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Pesquisa em Redes de Computadores

Prof. José Augusto Suruagy MonteiroMestrado Profissional em Redes de Computadoreswww.nuperc.unifacs.br/suruagy

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Roteiro

O que são redes de computadoresAplicações avançadasMiddlewareQoSIPRedes ÓpticasRedes MóveisO Brasil na Internet2

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O que são Redes de Computadores

milhões de dispositivos de computação conectados: hosts, sistemas finaiso workstations de pcs,

servidoreso telefones com PDA’s,

torradeiraso rodando aplicações de rede

enlaces (canais) de comunicaçãoo fibra, cobre, rádio, satélite

roteadores: encaminham pacotes (pedaços) de dados através da rede

ISP local

Rede daempresa

ISP regional

roteador workstation

servidormóvel

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Aparelhos internet interessantes

O menor servidor Web do mundohttp://www-ccs.cs.umass.edu/~shri/iPic.html

Porta retratos IPhttp://www.ceiva.com/

Tostadeira habilitada para a Web + Previsão do tempohttp://dancing-man.com/robin/toasty/

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Pilha de protocolos Internet aplicação: dá suporte a aplicações de

redeo ftp, smtp, http

transporte: transferência de dados host-a-hosto tcp, udp

rede: roteamento de datagramas da origem até o destinoo ip, protocolos de roteamento

enlace: transferência de dados entre elementos de rede vizinhoso ppp, ethernet

física: bits “no fio”

aplicação

transporte

rede

enlace

física

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Camadas: comunicação física

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

redeenlacefísica

dados

dados

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Aplicações convencionais

Correio eletrônicoTransferência de arquivosNavegação Web

Streams de áudio e vídeoChatsEtc.

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Roteiro

O que são redes de computadores Aplicações avançadas

o Internet2o Peer-to-Peer

Middleware QoS IP Redes Ópticas Redes Móveis O Brasil na Internet2

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O Projeto Internet 2

http://www.internet2.eduCriado em 10/1996 por 34 Universidades,

conta hoje com 200.Envolve também:

o 64 empresaso 37 institutos de pesquisa (incluindo 9

laboratórios governamentais)o Mais de 30 parceiros internacionaiso Parceiros de agências federaiso Conta com cerca de 25 funcionários

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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.

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Atributos das Aplicações

Colaboração interativa Acesso em tempo real

a recursos remotos

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Atributos, cont.

Computação distribuída e mineração de dados de larga escala

Realidade virtual compartilhada

Qualquer combinação das aplicações acima

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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, ...

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Tele imersão

“Escritório do Futuro”

Fonte: University of North Carolina

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nanoManipulador Distribuído

University of North Carolina-Chapel Hill

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Bancada de Anatomia e Cirurgia

Permite que os alunos aprendam anatomia e técnicas de prática cirúrgica usando estações de trabalho 3-DO test bed de rede avalia a eficácia das aplicações da bancada

Stanford University School of Medicine

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

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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

http://CARL.ce.ncsu.edu/

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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

http://www.nws.org/

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Projetos baseados em Grades

NEESGrid (Engenharia de Terremotos)o www.neesgrid.org

GriPhyN (Física)o www.griphyn.org

Infra-estruturao www.gridforum.org

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Acesso às Grades

www.accessgrid.orgFonte: Argonne National Laboratory

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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

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The Internet2 Commons

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

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Aplicações Avançadas

Computação DistribuídaLaboratórios VirtuaisBibliotecas DigitaisAprendizado DistribuídoVídeo DigitalTeleimersãoCombinação de todas acima

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Peer-to-Peer (P2P)

Retorno às origens da InternetContraste com o paradigma

cliente/servidor

www.openp2p.com

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P2P: Questões Técnicas

MetadadosDesempenhoConfiançaResponsabilidadeReputaçãoSegurançaInteroperabilidade

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O que são redes de computadoresAplicações avançadasMiddlewareQoSIPRedes ÓpticasRedes MóveisO Brasil na Internet2

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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

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Um Mapa do Middleware

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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

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Middleware

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

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O que são redes de computadoresAplicações avançadasMiddlewareQoSIPRedes ÓpticasRedes MóveisO Brasil na Internet2

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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.

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Resumo

QOS para Aplicações em Redecl

ass

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Arquiteturas de Serviços

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

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Alternativas de Serviços

Nobres (Elevated)o Premium (QPS e SEQUIN)o Olympic

Best EffortPlebeus (Non-Elevated)

o Scavenger (QBSS)o Alternative Best Effort (ABE)o Best-Effort Differentiated Service (BEDS)

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O que é a Engenharia de Tráfego Internet?

É definida como sendo a parte da engenharia de redes Internet que trata os aspectos de o avaliação e o otimização do desempenho

de redes operacionais IP.

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Engenharia de Tráfego

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

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Medidas de Desempenho

atraso,variação do atraso (jitter),perda de pacotes evazão (throughput).

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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.

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Otimização

Gerenciamento de capacidadeo planejamento de capacidadeso controle de roteamento eo gerenciamento de recursos (banda, buffers e

processamento)

Gerenciamento de tráfegoo 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.

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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.

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Resolução temporal

Planejamento de capacidade: dias a anoso MPL(ambda)S pode reduzir substancialmente o

tempo de provisionamento de capacidades.

Roteamento: milisegundos a diasProcessamento dos pacotes: picosegundos

a milisegundos

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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:o importante para verificar a eficácia dos métodos de TE eo 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.

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Avaliação de Desempenho

Técnicas:o Métodos analíticoso simulação eo métodos empíricos baseados em medições

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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.

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The Wizard Gap

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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

. . .

. . .

. . .

. . .

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O Problema

Applications Developer

System Administrator

LAN Administrator

CampusNetworking

Gigapop Gigapop

Backbone

CampusNetworking

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 computerIs working OK

Talk to the other guys

Everything isOK

No othercomplaints

The network is lightly loaded

All the lights are green

We don’t see anything wrong

Looks fine

Others are getting in ok

Not our problem

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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

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Iniciativa de Desempenho Fim-a-fim

Mais informações:o http://e2epi.internet2.edu

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IP

Redes Avançadaso Abileneo RNP2

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Backbone da RNP2

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IP

Arquiteturas de serviçoRoteamento com restriçõesIPv6Multicast confiável

Maiores informações:o www.ietf.orgo www.irtf.org

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

o MPLS, MPL(ambda)So Gigabit Ethernet

Redes Móveis O Brasil na Internet2

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MPLS

MPLS = Multi Protocol Label SwitchingComutação de camada 2Foi desenvolvido para integrar IP com ATMO encaminhamento do MPLS é efetuado

da mesma forma que em comutadores ATM

O encaminhamento de pacotes é efetuado baseado nos rótulos (Labels)

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MPLS

A classificação/rotulação pode ser baseada em:o Endereço destinoo Engenharia de tráfegoo VPNo QoS

FEC = Forwarding Equivalence ClassUma FEC pode representar um: prefixo de

endereço de destino, VPN, túnel de engenharia de tráfego, classe de serviço.

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MPL(ambda)S

O MPL(ambda)S combina:o Desenvolvimentos recentes do plano de controle

de Engenharia de Tráfego do MPLSo 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.

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Evolução da Ethernet

10BASE-T

100BASE-X

1000BASE-X

10GBASE-x

1990 1995 1998 2002

Uma tecnologia com escala (1000:1)!Uma tecnologia com escala (1000:1)!

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Ethernet entra nas MANs

GbE em fibras escuras privativas na região metropolitanao Gigabit Ethernet tem um custo muito baixoo Adaptabilidade dos produtos legados

Surgimento de Serviços Ethernet Metropolitanoso Novos provedores de banda Etherneto Serviços Ethernet das operadoras tradicionais

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Ethernet Fim-a-Fim

Core DWDM Optical Core DWDM Optical NetworkNetwork

Carrier COSP PoP

Location B

Location A

Carrier COSP PoP

Campus LAN

MAN

MAN

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

o IEEE 802.11o Bluetooth

O Brasil na Internet2

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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”)

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Rede 802.11

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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 paraconstruir um enlace ponto a ponto

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O que são redes de computadoresAplicações avançadasMiddlewareQoSIPRedes ÓpticasRedes MóveisO Brasil na Internet2

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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 CuritibaMETROPOA2QoSWare - Gerenciamento de QoS no

Middleware para Aplicações em Tempo RealQUARESMA – QUAlidade de Serviço em

REdes, Segurança, Mobilidade e Aplicações

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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.

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GTs da RNP2

Engenharia de Redes: o GT de Qualidade de Serviço;

Middleware: o GT de Diretórios;

Aplicações de Redes: o GT de Voz sobre IP, o GT de Vídeo Digital,o GT de Aplicações Educacionais em Rede.

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