Planeamento e projecto de redes

Planeamento e projecto de redes Edmundo Monteiro http://www.dei.uc.pt/~edmundo Fernando Boavida http://www.dei.uc.pt/~boavida Departamento de Engenharia Informática FCTUC DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida

Objectivos Análise dos aspectos metodológicos relativos à construção de redes informáticas Metodologia de planeamento e projecto Faseamento dos projectos Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 2

Plano Metodologia Decomposição hierárquica Planos de análise Faseamento das actividades Faseamento Análise de requisitos Planeamento Projecto Assistência ao projecto Testes e ensaios Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 3

Metodologia Decomposição hierárquica em vários subsistemas Planos de análise, desde as aplicações à cablagem Faseamento de actividades, desde a análise de requisitos aos testes finais Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 4

Decomposição hierárquica Subsistema horizontal Cablagem horizontal Equipamento activo dos distribuidores de piso Subsistema de backbone de edifício Cablagem de backbone de edifício Equipamento activo dos distribuidores de edifício Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 5

Decomposição hierárquica (cont.) Subsistema de backbone de campus Cablagem de backbone de campus Equipamento activo dos distribuidores de campus Subsistema de acesso Circuitos e equipamentos de comunicação com o exterior da LAN Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 6

Decomposição hierárquica (cont.) Subsistema de distribuição Redes ou circuitos de interface entre redes privadas e redes de núcleo Equipamento de up-link dos nós do subsistema de acesso aos nós do subsistema de núcleo Subsistema de núcleo (core) Nós e circuitos principais de uma infra-estrutura (normalmente, de um operador de telecomunicações) Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 7

Decomposição hierárquica Subsistema de núcleo (core) WAN e/ou MAN WAN / MAN Subsistema de distribuição Subsistema de acesso Subsistema de backbone campus LAN LAN Subsistema de backbone edifício Subsistema horizontal Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 8

Planos de análise Aplicações telemáticas Arquitecturas protocolares Sistemas de cablagem Tecnologias de comunicação Aspectos de gestão Aspectos de segurança Equipamento de comunicações Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 9

Planos de análise (cont.) Aplicações telemáticas Identificação das aplicações Caracterização Parâmetros de funcionamento Locais a abranger Tendo em vista a satisfação dos requisitos de comunicação Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 10

Planos de análise (cont.) Arquitectura protocolares Identificação das arquitecturas protocolares a suportar nos diferentes níveis hierárquicos Cablagem Definição dos sistemas de cablagem nos diferentes níveis hierárquicos da LAN Fibra óptica (tipo) UTP (Cat) Backbone de voz (nº pares) Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 11

Planos de análise (cont.) Tecnologias de comunicação Identificação das tecnologias de comunicação a suportar nos diferentes níveis hierárquicos LAN: Ethernet,... WAN: circuito alugado, ATM, SDH,... Aspectos de gestão Caracterização das necessidades de gestão da infra-estrutura Passivos Activos Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 12

Planos de análise (cont.) Segurança Identificação dos aspectos de segurança nos diversos níveis da hierarquia Segurança nas comunicações internas Segurança nas comunicações de e para o exterior Zonas públicas e zonas privadas Equipamento de comunicações Caracterização das necessidades em termos de equipamento de comunicações Switchs Routers Firewall,... Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 13

Faseamento Fase Requisitos Tarefas Definição dos objectivos do projecto Levantamento das necessidades Identificação das condicionantes Planeamento Projecto Assistência Teste Definição do modelo de funcionamento Definição da arquitectura lógica Dimensionamento Especificação Definição das condições de instalação Peças desenhadas Medições e orçamento Assistência ao projecto Fiscalização Teste Certificação Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 14

Três dimensões de um projecto Hierarquização Subsistema de core Subsistema de distribuição Subsistema de acesso Subsistema de backbone de campus Subsistema de backbone de edifício Subsistema horizontal Aplicações Arquitectura Cablagem Tecnologias Requisitos Planeamento Projecto Assistência Teste Faseamento Gestão Segurança Equipamento Planos de análise Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 15

Fase 1: Análise de requisitos Definição dos objectivos Levantamento das necessidades Identificação das condicionantes Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 16

Fase 1: Análise de requisitos (cont.) Definição dos objectivos Quais os serviços a suportar pela infraestrutura? Quais os locais a abranger? Quais as características de cada um dos locais? Quais as ligações ao exterior necessárias? O que é que já existe em funcionamento? Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 17

Fase 1: Análise de requisitos (cont.) Levant. das necessidades: funcionalidade Grupos de utilizadores por necessidades Suporte de aplicações tradicionais Suporte de voz ou vídeo na infra-estrutura Suporte de aplicações multimédia Suporte de novas aplicações Outras (quais?) Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 18

Fase 1: Análise de requisitos (cont.) Levant. das necessidades: abrangência Localização dos edifícios Localização dos postos de trabalho Necessidades de acesso remoto Necessidades de acesso a outras entidades Necessidades de acesso ao exterior Outras (quais?) Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 19

Fase 1: Análise de requisitos (cont.) Levant. das necessidades: qualidade Suporte de aplicações best-effort Suporte de aplicações adaptativas Suporte de aplicações continuous media Outras (quais?) Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 20

Fase 1: Análise de requisitos (cont.) Levant. das necessidades: segurança Confidencialidade Autenticação Integridade Não-repúdio Controlo de acesso Outras (quais?) Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 21

Fase 1: Análise de requisitos (cont.) Levant. das necessidades: disponibilidade Necessidades elevadas de disponibilidade? Aplicações críticas para a instituição Tempo médio entre falhas Tempo de reparação Outras (quais?) Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 22

Fase 1: Análise de requisitos (cont.) Levant. das necessidades: adaptabilidade Alteração frequente dos espaços? Utilizadores mudam frequentemente de funções? Outras (quais?) Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 23

Fase 1: Análise de requisitos (cont.) Levant. das necessidades: escalabilidade Previsões de crescimento da organização Previsões de evolução no uso dos serviços Previsão do número de utilizadores a 1 ano a 3 anos Outras (quais?) Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 24

Fase 1: Análise de requisitos (cont.) Levant. das necessidades: interoperabilidade Sistemas informáticos existentes Sistemas de comunicação existentes Sistemas a substituir ou a migrar Outras (quais?) Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 25

Fase 1: Análise de requisitos (cont.) Levant. das necessidades: gestão Gestão central Gestão remota Integração de vários sistemas e plataformas de gestão? Equipa de gestão Outras (quais?) Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 26

Fase 1: Análise de requisitos (cont.) Levant. das necessidades: custo Limitação de custos de instalação Limitação de custos de operação Contabilização e taxação Global? Por sector? Por utilizador? Outras (quais?) Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 27

Fase 1: Análise de requisitos (cont.) Identificação de condicionantes: temporais Datas de início ou fim de alguma das fases do projecto Datas de início ou fim da instalação da rede Outras (quais?) Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 28

Fase 1: Análise de requisitos (cont.) Identificação de condicionantes: operacionais Necessidades de integração do projecto com outros projectos em curso? Necessidade de coordenação da instalação da infra-estrutura com outras obras em curso? Necessidade de realização instalação sem interrupção do normal funcionamento da instituição? Outras (quais?) Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 29

Fase 1: Análise de requisitos (cont.) Identificação de condicionantes: ambientais Presença de fontes de EMI? Condicionantes em termos de agressividade mecânica? Condicionantes em termos de agressividade química? Condicionantes históricas ou patrimoniais? Condicionantes de instalação (espaços técnicos)? Outras (quais?) Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 30

Fase 2: Planeamento Modelo de funcionamento Caracterização dos grupos de utilizadores Caracterização das aplicações a suportar Definição da arquitectura lógica Componentes LAN Componentes WAN Dimensionamento Caracterização dos fluxos individuais e agregados Dimensionamento das ligações Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 31

Fase 2: Planeamento Modelo de funcionamento: caracterização de utilizadores e aplicações Exemplo Id. Descrição N.º Local Aplicação Arq. Tráfego Dest. tráfego Id.Dst. G1 Administração 50 Sede E-mail TCP/IP BE Serv. E-mail sede S1 Dep. comercial Intranet TCP/IP BE Serv. Intranet sede S2 WWW geral TCP/IP BE Proxy WWW sede S3 Ficheiros NetBEUI BE Serv. fich. sede S4 Base de dados TCP/IP BE Serv. BD sede S5 Videoconf. p.p. TCP/IP AD Grupos A a F G1-6 Várias TCP/IP BE Internet I Telefone PPCA CM PPCA da sede P1 Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 32

Modelo de funcionamento (exemplo) S6 S5 S4 S3 S2 S1 P1 Internet Sede G1 G2 Rede telefónica G7 WAN Best-effort Adaptativo Continuous-media Filial A... Filial D P2 P5 G3 S7 G6 S10 Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 33

Fase 2: Planeamento Definição da arquitectura lógica Componentes LAN Componentes WAN Critérios de ordem económica Critérios de ordem tecnológica Critérios de ordem funcional Critérios de ordem política Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 34

Arquitectura lógica (exemplo) Internet S1 Switch Router S2 S3 Switch Switch P1 Rede telefónica S5 G1 G2 S4 G1 S6 G2 G7 Router Router Router Router P2 Switch P3 Switch P4 Switch P5 Switch G3 G3 S7 G4 G4 S8 G5 G5 S9 G6 G6 S10 Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 35

Fase 2: Planeamento Dimensionamento Caracterização dos fluxos individuais Fluxos best effort Fluxos adaptativos (voz, vídeo) Caracterização dos fluxos agregados Dimensionamento das ligações Dimensionamento de débito Dimensionamento de atraso Dimensionamento de perdas Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 36

Caract. de fluxos BE (exemplo) Aplicação Tempo de Tempo de resposta resposta óptimo tolerável [segundos] [segundos] Tamanho de bloco normal [Kbytes] Tamanho de bloco grande [Kbytes] Débito situação nominal [Kbps] Débito situação excepção [Kbps] Atraso máximo round-trip [ms] Consulta de Email 10 60 2 2000 2 280 1000 Transacção WWW 5 30 10 500 16 140 500 Trans. Base Dados 1 6 0,5 100 4 140 100 Interacção remota 0,2 1 0,01 1 0,4 8 100 Transf. fich. LAN 5 30 100 30000 160 8000 500 Transf. fich. WAN 10 300 100 10000 80 280 500 Trsf. fich Internet 20 1200 100 10000 40 70 500 Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 37

Caract. de fluxos adaptativos (exemplo) Aplicação Codificação Débito mínimo [Kbps] Débito nominal [Kbps] Atraso máximo round-trip [ms] VoIP H.323 8 32 200 VCoIP H.320 (MPEG-4) 32 64 200 Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 38

Fluxos agregados Fluxos a montante de A Fluxos a montante de B A Fluxos agregados em A B Fluxos agregados em B C Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 39

Dimensionamento de ligações Partir da caracterização das necessidades de débito, de atraso e de perdas das aplicações. Calcular o somatório dos débitos nominais de todos os fluxos para todas as aplicações a montante do nó de agregação. Se for possível e economicamente viável dimensionar a ligação para suportar o somatório dos débitos nominais, utilizar este valor como primeira estimativa para dimensionar a ligação. Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 40

Dimensionamento de ligações (cont.) Caso não seja viável, devem ser introduzidas restrições ao número máximo de fluxos activos de cada uma das aplicações até ser obtido um valor para o qual seja possível dimensionar a ligação. Verificar se o débito de excepção mais restritivo dos fluxos best-effort a montante do nó de agregação é superior à capacidade estimada da ligação. Somar ao valor obtido uma margem para crescimento futuro, de forma a ajustar a capacidade da ligação em função dos vários escalões de débito suportados pela tecnologia a utilizar na ligação. Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 41

Dimensionamento LAN (exemplo) Aplicação Débito nominal [Kbps] Débito excepção [Kbps] Número de fluxos a montante Número de fluxos a jusante Factor de simultaneidade Débito total p/ aplicação [Kbps] Consulta E-mail 2 280 30 30 1,00 60 Transac. WWW 16 140 30 30 1,00 480 Transac. BD 4 140 30 30 1,00 120 Interacção remota 0,4 8 30 30 1,00 12 Transf. fich. LAN 160 8000 30 30 1,00 4800 Transf. fich. WAN 80 280 30 3 0,10 240 Trsf. fich. Internet 40 70 30 3 0,10 120 VCoIP 64 64 30 30 1,00 1920 Necessidade total de débito na ligação agregada [Kbps] 7752 Capacidade mínima da ligação (maior dos débitos de excepção suportado) [Kbps] 8000 Escalão de incremento de capacidade da ligação [Kbps] 10000 Margem de débito para evolução [Kbps] 90000 Especificação de débito da ligação agregada [Kbps] 100000 Taxa nominal de utilização da ligação agregada [%] 8% Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 42

Dimensionamento WAN (exemplo) Aplicação Débito nominal [Kbps] Débito excepção [Kbps] Número de fluxos a montante Número de fluxos a jusante Factor de simultaneidade Débito total p/ aplicação [Kbps] Consulta E-mail 2 280 20 6 0,30 12 Transac. WWW 16 140 20 6 0,30 96 Transac. BD 4 140 20 6 0,30 24 Interacção remota 0,4 8 20 6 0,30 2,4 Transf. fich. WAN 80 280 20 2 0,10 160 Trsf. fich. Internet 40 70 20 2 0,10 80 VoIP 32 32 20 2 0,10 64 VCoIP 64 64 20 1 0,05 64 Necessidade total de débito na ligação agregada [Kbps] 502,4 Capacidade mínima da ligação (maior dos débitos de excepção suportado) [Kbps] 280 Escalão de incremento de capacidade da ligação [Kbps] 64 Margem de débito para evolução [Kbps] 0 Especificação de débito da ligação agregada [Kbps] 512 Taxa nominal de utilização da ligação agregada [%] 98% Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 43

Dimens. do acesso à Internet (exemplo) Aplicação Débito nominal [Kbps] Débito excepção [Kbps] Número de fluxos a montante Número de fluxos a jusante Factor de simultaneidade Débito total p/ aplicação [Kbps] Consulta E-mail 2 280 20 6 0,30 12 Transac. WWW 16 140 20 6 0,30 96 Transac. BD 4 140 20 6 0,30 24 Interacção remota 0,4 8 20 6 0,30 2,4 Transf. fich. WAN 80 280 20 2 0,10 160 Trsf. fich. Internet 40 70 20 2 0,10 80 VoIP 32 32 20 2 0,10 64 VCoIP 64 64 20 1 0,05 64 Necessidade total de débito na ligação agregada [Kbps] 502,4 Capacidade mínima da ligação (maior dos débitos de excepção suportado) [Kbps] 280 Escalão de incremento de capacidade da ligação [Kbps] 64 Margem de débito para evolução [Kbps] 0 Especificação de débito da ligação agregada [Kbps] 512 Taxa nominal de utilização da ligação agregada [%] 98% Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 44

Outros aspectos do planeamento Disponibilidade MTBF mean time between failures MTTR mean time to repair Segurança Política de segurança Mecanismos de segurança Encaminhamento e endereçamento Atribuição de endereços Sub-redes VLAN Grupos de trabalho Isolamento de tráfego Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 45

Fase 3: Projecto Parte 1: Ambiente de projecto Objecto do projecto Motivações Locais a abranger Interfaces com outros sistemas Princípios orientadores Resumo dos objectivos Caracterização dos requisitos Identificação das condicionantes Arquitectura lógica Estrutura hierárquica Circuitos Aplicações e arquitecturas Estrutura física Localização dos distribuidores Cablagem Acessos ao exterior Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 46

Fase 3: Projecto (cont.) Parte 2: Especificações Especificação de componentes passivos Especificação do equipamento activo Especificação de equipamento de segurança Especificação de servidores de comunicações Especificação de equipamento de voz Equipamento de gestão e manutenção Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 47

Fase 3: Projecto (cont.) Parte 3: Instalação e verificação Anexos Definição das condições de montagem de passivos Definição das condições de instalação de equipamento Definição das condições de Teste e Certificação Medições Lista de quantidades dos componentes necessários Peças desenhadas Arquitectura lógica, estrutura física, traçados em planta da cablagem, configuração dos distribuidores Orçamento Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 48

Fase 4: Assistência ao projecto Esclarecimento de opções técnicas na fase de aquisição Apoio à instalação Fiscalização da instalação Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 49

Fase 5: testes e ensaios Verificação da conformidade com as especificações do projecto Equipamento passivo Certificação da cablagem Equipamento activo Verificação do correcto funcionamento de todos os componentes Só depois dos testes, ensaios e eventuais correcções ou alterações é que há a entrega formal da obra pelo instalador ao dono da obra. Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 50

Súmula O Planeamento e Projecto de uma rede informática é suportado por uma metodologia de três dimensões Decomposição hierárquica Análise por planos Faseamento de actividades Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 51

Leitura adicional Capítulo 9 de Edmundo Monteiro, Fernando Boavida, Engenharia de Redes Informáticas, FCA Editora de Informática, 2000. DOVERSPIKE, Robert e SANIEE, Iraj (Ed.), Heuristic Approaches for Telecommunications Network Management, Kluwer Academic Publishers, 2000. IMPRENSA NACIONAL (Ed.), Projectos de obras públicas (instruções para cálculo dos honorários), Imprensa Nacional Casa da Moeda, Lisboa, 1984, (actualizado por portaria de 27-1-86, publicada no DR de 5-3-86, nº53, II série). Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 52

Leitura adicional (cont.) JAIN, Raj, The Art of Computer System Performance Analysis: Techniques for Experimental Design, Measurement, Simulation, and Modeling, John Wiley & Son, New York, 1991. KESHAV, S., An Engineering Approach to Computer Networking, Addison-Wesley, Reading, Massachusetts, 1997. McCABE, James, Practical Computer Network Analysis and Design, Morgan Kaufmann, San Francisco, California, 1988. MITCHELL, George, The Practice of Operational Research, John Wiley & Son, New York, 1993. NORRIS, Mark, DAVIS, Robert e PENGELLY, Alan, Component- Based Network System Engineering, Artech House Telecommunications Library, New York, 1999. Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 53