Pesquisa em Redes de Computadores
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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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Roteiro
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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Roteiro
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
ifica
ção d
os
paco
tes
isola
mento
: esc
alo
nam
ento
e p
olic
iam
ento
alt
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tiliz
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adas
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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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. . .
. . .
. . .
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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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Roteiro
O que são redes de computadoresAplicações avançadasMiddlewareQoSIPRedes ÓpticasRedes MóveisO Brasil na Internet2
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IP
Redes Avançadaso Abileneo RNP2
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55
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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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Roteiro
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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Roteiro
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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Roteiro
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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