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

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1 1 Pesquisa em Redes de Computadores Prof. José Augusto Suruagy Monteiro Mestrado Profissional em Redes de Computadores

2 2 Roteiro O que são redes de computadores Aplicações avançadas Middleware QoS IP Redes Ópticas Redes Móveis O Brasil na Internet2

3 3 O que são Redes de Computadores milhões de dispositivos de computação conectados: hosts, sistemas finais oworkstations de pcs, servidores otelefones com PDAs, torradeiras orodando aplicações de rede enlaces (canais) de comunicação ofibra, cobre, rádio, satélite roteadores: encaminham pacotes (pedaços) de dados através da rede ISP local Rede da empresa ISP regional roteador workstation servidor móvel

4 4 Aparelhos internet interessantes O menor servidor Web do mundo Porta retratos IP Tostadeira habilitada para a Web + Previsão do tempo

5 5 Pilha de protocolos Internet aplicação: dá suporte a aplicações de rede oftp, smtp, http transporte: transferência de dados host-a- host otcp, udp rede: roteamento de datagramas da origem até o destino oip, protocolos de roteamento enlace: transferência de dados entre elementos de rede vizinhos oppp, ethernet física: bits no fio aplicação transporte rede enlace física

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

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

8 8 Roteiro O que são redes de computadores Aplicações avançadas oInternet2 oPeer-to-Peer Middleware QoS IP Redes Ópticas Redes Móveis O Brasil na Internet2

9 9 O Projeto Internet 2 Criado em 10/1996 por 34 Universidades, conta hoje com 200. Envolve também: o64 empresas o37 institutos de pesquisa (incluindo 9 laboratórios governamentais) oMais de 30 parceiros internacionais oParceiros de agências federais oConta com cerca de 25 funcionários

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

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

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

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

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

15 15 nanoManipulador Distribuído University of North Carolina-Chapel Hill

16 16 Bancada de Anatomia e Cirurgia Permite que os alunos aprendam anatomia e técnicas de prática cirúrgica usando estações de trabalho 3-D O test bed de rede avalia a eficácia das aplicações da bancada Stanford University School of Medicine

17 17 Teleoperação Remota de Equipamentos em Tempo Real Escavadeira computadorizada Operação remota, usada em situações de risco Garantia de Qualidade de Serviço North Carolina State University

18 18 Treinamento e Audições Remotas Primeira orquestra a se tornar membro da Internet2 Ensino a distância para treinar músicos Áudio e vídeo de alta qualidade em tempo real New World Symphony

19 19 Projetos baseados em Grades NEESGrid (Engenharia de Terremotos) o GriPhyN (Física) o Infra-estrutura o

20 20 Acesso às Grades Fonte: Argonne National Laboratory

21 21 Infra-estrutura de Armazenamento Distribuído Modelo do DSI da I2: Serviços Replicados Os clientes acessam o servidor mais próximo Todos têm um bom desempenho Recursos locais implementam um serviço global

22 22 The Internet2 Commons Ambiente Colaborativo Distribuído de Larga Escala para a Comunidade de Pesquisa e Educação

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

24 24 Peer-to-Peer (P2P) Retorno às origens da Internet Contraste com o paradigma cliente/servidor

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26 26

27 27 P2P: Questões Técnicas Metadados Desempenho Confiança Responsabilidade Reputação Segurança Interoperabilidade

28 28 Roteiro O que são redes de computadores Aplicações avançadas Middleware QoS IP Redes Ópticas Redes Móveis O Brasil na Internet2

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

30 30 Um Mapa do Middleware

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

32 32 Middleware Mais informações: ohttp://middleware.internet2.edu/

33 33 Roteiro O que são redes de computadores Aplicações avançadas Middleware QoS IP Redes Ópticas Redes Móveis O Brasil na Internet2

34 34 Qualidade de Serviço Recomendação E.800: Efeito coletivo do desempenho do serviço e que determina o grau de satisfação do usuário deste serviço. Novidade das redes integradas e mais recentemente da Internet: oferecimento de serviços que atendam os diferentes requisitos de QoS das aplicações. Quantitativamente, a QoS 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.

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

36 36 Arquiteturas de Serviços Melhor Esforço (Best Effort) Serviços Integrados (IntServ) Serviços Diferenciados (DiffServ)

37 37 Alternativas de Serviços Nobres (Elevated) oPremium (QPS e SEQUIN) oOlympic Best Effort Plebeus (Non-Elevated) oScavenger (QBSS) oAlternative Best Effort (ABE) oBest-Effort Differentiated Service (BEDS)

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

39 39 Engenharia de Tráfego Envolve a aplicação de tecnologia e princípios científicos para a: omedição, ocaracterização, omodelagem e ocontrole do tráfego Internet.

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

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

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

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

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

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

46 46 Avaliação de Desempenho Técnicas: oMétodos analíticos osimulação e ométodos empíricos baseados em medições

47 47 Contexto para Desempenho Fim-a-fim Mesmo com canais de comunicação com grande largura de banda, a comunidade da Internet2 freqüentemente não obtém o desempenho esperado para as suas aplicações.

48 48 The Wizard Gap

49 49 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/GigaPoP GigaPoP link to Internet2 national backbones International connections EYEBALL APPLICATION STACK JACK NETWORK...

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

51 51 Resumo do Ambiente E2E piPES Projeto: End-to-End Performance Initiative Performance Environment System (E2E piPES) 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. Abordagem: Projeto colaborativo combinando o melhor de muitas organizações

52 52 Iniciativa de Desempenho Fim-a-fim Mais informações: ohttp://e2epi.internet2.edu

53 53 Roteiro O que são redes de computadores Aplicações avançadas Middleware QoS IP Redes Ópticas Redes Móveis O Brasil na Internet2

54 54 IP Redes Avançadas oAbilene oRNP2

55 55

56 Backbone da RNP2

57 57 IP Arquiteturas de serviço Roteamento com restrições IPv6 Multicast confiável Maiores informações: owww.ietf.orgwww.ietf.org owww.irtf.orgwww.irtf.org

58 58 Roteiro O que são redes de computadores Aplicações avançadas Middleware QoS IP Redes Ópticas oMPLS, MPL(ambda)S oGigabit Ethernet Redes Móveis O Brasil na Internet2

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

60 60 MPLS A classificação/rotulação pode ser baseada em: oEndereço destino oEngenharia de tráfego oVPN oQoS FEC = Forwarding Equivalence Class Uma FEC pode representar um: prefixo de endereço de destino, VPN, túnel de engenharia de tráfego, classe de serviço.

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

62 62 Evolução da Ethernet 10BASE-T 100BASE-X 1000BASE-X 10GBASE-x Uma tecnologia com escala (1000:1)!

63 63 Ethernet entra nas MANs GbE em fibras escuras privativas na região metropolitana oGigabit Ethernet tem um custo muito baixo oAdaptabilidade dos produtos legados Surgimento de Serviços Ethernet Metropolitanos oNovos provedores de banda Ethernet oServiços Ethernet das operadoras tradicionais

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

65 65 Roteiro O que são redes de computadores Aplicações avançadas Middleware QoS IP Redes Ópticas Redes Móveis oIEEE oBluetooth O Brasil na Internet2

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

67 67 Rede

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

69 69 Roteiro O que são redes de computadores Aplicações avançadas Middleware QoS IP Redes Ópticas Redes Móveis O Brasil na Internet2

70 70 Projetos de Redes Avançadas I2TV - Infra-estrutura para Desenvolvimento e Teste de Ferramentas e Programas para TV Interativa Projeto ED-ReMAV Curitiba METROPOA2 QoSWare - Gerenciamento de QoS no Middleware para Aplicações em Tempo Real QUARESMA – QUAlidade de Serviço em REdes, Segurança, Mobilidade e Aplicações

71 71 Projetos de Redes Avançadas 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. Projeto IQoM (UNIFACS, UFPR, UFSC, UFRGS e CPqD). Projeto InfraVIDA (UFPE, UFRN, UFBA, UNIFACS e Real Hospital Português.

72 72 GTs da RNP2 Engenharia de Redes: oGT de Qualidade de Serviço; Middleware: oGT de Diretórios; Aplicações de Redes: oGT de Voz sobre IP, oGT de Vídeo Digital, oGT de Aplicações Educacionais em Rede.

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