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 Brasil na Internet2

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

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

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 Brasil na Internet2

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, ...

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

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

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.

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

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IP Redes Avançadas Abilene RNP2

Backbone da RNP2

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 O Brasil na Internet2

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 O Brasil na Internet2

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

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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

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.

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