Redes Avançadas

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



• 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



• 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



• 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



• 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



• 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



• 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



• 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



• 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



• 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



• 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)



• 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



• 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



• 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


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


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


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


NETBLT• Pacotes na conexão: 2 pacotes

– OPEN– REFUSED ou RESPONDE

• Parâmetros são negociados no começo da conexão


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


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


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


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


Outros protocolos• VMTP (Versatile Message Transfer Protocol)

• OSI/TP4

• Delta-t

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