Projeto Horizon

Transcrição

1 Projeto Horizon Grupo de Teleinformática e Automação Universidade Federal do Rio de Janeiro

2 A Internet, como tudo começou? comunicação de pacotes ALOHA Abranson Honolulu comutação de pacotes IMP UCLA Kleinrock ARPANET mãe da Internet encomendada pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos época da guerra fria objetivo: rede totalmente distribuída e tolerante a falhas Internet modelo TCP/IP Vinton Cerf e Bob Kahn

3 Requisitos de Projeto da Internet 1. conectividade conectar redes existentes 2. robustez efetuar a comunicação desde que exista algum caminho entre origem e destino 3. heterogeneidade interconexão de diferentes tecnologias de rede suportar diferentes serviços e aplicações 4. gerenciamento gerenciar distribuidamente os recursos da rede 5. custo 6. acessibilidade conexão fácil 7. responsabilização identificação do responsável pelos recursos

4 Princípios de projeto ADOTADOS 1. Modelo em camadas 2. Comutação de pacotes e melhor esforço 3. Transparência 4. Princípio fim-a-fim 5. Entrega imediata 6. Heterogeneidade de sub-rede 7. Endereçamento global 8. Controle distribuído 9. Cálculo global do roteamento 10.Dependência mínima

5 Modelo em camadas camadas hierárquicas dividir para consquitar funcionalidades repartidas entre as camadas metas: generalidade e heterogeneidade apenas quatro camadas camada transporte TCP camada rede IP camada aplicação tudo que vem acima do transporte camada interface de rede tudo quee vem abaixo de IP

6 Principais razões do sucesso modelo TCP/IP princípio da transparência princípio fim-a-fim núcleo simples e inteligência nas extremidades IP é a camada de cobertura que apenas encaminha os pacotes

7 O remédio virou veneno Os princípios adotados que tornaram a Internet um sucesso por mais de 30 anos, são HOJE as causas da principais restrições ao seu crescimento

8 Abordagem Começando do Zero proposta clean slate Se fosse possível reprojetar a Internet do zero, quais seriam as decisões de projeto hoje? justificativas soluções para problemas diferentes são muitas vezes contraditórias inconsistências podem dificultar evolução da Internet não pensar a curto prazo remendo Pensar a curto prazo e com restrições de compatibilidade certamente limitará as alternativas, o escopo e a flexibilidade

9 Resistência a mudanças ossificação da Internet incapacidade de integrar novas ideias e novas arquiteturas causa estrutura da Internet deve permanecer intacta e descentralizada numerosas atividades comerciais e sociais são fortemente baseadas na Internet

10 Evolução através de REMENDOS Domain Name Service (DNS) década de 80 Classless Inter-Domain Routing (CIDR) década de 90 divisão da rede Autonomous Systems(AS) Exterior Gateway Protocol (EGP) Interior Gateway Protocol (IGP) Routing Information Protocol (RIP) Open Shortest Path First (OSPF) Interior Gateway Routing Protocol(IGRP) substituição do EGP pelo BGP Border Gateway Protocol} (BGP) árvore para malha controle de congestionamento Network Address Translation (NAT) IP móvel Int-serv e Diff-serv

11 Mudanças de cenário da Internet Mudanças tecnológicas Enlaces milhões de vezes mais rápidos Redes sem fio Massificação do uso dos computadores Mudanças contextuais Visão comercial da Internet Internet como instrumento social Mudanças contextuais podem ser mais importantes

12 Principais Mudanças 1. Visão comercial da Internet 2. Segurança: perda da confiança entre usuários 3. Conflitos de interesses 4. Surgimento de imensa base de usuários 5. Surgimento de novas aplicações 6. Novas tecnologias

13 Mudança 1: Visão Comercial da Internet sucesso da NSFnet em 1980 surgimento dos ISPs em 1990 resposta comercial à crescente demanda serviços de acesso à Interne transferência de dados O modelo de negócio é induzido pela arquitetura de rede, em particular nos pontos onde interfaces abertas são especificadas

14 Mudança 1: Visão Comercial da Internet Exemplo Definição de protocolos de roteamento abertos e padronizados Criação de ambiente competitivo no mercado de roteadores e provedores de serviço

15 Problema do Modelo Econômico provedor - preço do serviço tende a diminuir mercado de ISPs é altamente competitivo mercado de commodities ISPs oferecem simples serviço de entrega de pacotes usuários preferem pagar taxa única para acesso à Internet infraestrutura requer investimento alto antes de oferecer o serviço Arquitetura induziu um problema econômico que limita investimentos, inovação e a evolução da Internet

16 Problema do Modelo Econômico ISPs precisam prover serviços diferenciados implantação de serviços no núcleo da rede surgimentos de middle-boxes Contradição com princípio da arquitetura de rede (argumento fim-a-fim)

17 Mudança 2: Segurança Arquitetura original da Internet provê transparência Uma das principais razões do crescimento da Internet não são necessárias alterações no núcleo da rede para o desenvolvimento de novas aplicações transparência facilita a proliferação de vírus e ataques surgimento de firewalls fere o princícpio fim-a-fim que dificulta novas aplicações Hoje os usuários já não confiam mais nos outros. Portanto, a transparência deve ser baseada em confiança

18 Mudança 3: Conflitos de Interesses ANTES, usuários tinham interesses comuns Hoje, interesses entram em conflito funcionários x empresa usuários de x spammers usuários P2P x indústria fonográfica Arquitetura de rede deve respeitar os conflitos de interesses (Design for tussle)

19 Mudança 4: Surgimento de Imensa Base de Usuários Antes, restrita ao ambiente acadêmico Usuários com conhecimento técnico e treinados para operar a rede Hoje, maioria de usuários leigo incapazes de resolver problemas técnicos consequentes do paradigma fim-a-fim Para não inibir inovação, não se pode mover a inteligência para o núcleo da rede. Então, como resolver os problemas da borda?

20 Mudança 5: Surgimento de Novas Aplicações melhor esforço possibilitou a incorporação de uma diversidade de aplicações surgiram aplicações que necessitam de QoS Ex: transmissão ao vivo de mídia contínua A Nova Internet deve oferecer serviços diferenciados

21 Mudança 6: Novas Tecnologias os princípios da Internet são realmente robustos suportaram diversas gerações de tecnologias ATM, MPLS, WDM, etc. Mas a mobilidade, sensores, DTN etc. são desafios

22 Revisão da Arquitetura da Internet Aspectos da arquitetura que precisam ser revisados 1. Pacotes 2. Endereçamento e Identidade 3. Segurança 4. Arquitetura das aplicações 5. Aumento do poder do usuário 6. Semântica fraca

23 Revisão da Arquitetura: Pacotes Pacotes: datagramas de tamanho variável Representação de dados uniforme em todas as partes da rede Solução genérica para: Multiplexação Controle de congestionamento refinado Qualidade de serviço Suporte a variadade de aplicações No entanto, a abstração de pacotes deve ser repensada para atender às necessidades atuais

24 Revisão da Arquitetura: Pacotes O que precisa ser mudado e/ou acrescentado à nocão de pacote? 1. Há necessidade da criação de uma entidade arquitetural para tratar agregados de pacotes Diferença de tráfego nas bordas e no núcleo 2. O modelo de datagrama pode ser simples demais Novos serviços de rede requerem algum estado na rede Ex.: transparência baseada em confiança e QoS

25 Revisão da Arquitetura: Endereçamento e Identidade Na arquitetura original da Internet foi previsto um espaço de endereçamento único e global Gerou problemas de gerenciamento e segurança 2. o endereço serve como localizador e identificador Gerou problemas de segurança, mobilidade, roteamento e autonomia regional Um novo esquema para localização e identificação, sem endereçamento global, é um requisito crítico para a Internet do Futuro

26 Revisão da Arquitetura: Arquitetura das Aplicações Arquitetura original focou nas funções do núcleo da rede Pouca atenção foi dada ao projeto das aplicações Desenvolvimento de aplicações precisa de maior suporte

27 Revisão da Arquitetura: Aumento do Poder do Usuário Usuário pode escolher caminho de provedores para os seus pacotes Competição entre provedores Estímulo ao desenvolvimento de serviços e avançados

28 Revisão da Arquitetura: Semântica Fraca A arquitetura da Internet possui semântica fraca É especificado somente o que é estritamente necessário Isso garante tolerância e flexibilidade Suporte a diversas tecnologias e implementações Mas, a semântica fraca trouxe dois problemas: 1. O fenômeno do mínimo denominador comum 2. Questão de segurança O que não é explicitamente permitido é proibido Proposta de transparência baseada em confiança preserva segurança e habilidade de inovar

29 Robustez e Resiliência Robustez é não apresentar ou apresentar poucas falhas Resiliência é recuperar falhas rapidamente robustez e resiliência da Internet 3.3% das rotas apresentam sérios problemas (Paxson 95-97) 5% das falhas são recuperadas em tempo maior que 2,75 horas (Chandra 01) 10% das rotas disponíveis menos que 95% do tempo (Labovitz 97,00) 65% das rotas disponíveis menos que 99,9% do tempo (Labovitz 97,00) 3 min mínimos para detectar e recuperar uma falha (geralmente 15 min) (Labovitz 97,00) 40% das interrupções levam mais de 30 min para serem recuperadas (Labovitz 97,00)

30 Plataforma de experimentação experimentação é importante propostas de novas tecnologias para a Internet precisam ser testadas convencer ISP a implementar a nova tecnologia problema: círculo vicioso novas tecnologias não são implementadas por falta de experimentos experimentos não são realizados porque as tecnologias são novas

31 Virtualização Plataformas de experimentação global realizar experimentos em larga escala numa topologia real tráfego e condições reais sem interferir no comportamento dos serviços da Internet

32 Virtualização Plataformas para experimentação PlanetLab sobrecamada -l recursos dos nós são compartilhados via virtualização

33 Virtualização cada fatia virtual poderia ser uma arquitetura diferente CABO (Concurrent Architectures are Better than One) separação entre provedores de infraestrutura e de serviço Incentivo à inovação e à competição entre provedores Problemas do compartilhamento da infraestrutura garantir recursos necessários para cada provedor isolar os diferentes serviços situação dos provedores de infraestrutura Como controlar todos os caminhos fim-a-fim?

34 376 nós (computadores pessoais), 7 roteadores e servidores Universidade de Utah

35 DETERlab Testbed cyber-defense Technology Experimental Research laboratory Testbed USC Information Sciences Institute e Universidade de Berkeley (UCB) Dedicado a experimentos de segurança 300 computadores pessoais

36 484 sítios e 976 nós

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38 LambdaRail

39 Measurements Lab (M-Lab) três ferramentas funcionais diagnóstico de rede (Network Diagnostic Tool (NDT) teste de bloqueio do bittorrent (Glasnost) diagnóstico de caminho e aplicação (Network Path and Application Diagnosis) duas ferramentas a serem oferecidas em breve DiffProbe e NANO

40 Orbit Virtualização de redes sem fio Projeto ORBIT desde 2005 Testbed com 400 estações

41 Openflow idealizado Standard sw Network hw Processing Userdefined Processing Pesquisador escreve códigos experimentais no switch/roteador

42 NetFPGA Totalmente programável

43 Federação Limitações do PlanetLab testbed cabeado com enlaces de alta velocidade sobrecamada oferece pouco controle sobre o experimento administração centralizada estrutura homogênea novas propostas: OneLab (Europa) e GENI (EUA) maior controle sobre ambiente de teste redes sem fio (sensores, em malha e veiculares)

44 Projeto Horizon Projeto binacional Brasil UFRJ, PUC-Rio, Unicamp e Netcenter França Lip6/UPMC, Telecom SudParis, Ginkgo Networks, Devoteam Group e VirtuOr Financiamento Brasil Finep/Funttel/MC França ANR (Agência Nacional Francesa de Pesquisa) único projeto com participação brasileira selecionado pela ANR na França e único projeto classificado como A pelo minist[erio das comunicações

45 Projeto Horizon Proposta redes virtuais uma nova arquitetura um plano de pilotagem autônomo inteligência aprendizado de contexto contextos locais e contextos globais adaptação dos protocolos desempenho QoS etc.

46 Projeto Horizon Redes Virtuais técnica de virtualização um roteador com n fatias de roteadores virtuais isolados n redes virtuais rede virtual com características específicas adaptadas a aplicações redes tolerantes a atrasos e desconexões sensores segurança etc. migração de um roteador virtual criação simples de uma rede virtual deleção de uma rede virtual

47 Projeto Horizon Algoritmo de Pilotagem decidir quais os melhores valores para controlar e gerenciar O quê? Onde? e Quando? qual conhecimento? qual contexto onde achar o conhecimento? local? global? quando? microsegundo, milisegundo, segundo, hora, dia etc.

48 Projeto Horizon Pesquisa no Plano de Pilotagem Como automatizar o Plano de Pilotagem? Como definir o conhecimento da rede? Cada algoritimo tem visão local? Como definir a frequência de atualização das medidas?

49 Projeto Horizon Estado atual Projeto iniciado na França em janeiro de 2009 Projeto aguardando a assinatura da Finep no Brasil nenhum recurso liberado ainda (16/04/2009) Avanços no Brasil estudo de virtualização avançado medidas de desempenho do Xen e do VMWare elaboração de um minicurso sobre Internet do Futuro a ser ministrado no SBRC 09

50 FIM Obrigado