Universidade do Vale do Rio dos Sinos - São Leopoldo - Redes Avançadas Prof. Mateus Raeder Universidade do Vale do Rio dos Sinos - São Leopoldo -

Computação Distribuída de Alto Desempenho Quando os primeiros computadores foram interconectados em rede, já se apresentava a idéia de agregar os recursos computacionais Nos anos noventa, então, surgem os primeiros resultados interessantes Objetivo principal: executar problemas de difícil resolução em uma única máquina Sendo assim, utilizar diversas máquinas distribuídas geograficamente cooperando para uma resolução de problema é possível SETI@Home Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

Computação Distribuída de Alto Desempenho Aumento da quantidade de serviços disponibilizados aos usuários de redes Facilidades que acompanhem esta prestação de serviços com qualidade Avanço dos processadores começa a não aumentar a eficiência Aquecimento dos processadores Ineficiência da topologia de barramento das máquinas convencionais (colisões) Limitação de armazenamento na memória Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

Computação Distribuída de Alto Desempenho Todos estes problemas ainda somam-se ao fator CUSTO Assim, o processamento distribuído em larga escala (ou processamento de alto desempenho) procura sanar alguns obstáculos Agregando recursos computacionais dispersos em diferentes lugares Usualmente clusters e grades computacionais Tem por objetivo a melhoria de desempenho de aplicações Duas grandes classes de aplicações: distribuídas e paralelas Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

Computação Distribuída de Alto Desempenho Aplicações distribuídas Utilizam recursos computacionais distribuídos sem a necessidade de uma relação entre si As tarefas são divididas, porém, sem interdependência das partes Não têm necessariamente o intuito de melhorar o desempenho de uma aplicação (acelerar) São aplicações de organizações, por exemplo, que parecem estarem sendo executadas localmente Por exemplo: terminais bancários Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

Computação Distribuída de Alto Desempenho Aplicações paralelas Uma única aplicação é dividida em porções menores Estas porções são distribuídas para processadores diferentes Existe, assim, a interdependência das partes As partes divididas, então, são agrupadas e produzem um resultado Normalmente aplicações que precisam de ganhos de desempenho (executar mais rapidamente) Por exemplo: construir a figura de um carro Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

Computação Distribuída de Alto Desempenho Ambientes de Clusters Maneira de agrupar computadores, auxiliando na execução de aplicações paralelas e distribuídas Também chamados de agregados de computadores Características Computadores em um cluster são dedicados ou não Computadores podem ser homogêneos ou heterogêneos Tamanho do cluster (limites físicos) Características da conexão dos computadores (compartilhada, ponto-a-ponto, híbrida) Aplicações devem ser orientadas para alto desempenho ou alto disponibilidade Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

Computação Distribuída de Alto Desempenho Ambientes de Grids Configuração em crescimento ultimamente Parte da idéia de utilização de recursos geograficamente distribuídos O usuário tem acesso aos recursos computacionais sem (necessariamente) saber onde estão localizados Trata-se de uma plataforma de computadores dispersos, acessados pelos usuários através de uma única interface Foca muito no compartilhamento dos recursos Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

Computação Distribuída de Alto Desempenho Cloud computing (computação nas nuvens) Poder utilizar a qualquer momento, qualquer lugar e em qualquer plataforma diversas aplicações Utilização através da Internet Sem a necessidade de ter as aplicações instaladas no seu computador Sem preocupações com software ou hardware, trabalho corporativo facilitado, sem necessidade de gastos Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

Computação Distribuída de Alto Desempenho Como percebemos, a evolução das redes traz um panorama do que temos e do que vamos ter futuramente Maiores larguras de banda Transmissão com menor retardo Todas estas características fazem com que surja a necessidade de evolução também nos protocolos de comunicação para ambientes de alto desempenho Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

Computação Distribuída de Alto Desempenho Arquitetura TCP/IP e alguns protocolos FTP, SMTP, DNS, POP, IMAP TCP, UDP Como as aplicações solicitam serviços Protocolo padrão da Internet IP, ICMP, ARP Sub-rede de acesso Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

Computação Distribuída de Alto Desempenho Os protocolos da arquitetura TCP/IP foram projetados quando as redes físicas tinham baixa qualidade Muita ocorrência de erros nas redes Assim, o protocolo TCP foi planejado para ser um protocolo robusto Fornecendo padrão de qualidade para as aplicações Assim, o TCP possui deficiências quando utilizado em boas redes (com baixas taxas de erros) Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

Computação Distribuída de Alto Desempenho Por exemplo, no estabelecimento da conexão TCP Envia SYN seq=x Recebe SYN Envia ACK x+1, SYN seq=y Recebe SYN + ACK Envia ACK y+1 Recebe ACK Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

Computação Distribuída de Alto Desempenho Handshake inicial contém 3 pacotes Abordagem de alto custo quando, por exemplo, for realizada a troca de pequenos pacotes em uma comunicação via satélite Largura de banda cara sendo utilizada de maneira não otimizada Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

Computação Distribuída de Alto Desempenho Mais um exemplo pode ser percebido quando da perda de um pacote Go-back-n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Desperdício de largura de banda Reprocessamento dos pacotes que já haviam chegado corretamente Retransmissão de todos os pacotes 3 4 5 6 7 8 9 Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

Protocolos de Alto Desempenho Fica, então, clara a idéia de que esta abordagem não é adequada quando da utilização de infra-estruturas com maior largura de banda e pouca latência A utilização de clusters e grids (com estas redes mais avançadas) mostram a necessidade de outras abordagens Acreditou-se, então, que melhorias nas falhas dos protocolos de transporte seriam menos complexas Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

Protocolos de Alto Desempenho Assim, algumas tentativas de melhoria são colocadas em prática Protocolos para fins específicos (com alta vazão, por exemplo); Outras funcionalidades: Controles de freqüência de pacotes; Retransmissão seletiva; Novos tipos de Handshake; Negociação de parâmetros de serviço; 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3 Retransmissão do pacote com erro Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder NETBLT NETwork BLock Transfer Protocol Foi desenvolvido para a transferência de grandes quantidades de dados Unidade de transmissão é um grande buffer Mais eficiente que pacote-a-pacote Conexão é unidirecional, normalmente fechada por quem enviou o pacote Controle de erros e fluxo Retransmissão seletiva Controle de frequência de pacotes Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder NETBLT Pacotes na conexão: 2 pacotes OPEN REFUSED ou RESPONDE Parâmetros são negociados no começo da conexão Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder NETBLT Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder XTP Xpress Transport Protocol (XTP) Foi criado para atender uma grande variedade de aplicações (serviços) Datagramas em tempo real Multicasting Grande quantidade de informações Oferece como controle Controle de fluxo Retransmissão seletiva Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder APPN Advanced Peer-to-Peer Networking Funções de transporte foram implementadas utilizando um serviço orientado a conexão virtual É baseado na confiabilidade do enlace Não realiza tratamento nas mensagens Confia na qualidade das camadas inferiores da rede Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder Datakit Protocolo de transporte universal Independente de aplicação ou ambiente Serviço orientado a circuito virtual Entrega pacotes sem erros Entrega pacotes em ordem Controle de fluxo Controle de erros com detecção e retransmissão de dados perdidos Utiliza um protocolo chamado URP (Universal Receiver Protocol) para evitar gargalos Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder Outros protocolos VMTP (Versatile Message Transfer Protocol) OSI/TP4 Delta-t Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder