Tópicos Avançados em Redes de Computadores – IF747 

A disciplina é para alunos da graduação que querem aprofundar seu conhecimento em tecnologias de comunicação recentes

O conteúdo será dado através de aulas presencias e seminários preparados pelos alunos como parte da avaliação. Outras formas de avaliação incluem: exercícios e projetos alocados através do classroom.

A disciplina contempla dos tópicos:

• Redes Definidas por Software
• Time Sensitive Networks TSN (para ambientes Industry 4.0, automotivos, …)
• Network Function Virtualization (NFV)
• Service Function Chaning (SFC)
• Redes 4G (Long Term Evolution)
• Redes 5G
  • Serviço de Comunicação Ultra Reliable Low Latency (URLLC) em 5G
  • Integração TSN com URLLC
• 5G OpenRAN
• Plano de Dados Linux (DPDK, SR-IOV, XDP, ..)
  • Data Plane Development Kit (DPDK)
  • Novas Tecnologias para Processamento de Pacotes – Single Root I/O Virtualization (SR-IOV)
  • Novas Tecnologias para Processamento de Pacotes – Express Data Path (XDP)
  • Arquiteturas para otimização de plano de Dados
• Programação do Plano de Dados – Programming Protocol-independent Packet Processors (P4)
• Programação do plano de dados P4
• Aulas Praticas (P4, Controladores Openflow, Mininet,..)

Metodologia de Avaliação

• Prova 1 – Exercícios
• Prova 2 – Projeto

Redes de Computadores (IN1010 e IF738)

A disciplina é para:

1. Alunos da graduação precisam aprofundar seu conhecimento em tecnologias de comunicação, arquiteturas de redes e tendências na área em geral
2. Alunos da posgraduação (IN1010) planejando o desenvolvimento das suas pesquisas nas grandes áreas de redes de computadores ou sistemas distribuídos e que precisam de um embasamento solido.

Observação: IN1010 tem foco adicionais como aspectos de pesquisa relacionados ás tecnologias apresentadas e abordara publicações recentes relevantes aos tópicos selecionados.

Parte I – Protocolos de Transporte

Revisão do Modelo de Referência

• Evolução do meio Físico – Code Division Multiplexing (CDMA)
• Evolução do meio Físico – Modulação OFDM e DWDM
• Evolução dos Protocolos de Transporte
• TCP e UDP
• Protocolos de Transporte – Protocolo SPDY
• Protocolos de Transporte – Protocolo QUIC
• Protocolos de Transporte – Protocolo HTTP2.0

Parte II – Redes Definidas por Software (SDN)

• Redes Definidas por Software (SDN) – Definições
• Redes Definidas por Software (SDN) – Arquitetura OpenDayLight
• Redes Definidas por Software – Openflow
• Redes Definidas por Software – NFV, SFC e NSH
• Aulas Práticas – Plano de Controle SDN

Parte III – Redes Sem Fio

• Sistema Celular 4G Long Term Evolution (LTE)
• Redes sem Fio para IoT
• Modulação LoRa e Redes sem Fio LoRaWAN
• Bluetooth Low Energy (BLE)
• Arquitetura de Redes 5G

Parte IV – Redes Determinísticas

• Serviço de Comunicação Ultra Reliable Low Latency (URLLC) em 5G
• Redes Time Sensitive Networks (TSN) para Industry 4.0
• Aulas Práticas: SImulador TSN

Parte V – Processamento e programação de Pacotes em Linux (plano de dados)

• Processamento de Pacotes em Linux (plano de dados) e Limitações
• Novas Tecnologias para Processamento de Pacotes – Data Plane Development Kit (DPDK)
• Novas Tecnologias para Processamento de Pacotes – Single Root I/O Virtualization (SR-IOV)
• Novas Tecnologias para Processamento de Pacotes – Express Data Path (XDP)
• Arquiteturas para otimização de plano de Dados
• BESS Berkeley Extensible Software Switch
• Programação do Plano de Dados – Programming Protocol-independent Packet Processors (P4)
• Aulas Práticas de Programação P4

Parte VI – Tópicos Adicionais

• Criptografia baseada em Curvas Elípticas (ECC)
• Tecnologia Blockchain

Parte VII – Redes Ad hoc

• Roteamento em Redes sem Fio
• Roteamento em Redes sem Fio – AODV
• Roteamento em Redes sem Fio – DSR
• Redes Veiculares

Metodologia de Avaliação

• Prova 1 – Exercícios
• Prova 2 – Projeto
• Prova 3 – Prova Escrita

 

Projetos Práticos 

Prática 1: Análise de Conexões TCP e UDP.

• Atividade:Usar iperf e netcat para gerar tráfego TCP e UDP no Mininet. Capturar com Wireshark e analisar as diferenças, focando no estabelecimento da conexão TCP e na falta de garantias do UDP.
  • Ferramentas:Mininet, iperf, netcat, Wireshark.

Prática 2: Visualizando o Controle de Congestionamento.

• Atividade: Utilizar iperf para realizar uma transferência longa de dados em uma rede com gargalo no Mininet. Plotar gráficos de vazão e janela de congestionamento para visualizar o comportamento dos algoritmos.
  • Ferramentas: Mininet, iperf, ferramentas de plotagem (gnuplot/matplotlib).

Prática 3: Configurando um Servidor Web.

• Atividade:Configurar um servidor web Apache em um host do Mininet. Fazer requisições HTTP a partir de outros hosts e analisar a troca de mensagens com o Wireshark.
  • Ferramentas:Mininet, Apache, Wireshark.

Prática 4: Laboratório de IoT com MQTT.

• Atividade:Simular um cenário de IoT usando Mininet. Configurar um broker MQTT em um host e criar publicadores e assinantes em outros hosts para trocar mensagens.
  • Ferramentas:Mininet, Mosquitto (MQTT broker).

Prática 5: Introdução à Simulação de Redes com NS-3.

• Atividade:Apresentação da ferramenta NS-3. Compilar e executar um script de exemplo de uma rede ponto-a-ponto para se familiarizar com o ambiente de simulação.
  • Ferramentas:NS-3.

Prática 6: Simulando um Cenário 5G Básico.

• Atividade:Analisar e executar um script pré-configurado no NS-3 que simula uma célula 5G simples. O objetivo é extrair e analisar métricas de vazão e latência.
  • Ferramentas:NS-3, módulo 5G-LENA.

Prática 7: Desenvolvimento do Projeto Prático (Parte 1).

• Atividade:Início do desenvolvimento de um projeto prático em grupo, que pode ser uma aplicação SDN complexa, um cenário de Service Chaining com VNFs customizadas ou uma simulação 5G avançada.
  • Ferramentas:Mininet, NS-3, etc.

Prática 8: Desenvolvimento do Projeto Prático (Parte 2).

• Atividade: Continuação do desenvolvimento do projeto com suporte e orientação em sala.

Referencias e Paginas uteis

• CDMA Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Code-division_multiple_access#:~:text=To%20permit%20this%20without%20undue,limit%20the%20user’s%20frequency%20range.
• DWDM: https://en.wikipedia.org/wiki/Wavelength-division_multiplexing
• SPDY: An experimental protocol for a faster web, https://www.chromium.org/spdy/spdy-whitepaper
• A QUIC Tutorial SIGCOMM 2020, https://qlog.edm.uhasselt.be/sigcomm/files/QUICTutorial_SIGCOMM2020.pdf
• A Comprehensive Tutorial on Software Defined Network, https://dl.acm.org/doi/10.1145/2979779.2983928
• NFV: https://www.telecomtutorial.info/post/introduction-to-nfv-network-function-virtualization
• NFV: https://www.etsi.org/technologies/nfv/nfv-tutorials
• SFC: https://wiki.onosproject.org/pages/viewpage.action?pageId=4163192
• A Survey on Service Function Chaining, https://www.cse.wustl.edu/~jain/papers/ftp/jnca16.pdf
• Packet Processing: Assis T. de Oliveira Filho, Eduardo Freitas, Pedro R.X. do Carmo, Djamel H.J. Sadok, Judith Kelner, An experimental investigation of Round-Trip Time and virtualization, Computer Communications, Volume 184, 2022, Pages 73-85,
• ISSN 0140-3664, https://doi.org/10.1016/j.comcom.2021.12.006.
• Foundation, Data plane development kit, (2018). URL: https://www.dpdk.org/
• DPDK : M.-A. Kourtis,    Xilouris,  V.  Riccobene,  M.  J.  McGrath,  G.  Petralia,H. Koumaras, G. Gardikis, F. Liberal, Enhancing vnf performance by ex-ploiting sr-iov and dpdk packet processing acceleration, in: 2015 IEEE Con-ference on Network Function Virtualization and Software Defined Network(NFV-SDN), 2015, pp. 74–78.doi:10.1109/NFV-SDN.2015.7387409
• XDP: M. A. M. Vieira, M. S. Castanho, R. D. G. Pac ́ıfico, E. R. S. Santos, E. P.M. C. J ́unior, L. F. M. Vieira, Fast packet processing with ebpf and xdp:Concepts, code, challenges, and applications, ACM Comput. 53 (1). DOI:10.1145/3371038.URLhttps://doi.org/10.1145/3371038
• Single Root I/O Virtualization (SR-IOV). MSDN. https://docs.microsoft.com/en-us/windows-hardware/drivers/network/single-root-i-o-virtualization–sr-iov-