24/03/2019

Redes Modo Pacote: Visão Geral e Multiplexação Estatística

1 - INTRODUÇÃO

Nos artigos anteriores falamos sobre as redes modo circuito. Vamos abordar neste artigo as redes modo pacote, em uma visão geral e em termos de multiplexação estatística.

Este artigo, assim como outros que virão, busca a definição de conceitos fundamentais para alicerçar outros artigos posteriores, que tratarão das diferentes tecnologias de redes de dados terrestres.

No próximo artigo concluiremos o tema multiplexação estatística, com exemplos de sua aplicação.

2 - REDES MODO PACOTE

As redes modo pacote têm como fundamento o uso compartilhado e o tratamento estatístico dos recursos da rede durante a comunicação.

Essa opção de rede surgiu para atender eficiente e economicamente às aplicações com fluxos de dados intermitentes, com taxas de bit variáveis e muitas vezes em rajadas (bursts).

As redes modo pacote alocam seus recursos de transmissão e de comutação utilizando métodos dinâmicos e estatísticos. As informações são estruturadas em quadros, ou pacotes, que são armazenados, tratados em fila e retransmitidos ao longo dos comutadores (switches) das redes, em processo referido como store-and-forward.

É óbvio que essa forma de comunicação, a despeito de sua eficiência, introduz latência aleatória e consequentemente variação de delays (processo conhecido como jitter de quadros) nas filas imprevisíveis que se formam nos multiplexadores e comutadores das redes. Esse fato demanda cuidados especiais e criam limitações no atendimento a aplicações com tráfego isócrono, como é o caso de aplicações de voz e de vídeo.

Mesmo no caso de aplicações não-isócronas com tráfego intermitente, porém de grande intensidade, podem ser atendidas mais apropriadamente por redes modo circuito, por não compensar o uso de redes modo pacote.

Em serviços cobrados, enquanto os serviços modo circuito são tarifados por um valor fixo, as redes modo pacote admitem a possibilidade de cobrança em função do tráfego transmitido, o que pode se tornar conveniente.

A comunicação no modo pacote pode ocorrer em redes com multiplexação estatística, em redes como LANs e MANs e em redes de comutação de pacotes (packet switching).

2.1- Multiplexação Estatística

A multiplexação estatística (statistical multiplexing) é um modo temporal de multiplexação que, diferentemente do TDM, não impõe qualquer determinismo em diferentes aspectos funcionais, tais como o sequenciamento, o posicionamento e o tamanho de quadros transmitidos, assim como nas quantidades de estações em qualquer dos lados da multiplexação.

A multiplexação estatística é basicamente um processo unidirecional, partindo de um multiplexador (MUX) para um demultiplexador (DEMUX). A multiplexação bidirecional requer o uso de dois sistemas de multiplexação equivalentes operando em sentidos inversos.

Pode existir, contudo, a multiplexação estatística bidirecional, com a coexistência do MUX e do DEMUX em um mesmo dispositivo.

A transmissão de quadros em multiplexação estatística ocorre normalmente de acordo com ordem de chegada dos quadros, tanto no multiplexador quanto no demultiplexador, no que se denomina método FIFO (First-in, First-out). No entanto, outras formas de ordenamento na sequência de transmissão de quadros podem ser programadas.

A figura abaixo ilustra a operação de um sistema de multiplexação estatística.

Fica evidenciada, nessa figura, a utilização de um buffer no multiplexador estatístico. Essa utilização é necessária para o sequenciamento de quadros de diferentes terminais que atingem o multiplexador em sobreposição. Essa sobreposição ocorre, na figura, em quadros do terminal A e do terminal B, e em quadros do terminal B e do terminal C.

A eficiência da multiplexação estatística é naturalmente superior à do TDM, uma vez que não ocorre a transmissão de slots vazios. No TDM, um terminal só ocupa o respectivo time-slot quando possui tráfego para transmitir. Caso contrário esse time-slot é transmitido vazio. Na multiplexação estatística, diferentemente, só não haverá transmissão quando todos os terminais não possuírem quadros para transmitir.

Enquanto os sistemas FDM, WDM e TDM ocorrem na camada física do modelo OSI (ou do modelo TCT/IP), a multiplexação estatística ocorre na camada 2 (camada de enlace de dados).

2.1.1-Identificação de Canais

Na multiplexação estatística ocorre a comunicação entre diferentes estações ou a comunicação entre diferentes processos entre determinadas estações. Em ambos os casos essa comunicação é referida como canal.

Na multiplexação estatística entre estações, cada canal é identificado pelos endereços da estação de destino contidos nos quadros. A comunicação realiza-se por um único meio físico.

Na multiplexação estatística entre processos, onde a comunicação se realiza em um único canal entre determinadas estações, cada processo é identificado por um número arbitrário (um label) inserido no quadro, identificador esse acordado entre as partes que se comunicam.

A multiplexação estatística de processos sobrepõe-se hierarquicamente à multiplexação estatística entre estações.

É preciso que as estações estejam devidamente localizadas pelos seus endereços, para que ocorra multiplexação estatística de processos entre elas. Ressalva-se o caso da comunicação isolada entre estações, quando a localização das estações é implícita, sem a necessidade de endereços explícitos, ocorrendo apenas a multiplexação estatística de processos.

Em uma arquitetura em camadas como OSI e TCP/IP, por exemplo, a localização das estações pode ocorrer em uma camada inferior, dando suporte a multiplexação estatística de processos em camadas superiores.

Como veremos no exemplo de multiplexação estatística no TCP/ IP a seguir, estações IP são localizadas por endereços de camada 3 (endereços IP), enquanto no TCP e no UDP ocorre multiplexação estatística de processos (que são as aplicações superiores) por identificadores (os port-numbers) contidos nos quadros TCP e UDP, sem que constem endereços nesses quadros (a comunicação se baseia nos endereços IP).

Em redes operando por datagramas, como nos exemplos das redes IP e das redes bridged Ethernet, os endereços das estações devem constar explicitamente de todos os quadros transmitidos.

Em redes que operam por circuitos virtuais, as comunicações entre processos são codificadas pelos identificadores de circuitos virtuais (também referidos como canais lógicos), como, por exemplo, os DLCIs (Data Link Connection Identifiers) no Frame Relay e os VPIs/VCIs (Virtual Path Identifiers/Virtual Channel Identifiers) no ATM.

Registra-se que, a comutação de pacotes como veremos em próximos artigos, é o produto da associação entre diferentes multiplexadores estatísticos coexistindo em um mesmo comutador, onde ocorrem múltiplas associações entre os canais que pertencem a diferentes sistemas de multiplexação, associações essas que se encontram registradas em tabelas cross-connect situadas nos comutadores.

2.1.2- Exemplos de Multiplexação Estatística

Aguardar o próximo artigo quando utilizaremos a arquitetura TCP/IP como exemplo, aproveitando para adiantar alguns conceitos e informações quanto a essa importante arquitetura.