Pesquisadores Desenvolvem Fibra Óptica de 255 Tbps

Olá Pessoal.

Recentemente, em 26/10/2014, a revista Nature Photonics publicou o trabalho intitulado "Ultra-High-Density Spatial Division Multiplexing with a Few-Mode Multicore Fibre". Trata-se de um trabalho realizado por pesquisadores da Eindhoven University of Technology (Holanda), em conjunto com pesquisadores da University of Central Florida (USA) e da Tianjin University (China).

Diferente da tradicional fibra óptica monomodo que possui um único núcleo de aproximadamente 9µm envolto por outra camada de vidro com 125µm (cladding), a fibra óptica proposta pelos autores é multicore e possui 7 núcleos. Percebam que não estamos falando de múltiplas fibras, mas de uma única fibra que possui no interior do seu cladding, que mantém o diâmetro de 125µm, 7 núcleos octagonais, conforme ilustrado na figura abaixo.

As fibras ópticas de múltiplos núcleos com poucos modos são candidatos naturais às fibras de transmissão de próxima geração utilizando técnicas de Multiplexação por Divisão-Espacial ou SDM (acrônimo de Space-Division Multiplexing). Os autores demonstram no artigo a viabilidade da técnica de SDM em atingir taxas de transmissão da ordem de 5,1 Tbps através de um único comprimento de onda (λ) em uma fibra óptica de múltiplos núcleos. Além disso, ao combinar essa técnica de SDM com a tradicional WDM (Multiplexação por Divisão de Ondas), utilizando 50 canais/ondas, consegue-se uma vazão da ordem de 255 Tbps em enlaces de 1km.

Fonte: R. G. H. van Uden, R. Amezcua Correa, E. Antonio Lopez, F. M. Huijskens, C. Xia, G. Li, A. Schülzgen, H. de Waardt, A. M. J. Koonen, and C. M. Okonkwo. Ultra-High-Density Spatial Division Multiplexing with a Few-Mode Multicore Fibre. Nature Photonics. October 26, 2014. 

URL. http://goo.gl/jMKmC6

Abraço.

Samuel.

Switch Open Source do Facebook vs Cisco

Olá Pessoal.

Hoje de manhã a redação do "Olhar Digital" publicou uma matéria polêmica em seu site, intitulada "Facebook cria hardware open source que pode desbancar Cisco" (link na íntegra). Apesar do seu conteúdo ser bastante relevante no atual cenário da área de networking, seu título é um tanto sensacionalista e foi motivo de muita discussão nas redes sociais - provavelmente esse era o objetivo! O Wedge é o Switch Open Source  do Facebook (vide figuras), cujo gerenciamento e configuração são realizados pelo software FBOSS, fora do dispositivo (controladora externa). A "tecnologia" por trás da matéria é uma espécie híbrida de SDN, acrônimo de Software-Defined Networking. 

Atualmente os dispositivos que compõem a infraestrutura das redes (switches, roteadores e appliances) possuem na mesma caixa ambos os planos de encaminhamento (via hardware) e de controle (via software). O paradigma SDN propõe o desacoplamento dos planos de controle e de encaminhamento, tornando os dispositivos da infraestrutura (hardware) bastante simples e especializados em encaminhar pacotes, sendo que surgem novos elementos de software responsáveis pela inteligência (plano de controle).

Fonte: Facebook Code

 A maior promessa de SDN é que esses controladores são programáveis, o que permite que toda a rede seja gerenciada e remodelada com base nas necessidades específicas de cada ambiente (flexibilidade). Não pretendo detalhar SDN e os leitores interessados no assunto podem recorrer a outro artigo que escrevi há um ano, intitulado "Paradigma SDN de Redes Programáveis". Aproveito a oportunidade para reproduzir no blog uma ponderação minha sobre o assunto que foi fruto de uma discussão no grupo "CCNA Brasil" do Facebook. 

É importante ter em mente que qualquer previsão radical tende a ser frustrada no panorama da computação, a exemplo de várias afirmações totalmente equivocadas que grandes nomes da indústria de computação já manifestaram em momentos históricos. Aliás, penso que o posicionamento radical não é saudável em nenhuma área do saber, basta observar as consequências do radicalismo na política... A discussão no grupo se desenvolveu no sentido de buscar uma resposta sobre o quanto SDN é realmente apelativo para a indústria e quais são suas perspectivas futuras, especificamente no que diz respeito à Cisco. Outra preocupação é o reflexo desse novo paradigma para os profissionais especializados na área de redes. Pois bem, minha contribuição foi a seguinte:

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Vale lembrar que a Cisco está acompanhando o mercado e financia pesquisas em SDN. Dentre outras empresas líderes da indústria, a Cisco é membro da ONF (Open Network Foundation). Inclusive participou do processo de definição do framework Open Daylight, considerado um padrão SDN, ainda muito recente (2013). Além de padrões abertos, a Cisco também tem suas propostas menos flexibilizadas, a exemplo do ONE e OpFlex. 

O OpFlex, por exemplo, propõe uma arquitetura de SDN um pouco diferente da convencional, se é que podemos dizer que existe algo convencional em SDN, onde os dispositivos (plano de encaminhamento via hardware) têm "inteligência" para interpretar comandos externos (do plano de controle) escritos em "linguagens" de alto nível de forma declarativa e, então, decidir as melhores configurações que devem ser realizadas para efetivar um comando. Essa é uma estratégia que a Cisco enxerga como possibilidade para manter sua liderança num possível futuro em que o plano de controle esteja em dispositivos externos, já que os dispositivos de encaminhamento não teriam que ser tão simples (e baratos). 

Por outro lado, essa proposta não é bem vista no contexto original de SDN que busca simplificar (especializar) a operação de encaminhamento. O SDN é apenas uma peça num quebra-cabeça maior proposto pela IBM denominado SDE (Software-Defined Environment), que busca flexibilizar TODA a infraestrutura de TI, inclusive os sistemas e bancos de dados. O fato é que a gente vai presenciar muitas mudanças nos próximos 10 anos, como já estamos presenciando atualmente, e continuaremos tendo que nos reciclar continuamente. Não adianta chorar, o importante é acompanhar... Se não for SDN, serão outras as tecnologias com potencial para causar ruptura no mercado: para as empresas e profissionais.

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É inegável que está surgindo um movimento crescente nas grandes empresas de computação que possuem enorme tráfego de dados no sentido de adotar soluções SDN, sejam elas proprietárias ou abertas - por isso temos que aceitar o potencial desse novo paradigma. Por outro lado, também é inegável que hardware poderoso e de qualidade é imprescindível para lidar com grandes volumes de pacotes (pps). Nesse aspecto temos que reconhecer que hardware de qualidade especializado em rede é algo que a Cisco sabe fazer, assim como outras empresas líderes da indústria neste segmento! Por fim, a definição de SDN ainda está em processo de amadurecimento e é cedo para fazer previsões otimistas ou pessimistas, o importante é acompanhar...

Abraço.

Samuel.

Paradigma SDN de Redes Programáveis

Olá Pessoal.

Um tema ainda recente na área de redes de computadores e que tem se destacado de maneira crescente nos últimos anos, inclusive com a adoção de algumas soluções comerciais por parte das principais empresas fabricantes de dispositivos de redes, é um novo paradigma de controle da infraestrutura conhecido como SDN (acrônimo de Software-Defined Network).

O termo surgiu em 2005 decorrente de pesquisas originalmente desenvolvidas pela Universidade de Stanford. O principal argumento favorável à SDN é que essa abordagem viabiliza que os serviços em execução na infraestrutura de rede podem ser gerenciados mais facilmente e com grande flexibilidade. Qual seria a idéia principal dessa presunção? É isso que vou tentar elucidar de maneira objetiva nesse artigo...

Atualmente na arquitetura dos principais dispositivos de redes (hardware), a exemplo de roteadores e switches, é comum organizarmos a disposição dos seus componentes eletrônicos em dois planos lógicos que são conhecidos como: 

1. Plano de Dados ou Encaminhamento 
2. Plano de Controle ou Gerência. 

O motivo de fazê-lo é garantir máximo desempenho à principal tarefa desses dispositivos: o encaminhamento de pacotes entre suas interfaces. No entanto o encaminhamento não pode ocorrer por si só sem informações de controle que determinem a inteligência dessas ações. 

Como a tarefa de encaminhamento de pacotes entre interfaces é bastante direta e objetiva, então sua implementação faz parte do plano de encaminhamento. Já a implementação da inteligência que diz respeito à gerência, configurações e protocolos dos dispositivos faz parte do plano de controle. 

Para entender melhor tudo isso vamos pegar como exemplo um roteador. Sabemos que o processo de roteamento, seja estático ou dinâmico, somente é possível porque os roteadores formam uma tabela de roteamento com informações que são consultadas para determinar o destino dos pacotes, o que torna possível encaminhá-los para suas respectivas interfaces de saída que devem alcançar o destino previsto.

A descrição acima é verdadeira, mas muito simplista. Na realidade existem memórias eletrônicas na arquitetura dos roteadores que armazenam algumas estruturas de dados que são utilizadas em variados contextos. Então vamos detalhar um pouco mais essas estruturas, mas tenham em mente que o exemplo aqui trazido é generalista e diferentes fabricantes podem implementar essas estruturas de maneira particular em seus equipamentos! Observem na figura abaixo os principais componentes de um roteador:

É no plano de controle que fica armazenada uma estrutura de dados denominada RIB (Routing Information Base). Essa estrutura é reponsável por armazenar todas as informações de vizinhança entre os roteadores e todas as rotas conhecidas até um determinado destino, seja ela a melhor ou não - simplesmente todas as rotas possíveis estão armazenadas nessa estrutura. É com base nessas estruturas que agem os principais protocolos de roteamento, seja para adicionar, modificar, remover ou consultar seu conteúdo. É de se imaginar que essa estrutura normalmente não é pequena e que esse processo de implementar a inteligência da rede não é simples porque envolve a ação de algoritmos que podem ser bem complexos.

Para otimizar o desempenho de encaminhamento dos roteadores existe outra estrutura de dados no plano de encaminhamento que é denominada FIB (Forwarding Information Base), essa sim mais próxima da tradicional tabela de roteamento que consultamos frequentemente no cotidiano. A FIB é uma estrutura bem mais simples que armazena somente a melhor rota para cada destino, ou algumas melhores dependendo da inteligência de roteamento. Normalmente essa estrutura é implementada através de tabelas hash para torná-la menor e agilizar o processo de busca de informação (lookup). 

Ou seja, a FIB (plano de encaminhamento) é gerada a partir da RIB (plano de controle). Dessa forma a operação do plano de encaminhamento ganha um certo grau de independência dos processos em execução no plano de controle e os dispositivos de rede podem fazer um lookup mais rápido e eficiente, o que reflete no desempenho do encaminhamento de pacotes. Em síntese, o plano de encaminhamento se limita a receber os pacotes, buscar uma correspondência na FIB e fazer o encaminhamento dos pacotes se houver essa correspondência. Mais uma vez reforço que essa descrição não é uma regra e pode variar na implantação de diferentes dispositivos e de diferentes fabricantes!

O paradigma SDN propõe uma ruptura nesse modelo tradicional, através do desacoplamento ainda maior entre os planos de controle e de encaminhamento. Assim passam a existir novos elementos na rede que ficam "exclusivamente" responsáveis pelo controle (inteligência), denominados controladores. E mais, esses controladores são programáveis via software, o que permite que toda a rede seja gerenciada e até mesmo remodelada com base em suas necessidades reais. A figura abaixo ilustra essa proposta:

Ao fazê-lo os dispositivos da infraestrutura tornam-se eletronicamente bastante simplificados porque seu foco passa a ser a tarefa de encaminhamento dos pacotes (plano de encaminhamento), desde que haja interfaces programáveis via software (API) que possam se comunicar com os controladores externos. Existem algumas propostas de padronização dessas APIs, mas sem dúvidas a mais conhecida delas é o OpenFlow que, a cada dia, passa a ser aderido por mais empresas fabricantes de dispositivos de redes.

Embora SDN seja o nome consagrado na academia (e isso não deve mudar), eu particularmente não acho que o nome Software-Defined Network seja o mais adequado, visto que atualmente é comum a implementação dos planos através de software na arquitetura interna (localmente) dos dispositivos. Ao meu ver a mudança mais visível na SDN é a idéia da controladora externa, algo que na realidade não chega a ser uma grande novidade se tomarmos como exemplo as controladoras de várias soluções wireless existentes no mercado e que ficam responsáveis pelo gerenciamento centralizado dos APs.

O grande diferencial do SDN, na realidade, é a proposta da utilização de interfaces programáveis (APIs) entre os dispositivos e a(s) controladora(s), o que traz potencial para que TODO o modo de operação das redes seja repensado e reescrito! Um passo além, o esforço de padronização dessas interfaces traz um potencial ainda maior para esse paradigma. 

Há uma vertente de pesquisadores que entende que esse novo paradigma assusta as empresas fabricantes de dispositivos de redes porque equipamentos com hardware convencional podem ser utilizados como controladora e por isso essas empresas perderiam mercado para novos entrantes. São muitos os que defendem essa idéia...

Eu tenho minhas dúvidas e diria até que não concordo com isso, pelo menos não dessa maneira radical. Penso assim porque é necessário reconhecer que uma das características mais relevantes na disputa entre as empresas fabricantes de dispositivos de rede está justamente na qualidade e desempenho do hardware desenvolvido - e isso não deve mudar, principalmente quando pensamos em ambientes onde há grande fluxo de dados.

Entendam que essa visão não é contrária ao paradigma SDN, afinal existe um grande potencial em "casar" o desenvolvimento de hardware de qualidade aliado com interfaces programáveis, principalmente no que diz respeito à possibilidade de as empresas criarem controladoras próprias e APIs que ofereçam flexibilidade para ambientes específicos, a exemplo de Data-Centers,  algo que a Cisco (e outros fabricantes) já oferece. Quem tiver mais interesse na solução SDN da Cisco, saiba que ela é denominada ONE (Open Network Environment). Vejam detalhes no link abaixo:

http://www.cisco.com/web/solutions/trends/open_network_environment/index.html

Essa é mais um daqueles tópicos recentes de pesquisa na área de redes em que é muito difícil assegurar os rumos do seu futuro comercial...

Abraço.

Samuel.

Novo Padrão Ethernet 802.3-2012 de 100Gbps

Olá Pessoal.

O padrão Ethernet é indiscutivelmente uma das tecnologias mais consolidadas não só da área de redes, mas da computação! São poucas as tecnologias de computação que tiveram essa sobrevida de quase 30 anos como acontece atualmente com a tecnologia Ethernet. 

Essa tecnologia foi originalmente idealizada na tese de doutorado de Robert Metcalfe (fundador da 3Com) enquanto trabalhava nos laboratórios da Xerox. Ele queria encontrar uma solução para conectar computadores em rede local e idealizou que um barramento comum compartilhado entre todas as máquinas era a maneira mais natural de fazê-lo. Por isso as primeras redes locais empregavam o CSMA/CD como método de acesso ao meio (inteligência) e tinham topologia física de barramento, sendo que os cabos coaxiais de 50 Ohms eram utilizados como meio de transmissão.

A tecnologia idealizada por Metcalfe foi padronizada pelo IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) em 1985, sob a denonimação IEEE 802.3, para viabilizar a conectividade de máquinas no contexto de uma rede local (LAN). Durante todos esses anos essa tecnologia passou (e continua passando) por um processo constante de evolução.

As evoluções mais conhecidas depois do Ethernet tradicional (802.3) foram os padrões 802.3u (Fast-Ethernet), o 802.3z (Gigabit-Ethernet com Fibra Óptica) e o 802.3ab (Gibabit Ethernet com Par-Trançado). Apesar desses três padrões serem os mais conhecidos, há inúmeros outros que descrevem características técnicas importantes.

A padronização mais recente é o IEEE 802.3-2012, publicada em setembro de 2012. A última revisão completa havia ocorrido em 2008, por isso o objetivo de trabalhar nessa recente padronização foi atender às novas demandas e aplicações do mercado, como eficiência energética, redes veiculares, ambientes de data-center e distribuição de conteúdo, aponta matéria recentemente publicada sobre o assunto que vocês podem acessar na íntegra através do link: http://theinstitute.ieee.org/benefits/standards/expanding-ethernet

O novo padrão opera com taxas que variam de 40 a 100 Gbps! O vice-presidente do grupo de trabalho do IEEE, Wael William Diab, explica: "A relevância do padrão IEEE 802.3 está sendo expandida em termos de velocidade associada à largura de banda e no que diz respeito às mídias de conexão (interfaces)".

O próximo objetivo a partir de agora é trabalhar na busca por um novo padrão com taxas de transmissão de 400 Gbps!!!  Ainda segundo a matéria, D'Ambrosia, presidente do grupo que trabalha no desenvolvimento de altas velocidades, confirma que há consenso de que a próxima taxa de transmissão padronizada pela tecnologia Ethernet será 400 Gbps.

D'Ambrosia diz: "Essa velocidade é o próximo passo lógico e leva em consideração o custo e outros fatores econômicos. O pensamento consensual do grupo é que 400 Gbps é a velocidade correta". D'Ambrosia prevê que em março devemos ter novidades sobre esse novo padrão que busca por 400 Gbps.

Essa é uma boa oportunidade para ressaltar publicamente minha profunda admiração pelo Robert Metcalfe, definitivamente um dos nomes mais importantes da nossa área. Ouço muitos alunos falando de Steve Jobs, Bill Gates, Linus Torvalds, Mark Zuckemberg e outros, mas são raras as vezes que ouço falar do Metcalfe. É inegável que cada um desses nomes teve uma contribuição importante para a computação, mas não se esqueçam de que a tecnologia idealizada pelo Metcalfe está presente em praticamente todas as casas e empresas para fins de conectividade LAN. Aliás, agora mesmo vocês estão utilizando essa tecnologia para ler esse post! Pensem nisso...

Abraço.

Samuel.