Top-Down Network Design

Capítulo 4

Caracterizando o Tráfego da Rede

Copyright 2004 Cisco Press & Priscilla Oppenheimer

Wilmar Oliveira de Queiroz - PUCGOIÁS 2012

Fatores do Tráfego da Rede

• Fluxo do tráfego

• Localização das fontes de tráfego e armazenamento de dados

• Carga do tráfego

• Comportamento do tráfego

• Requisitos de QoS (Qualidade de Serviço)

Comunidades de Usuários

Nome da Comunidade de Usuários

Tamanho da Comunidade

(n° de usuários)

Localização da

Comunidade

Aplicações Usadas pela Comunidade

Armazenamento de Dados

Armazenamento de

DadosLocalização Aplicações Comunidades

de Usuários

Fluxo de TráfegoRFC 2063 – Traffic Flow Measurement: Architecture

Destino 1 Destino 2 Destino 3 Destino n

MB/seg MB/seg MB/seg MB/seg

Fonte 1

Fonte 2

Fonte 3

Fonte n

Exemplo de Exemplo de Fluxo de Fluxo de TráfegoTráfego

Departamento 1

Departamento 2

Departamento 3

50 PCs 25 Macs50 PCs

50 PCs30 PCs

30 Macs e 60 PCs

Centro de Computação

Apl 1 108 KbpsApl 2 60 KbpsApl 3 192 KbpsApl 4 48 KbpsApl 7 400 KbpsTotal 808 Kbps

Apl 1 48 KbpsApl 2 32 KbpsApl 3 96 KbpsApl 4 24 KbpsApl 5 300 KbpsApl 6 200 KbpsApl 8 1200 KbpsTotal 1900 Kbps

Apl 1 30 KbpsApl 2 20 KbpsApl 3 60 KbpsApl 4 16 KbpsTotal 126 Kbps

Apl 2 20 KbpsApl 3 96 KbpsApl 4 24 KbpsApl 9 80 KbpsTotal 220 Kbps

Departamento 4

Servidores

10-Mbps Ethernet para Internet

Tipos de Fluxo de Tráfego

• Terminal/host

• Cliente/servidor

• Cliente

• Peer-to-peer

• Servidor/servidor

• Computação distribuída

Tráfego Terminal/Host

• Geralmente assimétrico– Tráfego no sentido terminal-host é menor do que o

tráfego no sentido host-terminal

• Telnet é um exemplo de uma aplicação que gera tráfego do tipo terminal/host

• Fluxos de dados de tráfego terminal/host são menos frequentes atualmente, mas ainda existem– Tem sido substituído por cliente/servidor

Tráfego Cliente/Servidor

• Atualmente é o mais conhecido e mais difundido– Servidores: computadores com maior capacidade dedicados ao

gerenciamento de espaço em disco, impressoras e outros recursos da rede– Clientes: PCs ou estações de trabalho no qual os usuários rodam as

aplicações• Os clientes acessam os recursos da rede através do servidor• O fluxo é geralmente bidirecional e assimétrico

– Requisições de clientes são feitas em quadros de menor tamanho– Quadros com as respostas do servidor variam de 64 bytes a 1500 bytes

• No modelo TCP/IP, muitas aplicações podem ser implementadas no modelo cliente/servidor– File Transfer Protocol (FTP)– Hypertext Transfer Protocol (HTTP)– SMTP– etc.

Tráfego Thin Client• Caso especial da arquitetura cliente/servidor (estações sem disco e computadores

de rede) • Cliente trabalha em um ambiente mais simples• Maior parte da carga de processamento ocorre no servidor

– Computação baseada no servidor: aplicações do usuário se originam do servidor– Em alguns casos a aplicação roda diretamente no servidor– O software é instalado no servidor e é feito o seu download para o cliente no momento

que for executado• Principais vantagens:

– Menor custo de suporte– Gerentes de redes podem ter uma base de aplicações centralizadas que podem ser

gerenciadas, configuradas e atualizadas– Melhor gerenciamento da segurança

• Desvantagens– Grande quantidade de fluxos de dados do servidor para o cliente, principalmente quando

os clientes são iniciados ao mesmo tempo– Recomenda-se nesse caso o uso de switches ao invés de hubs– Para evitar problemas causados pela grande quantidade de tráfego de broadcast, cada

rede deve se limitar a algumas centenas de clientes para cada servidor– Redes comutadas podem ser conectadas através de roteadores para comunicação entre

departamentos e acesso a redes externas, como a Internet

Tráfego Peer-to-Peer

• Geralmente bidirecional e simétrico• Não há hierarquia

– Todos os dispositivo tem a mesma importância– Todos dispositivo armazenam a mesma quantidade de dados

• Em ambientes de pequenas LAN’s, os administradores de rede muitas vezes instalam PCs em uma configuração peer-to-peer para que todos possam acessar dados uns dos outros e impressoras.

• Não existe nenhum servidor de arquivos ou servidor de impressão central

• Cada host atua como um cliente e servidor• A maioria das empresas não permitem este tipo de tráfego peer-to-peer por

dois motivos:– Ele pode causar uma enorme quantidade de tráfego, e,– O material publicado é, muitas vezes protegido contra edições

• Um outro exemplo de uma aplicação peer-to-peer é uma reunião entre pessoas em locais remotos usando equipamentos de videoconferência.

Tráfego Servidor/Servidor

• Tráfego servidor / servidor inclui transmissões entre servidores e transmissões entre servidores e aplicativos de gerência.

– Servidores falam com outros servidores para implementar serviços de diretório, para cache de dados muito utilizadas, para espelhar dados para balanceamento de carga e redundância, para fazer backup de dados, e para difundir a disponibilidade do serviço.

– Servidores falam com aplicações de gerência por algumas das mesmas razões, mas também para aplicar políticas de segurança e atualizar os dados de gerenciamento de rede.

• O fluxo é geralmente bidirecional. A simetria do fluxo depende da aplicação.

• Na maioria das aplicaçõesdos servidor / servidor o fluxo é simétrico, mas em alguns casos existe uma hierarquia de servidores, com alguns servidores enviando e armazenando dados mais do que outros

Tráfego de Computação Distribuída

• Refere-se às aplicações que requerem múltiplos nós de computação trabalhando em conjunto para concluir uma tarefa

• Os dados trafegam entre um gerente de tarefas e nós de computação• É um tráfego difícil de caracterizar

– Alguns casos: os nós que estão fortemente ligados trocam informações com maior freqüência e tem maior tráfego

– Outros casos: o gerente de tarefas informa com pouca freqüência aos nós de computação sobre o que fazer e geram menor quantidade de tráfego

– Existem ainda casos em que o gerente de tarefas aloca tarefas com base nos recuros disponíveis

• A caracterização desse tipo de tráfego pode exigir o estudo do tráfego com um analizador de protocolos ou a modelagem do tráfego potencial com um simulador de redes

Fluxo de Tráfego para VoIP

• O fluxo de tráfego associado com a transmissão de áudio de voz é separado dos fluxos associados com a configuração da chamada e liberação da conexão– O fluxo para transmissão de voz digital é

essencialmente peer-to-peer.– A configuração da chamada e liberação

da conexão é um fluxo do tipo cliente/servidor

• Um telefone necessita conversar com um servidor ou comutador para lidar com números de telefone, endereços IP, capacidade de negociação da chamada, etc.

Características de Tráfego de Aplicativos de Rede

Nome da Aplicação

Tipo de Fluxo de Tráfego

Protocolo(s) Usado(s)

pela Aplicação

Comunidade de Usuários

que usa a Aplicação

Armazenamento de Dados

(Servidores, Hosts, etc)

Requisito Aproximado de Taxa de

Dados

Requisitos deQoS

Cálculo da Carga de Tráfego• Para calcular se a capacidade é suficiente você

deve conhecer:– O número de estações

– O tempo médio que uma estação fica ociosa entre dois quadros adjacentes enviados

– O tempo necessário para transmitir uma mensagem no meio físico

• Outras informações– Freqüência das sessões do aplicativo por dia, mês ou

outro período de tempo

– Duração média de uma sessão do aplicativo

– Número de usuários simultâneos desse aplicativo

Cálculo da Carga de Tráfego pelo Pico

• Caso não seja possível levantar todos os dados, pode ser feito um dimensionamento pelo pico de tráfego– Número de usuários de um aplicativo é igual ao número

de usuários da rede– Todos os usuários acessam o aplicativo ao mesmo

tempo– Casa usuário abrirá apenas uma sessão do aplicativo e

que esta sessão irá durar durante todo o horário comercial

Tamanho dos Objetos da Rede

• Tela de um terminal: 4 Kbytes• e-mail simples (somente texto): 10 Kbytes• Página web simples com figuras: 50 Kbytes• Planilha eletrônica: 100 Kbytes• Documento de texto: 200 Kbytes• Documento de apresentação: 2000 Kbytes• Imagem de alta qualidade: 50.000 Kbytes• Backup de um Banco de Dados: 1.000.000 Kbytes

ou mais

Comportamento do Tráfego• Broadcast

– Endereço de destino: todos os bits = 1• Endereço MAC = FF: FF: FF: FF: FF: FF

– Não necessariamente usa grandes quantidades da largura de banda– Porém pode causar distúrbios na CPU no domíno de broadcast

• Multicasts– Endereço MAC inicia com 01

• Exemplo: Endereço MAC = 01:00:0C:CC:CC:CC (Cisco Discovery Protocol)

– Pode causar distúrbios nas Interfaces de Rede (NIC) que estão registradas para receber esse tipo de quadro

– Necessita que o Protocolo de Roteamento de Multicast esteja rodando na rede

Tamanho Máximo de um Domínio de Broadcast

Protocolo N° máximo de estações

IP 500*

NetWare 300

AppleTalk 200

NetBIOS 200

Misto 200

* Em caso de aplicações multimídia reduzir esse valor para 200

Eficiência da Rede

• Tamanho do quadro

• Interação entre os protocolos

• Controle de fluxo (tamanho da janela deslizante)

• Mecanismos de recuperação de erros

Requisitos de QoS segundo redes ATM

• Tipos de serviços– CBR – Taxa constante de bits– rt-VBR – Taxa variável de bits em tempo real– nrt-VBR – Taxa variável de bits não em tempo

real– UBR – Taxa de bits não especificada– ABR – Taxa de bits disponível– GFR – Taxa de quadros garantida

Requisitos de QoS segundo o IETF

• Especificações de Serviços Integrados– Serviços de carga controlada

• Provê fluxos de dados aos clientes com uma QoS próxima a que seria recebida em uma rede descongestionada

– Serviço garantido• Garante um atraso fim-a-fim máximo, sem perda de

pacotes

Requisitos de QoS segundo o IETF

• Especificação de Serviços Diferenciados– RFC 2475– Pacotes IP são identificados com uma marca

(codepoint)– Os pacotes marcados tem maior prioridade nas

decisões de roteamento de pacotes

Summary

• Continue to use a systematic, top-down approach

• Don’t select products until you understand network traffic in terms of:– Flow

– Load

– Behavior

– QoS requirements

Review Questions

• List and describe six different types of traffic flows. • What makes traffic flow in voice over IP networks

challenging to characterize and plan for?• Why should you be concerned about broadcast

traffic?• How do ATM and IETF specifications for QoS

differ?