Ambientes para experimentação em larga
escala para suporte de P&D em redes
Workshop sobre o "Futuro da Internet"
CPqD, abril de 2009
(modificado em 2011)
Michael Stanton
Rede Nacional de Ensino e Pesquisa - RNP
[email protected]
© 2009 – RNP
Sumário
• Discutimos ambientes de suporte para trabalhos de P&D
experimentais em redes e aplicações distribuídas.
• A exposição descreve a evolução do tipo de atividade possível,
bem como a maneira de que o suporte é dado.
• Examinamos o contexto de algumas redes experimentais
usadas no exterior, especialmente relacionadas ao futuro
desenvolvimento da Internet
Ambientes experimentais de larga escala para P&D
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GENI -
http://www.geni.net
(Global Environment for Network Innovations)
• Iniciativa da NSF (EUA) para criar um ambiente compartilhado
de experimentação para auxiliar a validação de novas
arquiteturas de redes
– Fase inicial: 2005 a 2007 – desenho do ambiente GENI
– Fase atual: desde 2008, implantação e uso
• GENI apoiará pesquisa que possa levar a uma futura Internet
com características melhoradas:
– segurança mais compreensiva
– maior generalidade
– melhor integração de tecnologias ópticas e de rádio
– integração com o mundo de sensores e processadores
embarcados
– melhores opções para a saúde econômico do setor de
provedores Internet
Ambientes experimentais de larga escala para P&D
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O ambiente experimental de GENI
• Permitirá experimentos com arquiteturas, serviços e aplicações
de rede alternativas, em escala grande e sob condições reais
• Usando virtualização, GENI permitirá conduzir múltiplos
experimentos independentes e simultâneos
• GENI permitirá experimentos de longa duração, permitindo que
protótipos maduros atendam a uma comunidade “viva” de
usuários
• Com ferramentas extensas de medição e coleta de dados,
facilitará pesquisa experimental
• Em suma, GENI proverá suporte para levar idéias de larga
escala de concepção à implantação, por meio de validação
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Como construir o ambiente GENI
• O ambiente GENI é inspirado no PlanetLab, e especialmente o
“Meta-Testbed” VINI - http://www.vini-veritas.net
• VINI estende o escopo de PlanetLab para permitir
– “fatiamento” dos enlaces entre os nós (virtualização de
enlaces)
– substituição dos protocolos da camada 3 (IP)
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VINI
• Objetivos
– permite validação experimental de novas arquiteturas
• suporte simulâneo de usuários reais e desenhos “clean slate”
– prover um caminho plausível de implantação
• Idéias chave
– virtualização
• múltiplas arquiteturas numa infraestrutura compartilhada
• compartilhar custos de gerenciamento
– participação na base: por usuário / por aplicação
• atrair usuários reais
• implantação / adoção dirigidas por demanda
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Implantação de VINI
• Infraestrutura
– PlanetLab provê “rede de acesso” com alcance global
• computador do usuário executa proxy que permite participar
• nó local do PlanetLab funciona como roteador de ingresso
– NLR/Internet2 provêem troncal de alta capacidade nos EUA
• popular com roteadores programáveis
• estender abstração de “fatias” a esses roteadores
• Modelo de uso
– cada arquitetura (serviço) executa em sua própria fatia
– dois modos de uso
• experimentos de curta duração
• arquiteturas e serviços estáveis, de longa duração
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Extensão de fatias para um
experimento VINI
Ambientes experimentais de larga escala para P&D
Extensão de fatias para um
experimento VINI
Ambientes experimentais de larga escala para P&D
Extensão de fatias para um
experimento VINI
Ambientes experimentais de larga escala para P&D
Participação do usuário
Cliente
NAT
rádio
Ambientes experimentais de larga escala para P&D
Servidor
Internet numa fatia
XORP no Módulo Rede
XORP
(protocolos de
roteamento)
IPv4
tabela de
encaminhamento
Usuário
– Insere rotas à cópia da tabela de
encaminhamento IPv4 do núcleo
– Núcelo encaminha pacotes entre
interfaces virtuais
Núcleo Filtros e moldadores
– Insere atraso e perdas,
– limita largura de banda
Interfaces virtuais (ifv)
Filtros, moldadores
ifv0
ifv1
– Aparecem como dispositivos
Ethernet numa fatia
– Reduz MTU para tunelamento
ifv2
Túneis E-GRE
túneis E-GRE
– Modifica túneis GRE padrão para
preservar cabeçalhos MAC
VM PlanetLab
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Ambiente GENI
• Extensão de VINI:
• Idéias chave
– virtualização
• múltiplas arquiteturas numa infraestrutura compartilhada
– participação na base: por usuário / por aplicação
• atrair usuários reais
• Infraestrutura
– NLR/Internet2 provêem troncal de alta capacidade nos EUA
• popular com recursos (processadores, memória) programáveis
• popular com roteadores programáveis
– mais sofisticados do que apenas PCs
• estender abstração de “fatias” a esses roteadores
• incorpora “extensões” a redes sem fio e de sensores
Ambientes experimentais de larga escala para P&D
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GENI: a rede física
• Uma grande interconexão em rede de sistemas
–
–
–
–
Representação razoável da complexidade da Internet
Uma rede óptica nacional ~ 200 universidades
Clusters de processamento/armazenamento
Redes de acesso sem fio
• mobilidade, sensíbilidade a localização
– Redes de sensores
– Ligado a grande número de comunidades de usuários
• Parcerias para estender GENI dentro dos EUA
– novas tecnologias e usuários
• Federação para estender GENI numa escala global
Esquema de uma rede GENI
sítio de borda
rede de sensores
Core Nodes
ambiente
internacional federado
rede de rádio móvel
nós de borda
Programabilidade
Todos elementos de rede programáveis via
interfaces abertas e/ou código de usuário carregável
Plano de controle e gerenciamento GENI
Nó sensor
programável
Plataforma de rádio
com API aberta
Nó do núcleo
programável
Nó de borda
programável
Fatiamento e Virtualização
Rede de sensores
Rede sem fio móvel
Sítio de borda
- compartilhar recursos para suportar muitos experimentos simultâneos
Doações ao GENI de NLR e Internet2
40 Gbps de capacidade nas duas redes nacionais para
prover VLANs Ethernet para fatias (IP ou não-IP)
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Fase 1: operações de integração:
5 esquemas de controle concorrentes
Ambientes experimentais de larga escala para P&D
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Fase 1 de GENI (2008-9)
• Gerará o primeiro protótipo em escala nacional de um suite
interoperável de infraestrutura para experimentação em redes
• Cria um protótipo em 6 a 12 meses
• Inclui múltiplos troncais nacionais e regionais, campi, clusters
de processamento e armazenamento, redes sem fio
metropolitanas e de sensores, com instrumentação e medições,
e participação de usuários
• GENI está financiando múltiplos projetos paralelos para
desenvolver versões concorrentes do software de controle da
Fase 1
Ambientes experimentais de larga escala para P&D
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Pesquisa usando GENI - FIND
• Antes de lançar a construção do ambiente GENI, a NSF lançou
a iniciativa FIND – Future Internet Design, com objetivo de
identificar e financiar atividades de pesquisa
• http://www.nets-find.net/
• Um dos produtos desta iniciativa é o GENI Research Plan, que
fornece a motivação para o GENI, e algumas das metas da
pesquisa tornada possível por ele.
• http://www.geni.net/GDD/GDD-06-28.pdf
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Atividades experimentais na UE
FIRE - Future Internet Research & Experimentation
http://cordis.europa.eu/fp7/ict/fire/home_en.html
• Iniciativa européia dirigida ao desenho da Internet do Futuro,
semelhante às iniciativas FIND e GENI da NSF dos EUA.
• Promove o conceito de pesquisa experimental, juntando
pesquisa visionária da academia com validação e
experimentação típicas da indústria
• Objetiva criar um ambiente de pesquisa multidisciplinar para
investigar e validar experimentalmente idéias inovadoras para
novos paradigmas de de redes e serviços
• Pretende criar a “European Experimental Facility” (EEF),
ambiente formado pela interconexão e federação de redes
experimentais, existentes e futuras, para tecnologias Internet
emergentes ou futuras
• Primeiros projetos selecionados em 2008
Ambientes experimentais de larga escala para P&D
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FIRE/Panlab (FOKUS/DE)–
www.panlab.net
Ambientes experimentais de larga escala para P&D
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FIRE/OneLab (UPMC, FR) –
www.onelab.eu
• Histórico:
– Mar/04: baseado em ENEXT (Identificação de ambientes
experimentais críticos para pesquisa em redes)
– Set/06: OneLab1 financiado como projeto IST da CE
(FP6): 10 parceiros, 2 anos
– Set/08: OneLab2 financiado como projeto IST da CE
(FP7): 26 parceiros, 2 anos
• OneLab1 – Metas
– estender PlanetLab para novas redes, não cabeadas
– melhorar monitoramento de PlanetLab
– assumir administração de nós PlanetLab na Europa
Ambientes experimentais de larga escala para P&D
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FIRE/Federica –
www.fp7-federica.eu
Ambientes experimentais de larga escala para P&D
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Comparação dos protótipos de FIRE
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Atividades no Japão
• AKARI - http://akari-project.nict.go.jp/eng/overview.htm
– pretende implementar uma rede de nova geração até 2015,
baseada numa nova arquitetura
– o projeto supõe o emprego de um ambiente experimental
empregando técnicas de virtualização, como descritas em
GENI
Ambientes experimentais de larga escala para P&D
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A Internet do Futuro será híbrida
Ambientes experimentais de larga escala para P&D
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A Internet do Futuro será híbrida
Ambientes experimentais de larga escala para P&D
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Obrigado!
Michael Stanton
([email protected])
www.rnp.br