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RNP/PAL/0200© 2003 – RNP

Fórum de TIC Dataprev – Redes de Telecomunicações: Cenário do Futuro

Redes de Pesquisa e EducaçãoIara MachadoMichael Stanton19 de fevereiro de 2009

Flávio Cruvinel Brandão (www.flick.com)

Rede Nacional de Ensino e PesquisaPromover o uso inovador de redes avançadas no Brasil 2

O que é a RNP?

• Rede de Pesquisa: equivalente brasileiro à Internet2 (EUA) ouRenater (FR)

• Com mandato para o desenvolvimento tecnológico de redes, coordena o Programa Interministerial MEC/MCT

• Associação civil sem fins lucrativos, qualificada comoOrganização Social pelo governo do Brasil, vinculada ao MCT

• Parcerias com universidades, centros de pesquisa, agênciasfederais, empresas de tecnologia, etc

• Planejamos e operamos a Rede Nacional de Ensino e Pesquisa- rede Ipê - que inclui trabalhar com consórcios nas cidadespara criação de redes ópticas com nossos clientes

• Para promover o desenvolvimento da Internet realizamos(1) inovação em aplicações, e (2) capacitação de recursoshumanos


O Programa Interministerial MEC/MCT

– Mais de 400 organizações usuárias (IFES, CEFETs, UPs, Hospitais de Ensino e agências)

– Governança política: Comitê Gestor RNP• MEC: SESU, SAA• MCT: SPOA, SEPIN, RNP-OS

– Governança administrativa: Conselho de Administração da RNP

• MEC, MCT, SBC, LARC, PoP, Associados, Usuários


• Marcos do ciclo 2002-2006 da RNP– Atendidas 100% das 250 instituições federais (Universidades,

CEFETS, Centros de Pesquisa, Embrapa, Fiocruz, EAFs)– Maior qualidade e capacidade da rede nacional de alto desempenho

– Resultados dos programas de inovação e operação

Onde estamos hoje

Comparando 2004 com 2005, a rede nacional:– aumentou a capacidade 30 vezes (60 Gigabit/seg), e– diminuiu o custo anual em 30%

Interligação de 12 países latino-americanos através da Rede Clara– primeira interconexão direta regional e com a Europa

Difusão de aplicações de vídeo digital e voz para comunicação:– VoIP para todos os clientes (redução média de R$ 30 mil/mês/cliente)– Videoconferências nacionais e internacionais sem custo adicional – Telemedicina entre 19 Hospitais Universitários e com o PSF/MS– Soluções baseadas em empresas de base tecnológica e grupos de

pesquisa brasileiros


Infra-estrutura no novo ciclo: 2006-2009

• Componentes:– NACIONAL: Rede Ipê, 10 Gigabit/seg – METROPOLITANO: Redecomep, instituições usuárias ligadas a 1 Gigabit/seg– CAMPUS: VoIP, videoconferência, RUTE

VoIP,VC,

Diretórios,ICP-Edu,Wimesh,

RUTERITU

RedeCOMEP

Ipê, RedClara Capacitação

– Escola Superior de Redes (ESR)


Rede de classe mundial

Fonte: www.glif.is


Rede Clara, além de 2008

• Estender Rede Clara para todos os países da AL&C

• Promover aplicações em educação e saúde

• Início do novo projeto com apoio da Comissão Européia em 2009

Fonte: www.redclara.net


• Vantagens– Redução e concentração da complexidade (RH, plataformas e aplicações)– Independência de provedores de valor adicionado: pontos neutros– Infra-estrutura compartilhada com baixo custo de crescimento

incremental, alta capacidade, longa durabilidade– Uso de tecnologia sem fio para inclusão nas franjas dos cabos ópticos

Modelo: Redes Comunitárias

Tratar a rede como um patrimônio de uma região (estado, cidade, vila, campus...) e não como um serviço

• Em um “condomínio de organizações” cada uma possui suas fibrasindividuais em um cabo óptico– cada um fica responsável por “iluminar” suas fibras (GbE..)– coletivamente repartem os custos de manutenção, relocação, serviços

Internet, etc– empresas especializadas implantam e mantém a fibra

• Solução ideal para conexões ponto-a-ponto de instituições fixas– retorno típico anterior a 2 anos


Redecomep: Anéis Ópticos nas Capitais

Números 2009:– 27 cidades já assinaram

o Memorando de Entendimentos (MoU)

– 9 cidades com a rede em funcionamento

– 290 instituições ligadas– R$ 13 milhões em

investimento em fibra própria (estimado)

– R$ 10 milhões em investimento em equipamentos (estimado)

– 1200 Km de cobertura

REDECOMEP: Redes Comunitárias de Educação e PesquisaAção Transversal: R$ 39 milhões (FNDCT/FINEP)

Fonte: www.redecomep.rnp.br


Redecomep: desafios e resultados

Fonte: www.redecomep.rnp.br


REDECOMEP do Distrito Federal

BibliotecaNacional deBrasília

Hospital Universitário de Brasília

Estação Experimental Biológica

• Parcerias com MPOG (swap) e GDF (extensão da rede)

• 23 instituiçõesparticipantes

• 20 pontos de acesso com no mínimo 1 Gbps

• Aproximadamente 65 Km de extensão

• 15 Km de acesso de última milha


Andamento do projeto nas capitaiswww.redecomep.rnp.br


Extensão das redes comunitárias para o interior

• Complementação da infra-estrutura metropolitana de comunicação em cidades do interior do Brasil com densidade de organizações de educação e pesquisa

• 10 cidades inicialmente contempladas:– Campinas, – Itajubá, – Ouro Preto, – Pelotas,– Petrolina, – São José dos Campos, – Uberaba, – Uberlândia, – Niterói, – Petrópolis,– além de São Carlos (piloto).

• A formação de parcerias com os governos estaduais e municipais de modo a suprir as necessidades próprias dessas localidades especialmente no que se refere à conectividade aos Pontos de Presença da RNP nas capitais


Para onde vamos?

• O aumento da capacidade e renovação tecnológica das redes da RNP fornecem a base para sua futura evolução

• Esta será baseada em– extensão das novas aplicações e ferramentas de

colaboração para fomentar maior colaboração entre as atuais comunidades virtuais de pesquisadores

– suporte para novas aplicações e comunidades, cujo trabalho é viabilizado pelos avanços tecnológicos da infra-estrutura


Evolução tecnológica das redes de pesquisa trazem novas aplicações de alta capacidade

• 2 fatores impulsores:– Fácil acesso a capacidades ≥ 1 Gbps até o computador do

usuário final (N-Gigabit Ethernet)– Enorme capacidade de redes ópticas configurável usando

WDM e comutação óptica (ROADM)

• Viabilizam novas formas de trabalho e colaboração remota:– computação em grade– comunicação visual de alta definição

• As novas oportunidades estão sendo aproveitados para colaboração científica e cultural– grades– cinema digital


Ciclo de InvestigaçãoDe Dados Brutos a Informação Útil

Previsão / Validação

Assimilação deDados

Análise da Informação

Mineração de DadosVisualizações

Modelagem

Simulações


Os Desbravadores: Física de Altas Energias e Astronomia

• LHC: o novo acelerador de partículas do CERN

• Gerando até 30 Petabytes de dados por ano

• Muito além do que o CERN pode analisar localmente

• Large Synoptic Survey Telescope (LSST) gerará 5 PB ano, a partir de 2013

• Dados replicados e analisados remotamente

• Análise em tempo real para guiar telescópio durante período de observação (SOAR)

• Observatório Virtual


Boletins

PCD

SCD1SCD2

SX6

Imagens de Satelite

Modelos de previsão do tempo

Discussões

Os Desbravadores: Previsão do Tempo

INPE/MCT


Gerando Grandes Coleções de Dados

• Grandes Volumes de Dados gerados muito mais rapidamente do que podem ser analisados– Observações em instrumentos

• Aceleradores de Partículas (LHC)• Telescópios, Satélites,• Redes de Sensores• Vídeos• Observatórios Virtuais

– Simulação de Grandes Modelos• Experimentos virtuais (não factíveis num lab. comum)

– Terremotos– Colisões de Galáxias– Testes e “observações”de interações entre moléculas

• Alta resolução, Alta complexidade

• Experimentos Científicos– medical imaging (fMRI): ~ 1 GByte per measurement (day)– Bio-informatics queries: 500 GByte per database– Satellite world imagery: ~ 5 TByte/year– Current particle physics: 1 PByte per year– LHC physics (2007): 10-30 PByte per year– LSST Astronomy (2013): 5 PBytes per year


Resposta Tecnológica: as Grades

• Integração de recursos de comunicação, computação, armazenamento e instrumentaçãoem uma infra-estrutura poderosa – Grade– Economia de escala

• Serve amplo conjunto de comunidades– Médicos, físicos, governo, indústria

• (Ciber)Infra-estrutura é heterogênea, distribuída, muito complexa


OptIPuter: até onde as grades podem chegar

• Possibilita e-ciência dirigida por dados, usando redes de alta capacidade

• Cria portais de alta resolução para interligar comunidades virtuais e seus dados, e permitir colaboração entre cientistas

• Projeto liderado pela UCSD (San Diego) e UIC (Chicago)


Colaboratório OptIPlanet : Optiportais p/Comunidades de Usuários Globais

Parede Genoma, University de Washington

Universidade Masaryk, República Tcheca

Centro de Ciência e Inovação, Chernogolovka, Rússia

Aula de Anatomia, University of Illinois at Chicago


Cultura: Streaming Internacional de cinema digital 4K

CineGrid é uma communidade interdisciplinária P&D e demonstração de ferramentas em rede para possibilitar a produção, uso intercâmbio de meios digitais de qualidade muita alta sobre redes digitais.

www.cinegrid.org

CineGrid @ AES 2006Cinema digital de resoluções 2K e 4K com som digital de 24 canais enviado em tempo real a San Francisco a partir de Tokio, Los Angeles e San Diego (Imagem: 4K dof Keio Wagner Society String Ensemble, Japão

CineGrid @ Holland Fest, Junho 2007Demonstração de transmissão 4K transatlântica de uma apresentação ao vivo da ópera “Era La Notte” de Amsterdam a San Diego

CineGrid @ iGrid 2005Conteúdo 4K ao vivo e gravado, comprimido usando JPEG 2000 a 200-400Mb, foi transmitido usando redes IP de 1Gbps, da Universidade Keio em Tokio ao evento iGrid 2005 em San Diego.

Rede Nacional de Ensino e PesquisaPromover o uso inovador de redes avançadas no Brasil 29Redes Híbridas 29

Categorias de usuários (apud Cees de Laat, 2002)

ADSL GigE

A. Uso convencional: WWW, correio, uso domésticoRequer acesso pleno à Internet: 1 a muitos

B. Aplicações “comerciais”: multicast, streaming, VPN, LANRequer acesso pleno à Internet e serviços VPNs: vários a vários

C. Aplicações “científicas”: processamento distribuído, gradesRequer grande largura de banda, poucas Organizações Virtuais, poucos a poucos, P2P

No. de usuários

Largura de banda

Rede Nacional de Ensino e PesquisaPromover o uso inovador de redes avançadas no Brasil 30Redes Híbridas

Como suportar o tráfego categoria C?

• Segundo a análise de Cees de Laat, as características deste tráfego incluem:– grande largura de banda (até múltiplos de 10 Gbps)– poucas Organizações Virtuais– poucos a poucos– P2P “peer to peer”

• Face a estas demandas, qual é a infra-estrutura de rede apropriada?– Enlaces ópticos, obviamente– Roteadores ? Extremamente caros e desnecessários– Alternativa: circuitos fim a fim, nas camadas 1 e 2


Circuitos fim a fim

• Circuitos de camada 2 podem usar:– canais SDH (tecnologia padrão da indústria de telecom)– VLANs Ethernet (tecnologia sendo adotada industrialmente)– encapsulamento em redes MPLS (L2VPN)

• Circuitos de camada 1 usam lambdas (comprimentos de onda) em sistemas WDM

• Um circuito fim a fim (às vezes chamado de lightpath –caminho de luz) é um caminho de dados construido através da “costura” de um coleção de segmentos de circuitos entre “centrais”

Cliente Cliente

EthernetSDH Roteador MPLS

Costura Costura


Por que usar circuitos em vez de redes roteadas?

roteador X comutador L2 X comutador L1 (óptico)• Para a mesma vazão (10 Gbps) o custo comparativo por porto em US$ são:

– roteador L3: 75 a 300 K$– comutador L2: 5 a 10 K$– MEMS (óptico): 0,5 a 1,5 K$– ou seja custo L1 0,1 custo L2 0,01 custo L3

• Para otimizar custos, deveríamos adotar uma arquitetura híbrida que sirva a todas categorias de usuário de maneira mais econômica:– mapear categorias A e B para redes roteados– mapear categoria C para circuitos fim a fim

• “Dê a cada pacote na rede o serviço que necessita, mas nada a mais do que isto!” (Kees Neggers/Cees de Laat)


Vantagem de segregar usuários Class C: melhora a QoS para os demais usuários (A e B)

• QoS “destrutiva”:– operar um canal– reservar parte dele para usuários de alta prioridade– o resto obtém menor serviço

• QoS “construtiva”– operar um canal – adicionar outros canais, por exemplo, em outros lambdas– mover os usuários “privilegiados” para os novos canais– os outros usuários também se beneficiam


Rede híbrida

• Conseqüências:– Modelo tradicional de redes somente roteados (L3) não

atende economicamente a necessidade de todos os usuários

– São necessários modelos novos, de preferência usando infra-estrutura compartilhada, que oferem simultaneamente os serviços de IP roteado e circuitos fim a fim

=> REDES HÍBRIDAS

• A arquitetura híbrida de redes está sendo adotada rapidamente pelas redes de pesquisa– exemplo da Rede Internet2 (2007)

Redes Híbridas


Rede Internet2 - 2007

25 nós9 nós


Nó pleno (camadas 1,2,3) da rede Internet2

equiptos. de camada 1 com multiplexação de canais ópticos (waves)

equiptos. de camada 3 com roteamento IP

equiptos. de camada 2 com circuitos “subwave”


Aprovisionamento de circuitos

• Criar um circuito fim-a-fim requer configuração da rede (aprovisionamento e costura)

• Tradicionalmente, configuração de redes vem sendo feito por meio do chamado “management plane”– Um operador de rede comanda o processo de um Centro de

Operações (NOC)– Características:

• Procedimento lento• Sujeito a falhas

• Alternativa: automação do processo de configuração– “plano de gerenciamento: exemplo UCLP (Canarie)– “plano de controle”: exemplo GMPLS (HOPI/Internet2)– “custom-designed”: Autobahn (EU)


Situação de uso de circuitos na RNP

• A tecnologia da rede experimental do Projeto GIGA (testbed com CPqD) utiliza WDM, Ethernet e MPLS (não é usado roteamento IP) desde 2004

• A rede Ipê suporta MPLS desde 2005• Suporte dado desde 2007 para construção de

circuitos fim a fim internacionais para usuários:– evento cultural Artfutura: transmissão aúdio/vídeo entre Rio

de Janeiro e Barcelona– acesso ao CERN por físicos do Brasil

• Adesão em 2008 à GLIF (associação de redes de pesquisa para uso de circuitos)

• Adoção de arquitetura híbrida na rede Ipê (2009-10)– Estudo em curso de aprovisionamento dinâmico de circuitos


Futuro da infra-estrutura da RNP

Três fatores impulsionadores da Internet do futuro

O cenário para uma rede avançada de Educação e Pesquisa no Brasil


Redes no futuro - cenário global

1. Comoditização da capacidade entre quaisquer duas cidades– novos materiais e protocolos criarão novos produtos na indústria

de TIC: como o comprimento de onda de luz (> 10 Gbps) ou o dispositivo de acesso para E&P (faixa do espectro reservada)

2. Integração de serviços de rede e aplicações avançadas automatizada em larga escala– middleware irá simplificar a localização e utilização de aplicações,

recursos e pessoas colocando o controle nas mãos dos usuários (ex. web services, PKI, grids, etc)

3. Aplicações com imagens, predominantemente entre pares, que conformarão redes comunitárias, sobrepostas à infra-estrutura de TICs– o foco de redes acadêmicas terá migrado da infra-estrutura para a

modelagem e coordenação de aplicações colaborativas


Indicador 2008 2010 2015

Capacidade da troncal nacional (Gbps)

10 (9 capitais + DF) 10 (21 capitais + DF) 40 a 100 (26 capitais + DF)

Capacidade de conexões internacionais (Gbps)

10 50 200

Capacidade da conexão das organizações à troncal (Mbps)

1.000 (cidades) 8 (interior)

10.000 (cidades) 34 (interior)

40.000 (cidades) 1.000 (interior)

Capacidade das redes de empresas ou campus (Gbps)

0,1 1 10 a 100

Instituições (conexões diretas) >400 500 900

Cobertura nacional (cidades com anéis ópticos)

27 80 135

Principal Aplicação (aplicadas à educação, saúde e cultura)

Conferência Web, Vídeo streaming

Vídeo de alta qualidade, grids

Aplicações de colaboração estendida, imersão

Evolução da RNP

Atualmente as redes de pesquisa dos países líderes (Canadá, EUA, Japão, Holanda) utilizam a mesma tecnologia e capacidade da rede no Brasil, contudo sua abrangêncianacional já foi consolidada, o domínio de aplicações avançadas é amplo entre seus clientes esua evolução se dá em ciclos temporais inferiores (< 5 anos).


Obrigada!

Iara [email protected]

www.rnp.br

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