ARTHUR HENRIQUE COUTINHO

ESTRATÉGIAS DE CACHE INTERNO A REDESCENTRADA EM CONTEÚDO

LONDRINA–PR

2015

ARTHUR HENRIQUE COUTINHO

ESTRATÉGIAS DE CACHE INTERNO A REDESCENTRADA EM CONTEÚDO

Trabalho de Conclusão de Curso apresentadoao curso de Bacharelado em Ciência da Com-putação da Universidade Estadual de Lon-drina para obtenção do título de Bacharel emCiência da Computação.

Orientador: Prof. Dr. Bruno Bogaz Zarpelão

LONDRINA–PR

2015

Arthur Henrique CoutinhoEstratégias de cache interno a Redes Centrada em Conteúdo/ Arthur Henrique

Coutinho. – Londrina–PR, 2015-36 p. : il. (algumas color.) ; 30 cm.

Orientador: Prof. Dr. Bruno Bogaz Zarpelão

– Universidade Estadual de Londrina, 2015.

1. Palavra-chave1. 2. Palavra-chave2. I. Orientador. II. Universidade xxx. III.Faculdade de xxx. IV. Título

CDU 02:141:005.7

ARTHUR HENRIQUE COUTINHO

ESTRATÉGIAS DE CACHE INTERNO A REDESCENTRADA EM CONTEÚDO

Trabalho de Conclusão de Curso apresentadoao curso de Bacharelado em Ciência da Com-putação da Universidade Estadual de Lon-drina para obtenção do título de Bacharel emCiência da Computação.

BANCA EXAMINADORA

Prof. Dr. Bruno Bogaz ZarpelãoUniversidade Estadual de Londrina

Orientador

Prof. Dr. Segundo Membro da BancaUniversidade/Instituição do Segundo

Membro da Banca

Prof. Dr. Terceiro Membro da BancaUniversidade/Instituição do Terceiro

Membro da Banca

Prof. Ms. Quarto Membro da BancaUniversidade/Instituição do Quarto

Membro da Banca

Londrina–PR, 24 de novembro de 2015

AGRADECIMENTOS

Agradecimentos

COUTINHO, A. H.. Estratégias de cache interno a Redes Centrada em Con-teúdo. 36 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Ciência da Computação) –Universidade Estadual de Londrina, Londrina–PR, 2015.

RESUMO

Resumo

Palavras-chave: Latex. Template ABNT-DC-UEL. Editoração de texto.

COUTINHO, A. H.. Title of the Work. 36 p. Final Project (Bachelor of Science inComputer Science) – State University of Londrina, Londrina–PR, 2015.

ABSTRACT

This is the english abstract. The Abstract in English should be faithful to the Resumo inPortuguese, but not a literal translation.

Keywords: Latex. ABNT-DC-UEL. Text editoration.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

LISTA DE TABELAS

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

RTE Redundant Traffic Elimination

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2 WEBCACHES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3 CACHE INTERNO À REDE BASEADO EM DEEP PAC-KET INSPECTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

4 CONTENT DELIVERY NETWORKS . . . . . . . . . . . . . . 25

5 INFORMATION CENTRIC NETWORKS . . . . . . . . . . . 27

6 DISCUSSÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

7 CONCLUSÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Referências . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

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1 INTRODUÇÃO

Neste trabalho, serão relacionados (encadeados) os antigos estudos de cache emrede (Webproxy, CDN, fingerprint), com as mais recentes propostas de funcionamento decache em ICNs.

Existe o problema do Tráfego Redundante. Os backbones são alvos desse problema.Alvos do problema: - backbones - servidores; consequencias nos dois casos: - maior latêncianas comunicação; - servidores congestionados. As empresas que administram os backbonesestão preocupadas em entregar todos os pacotes que a rede demanda. Atualmente, aindahá a Qualidade de Serviço para os backbones admins se preocuparem.

Na literatura, a palavra chave para resolver esse problema é Eliminação de TráfegoRedundante (RTE). As propostas começaram a surgir há 20 anos (1994) com os projetos deWebcache. Webcaches são suscetíveis a Flash Crowds (também chamado Slashdot effect),o que limita sua escalabilidade. A cooperação entre diversos Webcaches é hierárquica epor HTTP apenas.

Em 1999, surge o primeiro artigo propondo RTE baseada em Deep Packet Inspec-tion (DPI). Entre 2000 e 2010 aparece um número razoável de propostas relacionadas aDPI com Fingerprinting, inspiradas no Boom dos algoritmos de busca do Google. Essetipo de abordagem também é chamada Transparent Caching. Desde meados deste período,RTE com DPI começa a se mostrar inviável: escalabilidade baixa, equipamento caro, di-fícil lidar com dados criptografados, cache armazena só alguns segundos ou minutos detráfego. Quanto aos dados criptografados, o máximo que se conseguiu foi a substituiçãode trechos do pacote IP, como se fosse uma Delta Compression.

Paralelamente, há o surgimento das redes CDN, seguidas de uma grande evolução.As CDNs tornaram-se um serviço colossal com grande retorno financeiro. Diferentes em-presas desenvolvem seu próprio software e solução de CDN. Consequências: - Diferentesredes CDN não coordenam-se. - É necessário configuração explícia dos WebApps. - Énecessário contrato específico entre provedor de conteúdo e administrador CDN. Quandoo administrador CDN é dono de um Backbone, como a Level 3, pode haver convergênciado serviço e da operação da rede (IT/Network convergence). Porém, a convergência totalé impossível.

A área de Redes de Cache foi incentivada por: - Webcaches - CDN - Investigaçõesde aninhamento de buffers em redes IP. Os estudos são modelagens matemáticas de topo-logias de redes de cache. Cada estudo propõe uma topologia otimizada para algum tipode conteúdo ou operação vigente na rede. Em 1997, começou-se a especular se o conteúdoarmazenado nos Webcaches seguia uma distribuição Zipf de popularidade. Foi constatado

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que, na verdade, seguia uma distribuição Zipf-like. Essa distribuição foi muito usada nageração de testes para os modelos propostos.

Em 2001 surge o projeto TRIAD, uma ICN. A partir de 2006, começam a ganharforça outros projetos de ICN. Em 2009 surge o CCN e, logo em seguida, o NDN. Apóssurgirem as primeiras implementações de referência do protocolo, vários estudos de via-bilidade começam a ser feitos. Um desses estudos (2011) verifica se há hardware capaz desuportar a migração de todos os endereços DNS para um único roteador CCN/NDN. Umdos principais estudos é a boa performance do cache. Estudos de performance de cachereaproveitam muito do conhecimento acumulado na área de Redes de Cache. Muitas abor-dagens para o funcionamento do cache foram feitas. Recentemente, elas foram testadasem um survey, e constatou-se que uma das que se sobressaem em termos de desempenhoé o Cache Probabilístico (que se baseia na distribuição Zipf).

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2 WEBCACHES

Webcaches são comumente divulgados como Proxy HTTP, um nó intermediárioda rede capaz de controlar toda a comunicação HTTP ali concentrada. A identificação doconteúdo normalmente é ajustável por Mime type. Um exemplo é o SQUID [??]. Apesarde um Proxy não implementar apenas a função de cache, ela mostrou-se um de seusprincipais atrativos.

Os primeiros Webcaches [1] objetivavam reduzir o tráfego que saía de uma LocalArea Network (LAN). Para tanto, seu posicionamento deveria ser junto ao gateway darede, mantendo um cache de conteúdo HTTP. Quando houvesse uma requisição de con-teúdo encontrado no cache, esta seria atendida sem nenhum encaminhamento ao servidorweb original.

Este método de RTE foi o principal utilizado na década de 90, sendo amplamenteinvestigado para solução de outras demandas, normalmente comerciais. Uma delas é oalívio de carga pelo excesso de requisições a servidores. Como consequência, rapidamentefoi proposto o conceito de Webcache distribuído e de Proxy Reverso.

Webcaches distribuídos mitigam sobrecarga e congestionamento de servidores du-plicando e distribuindo conteúdos frequentes entre nós de uma infraestrutura hierárquica.Tais nós são conscientes de uma topologia semelhante a uma árvore, onde o fluxo vai seafunilando em direção a um gateway (raiz), no caso de requisições, ou em direção à borda(folhas), nos caso de respostas.

A distribuição mantém a média reduzida de latência entre requerinte e provedorporém em uma escala maior, focando em todo um domínio além da LAN. A distribuiçãodesse conteúdo é realizada por algoritmos cujas prioridades são:

∙ Localidade de dados;

∙ Load awareness.

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3 CACHE INTERNO À REDE BASEADO EM DEEP PAC-KET INSPECTION

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4 CONTENT DELIVERY NETWORKS

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5 INFORMATION CENTRIC NETWORKS

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6 DISCUSSÃO

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7 CONCLUSÃO

Sed consequat tellus et tortor. Ut tempor laoreet quam. Nullam id wisi a liberotristique semper. Nullam nisl massa, rutrum ut, egestas semper, mollis id, leo. Nullaac massa eu risus blandit mattis. Mauris ut nunc. In hac habitasse platea dictumst.Aliquam eget tortor. Quisque dapibus pede in erat. Nunc enim. In dui nulla, commodoat, consectetuer nec, malesuada nec, elit. Aliquam ornare tellus eu urna. Sed nec metus.Cum sociis natoque penatibus et magnis dis parturient montes, nascetur ridiculus mus.Pellentesque habitant morbi tristique senectus et netus et malesuada fames ac turpisegestas.

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