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Ambientes para experimentação em larga escala para suporte de P&D em redes

Workshop sobre o "Futuro da Internet"CPqD, abril de 2009(modificado em 2011)

Michael Stanton Rede Nacional de Ensino e Pesquisa - RNP

michael@rnp.br

Sumário

• Discutimos ambientes de suporte para trabalhos de P&D experimentais em redes e aplicações distribuídas.

• A exposição descreve a evolução do tipo de atividade possível, bem como a maneira de que o suporte é dado.

• Examinamos o contexto de algumas redes experimentais usadas no exterior, especialmente relacionadas ao futuro desenvolvimento da Internet

Ambientes experimentais de larga escala para P&D 2

GENI - http://www.geni.net

(Global Environment for Network Innovations)• Iniciativa da NSF (EUA) para criar um ambiente compartilhado de

experimentação para auxiliar a validação de novas arquiteturas de redes– Fase inicial: 2005 a 2007 – desenho do ambiente GENI– Fase atual: desde 2008, implantação e uso

• GENI apoiará pesquisa que possa levar a uma futura Internet com características melhoradas:– segurança mais compreensiva– maior generalidade – melhor integração de tecnologias ópticas e de rádio– integração com o mundo de sensores e processadores

embarcados– melhores opções para a saúde econômico do setor de

provedores Internet

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O ambiente experimental de GENI

• Permitirá experimentos com arquiteturas, serviços e aplicações de rede alternativas, em escala grande e sob condições reais

• Usando virtualização, GENI permitirá conduzir múltiplos experimentos independentes e simultâneos

• GENI permitirá experimentos de longa duração, permitindo que protótipos maduros atendam a uma comunidade “viva” de usuários

• Com ferramentas extensas de medição e coleta de dados, facilitará pesquisa experimental

• Em suma, GENI proverá suporte para levar idéias de larga escala de concepção à implantação, por meio de validação

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Como construir o ambiente GENI

• O ambiente GENI é inspirado no PlanetLab, e especialmente o “Meta-Testbed” VINI - http://www.vini-veritas.net

• VINI estende o escopo de PlanetLab para permitir – “fatiamento” dos enlaces entre os nós (virtualização de

enlaces) – substituição dos protocolos da camada 3 (IP)

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VINI

• Objetivos– permite validação experimental de novas arquiteturas

• suporte simulâneo de usuários reais e desenhos “clean slate”

– prover um caminho plausível de implantação

• Idéias chave– virtualização

• múltiplas arquiteturas numa infraestrutura compartilhada

• compartilhar custos de gerenciamento

– participação na base: por usuário / por aplicação• atrair usuários reais

• implantação / adoção dirigidas por demanda

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Implantação de VINI

• Infraestrutura– PlanetLab provê “rede de acesso” com alcance global

• computador do usuário executa proxy que permite participar

• nó local do PlanetLab funciona como roteador de ingresso

– NLR/Internet2 provêem troncal de alta capacidade nos EUA• popular com roteadores programáveis

• estender abstração de “fatias” a esses roteadores

• Modelo de uso– cada arquitetura (serviço) executa em sua própria fatia– dois modos de uso

• experimentos de curta duração

• arquiteturas e serviços estáveis, de longa duração

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Extensão de fatias para um experimento VINI

Ambientes experimentais de larga escala para P&D

Extensão de fatias para um experimento VINI

Ambientes experimentais de larga escala para P&D

Extensão de fatias para um experimento VINI

Ambientes experimentais de larga escala para P&D

Participação do usuário

Cliente

ServidorNAT

rádio

Ambientes experimentais de larga escala para P&D

Internet numa fatia

XORP(protocolos de

roteamento)

ifv1 ifv2ifv0

IPv4tabela de

encaminhamento

Usuário

Núcleo

Filtros, moldadores

VM PlanetLab

túneis E-GRE

XORP no Módulo Rede– Insere rotas à cópia da tabela de

encaminhamento IPv4 do núcleo– Núcelo encaminha pacotes entre

interfaces virtuais

Filtros e moldadores– Insere atraso e perdas, – limita largura de banda

Interfaces virtuais (ifv)– Aparecem como dispositivos

Ethernet numa fatia– Reduz MTU para tunelamento

Túneis E-GRE– Modifica túneis GRE padrão para

preservar cabeçalhos MAC

Ambientes experimentais de larga escala para P&D

Ambiente GENI

• Extensão de VINI:• Idéias chave

– virtualização• múltiplas arquiteturas numa infraestrutura compartilhada

– participação na base: por usuário / por aplicação• atrair usuários reais

• Infraestrutura– NLR/Internet2 provêem troncal de alta capacidade nos EUA

• popular com recursos (processadores, memória) programáveis

• popular com roteadores programáveis – mais sofisticados do que apenas PCs

• estender abstração de “fatias” a esses roteadores

• incorpora “extensões” a redes sem fio e de sensores

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GENI: a rede física

• Uma grande interconexão em rede de sistemas– Representação razoável da complexidade da Internet– Uma rede óptica nacional ~ 200 universidades– Clusters de processamento/armazenamento– Redes de acesso sem fio

• mobilidade, sensíbilidade a localização

– Redes de sensores– Ligado a grande número de comunidades de usuários

• Parcerias para estender GENI dentro dos EUA– novas tecnologias e usuários

• Federação para estender GENI numa escala global

Core Nodes

Esquema de uma rede GENI

rede de rádio móvel

sítio de borda rede de sensores

nós de borda

ambiente internacional federado

Programabilidade

Todos elementos de rede programáveis via interfaces abertas e/ou código de usuário carregável

Nó sensor programável

Plataforma de rádio com API aberta

Nó de bordaprogramávelNó do núcleo

programável

Plano de controle e gerenciamento GENI

Fatiamento e Virtualização

Rede sem fio móvel Sítio de borda

Rede de sensores

- compartilhar recursos para suportar muitos experimentos simultâneos

Doações ao GENI de NLR e Internet2

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40 Gbps de capacidade nas duas redes nacionais para prover VLANs Ethernet para fatias (IP ou não-IP)

Fase 1: operações de integração:5 esquemas de controle concorrentes

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Fase 1 de GENI (2008-9)

• Gerará o primeiro protótipo em escala nacional de um suite interoperável de infraestrutura para experimentação em redes

• Cria um protótipo em 6 a 12 meses• Inclui múltiplos troncais nacionais e regionais, campi, clusters

de processamento e armazenamento, redes sem fio metropolitanas e de sensores, com instrumentação e medições, e participação de usuários

• GENI está financiando múltiplos projetos paralelos para desenvolver versões concorrentes do software de controle da Fase 1

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Pesquisa usando GENI - FIND

• Antes de lançar a construção do ambiente GENI, a NSF lançou a iniciativa FIND – Future Internet Design, com objetivo de identificar e financiar atividades de pesquisa

• http://www.nets-find.net/ • Um dos produtos desta iniciativa é o GENI Research Plan, que

fornece a motivação para o GENI, e algumas das metas da pesquisa tornada possível por ele.

• http://www.geni.net/GDD/GDD-06-28.pdf

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Atividades experimentais na UE

FIRE - Future Internet Research & Experimentation

http://cordis.europa.eu/fp7/ict/fire/home_en.html• Iniciativa européia dirigida ao desenho da Internet do Futuro,

semelhante às iniciativas FIND e GENI da NSF dos EUA.• Promove o conceito de pesquisa experimental, juntando pesquisa

visionária da academia com validação e experimentação típicas da indústria

• Objetiva criar um ambiente de pesquisa multidisciplinar para investigar e validar experimentalmente idéias inovadoras para novos paradigmas de de redes e serviços

• Pretende criar a “European Experimental Facility” (EEF), ambiente formado pela interconexão e federação de redes experimentais, existentes e futuras, para tecnologias Internet emergentes ou futuras

• Primeiros projetos selecionados em 2008

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FIRE/Panlab (FOKUS/DE)– www.panlab.net

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FIRE/OneLab (UPMC, FR) – www.onelab.eu

• Histórico:– Mar/04: baseado em ENEXT (Identificação de ambientes

experimentais críticos para pesquisa em redes)– Set/06: OneLab1 financiado como projeto IST da CE (FP6):

10 parceiros, 2 anos– Set/08: OneLab2 financiado como projeto IST da CE (FP7):

26 parceiros, 2 anos• OneLab1 – Metas

– estender PlanetLab para novas redes, não cabeadas– melhorar monitoramento de PlanetLab– assumir administração de nós PlanetLab na Europa

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FIRE/Federica – www.fp7-federica.eu

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Comparação dos protótipos de FIRE

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Atividades no Japão

• AKARI - http://akari-project.nict.go.jp/eng/overview.htm – pretende implementar uma rede de nova geração até 2015,

baseada numa nova arquitetura– o projeto supõe o emprego de um ambiente experimental

empregando técnicas de virtualização, como descritas em GENI

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A Internet do Futuro será híbrida

Ambientes experimentais de larga escala para P&D 28

A Internet do Futuro será híbrida

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Michael Stanton (michael@rnp.br)

www.rnp.br

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