Planeamento e Gestão de Redes. Redes Informáticas

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1 Planeamento e Gestão de Redes Teresa Vazão

2 Ciclo dinâmico dum projecto Mudança numa organização Custos reduzidos Eficiente Sem impacto no funcionamento

3 Ciclo dinâmico dum projecto Organização empresarial Gestão Modelos de negócio que aumentam os proveitos Engenharia Concepção, implementação e teste da tecnologia que suporta o negócio Operação Suporte e manutenção

4 Ciclo dinâmico dum projecto

5 Ciclo dinâmico dum projecto Fases dum projecto Requisitos de negócio Requisitos de concepção Avaliação da rede (assessment) Infra-estrutura LAN; WAN e Serviços Segurança Gestão Protótipo (Proof-of-concept) Proposta de projecto Revisão da concepção Implementação

6 Ciclo dinâmico dum projecto Fases dum projecto de criação de infra-estrutura Requisitos de negócio Requisitos de concepção Planeamento Modelo funcional Arquitectura lógica Arquitectura física Protótipo (Proof-of-concept) Proposta de projecto Revisão da concepção Implementação

7 Fase1: requisitos de negócio O que é o negócio actualmente? O que é que o negócio pretende vir a ser?

8 Fase1: requisitos de negócio Modelo de negócio Perspectiva operacional de negócio Perspectiva de negócio Objectivo: gerar receitas e reduzir custos

9 Fase1: requisitos de negócio Exemplo: introdução da telefonia IP Vender os benefícios da solução Prever a redução de custos Uma boa solução: actualização da infra-estrutura paga em 12 meses

10 Fase1: requisitos de negócio Custos fixos: Compra de equipamento Implementação Custos variáveis Aluguer de circuitos Suporte de implementação Acções típicas: Pedir propostas de equipamentos e de circuitos Se implementação em out-sourcing: número de horas, datas de entrega e custo de mão de obra Problemas possíveis Contratos com fornecedores que estejam em vigor Regras de contratação da empresa Standards da empresa Perspectiva de crescimento

11 Fase1: requisitos de negócio Business drivers Reduzir custos operacionais Gerar receitas Satisfazer clientes Aumentar a produtividade dos funcionários

12 Fase1: requisitos de negócio Requisitos de negócio Constrangimentos orçamentais Reorganização Junções e aquisições de companhias Ligações com parceiros de negócio Acesso remoto Implementação dum novo escritório/empregados Novas aplicações no centro de dados Redução dos custos de paragem da rede (outage) Soluções de gestão mais eficientes Contratos com vendedores

13 Fase2: requisitos de concepção Identificação dos requisitos duma perspectiva técnica Requisitos standard Outros requisitos Entidades envolvidas Equipa técnica, operacional e de gestão Metodoloia usual Entrevistas, após análise da documentação

14 Fase2: requisitos de concepção Requisitos standard Requisitos funcionais Requisitos de abrangência Requisitos de qualidade Requisitos de desempenho Requisitos de disponibilidade Requisitos de escalabilidade Requisitos de adaptabilidade Requisitos de segurança Requisitos de gestão Requisitos de compatibilidade Outros requisitos ou condicionantes Financeiros Temporais Ambientais

15 Fase2: requisitos de concepção Requisitos standard - requisitos funcionais Caracterização dos grupos de utilizadores (em termos das aplicações/serviços que usam Caracterização das aplicações em rede Quais? , acesso web, aplicações de negócio, transferência de ficheiros, acesso a bases de dados,... De que tipo? Interactivas, transaccionais, transferência em bloco Onde? Localização dos clientes e servidores respectivos Caracterização do tráfego Quais? Dados, voz, vídeo, áudio Onde? Identificação das aplicações que os usam.

16 Fase2: requisitos de concepção Requisitos standard - requisitos de abrangência Localização dos edíficios Endereços e contactos Localização dos postos de trabalho Plantas das locais Necessidade de acesso remoto Onde? Necessidade de acesso a outras entidades Quais? Necessidades de acesso ao exterior? Onde?

17 Fase2: requisitos de concepção Requisitos standard - requisitos de qualidade Suporte de aplicações Best-Effort Quais? Suporte de aplicações adaptativas Quais? Suporte de aplicações continuous media Quais?

18 Fase2: requisitos de concepção Requisitos standard - requisitos de desempenho Requisitos em termos de atraso, variação do atraso, perdas e débito Parâmtros usuais Tempo de resposta das aplicações Tempo de resposta da rede (obtenção de endereço e autenticação) Débito Atraso dos dados (RTT com ping) Atraso da voz (one-delay-time) Atraso do vídeo (one-delay-time)

19 Fase2: requisitos de concepção Requisitos standard - requisitos de disponibilidade Elevada disponibilidade? Onde? Aplicações críticas para a empresa Quais? Tempo entre falhas tolerável? Falhas de quê? Quanto tempo? Tempo entre recuperação de falhas Falhas de quê? Quanto tempo?

20 Fase2: requisitos de concepção Requisitos standard - requisitos de disponibilidade (continuação) Parâmetros usuais Network up time Mean time between failures Mean time to repair Balanceamento de carga Diversidade de equipamentos Redundância

21 Fase2: requisitos de concepção Requisitos standard - requisitos de escalabilidade Previsão de crescimento de organização Previsão de evolução das aplicações Previsão de evolução dos serviços Previsão do número de utilizadores 1 ano 3 anos (?)

22 Fase2: requisitos de concepção Requisitos standard - requisitos de adaptabilidade Alterações frequentes no espaço físico Alterações frequentes das funções dos utilizadores

23 Fase2: requisitos de concepção Requisitos standard - requisitos de segurança Garantia de confidencialidade Que aplicações Garantia de autenticidade Que aplicações Garantia de integridade Que aplicações Garantia de não repudiação Que aplicações Controlo de acesso Onde?

24 Fase2: requisitos de concepção Requisitos standard - requisitos de gestão Tipo de gestão Gestão central, remota Existência ou não de equipas de gestão Para que funções? Onde? Out-sourcing de gestão Que componentes? Ferramentas a utilizar Para quê? Em que locais Quem usa? Procedimentos a implementar Para quê? Em que locais? Quem usa?

25 Fase2: requisitos de concepção Requisitos standard - requisitos de compatibilidade Sistemas informáticos existentes Caracterização Diversidade de fabricantes, documentação, suporte, etc Sistemas de comunicação existentes Caracterização Diversidade de fabricantes, documentação, suporte, etc Sistemas a substiituir/migrar Caracterização

26 Fase2: requisitos de concepção Condicionantes - temporais Data de início e fim do projecto Dependência de outras actividades em curso Data de início ou fim de instalação de infraestruturas Eventualidade de existência de prazos já negociados, ou anunciados Outras condicionantes Concursos Prazos de entrega de fornecedores Férias

27 Fase2: requisitos de concepção Condicionantes - funcionais Integração com outros projectos em curso Ex: obras, sistemas de informação Integração com obras em curso Construção civil, remodelação da instalação eléctrica Instalaçao com a organização em funcionamento Pós laboral ou período de férias Outras Corte de estrada, abertura de vala, e

28 Fase2: requisitos de concepção Condicionantes - ambientais Interferência electromagnética Ex: Central eléctrica, potências motrizes elevadas, antenas de potência elevada Problemas mecânicos Ex: Ambiente fabril, zona de acesso público, elevada actividade sísmica Problemas químicos Ex: Proximidade do mar, existência de gases corrosivos, poeiras Valor patrimonial dos edíficios abrangidos Ex: Monumentos e edíficios classificados, painéis e frescos nas paredes e tectos

29 Fase2: requisitos de concepção Condicionantes - ambientais Tipos de edíficios Ex: Inexistência de espaços técnicos, revestimentos de paredes sofisticados Restrições ao uso de tecnologias de comunicação motivadas por questões ambientais Ex: Zona de nevoeiros e ventos fortes (dificulta a utilização de links ópticos) Ex: Níveis de radiação electromagnética em escritório

30 Fase3: planeamento Modelo funcional Caracterização do tráfego Entidade, local, nº de utilizadores, tipo de tráfego, origem, destino Identificação de grupos comuns Definição do modelo de funcionamento da rede

31 Fase3: planeamento Arquitectura lógica Serviços Protocolos Plano de endereçamento Topologia da rede

32 Fase3: planeamento Arquitectura física Planeamento de capacidade Selecção de tecnologia Routers Switches Cablagem Localização dos equipamentos Topologia física Aspectos de configuração a acautelar

33 Redes Locais Tipos de Redes Locais Tecnologias Estruturação das Redes Locais Serviços Arquitectura lógica Arquitectura fisica Exemplo de aplicação

34 Redes Locais - tecnologias Normas para redes locais especificam camadas Físicas e Lógicas e definem mecanismos de acesso ao meio. Ethernet Normalizada pelo IEEE em (anos 80) Acesso ao meio pelo mecanismo CMSA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Colision Detection), com backoff exponencial. De 10Mb/s até 1Gb/s, nas versões mais recentes

35 Redes Locais - tecnologias Token RING Normalizada pela IBM Acesso ao meio por passagem de testemunho (token) no anel. 16 Mb/s Token Bus Normalizado pela General Motors para uso em ambientes industriais. Acesso ao meio por passagem de testemunho (token), com topologia em barramento.

36 Redes Locais - tecnologias Comparação Tecnologia Complexidade Fiabilidade Justiça Divulgação Evolução Ethernet Baixa Elevada Média Muito elevada Permamente Token Ring Elevada Baixa Elevada Reduzida Muito reduzida Token Bus Elevada Elevada Elevada Muito reduzida Muito reduzida Estima-se que 95% do tráfego da Internet se inicie ou termine num adaptador Ethernet. Dispositivos sem fios podem aumentar ainda mais esta percentagem

37 Redes Locais - tecnologias 10 Mb/s Ethernet cablagem x Base y Tipo de meio físico Transmissão em banda de base Débito Nome Tipo de cabo Max Segmento Nós por segmento Débito/Custo 10Base2 10Base5 10BaseT Cabo coaxial fino Cabo coaxial grosso UTP/STP 200m m m BaseF Fibra óptica 2000m 1024

38 CI SC O S YS T EM S Redes Locais - tecnologias 10 Mb/s Ethernet topologias Ethernet 10Base2 Topologia em barramento Cabo coaxial Conectores BNC Meio partilhado Posto de trabalho Posto de trabalho Ethernet Printer Servidor Meio partilhado Comutador Hub Posto de Trabalho Posto de Trabalho Servidor Impressora Ethernet 10BaseT Topologia em árvore Par entrançado (UTP, S/UTP ou STP) Conectores ISO 8877 de baixo custo e elevada fiabilidade

39 Redes Locais - tecnologias 10 Mb/s Ethernet avaliação Vantagens Infra-estrutura barata Desvantagens Infra-estrutura pode-se tornar cara Reduzido preço do cabo Débito baixo (para as necessidade de hoje) Fácil de montar Fácil de expandir Maior nº de colisões com alto volume de tráfego Eficiência reduzida com alto volume de tráfego

40 Redes Locais - tecnologias Tipos de redes Ethernet Ethernet Débito de 10Mb/s Cabo coaxial, par-entrançado ou fibra. Solução partilhada e comutada (dependendo do meio físico). Comunicação Half-Duplex Fast Ethernet Débito de 100 Mb/s Par-entrançado (Cat5) UTP ou STP, ou fibra. Possibilidade de suporte de comunicação Full-Duplex Gigabit Ethernet Débito de 1 Gb/s Par-entrançado (Cat5e) ou fibra. Suporte de comunicação Half-Duplex ou Full-Duplex Solução partilhada Limitação associada à atenuação do sinal e atraso de propagação Solução comutada Limitação associada à atenuação do sinal

41 Redes Locais - tecnologias WiFi - tipos WLAN Solução normalizada pelo IEEE em Débito de 11Mb/s e 54Mb/S Características semelhantes às das redes Operações internas Formato das tramas Controlo de acesso ao meio Meio físico partilhado Confirmação do nível físico (por causa dos erros do meio) Transmissão inicial a 1Mb/s no nível MAC (/para garantir que todas as estações conseguem receber) Débito útil muito inferior ao referido na norma. Comunicação Modo estruturado versus modo ad-hoc Point Coordination Function (PCF): Polling realizado pelo AP Distributed Coordination Function (DCF): semelhante à Ethernet

42 Redes Locais - tecnologias Modo estruturado Terminais móveis com interfaces Pontos de Acesso fazem a ligação à rede infraestrurada. Topologia em árvore WiFi topologias Modo ad-hoc Nós com interfaces Nós são simultâneamente terminais móveis e encaminhadores. Topologia variável, de elevado dinamismo.

43 Estruturação: serviços Segmentação das redes VLAN - separação em domínios lógicos Agrupamento de tráfego Trunking - transporte de múltiplas VLANs Gestão de endereços DHCP - atribuição dinâmica de endereços IP NAT - endereços públicos e privados Qualidade de serviço COS - atribuição de diferentes prioridades às tramas MAC (3 bits: 8 prioridades diferentes) Controlo de tráfego Firewall- bloquear ou não o tráfego

44 Estruturação: lógica Distribuidor de Campus (DC) Interliga os edifícios do campus Subsistema de backbone de campus Cablagem de backbone de campus - Interliga os DE com o DC Distribuidor de E dífício (DE ) Distribuidor de E dífício Interliga os pisos dum edifício Subsistema de backbone de edifício Cablagem de backbone de edifício Interliga os DP com o DE Distribuidor de P iso (DP ) Distribuidor de P iso Distribuidor de P iso Distribuidor de P iso Interliga os equipamentos dum piso Subsistema de piso Cablagem de piso Interliga as TTs com o DP P onto de Transição (P T) Tomadas de Teleco. (TT) Tomadas de Teleco. (TT) Computador Workstation S erver

45 Estruturação - física Classe Cablagem de backbone Cablagem horizontal Componente Cabo UTP Cabo STP FO Multimodo FO Monomodo Cabo UTP Caso STP FO Multimodo Comp. Máximo 800 m (voz) 90 m (dados) 2 Km (dados) 3 Km (dados) 90 m (voz e dados) 90 m (dados) 90 m (dados)

46 C ISC O S Y STE M S Exemplos Exemplo 1: Intranet ligada à Internet S ervidor Web Interno S ervidor P osto de Trabalho P osto de Trabalho Internet Router Firewall S ervidor Web P úblico

47 Exemplos

48 Exemplos Exemplo 2: Extranet

49 Definição do modelo funcional Caracterização de grupos de utilizadores Grupos de utilizadores caracterizados por: Identificação do grupo Descrição do grupo Nº de postos de trabalho Local Aplicação Caracterização do tráfego Destino do tráfego Identificação do servidor de destino

50 Definição do modelo funcional Caracterização de grupos de utilizadores Exemplo de aplicação Empresa de venda de pipocas: com uma sede (Lisboa)) com 5 postos de trabalho; 1 Gerente ( + internet+site+vendas vendas) 1 Informático ( + internet + site + vendas) 2 empregados de balcão ( +internet) 1 Gerente de loja ( + internet + sistema de vendas) 1 filial (Faro) com 2 empregados. 1 Gerente de loja ( + internet + sistema de vendas) 1 empregado de balcão ( +internet) Comunicação entre a sede e a filial por Acesso à Internet só é possível através da sede. Listagem de vendas actualizada na sede ao final do dia; Site da empresa com informação comercial.

51 Definição do modelo funcional Id Descrição Nº Local Aplicação Tráfego Destino 1 Acesso geral (gerente e informático) 2 Sede Internet Site Vendas Dados MailServer ProxyWeb (internet) IntraNet FileServer 2 Empregado de loja 2 Sede Internet Dados MailServer ProxyWeb (internet) 3 Gerente loja 1 Flial Internet Vendas Dados MailServer ProxyWeb (Internet) FileServer 4 Empregado de loja 1 Filial Internet Dados MailServer ProxyWeb (internet)

52 Definição do modelo funcional IntraNet FileServer Mail 1 2 LAN WAN LAN 3 4

53 Definição do modelo funcional Diagrama lógico da LAN da Sede R1 WebSite FW SW SW SW FileServer Mail PC1 PC5 ProxyWeb

54 Definição do modelo funcional Diagrama lógico da LAN da filial R1 SW PC1 PC2

55 Definição do modelo funcional Determinação da capacidade da ligação Caracterizar Fluxos individuais (BE, AF e EF) Definir: Débito nominal Débito de excepção Fluxos a montante Fluxos a jusante Factor de simultaneidade Débito total Para obter: Débito total da ligação Capacidade mínima da ligação Escalão para incremento da capacidade da ligação Margem para evolução Especificação do débito da ligação agregada Taxa nominal de utilização da ligação agregada.

56 Definição do modelo funcional Caracterização dos fluxos individuais Métricas Débito: Mínimo (ATM-ABR) Médio Pico Atraso: atraso máximo entre dois pontos Variação do atraso (jitter) Perdas

57 Definição do modelo funcional Caracterização dos fluxos individuais Caracterização de aplicações Tipo Exemplo Tipo (rede) Multimédia interactiva Multimédia não interactiva Negócio Dados interactivos Dados não interactivos Voz Vídeo-conferência Realidade virtual Gaming online Vídeo a pedido Vídeo-conferência (com streaming) ERPs, SAP Transações em BDs Web, Transf. ficheiros Tempo-real Quase-tempo real Adaptativo Melhor esforço Melhor esforço

58 Definição do modelo funcional Caracterização dos fluxos individuais Caracterização de aplicações - débito Tipo Informação Caracterização Limites Tempo-real Áudio e vídeo (sem streaming) Débito constantes λp Quasetempo real Áudio e vídeo (streaming) Débito de pico e débito médio λp, λm Adaptativo Dados (Negócio) Sem requisitos especiais, adaptam-se as disponibilidades da rede, usando os recursos disponíveis em cada instante λmin Melhor esforço Dados (Restantes) Sem requisitos de largura de banda, necessitam apenas que a rede garanta o transporte de informação ---

59 Definição do modelo funcional Caracterização dos fluxos individuais Tipo Caracterização de aplicações - atraso Aplicação Caracterização Limites Tempo-real Áudio e vídeo (sem streaming) Sensíveis ao atraso máximo São sensíveis à variação do atraso δ M γ M Quasetempo real Áudio e vídeo (streaming) Não são tão sensíveis ao atraso São sensíveis à variação do atraso γ M Adaptativo Negócio (?) Não são sensíveis ao atraso/jitter λmin Melhor esforço Restantes Não são sensíveis ao atraso/jitter --- Atraso máximo tolerado 150 ms (maioria das aplicações) 150 ms a 400 ms (algumas aplicações) > 400 ms (inaceitável no planeamento duma rede) Jitter 10 ms (áudio/vídeo) 1 ms (áudio de alta qualidade)

60 Definição do modelo funcional Caracterização dos fluxos individuais Caracterização de aplicações - perdas Taxa de erros 10-4 (voz e dados não interactivos) 10-6 (dados interactivas) 10-7 (transferência de imagem) 10-8 (transferência interactiva de imagem comprimida)

61 Definição do modelo funcional Caracterização dos fluxos individuais Caracterização de aplicações Tipo Exemplo Tipo ATM DiffServ lnteractiva Voz Tempo-real CBR EF Vídeo-conferência Realidade virtual Gaming online Nãointeractiva Vídeo a pedido Vídeo-conferência (com streaming) Quase-tempo real VBR AF1 Negócio ERPs, SAP Adaptativo ABR AF2..4 Transações em BDs Dados , Web, Transf. ficheiros Melhor esforço UBR BE

62 Definição do modelo funcional Caracterização dos fluxos individuais Aplicações Best-Effort Aplicação Consulta de Transação WWW Transação BD Transf. Ficheiro LAN Transf. Ficheiro WAN Transf. Ficheiro Internet Tempo de Resposta (óptimo) [segundos] Tempo de Resposta (tolerável) [segundos] Tamanho do Bloco (normal) [KB] Tamanho do Bloco (grande) [KB] Débito (situação nominal) [Kbps] Débito (situação excepção) [Kbps] Atraso máximo [mseg]

63 Definição do modelo funcional Caracterização dos fluxos individuais Aplicações Best-Effort Débito nominal Débito mínimo necessário para realizar a transacção no tempo de resposta óptimo, em situação de funcionamento normal (transferência dum bloco de média dimensão) Débito de excepção Débito mínimo necessário para realizar a transacção no tempo de resposta tolerável, em situação de funcionamento excepcional (transferência dum bloco de grande dimensão) Atraso máximo (RTT) Para que não tenha impacto no funcionamento das aplicações não deve exceder 1/10 do tempo de resposta correspondente à situação de funcionamento normal.

64 Definição do modelo funcional Caracterização dos fluxos individuais Aplicações adaptativas Aplicação Codificação Débito (minimo) [Kbps] Débito (situação nominal) [Kbps] Atraso máximo [mseg] VoIP H VoIP H.320(MPEG-4) Buffers no receptor Reduzem a intolerância a jitter Técnicas de reconstrução do sinal no receptor Reduzem a intolerância às perdas

65 Definição do modelo funcional Caracterização dos fluxos agregados Montante Jusante

66 Definição do modelo funcional Caracterização dos fluxos agregados Dimensionamento do débito Calcular o débito nominal de todas as aplicações Para os fluxos BE, calcular o débito de excepção Débito nominal agregadoo: Calcular o total de todos os débitos nominais de todos os fluxos para todas as aplicações, a montante do nó de agregação. Se for tecnológicamente possível, dimensionar a aplicação para suportar o débito nominal agregado. Usar este valor como estimativa inicial da capacidade Verificar se o maior débito de excepção é superior à capacidade estimada da ligação Se for esse o caso, redimensionar a capacidade estimada para suportar esse débito. Somar uma margem para crescimento futuro

67 Definição do modelo funcional Caracterização dos fluxos agregados Dimensionamento do débito Aplicação Débito nominal Débito excepção Fluxos a montante Fluxos a jusante Factor de simultaneidade Débito total WWW BD Inter Transf. LAN Transf. WAN Transf. Int Voz Débito da ligação agregada 7752 Capacidade mínima da ligação 8000 Escalão para incremento da capacidade da ligação Margem para evolução Especificação do débito da ligação agregada Taxa nonimal de utilização 8

68 Definição do modelo funcional Caracterização dos fluxos agregados Dimensionamento do atraso/perdas Método analítico ou de simulação Atraso Tempo proc+ Tempo prop + Tempo Txd + Tempo fila Verificar se os valores definidos são cumpridos Perdas Filas de espera nos nós Verificar se os valores definidos são cumpridos

69 Definição do modelo funcional Outros aspectos do planeamento Disponibilidade Segurança Endereçamento e encaminhamento Gestão de nomes VLANs Outros serviços

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