Redes Avançadas

1. Redes Avançadas Prof. Mateus Raeder Universidade do Vale do Rio dos Sinos- São Leopoldo -

2. Computação Distribuída de Alto Desempenho • Quando os primeiros computadores foram interconectados em rede, já se apresentava a idéia de agregar os recursos computacionais • Nos anos noventa, então, surgem os primeiros resultados interessantes • Objetivo principal: executar problemas de difícil resolução em uma única máquina • Sendo assim, utilizar diversas máquinas distribuídas geograficamente cooperando para uma resolução de problema é possível • SETI@Home Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

3. Computação Distribuída de Alto Desempenho • Aumento da quantidade de serviços disponibilizados aos usuários de redes • Facilidades que acompanhem esta prestação de serviços com qualidade • Avanço dos processadores começa a não aumentar a eficiência • Aquecimento dos processadores • Ineficiência da topologia de barramento das máquinas convencionais (colisões) • Limitação de armazenamento na memória Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

4. Computação Distribuída de Alto Desempenho • Todos estes problemas ainda somam-se ao fator CUSTO • Assim, o processamento distribuído em larga escala (ou processamento de alto desempenho) procura sanar alguns obstáculos • Agregando recursos computacionais dispersos em diferentes lugares • Usualmente clusters e grades computacionais • Tem por objetivo a melhoria de desempenho de aplicações • Duas grandes classes de aplicações: distribuídas e paralelas Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

5. Computação Distribuída de Alto Desempenho • Aplicações distribuídas • Utilizam recursos computacionais distribuídos sem a necessidade de uma relação entre si • As tarefas são divididas, porém, sem interdependência das partes • Não têm necessariamente o intuito de melhorar o desempenho de uma aplicação (acelerar) • São aplicações de organizações, por exemplo, que parecem estarem sendo executadas localmente • Por exemplo: terminais bancários Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

6. Computação Distribuída de Alto Desempenho • Aplicações paralelas • Uma única aplicação é dividida em porções menores • Estas porções são distribuídas para processadores diferentes • Existe, assim, a interdependência das partes • As partes divididas, então, são agrupadas e produzem um resultado • Normalmente aplicações que precisam de ganhos de desempenho (executar mais rapidamente) • Por exemplo: construir a figura de um carro Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

7. Computação Distribuída de Alto Desempenho • Ambientes de Clusters • Maneira de agrupar computadores, auxiliando na execução de aplicações paralelas e distribuídas • Também chamados de agregados de computadores • Características • Computadores em um cluster são dedicados ou não • Computadores podem ser homogêneos ou heterogêneos • Tamanho do cluster (limites físicos) • Características da conexão dos computadores (compartilhada, ponto-a-ponto, híbrida) • Aplicações devem ser orientadas para alto desempenho ou alto disponibilidade Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

8. Computação Distribuída de Alto Desempenho • Ambientes de Grids • Configuração em crescimento ultimamente • Parte da idéia de utilização de recursos geograficamente distribuídos • O usuário tem acesso aos recursos computacionais sem (necessariamente) saber onde estão localizados • Trata-se de uma plataforma de computadores dispersos, acessados pelos usuários através de uma única interface • Foca muito no compartilhamento dos recursos Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

9. Computação Distribuída de Alto Desempenho • Cloud computing (computação nas nuvens) • Poder utilizar a qualquer momento, qualquer lugar e em qualquer plataforma diversas aplicações • Utilização através da Internet • Sem a necessidade de ter as aplicações instaladas no seu computador • Sem preocupações com software ou hardware, trabalho corporativo facilitado, sem necessidade de gastos Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

10. Computação Distribuída de Alto Desempenho • Como percebemos, a evolução das redes traz um panorama do que temos e do que vamos ter futuramente • Maiores larguras de banda • Transmissão com menor retardo • Todas estas características fazem com que surja a necessidade de evolução também nos protocolos de comunicação para ambientes de alto desempenho Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

11. Computação Distribuída de Alto Desempenho • Arquitetura TCP/IP e alguns protocolos FTP, SMTP, DNS, POP, IMAP Como as aplicações solicitam serviços TCP, UDP Protocolo padrão da Internet IP, ICMP, ARP Sub-rede de acesso Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

12. Computação Distribuída de Alto Desempenho • Os protocolos da arquitetura TCP/IP foram projetados quando as redes físicas tinham baixa qualidade • Muita ocorrência de erros nas redes • Assim, o protocolo TCP foi planejado para ser um protocolo robusto • Fornecendo padrão de qualidade para as aplicações • Assim, o TCP possui deficiências quando utilizado em boas redes (com baixas taxas de erros) Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

13. Computação Distribuída de Alto Desempenho • Por exemplo, no estabelecimento da conexão TCP Envia SYN seq=x Recebe SYN Envia ACK x+1, SYN seq=y Recebe SYN + ACK Envia ACK y+1 Recebe ACK Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

14. Computação Distribuída de Alto Desempenho • Handshake inicial contém 3 pacotes • Abordagem de alto custo quando, por exemplo, for realizada a troca de pequenos pacotes em uma comunicação via satélite • Largura de banda cara sendo utilizada de maneira não otimizada Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

15. Computação Distribuída de Alto Desempenho • Mais um exemplo pode ser percebido quando da perda de um pacote • Go-back-n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 • Desperdício de largura de banda • Reprocessamento dos pacotes que já haviam chegado corretamente Retransmissão de todos os pacotes 3 4 5 6 7 8 9 Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

16. Protocolos de Alto Desempenho • Fica, então, clara a idéia de que esta abordagem não é adequada quando da utilização de infra-estruturas com maior largura de banda e pouca latência • A utilização de clusters e grids (com estas redes mais avançadas) mostram a necessidade de outras abordagens • Acreditou-se, então, que melhorias nas falhas dos protocolos de transporte seriam menos complexas Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

17. Protocolos de Alto Desempenho • Assim, algumas tentativas de melhoria são colocadas em prática • Protocolos para fins específicos (com alta vazão, por exemplo); • Outras funcionalidades: • Controles de freqüência de pacotes; • Retransmissão seletiva; • Novos tipos de Handshake; • Negociação de parâmetros de serviço; 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3 Retransmissão do pacote com erro Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

18. NETBLT • NETwork BLock Transfer Protocol • Foi desenvolvido para a transferência de grandes quantidades de dados • Unidade de transmissão é um grande buffer • Mais eficiente que pacote-a-pacote • Conexão é unidirecional, normalmente fechada por quem enviou o pacote • Controle de erros e fluxo • Retransmissão seletiva • Controle de frequência de pacotes Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

19. NETBLT • Pacotes na conexão: 2 pacotes • OPEN • REFUSED ou RESPONDE • Parâmetros são negociados no começo da conexão Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

20. NETBLT Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

21. XTP • Xpress Transport Protocol (XTP) • Foi criado para atender uma grande variedade de aplicações (serviços) • Datagramas em tempo real • Multicasting • Grande quantidade de informações • Oferece como controle • Controle de fluxo • Retransmissão seletiva Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

22. APPN • Advanced Peer-to-Peer Networking • Funções de transporte foram implementadas utilizando um serviço orientado a conexão virtual • É baseado na confiabilidade do enlace • Não realiza tratamento nas mensagens • Confia na qualidade das camadas inferiores da rede Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

23. Datakit • Protocolo de transporte universal • Independente de aplicação ou ambiente • Serviço orientado a circuito virtual • Entrega pacotes sem erros • Entrega pacotes em ordem • Controle de fluxo • Controle de erros com detecção e retransmissão de dados perdidos • Utiliza um protocolo chamado URP (Universal Receiver Protocol) para evitar gargalos Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

24. Outros protocolos • VMTP (Versatile Message Transfer Protocol) • OSI/TP4 • Delta-t Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder