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

Roteiro O que são redes de computadores Aplicações avançadas Middleware QoS IP Redes Ópticas Redes Móveis

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

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

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

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

Roteiro O que são redes de computadores Aplicações avançadas Internet2 Peer-to-Peer Middleware QoS IP Redes Ópticas Redes Móveis

O Projeto Internet 2 http://www.internet2.edu Criado em 10/1996 por 34 Universidades, conta hoje com 200. Envolve também: 64 empresas 37 institutos de pesquisa (incluindo 9 laboratórios governamentais) Mais de 30 parceiros internacionais Parceiros de agências federais Conta com cerca de 25 funcionários

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.

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

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

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, ...

Teleimersão http://www.internet2.edu/html/tele-immersion.html

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

nanoManipulador Distribuído University of North Carolina-Chapel Hill

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 http://haiti.stanford.edu/~ngi/final/

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

Treinamento e Audições Remotas New World Symphony Primeira orquestra a se tornar membro da Internet2 Ensino a distância para treinar músicos Áudio e vídeo de alta qualidade em tempo real http://www.nws.org/

Projetos baseados em Grades NEESGrid (Engenharia de Terremotos) www.neesgrid.org GriPhyN (Física) www.griphyn.org Infra-estrutura www.gridforum.org

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

Demonstração de HDTV

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

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

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

Peer-to-Peer (P2P) Retorno às origens da Internet Contraste com o paradigma cliente/servidor www.openp2p.com

P2P: Questões Técnicas Metadados Desempenho Confiança Responsabilidade Reputação Segurança Interoperabilidade

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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

Um Mapa do Middleware

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

Serviços de Identificação em um Slide Objectclass standards (e.g.eduperson, gridperson) Content Portals Shibboleth exchange of attributes Future PKI DoDHE et al. Grids et al. Interrealm Learning Management Systems Security Domain Personal Portals Web services and servers WebISO Enterprise directory Campus authentication Future PKI

Modelo simples ponto-a-ponto Service discovery service Policy enforcement point Policy enforcement point Policy enforcement points Authentication Service client target Protocols Enterprise LDAP directory Enterprise LDAP directory Attribute requestor Policv decision point Attribute authority Grid directory Video directory Video directory

Uma Arquitetura para o Catálogo de um Campus border directory metadirectory Enterprise applications dir enterprise directory departmental directories OS directories (MS, Novell, etc) directory database registries source systems

Quebra-cabeças de PKI de D. Wasley

Shibboleth, eduPerson e todo o resto Middleware Inputs & Outputs Licensed Resources Embedded App Security Grids OKI JA-SIG & uPortal Inter-realm calendaring futures Shibboleth, eduPerson, Affiliated Dirs, etc. Enterprise authZ Campus web SSO Enterprise Directory Enterprise Authentication Legacy Systems

A visão das aplicações do upperware médico Client (in this scenario) VA Clinical System Server (in this scenario) DoD Clinical System Request lab data, This Soldier, this time frame Request observation Who is this person? Who knows this person? Where is lab info on this person? Convert to server’s terms Who’s asking? What role? What is need to know? Resource Access Decision (RAD) Person Identification Service (PIDS) Health Information Locator Service (HILS) Terminology Query Service (TQS) outbound Clinical Observation Access Service (COAS)

A visão do arquiteto do middleware médico Internet Research Systems Hospital Administrative Systems Medical Administrative Systems App directory LAN directory Border directory Peer institutions Institutional Student Financial Personnel Systems Enterprise directory Corporate collaborators PKI Federal and state Govts Person registry Authentication services Authorization services

Middleware Mais informações: http://middleware.internet2.edu/

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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.

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

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

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

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

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

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

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.

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

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.

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

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: importante para verificar a eficácia dos métodos de TE e para monitorar e verificar o cumprimento dos objetivos de desempenho da rede. 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.

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

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.

The Wizard Gap On this graph the red line indicates the performance that a person will get from a computer and application from a system “fresh out of the box”. If a network wizard help to tune the system and eliminate performance problems, the black line can be achieved. The difference between the two Matt Mathis refers to as the “Wizard Gap” As you can see the Wizard Gap is growing over time.

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 . . . In looking at application performance, more than just the network has to be considered. Performance can be affected by the network, the computer, operating system, and the application software. The problem can also be that the users expectations are not realistic, too high or too low. At times full performance may not be achieved because the user does not expect any faster even when it is possible.

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

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 Introduced at Spring Member Meeting. Have made good progress on architectural design. Have made good progress on outreach to other organizations and initiating collaboration.

PMP = Performance Measurement Point (em cada nó Abilene) O Sistema de Medições A nova Abilene contará com dispositivos de medição como parte da sua estrutura Abilene PMP PMP PMP PMP = Performance Measurement Point (em cada nó Abilene)

O Sistema de Medições Extensão do Sistema até os Campi Abilene Campus X Abilene PMP PMP PMP Campus PAS is a specified PC based computer ($2000 estimated) with a software load provided by Internet2 Campus Y PMP PMP PMP em cada Fronteira de Campus

Relatando o Desempenho Executa testes regulares para fornecer Relatórios de Desempenho baseados na web através da Abilene e para os caminhos entre os Campi e a Abilene Campus X Abilene Capability SNVA/DNVR – 10 Gbps DNVR/IPLS – 10 Gbps IPLS/NYCM – 10 Gbps Abilene PMP PMP PMP At first test results will be reported on web pages. An end-user suspecting performance problems can check the reported performance from their campus to Abilene, across Abilene, and from Abilene to the destination campus. If there are no reported problems on any of these segments, the the end-user can suspect the campus networks on the ends, or the computer systems themselves. Campus Y Campus-Abilene Capability Campus W – 155 Mbps Campus X – 612 Mbps Campus Y – 1000 Mbps Campus Z – 2 Mbps PMP PMP

Alcançando o usuário final Provê uma Ferramenta de Testes para que o Computador do usuário final possa executar testes dentro do Campus e além Campus X Abilene PMP PMP PMP Host A Host B The tool will use test results stored in a data repository as much as possible to reduce the overall amount of active testing going on. The tools will probably be a JAVA Applet to make it as portable as possible. Campus Y PMP PMP A ferramenta relata o desempenho do caminho até um destino especificado através de testes ativos (ex. até a fronteira do Campus) ou usando resultados de testes obtidos através de testes programados regularmente

Adicionando Informação do Caminho Adiciona PMP ao longo do caminho para fornecer mais detalhes Campus X Abilene PMP Gigapop S Regional Network M PMP PMP PMP Host A PMP Host B E2Epi is looking for the Quilt to lead in the deployment at the Gigapops and Regional Networks. Ideally the system would have measurement information for each administrative domain along each path. For larger networks, multiple Path Measurement Points may be desireable. PMP Campus Y PMP PMP PMP Regional Network J Gigapop T Testes regulares são efetuados entre PMPs adjacentes e armazenados num Repositório de Dados. Esta informação é usada pela ferramenta do Usuário final para reduzir o número necessário de testes ativos.

Para quem você vai ligar? O E2E piPES fornecerá informações de contato quando um segmento no caminho aparentar ter um problema Campus X Abilene PMP Gigapop S Regional Network M PMP PMP PMP Host A PMP Host B E2Epi need input on how to make this work. There are operational and policy issues here. PMP piPES Test Analysis Looks like a problem In Gigapop T. Pass these test result to: Joe@gigapopT.net Campus Y PMP PMP PMP Regional Network J Gigapop T Os resultados dos testes obtidos pelo usuário final serão passados para a pessoa de contato

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

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

Roteiro O que são redes de computadores Aplicações avançadas Middleware QoS IP Redes Ópticas MPLS, MPL(ambda)S Gigabit Ethernet Redes Móveis

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)

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

MPL(ambda)S O MPL(ambda)S combina: Desenvolvimentos recentes do plano de controle de Engenharia de Tráfego do MPLS Tecnologia 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.

Uma tecnologia com escala (1000:1)! Evolução da Ethernet 10GBASE-x 1000BASE-X 100BASE-X 10BASE-T 1990 1995 1998 2002 Uma tecnologia com escala (1000:1)!

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

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

Roteiro O que são redes de computadores Aplicações avançadas Middleware QoS IP Redes Ópticas Redes Móveis IEEE 802.11 Bluetooth

Rede Local de Rádio IEEE 802.11 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 802.11 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”)

Rede 802.11

Redes Ad Hoc Estações IEEE 802.11 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 802.11 para construir um enlace ponto a ponto

Mestrado em Redes de Computadores Área de concentração: Redes de Computadores Linhas de Pesquisa: Redes de Alto Desempenho Tecnologias Web e Aplicações Distribuídas

Redes de Alto Desempenho Integração de Serviços de Voz e Vídeo em Redes IP Redes sem Fio (Wireless) Avaliação de Desempenho de Redes de Alta Velocidade Engenharia de Tráfego Convergência de Redes e Telecomunicações Tecnologias IP (MPLS, Multicast, Diffserv, etc.) Redes Ópticas

Tecnologias Web e Aplicações Distribuídas Tecnologias e Aplicações WEB Sistemas Hipermídia Sistemas Multimídia Plataformas e Aplicações Distribuídas Mineração e Exploração Inteligente de Dados Sistemas para Gestão do Conhecimento Sistemas Multiagentes

Corpo Docente

Corpo Docente

O NUPERC Núcleo Interdepartamental de Pesquisa em Redes de Computadores. Congrega Pesquisadores dos Departamentos de: Ciências Exatas Engenharia e Arquitetura Oficialmente aprovado em 12/2000 (Resolução do CONSUNI No. 14/99) Sinergia com o Mestrado em Regulação de Energia