Redes
Avançadas
Prof. Mateus Raeder
Universidade do Vale do Rio dos Sinos
- São Leopoldo -
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
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Computação Distribuída
de Alto Desempenho
• 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
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Computação Distribuída
de Alto Desempenho
• 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
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de Alto Desempenho
• 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
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• 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
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• 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
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de Alto Desempenho
• 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
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• 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
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• 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
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• Arquitetura TCP/IP e alguns protocolos
FTP, SMTP, DNS, POP, IMAP
TCP, UDP
Protocolo padrão
da Internet
Como as aplicações
solicitam serviços
IP, ICMP, ARP
Sub-rede de acesso
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de Alto Desempenho
• 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)
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• 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
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• 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
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de Alto Desempenho
• Mais um exemplo pode ser percebido quando da
perda de um pacote
• Go-back-n
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- Reprocessamento dos pacotes que
já haviam chegado corretamente
Retransmissão de todos os pacotes
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- Desperdício de largura de banda
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Protocolos de Alto Desempenho
• Fica, então, clara a idéia de que esta abordagem
não é adequada quando da utilização de infraestruturas 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
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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;
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• Retransmissão seletiva;
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Retransmissão do pacote com erro
• Novos tipos de Handshake;
– Negociação de parâmetros de serviço;
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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
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NETBLT
• Pacotes na conexão: 2 pacotes
– OPEN
– REFUSED ou RESPONDE
• Parâmetros são negociados no começo da
conexão
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NETBLT
Sender
NETBLT
Estabelecimento de conexão
(negociação de tamanho de buffer, número de
buffers concorrentes, tamanho de pacote e
taxa de pacotes)
Receiver
NETBLT
CONTROL[GO[1]]
ACK
DATA[1, 1]
DATA[1, 2]
LDATA[1, 3]
CONTROL[RESEND[1(2, 3)]]
timer
para 3
pacotes
ACK
DATA[1, 2]
LDATA[1, 3]
CONTROL[OK[1]]
timer para
2 pacotes
ACK
Finalização da conexão
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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
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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
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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
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Outros protocolos
• VMTP (Versatile Message Transfer Protocol)
• OSI/TP4
• Delta-t
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