10 dez 2017. Forouzan, Behrouz A. Comunicação de Dados e Redes de Computadores - 4ª Ed, AMGH Editora Ltda, 2010. Kurose, James F.; Ross, Keith W. Redes de computadores e a Internet: uma
abordagem top-down - 6ª Ed, editora Person - 2013 Marin, Paulo Sérgio. Cabeamento Estruturado - 3ª Ed, Editora Érica - 2011. Morimoto, Carlos E. Redes, Guia Prático - 2ª Ed, Sul Editores - 2008. Tanenbaum, Andrew S.; Wetherall, David. Redes de Computadores - 5ª Ed, Editora Pearson - 2011 Valente, Nelcinei de Freitas; Vaillant, Marcelo do Nascimento. O uso do Sistema Rádio
Troncalizado em Operações de Garantia da Lei e da Ordem em Área Urbana sob a ótica da Guerra Eletrônica - Disponível em: < http://www.ccomgex.eb.mil.br/cige/sent_colina/9_edicao.../Art_Cap_VAILLANT.pdf > Acesso em: 09 dez 2017.
