1

Pesquisa em Redes de Computadores

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

2

Roteiro

O que são redes de computadoresAplicações avançadasMiddlewareQoSIPRedes ÓpticasRedes Móveis

3

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

4

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

5

Camadas: comunicação física

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

redeenlacefísica

dados

dados

6

Aplicações convencionais

Correio eletrônicoTransferência de arquivosNavegação Web

Streams de áudio e vídeoChatsEtc.

7

Roteiro

O que são redes de computadoresAplicações avançadas

o Internet2o Peer-to-Peer

MiddlewareQoSIPRedes ÓpticasRedes Móveis

8

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

9

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.

10

Atributos das Aplicações

Colaboração interativa Acesso em tempo real

a recursos remotos

11

Atributos, cont.

Computação distribuída e mineração de dados de larga escala

Realidade virtual compartilhada

Qualquer combinação das aplicações acima

12

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, ...

13

Teleimersão

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

14

Tele imersão

“Escritório do Futuro”

Fonte: University of North Carolina

15

nanoManipulador Distribuído

University of North Carolina-Chapel Hill

16

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/

17

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/

18

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/

19

Projetos baseados em Grades

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

GriPhyN (Física)o www.griphyn.org

Infra-estruturao www.gridforum.org

20

Acesso às Grades

www.accessgrid.orgFonte: Argonne National Laboratory

21

Demonstração de HDTV

22

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

23

The Internet2 Commons

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

24

Aplicações Avançadas

Computação DistribuídaLaboratórios VirtuaisBibliotecas DigitaisAprendizado DistribuídoVídeo DigitalTeleimersãoCombinação de todas acima

25

Peer-to-Peer (P2P)

Retorno às origens da InternetContraste com o paradigma

cliente/servidor

www.openp2p.com

26

27

28

P2P: Questões Técnicas

MetadadosDesempenhoConfiançaResponsabilidadeReputaçãoSegurançaInteroperabilidade

29

Roteiro

O que são redes de computadoresAplicações avançadasMiddlewareQoSIPRedes ÓpticasRedes Móveis

30

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

31

Um Mapa do Middleware

32

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

33

Serviços de Identificação em um Slide

Campus authentication Enterprise directory

Web services and

servers

WebISO

Learning Management

Systems PersonalPortals

Objectclassstandards

(e.g.eduperson,gridperson)

ContentPortals

Shibbolethexchange of

attributes

FuturePKI

DoDHEet al.

Future PKI

Interrealm

Security Domain

Gridset al.

34

Modelo simples ponto-a-ponto

client

EnterpriseLDAP

directory

Attributeauthority

AuthenticationService target

Attributerequestor

Policvdecision

point

Policyenforcement

pointPolicy

enforcementpoint

Policyenforcement

points

Video directory

Service discoveryservice

Protocols

Griddirectory Video

directory

EnterpriseLDAP

directory

35

Uma Arquitetura para o Catálogo de um Campus

metadirectory

enterprisedirectory

directorydatabase

departmentaldirectories

OS directories(MS, Novell, etc)

borderdirectory

registries sourcesystems

Enterpriseapplications dir

36

CampusSystems

Quebra-cabeças de PKI de D. Wasley

Fed Bridge Educause HE Bridge

CREN Root CA

CampusSystems

CampusPKI

Directory

PKI provides:• Strong Authentication• Flexible Authorization• Secure Digital Signature• Powerful Data Security

CampusPKI

Directory

ServerCerts

VendorResources

CampusResources

Shib

EDUPKI

Hierarchy

COMPKI

Hierarchy

37

Middleware Inputs & Outputs

GridsGridsJA-SIG &JA-SIG &

uPortaluPortalOKIOKI

Inter-realmInter-realmcalendaringcalendaring

Shibboleth, eduPerson, Affiliated Dirs, etc.Shibboleth, eduPerson, Affiliated Dirs, etc.

EnterpriseEnterpriseDirectoryDirectory

EnterpriseEnterpriseAuthenticationAuthentication

LegacyLegacySystemsSystems

CampusCampusweb SSOweb SSO

futuresfutures

EnterpriseEnterpriseauthZauthZ

LicensedLicensedResourcesResources

EmbeddedEmbeddedApp SecurityApp Security

Shibboleth, eduPerson e todo o resto

38

A visão das aplicações do upperware médico

Server (in this scenario)

DoD Clinical System

Client (in this scenario)

VA Clinical System

Request lab data, This Soldier, this time frame

Who’s asking? What role? What is need to know?

ResourceAccess

Decision(RAD)

Who is this person? Who knows this person?

PersonIdentification

Service (PIDS)

Where is lab info on this person?

Health Information

Locator Service (HILS)

Convert to server’s terms

Terminology Query Service

(TQS)outbound

Clinical Observation

Access Service(COAS)

Requestobservation

39

A visão do arquiteto do middleware médico

Person registry

Enterprise directory

Appdirectory

Borderdirectory

LAN directory

InstitutionalStudentFinancialPersonnelSystems

MedicalAdministrativeSystems

HospitalAdministrativeSystems

Peer institutions

PKI

Authenticationservices

Federaland state

Govts

Corporatecollaborators

Internet

Research Systems

Authorizationservices

40

Middleware

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

41

Roteiro

O que são redes de computadoresAplicações avançadasMiddlewareQoSIPRedes ÓpticasRedes Móveis

42

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.

43

Resumo

QOS para Aplicações em Redecl

ass

ifica

ção d

os

paco

tes

isola

mento

: esc

alo

nam

ento

e p

olic

iam

ento

alt

a u

tiliz

açã

o

dos

recu

rsos

Adm

issã

o d

e c

ham

adas

44

Arquiteturas de Serviços

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

45

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)

46

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.

47

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.

48

Medidas de Desempenho

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

49

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.

50

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.

51

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.

52

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

53

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.

54

Avaliação de Desempenho

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

55

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.

56

The Wizard Gap

57

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

. . .

. . .

. . .

. . .

58

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

59

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

60

O Sistema de Medições

PMP

PMP

PMP

PMP = Performance Measurement Point (em cada nó Abilene)

A nova Abilene contará com dispositivos de medição como parte da sua estrutura

Abilene

61

O Sistema de Medições

PMP

PMP

PMP

PMP em cada Fronteira de Campus

Extensão do Sistema até os Campi

AbilenePMP

Campus X

PMP

Campus Y

62

Relatando o Desempenho

PMP

PMP

PMP

Executa testes regulares para fornecer Relatórios de Desempenho baseados na web através da Abilene e

para os caminhos entre os Campi e a Abilene

AbilenePMP

Campus X

PMP

Campus YCampus-Abilene CapabilityCampus W – 155 MbpsCampus X – 612 MbpsCampus Y – 1000 MbpsCampus Z – 2 Mbps

Abilene CapabilitySNVA/DNVR – 10 GbpsDNVR/IPLS – 10 GbpsIPLS/NYCM – 10 Gbps

63

Alcançando o usuário final

PMP

PMP

PMP

Provê uma Ferramenta de Testes para que o Computador do usuário final possa executar testes dentro do Campus e além

AbilenePMP

Campus X

PMP

Campus Y

Host A Host B

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

64

Adicionando Informação do Caminho

PMP

PMP

PMP

Adiciona PMP ao longo do caminho para fornecer mais detalhes

AbilenePMP

Campus X

PMP

Campus Y

Host A Host B

Testes regulares são efetuados entre PMPs adjacentes e armazenados num Repositóriode Dados. Esta informação é usada pela ferramenta do Usuário final para reduzir o

número necessário de testes ativos.

PMP

PMP

RegionalNetwork J

PMP

PMP

RegionalNetwork M

Gigapop S

Gigapop T

65

Para quem você vai ligar?

PMP

PMP

PMP

O E2E piPES fornecerá informações de contato quando umsegmento no caminho aparentar ter um problema

AbilenePMP

Campus X

PMP

Campus Y

Host A Host B

Os resultados dos testes obtidos pelo usuário final serão passados para a pessoa de contato

PMP

PMP

RegionalNetwork J

PMP

PMP

RegionalNetwork M

Gigapop S

Gigapop T

piPES Test AnalysisLooks like a problemIn Gigapop T. Pass these test result to:Joe@gigapopT.net

66

Iniciativa de Desempenho Fim-a-fim

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

67

Roteiro

O que são redes de computadoresAplicações avançadasMiddlewareQoSIPRedes ÓpticasRedes Móveis

68

IP

Arquiteturas de serviçoRoteamento com restriçõesIPv6Multicast confiável

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

69

Roteiro

O que são redes de computadoresAplicações avançadasMiddlewareQoSIPRedes Ópticas

o MPLS, MPL(ambda)So Gigabit Ethernet

Redes Móveis

70

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)

71

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.

72

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.

73

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)!

74

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

75

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

76

Roteiro

O que são redes de computadoresAplicações avançadasMiddlewareQoSIPRedes ÓpticasRedes Móveis

o IEEE 802.11o Bluetooth

77

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”)

78

Rede 802.11

79

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

80

Mestrado em Redes de Computadores

Área de concentração:o Redes de Computadores

Linhas de Pesquisa:o Redes de Alto Desempenhoo Tecnologias Web e Aplicações Distribuídas

81

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

VelocidadeEngenharia de TráfegoConvergência de Redes e TelecomunicaçõesTecnologias IP (MPLS, Multicast, Diffserv, etc.)Redes Ópticas

82

Tecnologias Web e Aplicações Distribuídas

Tecnologias e Aplicações WEBSistemas Hipermídia Sistemas MultimídiaPlataformas e Aplicações DistribuídasMineração e Exploração Inteligente de

DadosSistemas para Gestão do ConhecimentoSistemas Multiagentes

83

Corpo Docente Docente Categoria Qualificação Atividades

Augusto Loureiro 40 hs Doutor, UFSC D, P, O

Celso Saibel 40 hs Doutor, França D, P, O

Cesar Teixeira 4 hs Doutor, EPUSP O

Joberto Martins 30 hs Doutor, Paris VI D, P, O

José A. Suruagy 40 hs Doutor, UCLA D, P, O

Manoel Mendonça 40 hs Doutor, Maryland

D, P, O

Paulo Victor 40 hs Doutor, Bradford

D, P, O

Raimundo Macedo 4 hs Doutor, Newcastle

O

William Giozza 40 hs Doutor, Paris VI D, P, O

84

Corpo Docente

Docente Categoria Qualificação Atividades

Antonio Atta 40 hs Mestre, UNICAMP

D, P

Isaac Moreira 40 hs Mestre, UFPb D, P

Sérgio Brito 40 hs Mestre, UFPb D, P

85

O NUPERC

Núcleo Interdepartamental de Pesquisa em Redes de Computadores.

Congrega Pesquisadores dos Departamentos de:o Ciências Exataso Engenharia e Arquitetura

Oficialmente aprovado em 12/2000 (Resolução do CONSUNI No. 14/99)

Sinergia com o Mestrado em Regulação de Energia