Projeto de Redes de Computadores

Lista de Exercícios

A maioria dos exercícios foi tirada do livro texto principal da disciplina (McCabe).

1. Uma Metodologia para o Projeto de Redes de Computadores

1. Leia as RFCs relevantes e Internet-drafts do Integrated Services Working Group (INT-SERV) do IETF. Como esses RFCs e drafts se assemelham e diferem das discussões de serviços deste capítulo? Como eles se comparam ao conceito de serviços do ATM Forum baseado nas referências dadas no livro de McCabe, capítulo 1?
2. Como serviços seriam aplicados num ambiente Internet? Descreva três níveis de serviços para este ambiente. Como tais serviços seriam diferentes se fossem para um ambiente intranet?
3. A RFC1633 descreve a oferta de um serviço em tempo real. O que tempo real significa no contexto desta RFC? Indique duas aplicações que se encaixam na descrição de tempo real nesta RFC.
4. O que caracteriza um serviço de melhor esforço? Um serviço especificado? Esses dois tipos de serviços podem coexistir na mesma rede? Caso possam, de que forma? Descreva brevemente mecanismos que combinem os dois tipos de serviços na mesma rede.
5. As características de desempenho de confiabilidade, capacidade e atraso estão relacionados entre si. Por exemplo, a redundância é um fator de confiabilidade mas aquela também baseia-se na capacidade e no atraso. Mostre como mudanças na capacidade e atraso numa rede podem afetar o grau de redundância e a confiabilidade.

2. Análise de Requisitos: Conceitos

1. Um sistema genérico tem componentes do tipo usuário, aplicação, hospedeiro e rede. Em que componente(s) cada um dos seguintes se encaixa?

a) Software de banco de dados
b) Um servidor de aplicação
c) Uma impressora ou servidor de impressão

2. A interatividade é um requisito do usuário para obter um sistema que "responde bem" (bom tempo de resposta). Que ordem de grandeza você pode estimar para o tempo de resposta estimado de:

a) Acesso a uma página Web
b) Descarregar arquivos da Web
c) Visualização interativa, num ambiente de jogo distribuído, por exemplo
d) Uma consulta a banco de dados

3. Para cada tipo de atraso de aplicação na Figura 2-5, dê um exemplo de uma aplicação com este comportamento de atraso.

Figura 2-5. Tipos de Atraso para Aplicações

4. Liste as cinco aplicações mais importantes de seu ambiente de acordo com popularidade, uso, ou quantidade de tráfego na rede. Em qual grupo de aplicações cada aplicação se encaixa? Você pode pensar em novos tipos de grupos de aplicações não listados no capítulo 2 do livro?
5. Determine a configuração de hardware e software de um hospedeiro no seu ambiente, incluindo:

a) Sistema operacional (tipo, versão corrente)
b) Interfaces de rede
c) Quantidade de memória primária e secundária
d) Tipos de periféricos

6. Equipamento especializado inclui equipamento que seja dependente de localização, possuindo funcionalidade especializada ou informação que seja específica a uma localidade. Considere uma rede que conecte uma biblioteca médica a hospitais e universidades como mostra a Figura 2-14 do livro. Que tipos de informação serão específicos a cada biblioteca médica? Que tipos de informação serão comuns a todas as bibliotecas médicas? Liste algumas das dificuldades que podem ser encontradas ao transferir dados médicos através de uma rede deste tipo.

Figura 2-14. Rede de Bibliotecas Médicas

7. Seu ambiente de projeto inclui várias redes Ethernet que serão integradas no projeto. Liste as características de desempenho e funcionais de Ethernet (10bT).

3. O Processo de Análise de Requisitos

1. As condições iniciais para o projeto de uma rede ajudam a fixar o ponto de partida para o projeto pelo estabelecimento de uma base (baseline) a partir da qual o projeto evoluirá. Quais são algumas das condições iniciais prováveis para o projeto de uma rede completamente nova? Para uma rede nova que será integrada a redes existentes? Para a atualização de uma rede existente?
2. Considere o projeto de uma rede mas sem a possibilidade de falar com os usuários finais. Que outros recursos podem ser usados para levantar requisitos sobre os usuários, aplicações, hospedeiros e redes existentes? Descreva brevemente um método para o levantamento de requisitos quando não há envolvimento dos usuários finais.
3. Métricas de serviço são usadas para monitorar, medir e verificar serviços na rede e para determinar se os requisitos estão sendo cumpridos. Portanto, as métricas de serviço devem ser compreensíveis para operadores da rede, gerentes e/ou usuários finais. Por exemplo, para verificar um nível de serviço com atraso de ida-e-volta de 40 ms, pode-se utilizar o utilitário ping e monitorar o limiar de 40 ms:

Para cada nível de serviço abaixo, descreve a métrica de serviço que poderia ser usada para medir o nível de serviço e uma ferramenta ou variável correspondente para a métrica.

a) Disponibilidade entre duas redes conectadas A e B.
b) Atraso fim-a-fim entre a rede A e um recurso computacional na rede B.
c) Taxa média de tráfego para/de o servidor C, medida em todas as interfaces de rede em C em intervalos de 5 minutos.
d) Caminho(s) fim-a-fim entre o hospedeiro X na rede A e o recurso Y na rede B.

4. O utilitário pathchar (disponível em ee.lbl.gov) ajuda a determinar as características (atraso, capacidade e perda de pacotes) de um caminho da rede. Segue um exemplo de um rastro obtido com pathchar:
   
   roller# ./pathchar www.stanford.edu
   pathchar to www.standford.edu (36.190.0.136)
   mtu limited to 1500 bytes at local host
   doing 32 probes at each of 64 to 1500 by 44
   0 roller.nas.nasa.gov (129.99.236.14)
   | 10 Mb/s, 319 us (1.81 ms)
   1 test-bin.nas.nasa.gov (129.99.236.254)
   | 11 Mb/s, 603 us (4.12 ms), +q 1.28 ms (1.75KB)
   2 nas-bcn1.nas.nasa.gov (129.99.223.254)
   | 60 Mb/s, 70 us (4.46 ms)
   3 nas-fix1.nas.nasa.gov (129.99.144.236)
   | 10 Mb/s, 402 us (6.45 ms)
   4 192.92.167.3 (192.92.167.3)
   | ??b/s, 110 us (5.90 ms)
   5 ARC1.NSN.NASA.GOV (192.203.230.5)
   | ??b/s, 1.43 ms (8.67 ms), 4% dropped
   6 sanjose1-br1.bbbplanet.net (192.32.184.19)
   | 37 Mb/s, -18 us (9.73 ms), +q 5.66 ms (25.9 KB) +2, 3% dropped
   9 sunet-gateway.standford.edu (198.31.10.1)
   | 285 Mb/s, 219 us (10.2 ms), +q 4.24 ms (152 KB) +3, 2% dropped
   10 Core-gateway.Stanford.EDU (171.64.1.33)
   | 11 Mb/s, 254 us (11.9 ms), +q 4.41 ms (5.80 KB) +3, 3% dropped
   11 ceras-gateway.Stanford.EDU (171.64.1.6)
   | 4.8 Mb/s, -75 us (14.2 ms), +q 5.98 ms (3.61 KB) +2, 2% dropped
   12 www.Stanford.EDU (36.190.0.136)
   12 hops, rtt 7.28 ms (14.2 ms) bottleneck 4.8 Mb/s, pipe 14233 bytes

Mostre como este utilitário pode ser usado para prover métricas de serviço rudimentares para disponibilidade, atraso e capacidade.

5. Qual é a diferença entre especificar uma disponibilidade de 99.99% e um tempo de parada de 1 minuto/semana? Mostre um exemplo onde a especificação de tempo de parada seja mais útil do que a especificação correspondente de disponibilidade.
6. A Figura 3-8 mostra estimativas de atraso para o tempo de resposta humano, o atraso de interação e o atraso de propagação na rede. Forneça um exemplo de aplicação para cada estimativa de atraso. Existem aplicações que podem ser delimitadas por duas destas estimativas de atraso? Dê exemplos.

Figura 3-8. Estimativas de Atraso para Requisitos do Usuário

7. De que forma a variação no atraso pode afetar um fluxo de tráfego? Que características de uma aplicação indicam que ela seja sensível à variação no atraso? Como fazer para medir a variação no atraso na rede?

4. Análise de Requisitos: Prática

Não há exercícios no livro de McCabe.

5. Análise de Fluxos: Conceitos

1. Dispositivos podem ser ambos fontes e sorvedouros dependendo da aplicação e do fluxo. Quais dos dispositivos seguintes seriam fontes e quais seriam sorvedouros? Por quê?

a) Um dispositivo de armazenamento recebendo um fluxo de vídeo de uma câmera
b) Uma unidade de editoração de vídeo usando vídeo do dispositivo de armazenamento acima
c) Um servidor Web e seus clientes
d) Uma fazenda (farm) de discos para armazenamento

2. Aplique o modelo de fluxo apropriado (par-a-par, cliente-servidor, computação distribuida, computação cooperativa) para cada exemplo a seguir:

a) Usuários na Internet acessando um único servidor Web
b) Quarenta estações de trabalho processando tarefas em batch à noite e gerenciadas por um computador de grande porte central
c) Uso de correio eletrônico na Internet
d) Uma aplicação de processamento de transação autorizando transações de cartão de crédito entre as filiais e a sede de uma cadeia de lojas.

3. Para cada exemplo do exercício 2, forneça a(s) direção(ões) mais provável(eis) para os fluxos descritos pelo modelo de fluxo.
4. A regra 80/20 (local/remoto) descreve distribuições de fluxos para ambientes tradicionais onde os recursos de um usuário estavam tipicamente perto do usuário (local). Mostre como a distribuição de fluxo para um modelo de fluxo (escolha qual dos modelos usar) mudará de 80/20 para 50/50 e para 20/80 à medida que os fluxos cruzam fronteiras de fluxos (i.e., LAN/WAN). Quais características do modelo de fluxo, dispositivos ou ambiente de projeto indicam que a distribuição de fluxo vai mudar?
5. Dê um exemplo de um modelo de fluxo cliente-servidor que tenha ambas as distribuições de fluxo 80/20 (LAN/WAN) e 50/50 ou 20/80 no mesmo ambiente de projeto.
6. Mostre como seria a flowspec de uma parte para os seguintes fluxos do tipo melhor-esforço (todos os fluxos estão no mesmo caminho fim-a-fim):

7. A flowspec pode ser vista como uma hierarquia multi-nível de serviços de rede onde o plano de capacidade é o nível mais básico de serviço e o plano de serviço descreve requisitos e garantias individuais e combinados de serviço. Como a flowspec se relaciona com a discussão de serviços de rede do capítulo 1? Mostre como uma flowspec poderia ser usada para descrever uma hierarquia de serviços de rede de três níveis para um projeto.

6. Análise de Fluxos: Regras

Exercícios 1 a 3 são referentes ao ambiente de data mining (Exemplo 6-1) discutido na seção 6-1 do livro de McCabe.

1. De que forma as fontes e sorvedouros de cada aplicação no ambiente de data mining mudariam se:

a) não existissem caches no ambiente.
b) fluxos de dados fossem feitos diretamente entre o dispositivo de armazenamento e os servidores Web para cada pedido de dados, e os servidores Web atualizassem as caches após o fim de cada pedido.
c) existisse apenas um servidor Web no ambiente localizado no Campus Z.

2. Coloque fronteiras de fluxos nesse ambiente. Tente fronteiras Campus/Campus e também fronteiras Prédio/Prédio. O que cada situação nos diz sobre os fluxos do tipo cliente-servidor e/ou do tipo computação cooperativa nesse ambiente?
3. Nesse exemplo, estimamos que o fluxo entre um servidor e um cliente seja de aproximadamente 8 Mb/s. Aplique modificadores de desempenho para distribuições de fluxo 80/20, 50/50 e 20/80 à capacidade desse fluxo e estime as capacidades necessárias para este fluxo para cada distribuição de fluxo. O que você poderia recomendar se o ambiente de projeto fosse baseado em 10bT? Em FDDI? Em ATM com taxa T3 (usando 34 Mb/s como esta taxa)? (Use o equivalente brasileiro de T3).
4. Você está projetando uma rede para um ambiente de processamento de transação on-line (OLTP), digamos uma rede de lojas no varejo. O ambiente atual usa um mainframe com vários terminais conectados ao mesmo, seja diretamente ou através de um servidor de terminais como mostra a Figura 6-17.
   A empresa está mudando para um ambiente de computação cooperativa onde haverá múltiplos servidores regionais de banco de dados agindo de forma cliente-servidor e atualizando um ao outro através de um gerente de banco de dados, como mostra a Figura 6-18.
   Mostre as prováveis fontes e sorvedouros em ambos os ambientes. De que forma a migração de um ambiente baseado em mainframe para um ambiente baseado em computação cooperativa afetará os fluxos de tráfego no sistema? De que formas o novo ambiente melhora os fluxos de tráfego? Indique alguns dos trade-offs entre os dois ambientes - por exemplo com relação à segurança, gerência, simplicidade, facilidade de uso, desempenho, custo.

Figura 6-17. Ambiente de Mainframe para Aplicação OLTP

Figura 6-18. Ambiente de Computação Cooperativa para Aplicação OLTP

7. Análise de Fluxos: Prática

Não há exercícios no livro de McCabe.

8. Projeto Lógico: Escolhas de Tecnologias

1. Para os seguintes objetivos principais de projeto, liste pelo menos dois objetivos secundários ou derivados. Explique suas respostas.

a) Minimizar os custos da WAN
b) Simplificar o conserto da rede
c) Mudar a escala da rede:

- De LAN para WAN
- Para duplicar a vazão da backbone
- Para aumentar o número de usuários em 50%

2. Para um ambiente de jrojeto de LAN para 150 usuários, foram-lhe dados os objetivos de projeto de deixar a rede fácil de usar e administrar e de maximizar o desempenho da rede pela escolha das tecnologias de mais alto desempenho disponíveis. Explique os trade-offs entre estes dois objetivos e desenvolva uma tabela simples que mostre tais trade-offs para as seguintes tecnologias:

- Ethernet (10bT)
- Fast Ethernet
- Gigabit Ethernet
- ATM (backbone OC-12c com acesso OC-3c)
- HiPPI

Considere as necessidades de gerência de rede para cada uma das tecnologias incluindo help-desk e suporte ao Centro de Operações de Rede (NOC).

3. Alguns critérios comuns de avaliação de tecnologias foram apresentados na seção 8.3. Liste outros critérios que você usaria ao avaliar tecnologias de rede ou forneça alguns exemplos dos critérios em 8.3.
4. No projeto da Figura 8-30, dois backbones (BB1 e BB2) conectam três regiões da rede. Que fatores de escala deveriam ser usados nas capacidades destes backbones? Quais são as novas capacidades para os fluxos dos backbones?

Figura 8-30. Figura para o Exercício 4

5. Na Figura 8-31 você está se preparando para tomar decisões de tecnologia para a MAN do Campus de Chicago; para a conexão WAN de Chicago para Toronto, Boston e Philadelphia; e para a conexão Internet em Chicago. Determine a localização de caixas pretas em cada área de forma a isolar os fluxos para cada uma dessas conexões.

Figura 8-31. Projeto para o Exercício 5

9. Projeto Lógico: Mecanismos de Interconexão

1. Usando as regras de planejamento de capacidade dadas na seção 9.2, recomende se é necessário ou não introduzir hierarquia nos seguintes ambientes de mídia-compartilhada:

a) Uma rede Ethernet de 10 Mb/s com pico de tráfego de 9 Mb/s MDR
b) Uma rede FDDI de 100 Mb/s que suporte uma SDR de 40 a 45 Mb/s
c) Uma rede Ethernet de 10 Mb/s com fluxo composto CF1 cujo SDR consiste de:

- f_a, um fluxo cliente-servidor com capacidadede 400 Kb/s
- f_b, um fluxo de computação distribuida com capacidade de 1.2 Mb/s
- f_eng, um fluxo de vídeo em tempo real com capacidade de 2.7 Mb/s

2. Considere um ambiente de projeto onde temos uma base existente de PCs e estações de trabalho com interfaces Ethernet. As necessidades atuais de capacidade estão além de 10 Mb/s e deseja-se manter o investimento em placas de rede (NICs) Ethernet. Estamos migrando de uma rede compartilhada e estamos examinando roteadores IP, switches Ethernet de 10 Mb/s e 100 Mb/s e Emulação LAN como opções possíveis. Compare essas opções, sem considerar a capacidade, por enquanto. Que características particulares do ambiente de projeto indicam cada uma dessas opções? Que requisitos do ambiente de projeto deveríamos ter para permitir fazer uma escolha melhor?
3. Usaremos LANE como etapa intermediária na migração de hospedeiros Ethernet para um ambiente 1577. Nossos hospedeiros começarão com placas Ethernet e eventualmente receberão placas ATM OC-3c no ambiente 1577 (ver Figura 9-18).
   Projete o ambiente LANE mostrando todos os servidores LANE (LECS, LES, BUS, SMS) e a conectividade entre eles e os clientes (use 12 clientes). Mostre como os clientes migrarão do ambiente LANE para o ambiente 1577 (os switches ATM mostradas no ambiente 1577 na Figura 9-18 também estão no ambiente LANE) à medida que suas placas sejam atualizadas de Ethernet para ATM OC-3c. Que mudanças devem ser feitas nas configurações dos hospedeiros quando migram para o ambiente 1577?
4. Para cada ambiente seguinte, você recomendaria switching ou roteamento? Por quê? Explique suas escolhas.

a) Um grupo de trabalho de 100 estações de trabalho dentro de um prédio usando aplicações cliente-servidor e compartilhando um endereço de sub-rede IP.
b) Conectar sua LAN à Internet através de uma linha dedicada T1 (E1 no Brasil) de um ISP.
c) Um backbone entre várias organizações diferentes numa empresa. Cada organização quer se proteger das demais e requer que se monitore o tráfego entre fronteiras organizacionais.

5. Em vários dos mecanismos híbridos, um fluxo pode ter um caminho chaveado ou roteado dependendo das características do fluxo. Dadas as características de switching e roteamento discutidas neste livro e no exercício 9.3, quando você recomendaria que um fluxo fosse chaveado e quando você recomendaria que fosse roteado? Apresente recomendações baseadas em:

a) A duração do fluxo em termos do número de células, quadros e pacotes
b) O tipo do fluxo, por protocolo ou aplicação
c) Os requisitos de serviço do fluxo (i.e., requisitos de desempenho)
d) O destino (e possivelmente a fonte) do fluxo, representado como endereço de camada de enlace ou de camada de rede.

Existem outras características de fluxos que deveriam ser consideradas? Caso positivo, forneça exemplos.

10. Projeto Lógico: Gerência de Rede e Segurança

Dada a rede da Figura 10-10, você estará projetando um esquema distribuído de gerência e um esquema de segurança. Os exercícios seguintes referem-se ao desenvolvimento deste projeto.

1. Esse ambiente corporativo de informática atualmente tem um sistema de gerência de rede no Centro Corporativo de Operação de Rede (NOC) que monitora apenas os 13 roteadores corporativos. Projete um esquema de gerência de rede que permitirá monitorar, além dos roteadores, os 190 hospedeiros e roteadores de acesso discado e mantendo o tráfego de gerência local a cada área (Minneapolis, Los Angeles e Washington,. D.C.).
2. Quanto tráfego de gerênca teria sido gerado num sistema centralizado de gerência de rede, supondo a obtenção de 9 contadores SNMP em cada roteador e polling via ping em cada hospedeiro com um intervalo de polling de 5 minutos?
3. Adicione uma forma de gerenciar cada área remota usando um canal fora-de-banda a partir do NOC corporativo.
4. Recomende mecanismos de segurança de rede para a WAN corporativa que mazimize o desempenho da rede para a área de Los Angeles e que maximize a segurança para a área de Washington, D.C.
5. De que forma a gerência com canal fora-de-banda a partir do NOC corporativo afeta a segurança da rede?
6. Recomende duas formas de verificar a informação de tráfego adquirida através de contadores SNMP em cada roteador.

11. Projeto de Rede: Físico

1. Para o ambiente de campus da Figura 11-24, a empresa deseja redundância entre os prédios A, C e D. Tem cabeamento sobrando nas canaletas entre A e C e entre D e C and não existe canaleta entre A e D. Algumas das opções que temos são:

• Usar cabos existentes para prover cabeamento redundante de A para D passando por C; isto pode ser diretamente de A para D ou com uma parada (por exemplo, num patch panel ou fiber splice) em C
• Colocando canaletas e cabeamento diretamente entre A e D
• Usando um canal de microondas diretamente entre A e D

Dadas as opções, qual você recomendaria quando a área entre os prédios A/B/C e D (Área 51) é:

a) Uma estrada
b) Uma pista de aeroporto
c) Um parque pertecendo a e administrado pela empresa

Quais são suas considerações para cada cenário? Descreva suas justificativas para cada escolha.

2. Para a Figura 11-24, a empresa também deseja redundância para o provedor de serviço. Atualmente, conecta-se a uma central de comutação (CO) do provedor de serviço. Dado que o prédio de comunicação (C) é o ponto principal de entrada para a comunicação externa (tal como para o provedor de serviço), e que o prédio de informática é o ponto final de toda a comunicação de alto desempenho e o ponto de foco da rede inteira, qual seria a forma de prover conectividade redundante usando a central CO? E se usar duas COs em locais diferentes?

12. Endereçamento e Roteamento

Os exercícios 1 a 4 referem-se ao projeto da Figura 12-24.

1. Onde estão as áreas funcionais deste projeto?
2. Onde estão as fronteiras lógicas e físicas potenciais para o projeto?
3. Dado o endereço de rede 129.99.0.0, desenvolva um esquema de endereçamento de tamanho variável que melhor se adeque ao ambiente de projeto usando os seguintes números de usuários:

4. Você está usando BGP-4 na WAN entre AS1, AS2 e AS3. Descreva usando texto simples ou através de declarações de política do BGP-4 como você:

a) permite que AS3 se comunique com AS1, mas sem permitir que AS2 se comunique com AS1;
b) permite acesso Internet para AS2 e AS3 através de AS1 apenas entre 18:00 e 06:00 toda noite.

Refira-se à RFC-1171 para detalhes da especificação BGP-4.

5. Considere o seguinte cenário: você é um ISP e tem um grupo de blocos CIDR para alocar endereços. Você alocou endereços para vários clientes de um bloco CIDR de 64 endereços classe C (198.9.128.0 até 198.9.191.0, o que pode também ser colocado como 198.9.128.0/18 usando uma máscara de endereços de 18 bits). Agora um dos seus clientes quer parar de usar seu serviço e mudar de ISP e deseja permanecer com a classe C que você alocou para ele (198.9.145.0). Você está num dilema: você não pode pegar a classe C de volta (os advogados do cliente são melhores do que os seus!) mas, por outro lado, divulgar um bloco CIDR contendo aquela classe C parece quebrar uma das regras do endereçamento CIDR. O que você faz?
   Acontece que você pode deixar que o (futuro) ex-cliente utilize o endereço classe C do seu bloco CIDR e ainda divulgar o bloco. Mostre como o roteamento baseado em "casamento de rotas mais específicas" permite que isso funcione. Também mostre o que ocorre com o tráfego do ex-cliente se tiver um furo na Internet e a rota do ex-cliente for removida.
6. Para cada um dos seguintes endereços, identifique sua máscara natural (em notação decimal com pontos - i.e., 255.255.255.0), seu máscara de sub-rede/super-rede (em notação decimal com pontos) e a faixa de redes ou sub-redes permitidas pela máscara. Também descreva qualquer problema e limitações da combinação endereço/máscara, se houver.

a) 129.99.0.0/16
b) 136.178.0.0/22
c) 198.9.9.0/28
d) 192.92.240/20
e) 192.92.243/20

7. Muitos ambientes de projeto requerem acesso redundante à Internet com a conexão de backup em modo hot-standby ou num modo operacional (usando balanceamento de carga entre as duas conexões). Usando BGP-4, descreva uma estratégia para prover uma conexão de backup para a Internet quando a conexão está em modo hot-standby (isto é, ela pode se tornar operacional através de uma mudança na configuração de roteamento). A Figura 12-25 mostra como seria as conexões principal e standby. O que seria necessário para transformar a conexão de backup em modo hot-standby numa conexão operacional com balanceamento de carga?