planeamento projecto redes

DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida

Planeamento e projecto de redes

Edmundo Monteirohttp://www.dei.uc.pt/~edmundo

Fernando Boavidahttp://www.dei.uc.pt/~boavida

Departamento de Engenharia InformáticaFCTUC

Engenharia de Redes, DEI FCTUC Edmundo Monteiro, Fernando Boavida 2

Objectivos

� Análise dos aspectos metodológicos relativos à construção de redes informáticas

� Metodologia de planeamento e projecto

� Faseamento dos projectos


Plano� Metodologia

� Decomposição hierárquica� Planos de análise� Faseamento das actividades

� Faseamento� Análise de requisitos� Planeamento� Projecto� Assistência ao projecto� Testes e ensaios


Metodologia

� Decomposição hierárquica em vários subsistemas

� Planos de análise, desde as aplicações àcablagem

� Faseamento de actividades, desde a análise de requisitos aos testes finais


Decomposição hierárquica� Subsistema horizontal

� Cablagem horizontal� Equipamento activo dos distribuidores de

piso

� Subsistema de backbone de edifício� Cablagem de backbone de edifício� Equipamento activo dos distribuidores de

edifício


Decomposição hierárquica (cont.)

� Subsistema de backbone de campus� Cablagem de backbone de campus� Equipamento activo dos distribuidores de

campus

� Subsistema de acesso� Circuitos e equipamentos de comunicação

com o exterior da LAN


Decomposição hierárquica (cont.)� Subsistema de distribuição

� Redes ou circuitos de interface entre redes privadas e redes de núcleo

� Equipamento de up-link dos nós do subsistema de acesso aos nós do subsistema de núcleo

� Subsistema de núcleo (core)� Nós e circuitos principais de uma infra-estrutura

(normalmente, de um operador de telecomunicações)


Decomposição hierárquica

WANe/ouMAN

LAN

Subsistema denúcleo(core)

Subsistema dedistribuição

Subsistema deacesso

Subsistema debackbone campus

Subsistema debackbone edifício

Subsistemahorizontal

WAN / MAN

LAN


Planos de análise

� Aplicações telemáticas� Arquitecturas protocolares� Sistemas de cablagem� Tecnologias de comunicação� Aspectos de gestão� Aspectos de segurança� Equipamento de comunicações


Planos de análise (cont.)� Aplicações telemáticas

� Identificação das aplicações

� Caracterização� Parâmetros de funcionamento

� Locais a abranger� Tendo em vista a satisfação dos requisitos de

comunicação


Planos de análise (cont.)

� Arquitectura protocolares� Identificação das arquitecturas protocolares a

suportar nos diferentes níveis hierárquicos

� Cablagem� Definição dos sistemas de cablagem nos diferentes

níveis hierárquicos da LAN

� Fibra óptica (tipo)� UTP (Cat)� Backbone de voz (nº pares)


Planos de análise (cont.)� Tecnologias de comunicação

� Identificação das tecnologias de comunicação a suportar nos diferentes níveis hierárquicos� LAN: Ethernet, ...� WAN: circuito alugado, ATM, SDH, ...

� Aspectos de gestão� Caracterização das necessidades de gestão da

infra-estrutura� Passivos� Activos


Planos de análise (cont.)� Segurança

� Identificação dos aspectos de segurança nos diversos níveis da hierarquia� Segurança nas comunicações internas� Segurança nas comunicações de e para o exterior� Zonas públicas e zonas privadas

� Equipamento de comunicações� Caracterização das necessidades em termos de

equipamento de comunicações� Switchs� Routers� Firewall, ...


Faseamento

Certificação

TesteTesteFiscalização

Assistência ao projectoAssistênciaMedições e orçamento

Peças desenhadas

Definição das condições de instalação

EspecificaçãoProjectoDimensionamento

Definição da arquitectura lógica

Definição do modelo de funcionamentoPlaneamento

Identificação das condicionantes

Levantamento das necessidades

Definição dos objectivos do projectoRequisitosTarefasFase


Três dimensões de um projectoHierarquização

Subsistema de core

Subsistema de distribuição

Subsistema de acesso

Subsistema de backbone de campus

Subsistema de backbone de edifício

Subsistema horizontal

Requisi

tos

Planea

mento

Projec

to

Assist

ência

Teste Faseamento

SegurançaEquipamento

AplicaçõesArquitectura

CablagemTecnologias

Gestão

Planos de análise


Fase 1: Análise de requisitos

� Definição dos objectivos

� Levantamento das necessidades

� Identificação das condicionantes


Fase 1: Análise de requisitos (cont.)

� Definição dos objectivos

� Quais os serviços a suportar pela infraestrutura ?� Quais os locais a abranger ?� Quais as características de cada um dos locais ?� Quais as ligações ao exterior necessárias ?� O que é que já existe em funcionamento ?



� Levant. das necessidades: funcionalidade

� Grupos de utilizadores por necessidades� Suporte de aplicações tradicionais� Suporte de voz ou vídeo na infra-estrutura� Suporte de aplicações multimédia� Suporte de novas aplicações� Outras (quais?)


� Levant. das necessidades: abrangência

� Localização dos edifícios� Localização dos postos de trabalho� Necessidades de acesso remoto� Necessidades de acesso a outras entidades� Necessidades de acesso ao exterior� Outras (quais?)




� Levant. das necessidades: qualidade

� Suporte de aplicações best-effort� Suporte de aplicações adaptativas� Suporte de aplicações continuous media� Outras (quais?)



� Levant. das necessidades: segurança

� Confidencialidade� Autenticação� Integridade� Não-repúdio� Controlo de acesso� Outras (quais?)



� Levant. das necessidades: disponibilidade

� Necessidades elevadas de disponibilidade?� Aplicações críticas para a instituição� Tempo médio entre falhas� Tempo de reparação� Outras (quais?)



� Levant. das necessidades: adaptabilidade

� Alteração frequente dos espaços?� Utilizadores mudam frequentemente de funções?� Outras (quais?)



� Levant. das necessidades: escalabilidade

� Previsões de crescimento da organização� Previsões de evolução no uso dos serviços� Previsão do número de utilizadores

� a 1 ano� a 3 anos

� Outras (quais?)



� Levant. das necessidades:interoperabilidade

� Sistemas informáticos existentes� Sistemas de comunicação existentes� Sistemas a substituir ou a migrar� Outras (quais?)



� Levant. das necessidades: gestão

� Gestão central� Gestão remota� Integração de vários sistemas e plataformas de

gestão?� Equipa de gestão� Outras (quais?)



� Levant. das necessidades: custo

� Limitação de custos de instalação� Limitação de custos de operação� Contabilização e taxação

� Global?� Por sector?� Por utilizador?

� Outras (quais?)



� Identificação de condicionantes: temporais

� Datas de início ou fim de alguma das fases do projecto

� Datas de início ou fim da instalação da rede� Outras (quais?)



� Identificação de condicionantes: operacionais

� Necessidades de integração do projecto com outros projectos em curso?

� Necessidade de coordenação da instalação da infra-estrutura com outras obras em curso?

� Necessidade de realização instalação sem interrupção do normal funcionamento da instituição?

� Outras (quais?)



� Identificação de condicionantes: ambientais

� Presença de fontes de EMI?� Condicionantes em termos de agressividade mecânica?� Condicionantes em termos de agressividade química?� Condicionantes históricas ou patrimoniais?� Condicionantes de instalação (espaços técnicos)?� Outras (quais?)


Fase 2: Planeamento� Modelo de funcionamento

� Caracterização dos grupos de utilizadores� Caracterização das aplicações a suportar

� Definição da arquitectura lógica� Componentes LAN� Componentes WAN

� Dimensionamento� Caracterização dos fluxos individuais e agregados� Dimensionamento das ligações


Fase 2: Planeamento� Modelo de funcionamento: caracterização de

utilizadores e aplicações

Exemplo

P1PPCA da sedeCMPPCATelefone

IInternetBETCP/IPVárias

G1-6Grupos A a FADTCP/IPVideoconf. p.p.

S5Serv. BD sedeBETCP/IPBase de dados

S4Serv. fich. sedeBENetBEUIFicheiros

S3Proxy WWW sedeBETCP/IPWWW geral

S2Serv. Intranet sedeBETCP/IPIntranetDep. comercial

S1Serv. E-mail sedeBETCP/IPE-mailSede50AdministraçãoG1

Id.Dst.Dest. tráfegoTráfegoArq.AplicaçãoLocalN.ºDescriçãoId.


Modelo de funcionamento (exemplo)

WAN

Filial A

Internet

Rede telefónica

S7

Sede

P2

P1S1S6 S5 S2S4 S3

G1

Filial D

S10

P5

...

G3 G6

G2

G7

Best-effort

Adaptativo

Continuous-media


Fase 2: Planeamento

� Definição da arquitectura lógica

� Componentes LAN� Componentes WAN

� Critérios de ordem económica� Critérios de ordem tecnológica� Critérios de ordem funcional� Critérios de ordem política


Arquitectura lógica (exemplo)

Internet

Rede telefónicaP1

S1

S6

S5

S2

S4

S3

G1 G2

RouterSwitch

Switch Switch

S10

P5

G6

Switch

Router

G7

S9

P4

G5

Switch

Router

S7

P2

G3

Switch

Router

S8

P3

G4

Switch

Router

G1 G2

G3 G4 G5 G6


Fase 2: Planeamento

� Dimensionamento� Caracterização dos fluxos individuais

� Fluxos best effort� Fluxos adaptativos (voz, vídeo)

� Caracterização dos fluxos agregados

� Dimensionamento das ligações� Dimensionamento de débito� Dimensionamento de atraso� Dimensionamento de perdas


Caract. de fluxos BE (exemplo)

Aplicação Tempo de resposta óptimo

[segundos]

Tempo de resposta tolerável

[segundos]

Tamanho de bloco normal

[Kbytes]

Tamanho de bloco grande

[Kbytes]

Débito situação nominal [Kbps]

Débito situação excepção [Kbps]

Atraso máximo round-trip

[ms] Consulta de Email 10 60 2 2000 2 280 1000

Transacção WWW 5 30 10 500 16 140 500

Trans. Base Dados 1 6 0,5 100 4 140 100

Interacção remota 0,2 1 0,01 1 0,4 8 100

Transf. fich. LAN 5 30 100 30000 160 8000 500

Transf. fich. WAN 10 300 100 10000 80 280 500

Trsf. fich Internet 20 1200 100 10000 40 70 500


Caract. de fluxos adaptativos (exemplo)

Aplicação Codificação Débito mínimo [Kbps]

Débito nominal [Kbps]

Atraso máximo round-trip [ms]

VoIP H.323 8 32 200

VCoIP H.320 (MPEG-4) 32 64 200


Fluxos agregados

CBA

Fluxos amontante de A

Fluxos amontante de B

Fluxosagregados

em A

Fluxosagregados

em B


Dimensionamento de ligações

• Partir da caracterização das necessidades de débito, de atraso e de perdas das aplicações.

• Calcular o somatório dos débitos nominais de todos os fluxos para todas as aplicações a montante do nó de agregação.

• Se for possível e economicamente viável dimensionar a ligação para suportar o somatório dos débitos nominais, utilizar este valor como primeira estimativa para dimensionar a ligação.


Dimensionamento de ligações (cont.)• Caso não seja viável, devem ser introduzidas restrições ao

número máximo de fluxos activos de cada uma das aplicações até ser obtido um valor para o qual seja possível dimensionar a ligação.

• Verificar se o débito de excepção mais restritivo dos fluxos best-effort a montante do nó de agregação é superior àcapacidade estimada da ligação.

• Somar ao valor obtido uma margem para crescimento futuro, de forma a ajustar a capacidade da ligação em função dos vários escalões de débito suportados pela tecnologia a utilizar na ligação.


Dimensionamento LAN (exemplo)Aplicação Débito

nominal [Kbps]

Débito excepção [Kbps]

Número de fluxos a

montante

Número de fluxos a jusante

Factor de simulta-neidade

Débito total p/ aplicação

[Kbps]

Consulta E-mail 2 280 30 30 1,00 60

Transac. WWW 16 140 30 30 1,00 480

Transac. BD 4 140 30 30 1,00 120

Interacção remota 0,4 8 30 30 1,00 12

Transf. fich. LAN 160 8000 30 30 1,00 4800

Transf. fich. WAN 80 280 30 3 0,10 240

Trsf. fich. Internet 40 70 30 3 0,10 120

VCoIP 64 64 30 30 1,00 1920

Necessidade total de débito na ligação agregada [Kbps] 7752

Capacidade mínima da ligação (maior dos débitos de excepção suportado) [Kbps] 8000

Escalão de incremento de capacidade da ligação [Kbps] 10000

Margem de débito para evolução [Kbps] 90000

Especificação de débito da ligação agregada [Kbps] 100000

Taxa nominal de utilização da ligação agregada [%] 8%


Dimensionamento WAN (exemplo)Aplicação Débito

nominal [Kbps]


Número de fluxos a

montante




[Kbps]

Consulta E-mail 2 280 20 6 0,30 12

Transac. WWW 16 140 20 6 0,30 96

Transac. BD 4 140 20 6 0,30 24

Interacção remota 0,4 8 20 6 0,30 2,4

Transf. fich. WAN 80 280 20 2 0,10 160


VoIP 32 32 20 2 0,10 64

VCoIP 64 64 20 1 0,05 64

Necessidade total de débito na ligação agregada [Kbps] 502,4







Dimens. do acesso à Internet (exemplo)Aplicação Débito

nominal [Kbps]


Número de fluxos a

montante




[Kbps]

Consulta E-mail 2 280 20 6 0,30 12

Transac. WWW 16 140 20 6 0,30 96

Transac. BD 4 140 20 6 0,30 24

Interacção remota 0,4 8 20 6 0,30 2,4

Transf. fich. WAN 80 280 20 2 0,10 160


VoIP 32 32 20 2 0,10 64

VCoIP 64 64 20 1 0,05 64

Necessidade total de débito na ligação agregada [Kbps] 502,4







Outros aspectos do planeamento

• Disponibilidade• MTBF – mean time between failures• MTTR – mean time to repair

• Segurança• Política de segurança• Mecanismos de segurança

• Encaminhamento e endereçamento• Atribuição de endereços• Sub-redes

• VLAN• Grupos de trabalho• Isolamento de tráfego


Fase 3: Projecto� Parte 1: Ambiente de projecto

� Objecto do projecto� Motivações� Locais a abranger� Interfaces com outros sistemas

� Princípios orientadores� Resumo dos objectivos� Caracterização dos requisitos� Identificação das condicionantes

� Arquitectura lógica� Estrutura hierárquica� Circuitos� Aplicações e arquitecturas

� Estrutura física� Localização dos distribuidores� Cablagem� Acessos ao exterior


Fase 3: Projecto (cont.)

� Parte 2: Especificações

� Especificação de componentes passivos� Especificação do equipamento activo� Especificação de equipamento de segurança� Especificação de servidores de

comunicações� Especificação de equipamento de voz� Equipamento de gestão e manutenção


Fase 3: Projecto (cont.)� Parte 3: Instalação e verificação

� Definição das condições de montagem de passivos� Definição das condições de instalação de equipamento� Definição das condições de Teste e Certificação

� Anexos� Medições

� Lista de quantidades dos componentes necessários� Peças desenhadas

� Arquitectura lógica, estrutura física, traçados em planta da cablagem, configuração dos distribuidores

� Orçamento


Fase 4: Assistência ao projecto

� Esclarecimento de opções técnicas na fase de aquisição

� Apoio à instalação

� Fiscalização da instalação


Fase 5: testes e ensaios� Verificação da conformidade com as especificações do

projecto� Equipamento passivo

� Certificação da cablagem� Equipamento activo

� Verificação do correcto funcionamento de todos os componentes

� Só depois dos testes, ensaios e eventuais correcções ou alterações é que há a entrega formal da obra pelo instalador ao dono da obra.


Súmula� O Planeamento e Projecto de uma rede

informática é suportado por uma metodologia de três dimensões

� Decomposição hierárquica � Análise por planos� Faseamento de actividades


Leitura adicional� Capítulo 9 de Edmundo Monteiro, Fernando Boavida,

Engenharia de Redes Informáticas, FCA – Editora de Informática, 2000.

� DOVERSPIKE, Robert e SANIEE, Iraj (Ed.), HeuristicApproaches for Telecommunications Network Management, Kluwer Academic Publishers, 2000.

� IMPRENSA NACIONAL (Ed.), Projectos de obras públicas (instruções para cálculo dos honorários), Imprensa Nacional – Casa da Moeda, Lisboa, 1984, (actualizado por portaria de 27-1-86, publicada no DR de 5-3-86, nº53, II série).


Leitura adicional (cont.)� JAIN, Raj, The Art of Computer System Performance Analysis:

Techniques for Experimental Design, Measurement, Simulation, and Modeling, John Wiley & Son, New York, 1991.

� KESHAV, S., An Engineering Approach to Computer Networking, Addison-Wesley, Reading, Massachusetts, 1997.

� McCABE, James, Practical Computer Network Analysis andDesign, Morgan Kaufmann, San Francisco, California, 1988.

� MITCHELL, George, The Practice of Operational Research, JohnWiley & Son, New York, 1993.

� NORRIS, Mark, DAVIS, Robert e PENGELLY, Alan, Component-Based Network System Engineering, Artech HouseTelecommunications Library, New York, 1999.

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