On distributed communications I Introduction to distributed communications

On distributed communications I. Introduction to distributed communications networks Paul Baran Prepared for: United States Air Force Project RAND (1964)

agenda Introdução Exame de uma rede distribuída Diversidade de tarefas Desenvolvimento de sistemas futuros Perspectivas para o futuro

Introdução Esse memorando faz parte de uma série de 11, que detalham uma rede de blocos de mensagens adaptativas distribuídas. Trata-se de uma proposta de um sistema digital de comunicação de dados baseado no conceito distribuição em rede. O artigo faz uma comparação entre redes mais centralizadas ou mais hierarquizadas. A recompensa em termos de sobrevivência para uma distribuição em nós e links ou suas combinações.

Introdução Para um critério de sobrevivência foram escolhidas uma porcentagem de unidades que se manteriam na rede de energia elétrica e sobrevivido ao ataque físico, esse critério foi escolhido como uma medida conservadora da habilidade dessas unidades sobreviventes de trabalharem juntas como uma entidade coerente após o ataque.

Exame de uma rede distribuída Como em uma rede descentralizada a destruição de um pequeno número de nós pode acabar com a comunicação, as propriedades, problemas, e esperanças de construir uma rede distribuída de comunicação é de primordial interesse. O termo nível de redundância é utilizado como uma medida de conectividade. Uma rede de extensão mínima, uma formada com o menor número de ligações possíveis, é escolhida como um ponto de referência, e é chamada uma rede de redundância 1. Se duas vezes mais links são usados em uma rede gradeada do que em uma rede de extensão mínima, a rede terá um nível de redundância 2.

Nível de redundância O nível de redundância é equivalente à relação ligações para nós em um arranjo (array) de tamanho infinito de estações. Cada nó e link na figura 2 tem a capacidade e flexibilidade de troca para permitir a transmissão entre qualquer estação i e estação j.

Nível de redundância Na figura 3 uma quantidade de nós e ligações foram destruídas, se ainda for possível desenhar uma linha para conectar a estação i e a estação j, as mesmas ainda estarão conectadas.

DESTRUIÇAO DO NÓ A figura 4 indica a performance da rede como uma função da probabilidade de destruição para cada nó separadamente. Se os “ruídos” forem causados por falhas de sistemas os estragos serão observados aleatoriamente na rede, contudo se forem causados por inimigos os piores casos deverão ser considerados. O foco do trabalho é na degradação adicional do sistema causada pela falha das comunicações. Dois pontos devem ser observados na figura 4: Primeiramente, as redes extremamente sobreviventes podem ser construídas usando uma redundância moderadamente baixa do nível de conectividade. Os níveis de redundância da ordem de apenas três permitem suportar ataques de nível extremamente intenso com perda adicional insignificante de comunicações. Em segundo lugar, as curvas de sobrevivência têm pontos de corte acentuados. Uma rede deste tipo resistirá a um ataque crescente até atingir um determinado ponto, além do qual a rede se deteriora rapidamente. O ponto máximo de redundância pode ser escolhido como função do nível de ataque esperado.

DESTRUIÇAO DE LINKS Há pouca degradação do sistema causada mesmo usando links extremamente pouco confiáveis - ordem de 50% de tempo de inatividade, supondo que todos os nós estão funcionando.

COMBINAÇAO DA DESTRUIÇAO DE LINKS E NÓS O pior caso seria o efeito composto das falhas de nós e links. A figura mostra o efeito da falha do link numa rede na qual 40% dos nós foram destruídos. Parece que o que hoje seria considerado como um link não confiável pode ser usado em uma rede distribuída quase tão eficazmente quanto links perfeitamente confiáveis.

COMBINAÇAO DA DESTRUIÇAO DE LINKS E NÓS A figura 7 examina o resultado de 100 casos de julgamento para estimar a distribuição de densidade de probabilidade do desempenho do sistema para uma mistura de falhas de nó e de link. Esta é a distribuição de casos para 20 por cento de dano nodal e 35 por cento de dano link

Diversidade de tarefas Na diversidade de tarefas switching (trocas) não são necessárias. Em vez disso, um número de caminhos independentes são selecionados entre cada par de estações em uma rede que requer comunicação confiável. A figura 8 mostra, ao contrário do caso de trocas de distribuição perfeitas, que existe uma perda acentuada na capacidade de comunicação com nós ou ligações ligeiramente pouco fiáveis.

Desenvolvimento de sistemas futuros No futuro viveremos em uma era que não poderemos garantir a sobrevivência em nenhum ponto especifico. Deve-se desenhar um sistema que possa antecipar o pior caso de destruição – ataque de inimigos e falhas normais do sistema, que sejam confiáveis a baixos custos. Os links digitais parecem ser extremamente atrativos. Um atributo interessante para as novas mídias é que permitam novas rotas baratas, com transmissão em ordem de milhões de bits por segundo. A rede deve ser construída com a expectativa de grandes danos. Lista de alguns itens que parecem atraentes para o futuro: Repetidor regenerativo de repetição de pulso Micro-ondas “mini custo” Transmissão digital de estação de transmissão de TV Satélites

Desenvolvimento de sistemas futuros A figura 9 demonstra uma noção básica. Uma ampla mistura de links de transmissões digitais diferentes são misturados para formar um recurso comum dividido entre vários usuários potenciais. Mas cada um desses links de comunicação poderão ter níveis diferentes de dados.

Desenvolvimento de sistemas futuros A maior parte do bloco de mensagens seria reservada para qualquer tipo de dado a ser transmitido, enquanto que o restante iria conter informações de limpeza, tais como detecção de erros e dados de roteamento. Ao nos movermos para o futuro parece haver uma crescente necessidade de um bloco de mensagens padronizado para todas as redes de comunicações digitais. A padronização de blocos de mensagens simplifica a construção de comutadores de alta velocidade.

SWITCHING Deve-se usar um esquema de comutação capaz de encontrar qualquer caminho possível que possa existir após grandes danos. Utilizando-se transmissão de dados em tempo real utilizando técnicas de “store and forward” e circuit switching. Dois requisitos devem ser utilizados para a construção desta transmissão quase em tempo real: Primeiro, o armazenamento em trânsito em cada nó deve ser minimizado para evitar atrasos de tempo indesejáveis Em segundo lugar, o caminho mais curto disponível instantaneamente através da rede deve ser encontrado com a expectativa de que o status da rede estará mudando rapidamente.

A ANALOGIA DO CARTEIRO Um carteiro fica em cada nó de comutação, recebe mensagens de todos os lados simultaneamente, com o status apropriado de informação o carteiro é capaz de determinar a melhor rota para qualquer carta. Assumindo ligações bidirecionais simétricas, o carteiro pode inferir o melhor caminho para transmitir correio para qualquer estação meramente olhando para o tempo de cancelamento ou a etiqueta de número de entrega equivalente. Se o carteiro sentado no centro dos Estados Unidos recebesse cartas de São Francisco que chegavam de canais para o oeste, viriam com datas de cancelamento mais tardias do que se essas cartas tivessem chegado de maneira indireta a partir do leste. Cada letra carrega uma indicação implícita de seu comprimento do trajeto de transmissão O carteiro pode então deduzir que o melhor canal para enviar uma mensagem para São Francisco é provavelmente o link associado com as últimas datas de cancelamento de mensagens São Francisco. Observando as datas de cancelamento de todas as cartas em trânsito, as informações são derivadas para encaminhar o tráfego futuro. O endereço do remetente e a data de cancelamento das cartas recentes são suficientes para determinar a melhor direção para enviar as cartas subsequentes. Cada bloco de mensagens padronizado possui um “para” e “de onde”. O número de entrega é uma marca em cada bloco de mensagem definido como zero após a transmissão inicial.

Perspectivas para o futuro CAMINHO DE MENOR CUSTO Busca-se prover o caminho de menor custo para os dados serem transmitidos entre os usuários. Ao invés de aumentar a entrega (handover) por um valor fixo, cada vez que a mensagem é retransmitida, defina o incremento para corresponder ao custo de ligação / bit do link de transmissão. Evidencia-se no futuro será necessário maior transmissão de dados, do que se necessitava por transmissão por voz. Novas técnicas digitais de computador que utilizam redundância tornam acessíveis links não confiáveis potencialmente utilizáveis

obrigada!