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UM ALGORITMO DISTRIBUÍDO PARA REDES DETOPOLOGIA DINÂMICA

Leandro Pacheco de SousaProfessor: Aldri Luiz dos Santos

Departamento de InformáticaUniversidade Federal do Paraná

28 de Junho de 2007

(Universidade Federal do Paraná) 2007 1 / 34

Roteiro da Apresentação

1 Introdução

2 O Algoritmo Original

3 O Algoritmo Proposto

4 A Simulação

5 Testes e Resultados

6 Conclusão


Sistemas de Gerência de Redes

Permitem controloar e monitorar os elementos de uma redeUma função destes sistemas é a gerência de falhas

Os algoritmos de diagnóstico distribuído podem ser utilizadoscomo base destes sistemas


Algoritmos de Diagnóstico

Modelo de DiagnósticoCentralizadoDistribuído

Tipos de RedeRepresentáveis por um grafo conexoRedes de topologia arbitrária


O Algoritmo DNR (Modificado)

Características do algoritmo Ditributed Network Reachabilitymodificado

Diagnóstico distribuídoRedes de topologia arbitráriaDiagnóstico on-lineComposto de 3 fases: teste, disseminação e diagnóstico

Disseminação modificada para inundaçãoNão suporta particionamento na rede


O Algoritmo Proposto

Modificação do algoritmo DNR com inundaçãoSuporte ao particionamento, como no DNR originalTopologias dinâmicas


O Algoritmo DNR com Disseminação por Inundação

Algoritmo de diagnóstico distribuído para redes de topologiaarbitrária

Tem como objetivo determinar o estado das unidades daredeUm enlace pode estar

Sem-falhaNão-respondendoInatingível

Um nó pode estarSem-falhaInatingível


Ambiguidade de Falhas


As Fases do Algoritmo

O Algoritmo possui três fasesFase de TestesFase de DisseminaçãoFase de Diagnóstico


A Fase de Testes

Executa continuamente em todos os nós sem-falhaTestes são executados durante os intervalos de testeTestes são realizados somente entre nós vizinhosEstratégia de Token-Test


O Token-Test

Estratégia de passagem de bastãoUm token para cada enlace da redeO nó que possui o token realiza o testeToken passa pra o outro nó ao fim do testeTestes two-way


O Token-Test

Detecção de novos eventosCada nó possui uma tabela contendo todos enlaces da redeTodo enlace é associado a um contador chamado detimestamp

Timestamp par indica um enlace sem-falhaTimestamp ímpar indica um enlace não-respondendo

Ao fim de um teste, o nó verifica se houve uma falha ourecuperação e incrementa o timestamp se necessário


A Fase de Disseminação

É iniciada quando um nó detecta um novo eventoA informação sobre o evento é distribuída pela redeEstratégia tolerante à novas falhasDisseminação por Inundação de Mensagens


Inundação de Mensagens

Mensagens contém informação sobre apenas um eventoO nó que descobre o evento envia a mensagem para todosos vizinhosQuando um nó recebe um evento desconhecido, este enviaa mensagem para todos os vizinhos, exceto para o nó dequem ele a recebeuSe a mensagem de disseminação não é nova, ignora

Chamamos este caso de mensagem redundante


A Fase de Diagnóstico

Pode ser iniciada em qualquer nó a qualquer instanteSão determinados os estados de nós e enlaces da redeCálculo de alcançabilidade feito com o uso de um algoritmode conectividade em grafosNão é o foco deste trabalho


Limitações do Algoritmo

Duas limitações deste algoritmo sãoNão suporta o particionamento da rede

Se a rede sofre particionamento e depois se recupera, não garantea consistência da informação nos nós

Ao início do algoritmo, a topologia da rede já está definida epermanece estática durante a execução


O Algoritmo Proposto

Algoritmo baseado no DNR com inundaçãoComposto também de três fasesModificações que visam eliminar as limitações citadasanteriormente

Suportar o particionamento e posterior recuperação da redeSuportar a inserção e remoção de enlaces e nós na rede


Particionamento na Rede

A solução para este problema é simplesRelacionada à recuperação de enlacesSe este enlace une duas componentes conexas

Após a recuperação, as duas extremidades do enlace devem trocarinformação sobre toda a rede

Seria necessária a detecção do particionamentoSolução

Disseminar informação sobre toda a rede em toda recuperação deenlace


Inserção e Remoção de Nós e Enlaces

A principal modificação no algoritmo éModificação na estrutura dos eventos

Inclusão de um novo campo, statusO status pode assumir os valores, "não-respondendo", "não-falho"e"removido"Dois novos eventos: entrada e saída de enlacesDisseminação não se modifica



Todo nó do algoritmo começa isolado. Nós se comunicam paracriar um "enlace do algoritmo"

Um dos nós inicia o processo enviando um pacoteCONNECTQuando um nó recebe um CONNECT

Devolve um pacote CONNACKAdiciona o evento sobre o novo enlaceDissemina este evento para seus outros vizinhosEnvia todos os eventos que ele possuí através do novo enlace

Quando o nó iniciador recebe o CONNACKAdiciona o evento sobre o novo enlaceDissemina este evento para seus outros vizinhosEnvia todos os eventos que ele possuí através do novo enlaceInicia os testes no enlace

Garante o suporte ao particionamentoNão suporta o caso de falha do enlace durante acomunicação de criação do mesmo



Para remover um enlace do algoritmo, os nós das pontas secomunicam

Um dos nós inicia o processo enviando um pacoteDISCONNECTQuando um nó recebe um pacote DISCONNECT

Devolve um pacote CONNACKAltera o estado do enlace para "removido"Dissemina este evento para seus outros vizinhosInterrompe os testes no enlace

Quando o nó iniciador recebe o CONNACKAltera o estado do enlace para "removido"Dissemina este evento para seus outros vizinhosInterrompe os testes no enlace

Manter a informação sobre nós removidos é fundamentalpara suportar o particionamento na rede

Enlaces podem ser removidos durante um particionamentoNão suporta o caso de falha no enlace durante acomunicação de remoção do mesmo



Inserção e remoção de nósNão existe uma operação explícita de inserção ou remoçãode nóSó existem a criação e remoção de enlacesPara um nó ser inserido na rede

Criar um enlace com qualquer um dos nós da redePara um nó ser removido da rede

Remover todos os enlaces com os nós da rede


O Simulador ns-2

O ns-2 é um simulador de eventos discretos focado na área deredes de computadores. Algumas de suas características:

Implementação nas linguagens C++ e oTclSuporte à simulação de protocolos de comunicação,roteamento e gerênciaSimulação definida em um script oTcl e executada pelosimuladorTem sido usado pela comunidade científica para avaliaçãode propostas


Implementação do Algoritmo DNR Modificado

São definidas algumas novas entidadesDNRAgent: Comunicação entre nósDNRApp: Execução do algoritmoDNRIntervalTimer: Controle de intervalos de testeDNRTestTimer: Controle de timeout dos testes


Exemplo de Configuração para Simulação doAlgoritmo


Suporte ao Particionamento

Modificação restrita à DNRAppNa detecção de uma recuperação ou inserção de novoenlace, dissemina toda informação que possuí através doDNRAgent deste enlace


Suporte à Remoção e Inserção de Enlaces

ModificaçõesNo pacote DNR

Inclusão de um campo StatusNo agente DNRAgent

Novos métodos sendConnect(), sendDisconnect() esendConnAck()



Modificações na aplicação DNRAppForam as modificações mais complexasImplementação do algoritmo de entrada e saída de enlacesmostrado anteriormente



Este é o funcionamento da simulação, de maneira simplificadaNo início da simulação, a topologia "física"da rede ja estádefinidaJá existem os nós, enlaces físicos, agentes, e aplicaçõesCada aplicação começa isolada com relação ao algoritmo.Não existe nenhum "enlace do algoritmo"Aplicações precisam se comunicar para criar os enlaces einiciar os testes


Testes e Resultados

Exemplos de Topologias Utilizadas


Testes e Resultados



Testes e Resultados

Com base nos testes executados, foi possível verificar acorretude do algoritmo.

Foram realizados testes com particionamentoO algoritmo gerou os resultados esperados tanto no caso darecuperação de falhas, quanto na criação de novos enlaces

Com relação ao numero de mensagensNúmero relativamente alto de mensagens trocadasMensagens tem tamanho pequeno, o impacto na rede não étão grandeNos testes realizados, cerca de 30% das mensagenstrocadas eram redundantes

Este resultado irá variar de acordo com o número de eventosdetectados nas rodadas de teste. Quanto mais eventosdetectados, mais mensagens redundantes.


Conclusão

Apresentamos neste trabalho uma modificação do algoritmoDNR com inundaçãoModificações visaram

Incluir o suporte ao particionamento da redeAdaptar o algoritmo para funcionamento em topologias dinâmicas

O algoritmo proposto foi implementado e testado no ns-2Algoritmo se comportou como o esperadoAlto número de mensagens trocadasMensagens de tamanho pequeno. Não causa grande impacto narede


um algoritmo distribuÍdo para redes de topologia …

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