Qual a função do elemento de comutação em um roteador?

A infraestrutura de rede é constituída pelas diversas redes que suportam o serviço IPTV. Em essência, essa camada oferece o serviço IP de maneira fim-a-fim valendo-se de uma rede conhecida como multisserviços, que deve ser dotada de mecanismos de qualidade de serviço.

Sua missão é oferecer conectividade de qualidade à camada de serviço e os principais requisitos relacionados à rede são:

• Largura de banda adequada para suportar os canais de vídeo. Deve-se notar que apesar da grande necessidade de largura de banda, o tráfego é assimétrico com volume significativamente maior na direção de downstream. É necessário uma rede de acesso de banda larga com qualidade.
• Inteligência de QoS para garantir os requisitos de QoE desejados;
• Arquitetura de multicast robusta para suportar a distribuição de vídeo com a otimização de recursos.

Uma arquitetura de rede típica IP multisserviço apresenta os seguintes elementos: núcleo; borda / agregação; acesso e residência.

Figura 1: Modelo de referência de serviços IPTV

Fonte: (DUQUE, 2008)

Núcleo da rede IP

É responsável por transportar o elevado volume de tráfego das diversas redes de agregação, utiliza tecnologia das redes IP e a sua função, na essência, é o transporte e roteamento. O núcleo IP é dotado de mecanismos de QoS (Quality of Service), onde podemos destacar o MPLS (Multiprotocol Label Switching). O MPLS no núcleo da rede é responsável pela criação de uma rede estável e escalável, aumenta a velocidade de transmissão e garante o desempenho da rede. O núcleo é dotado de fibra ótica para o transporte de dados de longa distância entre os diversos PoPs de núcleo (DUQUE, 2008).

Agregação

A agregação é responsável pelas camadas de roteamento, comutação e transmissão, onde ocorre o escoamento do tráfego entre o acesso e o núcleo da rede. Dessa forma essas redes são delimitadas tanto pelos roteadores da borda próximos ao núcleo quanto roteadores/switches de agregação próximos do acesso.

Acesso

As redes de acesso devem atender as necessidades de largura de banda exigidas pelos IPTV. O IPTV faz usos de várias implementações de rede de acesso, tais como: xDSL, PON e GPON. A rede de acesso interliga o ambiente do prestador de serviço até o usuário.

A tecnologia xDSL é implementada através das redes adaptadas para prestação de serviços de Internet Banda Larga valendo-se da Digital Subscriber Line (DSL). O padrão mais utilizado difundido é o ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) e suas evoluções ADSL2/ADSL2plus.

As variantes que empregam fibra óptica incluem:

• Fiber to the Cabinet (FTTCab): a fibra-óptica chega até o armário de distribuição;
• Fiber to the Home / Building (FTTH / FTTB): a rede é implementada em fibra óptica em toda sua extensão.

As modalidades de implementação dessas variantes incluem a tecnologia óptica ativa, que utiliza tecnologia Ethernet, e a tecnologia óptica passiva, que não necessita de equipamentos eletrônicos ativos para transmissão.

A tecnologia Passive Optical Network (PON) utiliza o conceito de compartilhamento da fibra na rede primária. Na tecnologia óptica passiva existe um nó central chamado Optical Line Terminal (OLT), que realiza a conexão com a rede de agregação, os diversos tipos de dispositivos de assinantes, denominados Optical Network Termination (ONT), os Optical Network Unit (ONU), as redes de fibras ópticas e o conjunto de splitters que a compõe Optical Distribution Network (ODN).

Em geral, os termos OLT e ONT/ONU também são usados para referenciar os elementos que estão no nó de acesso e terminais de assinante para as arquiteturas também baseadas em Ethernet (DUQUE,2012).

As principais topologias de redes puramente ópticas são:

• Redes PON: utilizam splitters passivos que dividem o sinal em direção ao assinante a uma determinada taxa de compartilhamento;
• Ethernet estrela ativa: implementam o conceito análogo ao da PON, substituindo os splitters por elementos ativos que são switches Ethernet e também compartilhando a fibra da rede primária;
• Ethernet ponto-a-ponto (P2P): implementam o conceito de rede ponto-a-ponto e não existe compartilhamento de fibra entre assinantes.

A figura 2 apresenta as várias formas de distribuição do sinal IPTV, com utilização da tecnologia de banda larga fixa.

Figura 2: Rede de acesso para distribuição de IPTV

Fonte: (DUQUE, 2012)

Protocolos utilizados no tráfego de IPTV

Em uma arquitetura de rede IPTV, os pacotes de vídeo são carregados em geral utilizando-se protocolos de tempo real, de maneira a privilegiar a característica do tráfego multimídia de fluxo contínuo. Um exemplo de protocolo utilizado em IPTV é o Internet Group Management Protocol (IGMP) que será analisado nos tipos de endereçamento mais a frente.

Protocolos de Tempo Real

Após a codificação do vídeo utilizando, por exemplo, o padrão MPEG-2 (Moving Picture Experts Group – evolução do MPEG-1 – com a associação de imagens em movimento e áudio a uma taxa de 10 Mbps), os pacotes resultantes da codificação são transportados em geral utilizando User Datagram Protocol (UDP) sobre IP. A razão para a utilização do UDP em detrimento do Transmission Control Protocol (TCP) é que ele não prevê retransmissão de pacotes perdidos, o que poderia prejudicar o sincronismo que é de fundamental importância no tráfego de vídeo.

O encapsulamento dos pacotes UDP é realizado utilizando Real Time Protocol (RTP) que suporta transmissão de conteúdo em tempo real, valendo-se de mecanismos de controle, para sincronizar diversos streams (fluxo de dados linha a linha até o carregamento total de um arquivo) com características temporais. O protocolo RTP pode vir associado de seu protocolo de controle Real Time Control Protocol (RTCP), que oferece funções de feedback de Qualidade de Serviço (QoS), sincronização, identificação de participantes e informações de controle de sessão (DUQUE,2008).

Adicionalmente, no caso de serviços de Video on Demand (VOD), pode-se utilizar o protocolo de controle de sessão Real Time Streaming Protocol (RTSP) que associado ao RTP pode oferecer funcionalidades análogas ao DVD – funções como: play, pause, rewind para serviços baseados em streaming.

Tipos de endereçamento

Dependendo do tipo de tráfego, existem três tipos de endereçamento capazes de levar pacotes IP ou frames Ethernet de sua origem ao destino.

Unicast

O endereçamento unicast é utilizado para a comunicação entre dois hosts e apenas uma cópia do conteúdo é envio da origem ao seu destino.

Quando o conteúdo transmitido no serviço IPTV é de natureza VOD, utiliza-se o endereçamento unicast para sua transmissão, pois o stream de vídeo está sendo enviado do servidor para apenas um usuário.

Broadcast:

O endereçamento broadcast é utilizado quando um host deseja enviar a mesma informação simultaneamente para os outros hosts.

Multicast

O endereçamento multicast é um caso específico do broadcast onde um host deseja enviar a mesma informação simultaneamente para um subconjunto de hosts conectados à rede. A transmissão dos canais de programação utiliza o endereçamento multicast, dessa forma, um stream é enviado simultaneamente para um grupo limitado de usuários que estejam assistindo o conteúdo naquele momento.

O mecanismo de multicast evita que exista tráfego de vídeo redundante na rede, otimizando a utilização destes recursos, e baseia-se no conceito da criação grupos nos quais um usuário precisa se integrar a um determinado grupo para poder receber seu conteúdo. Quando o usuário não deseja mais receber aquele conteúdo ele deixa um grupo e se autentica a outro, passando a receber outro tipo de conteúdo como, por exemplo, outro canal de programação.

O protocolo IGMP controla desde o anúncio e manutenção dos grupos multicast até o registro (join/leave) dos receptores aos grupos até a sinalização do mecanismo multicast entre hosts e a rede, Quando assinantes selecionam um mesmo canal para exibição, para evitar a duplicação desnecessária de pacotes na rede, são empregados os conceitos de árvore de distribuição multicast, especificando um caminho único entre a origem e o grupo de usuários que requisitaram esse conteúdo. O objetivo principal das árvores de distribuição é garantir que apenas uma cópia de cada pacote seja encaminhada em cada ramificação da árvore, sendo que as folhas são representadas pelos assinantes e a origem pela fonte de conteúdo (WEBER, 2006).

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