Redes Avançadas

Prof. Mateus Raeder

Universidade do Vale do Rio dos Sinos- São Leopoldo -

Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

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

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• 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

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• 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

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• 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

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• 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

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• 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

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• 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

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• 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

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• 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

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• Arquitetura TCP/IP e alguns protocolos

FTP, SMTP, DNS, POP, IMAP

TCP, UDP

IP, ICMP, ARP

Sub-rede de acesso

Protocolo padrão da Internet

Como as aplicações solicitam serviços

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• 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)

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• 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

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• 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

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• Mais um exemplo pode ser percebido quando da perda de um pacote

• Go-back-n

1 2 3 4 5 6 7 8 9

3 4 5 6 7 8 9

Retransmissão de todos os pacotes

- Desperdício de largura de banda

- Reprocessamento dos pacotes que já haviam chegado corretamente

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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

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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

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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

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NETBLT• Pacotes na conexão: 2 pacotes

– OPEN– REFUSED ou RESPONDE

• Parâmetros são negociados no começo da conexão

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NETBLT

Finalização da conexão

Estabelecimento de conexão(negociação de tamanho de buffer, número de

buffers concorrentes, tamanho de pacote e taxa de pacotes)

Sender NETBLT

Receiver NETBLT

CONTROL[GO[1]]

DATA[1, 1]DATA[1, 2]LDATA[1, 3] timer

para 3 pacotesCONTROL[RESEND[1(2, 3)]]

DATA[1, 2]LDATA[1, 3]

timer para 2 pacotesCONTROL[OK[1]]

ACK

ACK

ACK

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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

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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

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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

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Outros protocolos• VMTP (Versatile Message Transfer Protocol)

• OSI/TP4

• Delta-t