Pesquisa em Redes de Computadores Prof Jos Augusto

Pesquisa em Redes de Computadores Prof. José Augusto Suruagy Monteiro Mestrado Profissional em Redes de Computadores www. nuperc. unifacs. br/suruagy 1

Roteiro q O que são redes de computadores q Aplicações avançadas q Middleware q Qo. S q IP q Redes Ópticas q Redes Móveis q O Brasil na Internet 2 2

O que são Redes de Computadores q milhões de dispositivos de computação conectados: hosts, sistemas finais o workstations de pcs, servidores o telefones com PDA’s, torradeiras o rodando aplicações de rede roteador workstation servidor móvel ISP local ISP regional q enlaces (canais) de comunicação o fibra, cobre, rádio, satélite q roteadores: encaminham pacotes (pedaços) de dados através da rede Rede da empresa 3

Aparelhos internet interessantes Porta retratos IP http: //www. ceiva. com/ O menor servidor Web do mundo http: //www-ccs. umass. edu/~shri/i. Pic. html Tostadeira habilitada para a Web + Previsão do tempo http: //dancing-man. com/robin/toasty/ 4

Pilha de protocolos Internet q aplicação: dá suporte a aplicações de rede o ftp, smtp, http q transporte: transferência de dados host-ahost o tcp, udp q rede: roteamento de datagramas da origem até o destino o ip, protocolos de roteamento q enlace: transferência de dados entre elementos de rede vizinhos o ppp, ethernet q física: bits “no fio” aplicação transporte rede enlace física 5

Camadas: comunicação física dados aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física dados aplicação transporte rede enlace física 6

Aplicações convencionais q Correio eletrônico q Transferência de arquivos q Navegação Web q Streams de áudio e vídeo q Chats q Etc. 7

Roteiro q O que são redes de computadores q Aplicações avançadas o Internet 2 o Peer-to-Peer q Middleware q Qo. S q IP q Redes Ópticas q Redes Móveis q O Brasil na Internet 2 8

O Projeto Internet 2 q http: //www. internet 2. edu q Criado em 10/1996 por 34 Universidades, conta hoje com 200. q Envolve também: o 64 empresas o 37 institutos de pesquisa (incluindo 9 laboratórios governamentais) o Mais de 30 parceiros internacionais o Parceiros de agências federais o Conta com cerca de 25 funcionários 9

Objetivos da Internet 2 q Demonstrar novas aplicações que tenham um grande impacto no modo dos pesquisadores colaborarem e conduzirem seus experimentos. q Demonstrar aplicações da “proximidade virtual” (educação, saúde, ambiente, etc. ) q Prover ferramentas e plataforma de desenvolvimento para aplicações avançadas. 10

Atributos das Aplicações q Colaboração interativa q Acesso em tempo real a recursos remotos 11

Atributos, cont. q Computação distribuída e mineração de dados de larga escala q Realidade virtual compartilhada q Qualquer combinação das aplicações acima 12

Vídeo Digital q Videoconferência com qualidade até a de broadcast q Distribuição ao vivo e acesso sob demanda a uma variedade de conteúdos q Cinema digital baseado em HDTV, produção com qualidade de estúdio baseada em redes, . . . 13

Tele imersão q “Escritório do Futuro” Fonte: University of North Carolina 14

nano. Manipulador Distribuído University of North Carolina-Chapel Hill 15

Bancada de Anatomia e Cirurgia Stanford University School of Medicine http: //haiti. stanford. edu/~ngi/final/ u. Permite que os alunos aprendam anatomia e técnicas de prática cirúrgica usando estações de trabalho 3 -D u. O test bed de rede avalia a eficácia das aplicações da bancada 16

Teleoperação Remota de Equipamentos em Tempo Real North Carolina State University u u u Escavadeira computadorizada Operação remota, usada em situações de risco Garantia de Qualidade de Serviço http: //CARL. ce. ncsu. edu/ 17

Treinamento e Audições Remotas New World Symphony Primeira orquestra a se tornar membro da Internet 2 u Ensino a distância para treinar músicos u Áudio e vídeo de alta qualidade em tempo real u http: //www. nws. org/ 18

Projetos baseados em Grades q NEESGrid (Engenharia de Terremotos) o www. neesgrid. org q Gri. Phy. N (Física) o www. griphyn. org q Infra-estrutura o www. gridforum. org 19

Acesso às Grades www. accessgrid. org Fonte: Argonne National Laboratory 20

Infra-estrutura de Armazenamento Distribuído q Modelo do DSI da I 2: Serviços Replicados q Os clientes acessam o servidor mais próximo q Todos têm um bom desempenho q Recursos locais implementam um serviço global 21

q The Internet 2 Commons q Ambiente Colaborativo Distribuído de Larga Escala para a Comunidade de Pesquisa e Educação 22

Aplicações Avançadas q Computação Distribuída q Laboratórios Virtuais q Bibliotecas Digitais q Aprendizado Distribuído q Vídeo Digital q Teleimersão q Combinação de todas acima 23

Peer-to-Peer (P 2 P) q Retorno às origens da Internet q Contraste com o paradigma cliente/servidor q www. openp 2 p. com 24

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P 2 P: Questões Técnicas q Metadados q Desempenho q Confiança q Responsabilidade q Reputação q Segurança q Interoperabilidade 27

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O que é Middleware? q Serviços especializados de rede compartilhados pelas aplicações e usuários q Um conjunto de componentes básicos de software que permitem o crescimento de escala de aplicações e redes q Ferramentas que removem a complexidade da integração das aplicações q Uma segunda camada da infra-estrutura de TI situada acima da rede q Um ambiente onde a tecnologia abraça a política q A interseção entre o que nem os projetistas de redes nem os desenvolvedores de aplicações querem fazer 29

Um Mapa do Middleware 30

Middleware Básico (Core) q Identidade – marcadores únicos de quem você (pessoa, máquina, serviço ou grupo) é q Autenticação – como você prova que você é aquela identidade q Diretórios/Catálogos – onde as características básicas de uma identidade são mantidas q Autorização – o que uma identidade tem permissão de fazer q PKI (Public Key Infrastructure) – ferramentas emergentes para serviços de segurança 31

Middleware q Mais informações: o http: //middleware. internet 2. edu/ 32

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Qualidade de Serviço q Recomendação E. 800: Efeito coletivo do desempenho do serviço e que determina o grau de satisfação do usuário deste serviço. q Novidade das redes integradas e mais recentemente da Internet: oferecimento de serviços que atendam os diferentes requisitos de Qo. S das aplicações. q Quantitativamente, a Qo. S para uma dada aplicação pode ser expressa através de um conjunto de parâmetros mensuráveis tais como retardo máximo, variação máxima do retardo, percentual máximo de perdas, etc. 34

Admissão de chamadas alta utilização dos recursos isolamento: escalonamento e policiamento classificação dos pacotes Resumo QOS para Aplicações em Rede 35

Arquiteturas de Serviços q Melhor Esforço (Best Effort) q Serviços Integrados (Int. Serv) q Serviços Diferenciados (Diff. Serv) 36

Alternativas de Serviços q Nobres (Elevated) o Premium (QPS e SEQUIN) o Olympic q Best Effort q Plebeus (Non-Elevated) o Scavenger (QBSS) o Alternative Best Effort (ABE) o Best-Effort Differentiated Service (BEDS) 37

O que é a Engenharia de Tráfego Internet? q É definida como sendo a parte da engenharia de redes Internet que trata os aspectos de o avaliação e o otimização do desempenho q de redes operacionais IP. 38

Engenharia de Tráfego q Envolve a aplicação de tecnologia e princípios científicos para a: o o medição, caracterização, modelagem e controle do tráfego Internet. 39

Medidas de Desempenho q atraso, q variação do atraso (jitter), q perda de pacotes e q vazão (throughput). 40

Objetivos q Dado que a função principal da Internet é a transferência de informação entre um nó origem e um nó destino, q uma das funções mais importantes da TE é o controle e otimização da função de roteamento. q Melhorar a Qo. S percebida pelos usuários finais dos serviços da rede. 41

Otimização q Gerenciamento de capacidade o planejamento de capacidades o controle de roteamento e o gerenciamento de recursos (banda, buffers e processamento) q Gerenciamento de tráfego o controle de tráfego no nó: condicionamento do tráfego, gerência das filas e escalonamento; o outras funções que regulam o fluxo de tráfego ou que alocam recursos entre pacotes ou fluxos de tráfego diferentes. 42

Controle de tráfego q Pró-ativo: ações preventivas para evitar estados futuros desfavoráveis. q Reativo: tentar corrigir ou adaptar-se a eventos que já ocorreram na rede. 43

Resolução temporal q Planejamento de capacidade: dias a anos o MPL(ambda)S pode reduzir substancialmente o tempo de provisionamento de capacidades. q Roteamento: milisegundos a dias q Processamento dos pacotes: picosegundos a milisegundos 44

Desafios q Controle automatizado com adaptação rápida e de baixo custo às mudanças no estado da rede, mantendo a sua estabilidade. q Avaliação do desempenho da rede: o importante para verificar a eficácia dos métodos de TE e o para monitorar e verificar o cumprimento dos objetivos de desempenho da rede. o Os resultados desta avaliação podem ser usados para identificar problemas existentes e guiar na reotimização da rede e para ajudar na prevenção de problemas futuros. 45

Avaliação de Desempenho q Técnicas: o Métodos analíticos o simulação e o métodos empíricos baseados em medições 46

Contexto para Desempenho Fim-a-fim q Mesmo com canais de comunicação com grande largura de banda, a comunidade da Internet 2 freqüentemente não obtém o desempenho esperado para as suas aplicações. 47

The Wizard Gap 48

Experiência Real Fim-a-fim • User perception • Application • Operating system • Host IP stack • Host network card • Local Area Network • Campus backbone network • Campus link to regional network/Giga. Po. P • Giga. Po. P link to Internet 2 national backbones EYEBALL APPLICATION STACK JACK NETWORK. . . • International connections 49

O Ei, isto não está funcionando direito! Problema Others are getting in ok Not our problem Applications Developer LAN Administrator Talk to the other guys Applications Developer LAN Administrator Everything is OK System Administrator Campus Networking The computer Is working OK No other complaints Gigapop Como você resolve um problema no meio do caminho? Todo mundo diz que está tudo funcionando bem! Looks fine Gigapop Backbone System Administrator All the lights are green We don’t see anything wrong The network is lightly loaded 50

Resumo do Ambiente E 2 E pi. PES q Projeto: End-to-End Performance Initiative Performance Environment System (E 2 E pi. PES) q Objetivo: Permitir que usuários finais e operadores de rede determinem as capacitações de desempenho, localizem problemas e contatem a pessoa certa para resolver um determinado problema. q Abordagem: Projeto colaborativo combinando o melhor de muitas organizações 51

Iniciativa de Desempenho Fim-a-fim q Mais informações: o http: //e 2 epi. internet 2. edu 52

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IP q Redes Avançadas o Abilene o RNP 2 54

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Backbone da RNP 2 56

IP q Arquiteturas de serviço q Roteamento com restrições q IPv 6 q Multicast confiável q Maiores informações: o www. ietf. org o www. irtf. org 57

Roteiro q O que são redes de computadores q Aplicações avançadas q Middleware q Qo. S q IP q Redes Ópticas o MPLS, MPL(ambda)S o Gigabit Ethernet q Redes Móveis q O Brasil na Internet 2 58

MPLS q MPLS = Multi Protocol Label Switching q Comutação de camada 2 q Foi desenvolvido para integrar IP com ATM q O encaminhamento do MPLS é efetuado da mesma forma que em comutadores ATM q O encaminhamento de pacotes é efetuado baseado nos rótulos (Labels) 59

MPLS q A classificação/rotulação pode ser baseada em: o o Endereço destino Engenharia de tráfego VPN Qo. S q FEC = Forwarding Equivalence Class q Uma FEC pode representar um: prefixo de endereço de destino, VPN, túnel de engenharia de tráfego, classe de serviço. 60

MPL(ambda)S q O MPL(ambda)S combina: o Desenvolvimentos recentes do plano de controle de Engenharia de Tráfego do MPLS o Tecnologia de comutadores (cross-connects) ópticos (OXC) q O resultado é um plano de controle do OXC para a provisão em tempo real de canais ópticos q O MPL(ambda)S estende as funções básicas de engenharia de tráfego do MPLS e adiciona novas funcionalidades. 61

Evolução da Ethernet 10 GBASE-x 1000 BASE-X 10 BASE-T 1990 1995 1998 2002 Uma tecnologia com escala (1000: 1)! 62

Ethernet entra nas MANs q Gb. E em fibras escuras privativas na região metropolitana o Gigabit Ethernet tem um custo muito baixo o Adaptabilidade dos produtos legados q Surgimento de Serviços Ethernet Metropolitanos o Novos provedores de banda Ethernet o Serviços Ethernet das operadoras tradicionais 63

Ethernet Fim-a-Fim Carrier CO SP Po. P Location A Carrier CO SP Po. P MAN Core DWDM Optical Network Location B Campus LAN 64

Roteiro q O que são redes de computadores q Aplicações avançadas q Middleware q Qo. S q IP q Redes Ópticas q Redes Móveis o IEEE 802. 11 o Bluetooth q O Brasil na Internet 2 65

Rede Local de Rádio IEEE 802. 11 q Redes locais de rádio estão se tornando populares: => acesso Internet por estações móveis q Aplicações: acesso Internet nômade, computação portátil, redes “ad hoc” (com múltiplos enlaces) q Padrões IEEE 802. 11 definem protocolo MAC; bandas do espectro de freqüência sem licença: 900 MHz, 2, 4 GHz q Conj. de Estações (BSS) + Pontos de Acesso (AP) => Sistema de Distribuição q Como rede usando pontes (endereços MAC “flat”) 66

Rede 802. 11 67

Redes Ad Hoc q Estações IEEE 802. 11 podem constituir um grupo dinamicamente, sem precisar de um AP q Rede Ad Hoc: sem infra-estrutura pré-existente q Aplicações: reunião de “laptops” numa sala de conferências, carro, aeroporto; interconexão de dispositivos “pessoais” (vide bluetooth. com); teatro de guerra; computação pervasiva (espaços inteligentes) q IETF tem o GT MANET (Mobile Ad hoc Networks) q Nota-se: tb. pode usar 802. 11 para construir um enlace ponto a ponto 68

Roteiro q O que são redes de computadores q Aplicações avançadas q Middleware q Qo. S q IP q Redes Ópticas q Redes Móveis q O Brasil na Internet 2 69

Projetos de Redes Avançadas q I 2 TV - Infra-estrutura para Desenvolvimento e Teste de Ferramentas e Programas para TV Interativa q Projeto ED-Re. MAV Curitiba q METROPOA 2 q Qo. SWare - Gerenciamento de Qo. S no Middleware para Aplicações em Tempo Real q QUARESMA – QUAlidade de Serviço em REdes, Segurança, Mobilidade e Aplicações 70

Projetos de Redes Avançadas q Projeto MAPPED (UFRJ, UFF, UFMG e CEDERJ): Desenvolvimento e incorporação de novas técnicas de adaptação fim-a-fim para dar maior eficiência e flexibilidade às aplicações multimídia aplicada ao ensino à distância. q Projeto IQo. M (UNIFACS, UFPR, UFSC, UFRGS e CPq. D). q Projeto Infra. VIDA (UFPE, UFRN, UFBA, UNIFACS e Real Hospital Português. 71

GTs da RNP 2 q Engenharia de Redes: o GT de Qualidade de Serviço; q Middleware: o GT de Diretórios; q Aplicações de Redes: o GT de Voz sobre IP, o GT de Vídeo Digital, o GT de Aplicações Educacionais em Rede. 72

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