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Algoritmo serve para alguma coisa? OSPF e Algoritmo de Dijkstra

macariobm — Fri, 22 Dec 2023 11:15:41 +0000

Quando começamos os estudos na área de computação é comum ouvirmos a importância de estudar lógica e algoritmos. É mais comum ainda que à primeira vista esse estudo seja frustrante e pareça muito abstrato e afastado do nosso imediato.

Por isso, trago um exemplo de protocolo de roteamento baseado no algoritmo de Edsger Dijkstra, cientista da computação holandês, em artigo inicialmente publicado em 1959.

#️⃣ Uma pequena introdução

Sabemos que a internet é uma rede de redes interconectadas e entre os muitos equipamentos necessários para viabilizar essas conexões estão os roteadores. Essa grande rede de redes pode ser dividida em Sistemas Autônomos (Autonomous Systems, AS), que de acordo com a RFC 2328 são "um grupo de roteadores trocando informações de roteamento por meio do mesmo protocolo".

Para garantir que um AS possa se comunicar com outros ASs existe o Border Gateway Protocol (BGP), um protocolo de "borda", uma espécie de correio da internet.

Entre os protocolos internos ao AS (Interior Gateway Protocol, IGP) está o OSPF ou Open Shortest Path First. Em tradução livre, menor rota aberta primeiro. É ele que vamos estudar aqui.

#️⃣ O que é um grafo?

Um grafo é uma estrutura, uma forma de modelar relações entre entidades ou eventos. É formado por vértices (ou nós) ligados por arestas. Os nós ligados são chamados de adjacências ou vizinhos.

A partir desse grafo tirado do artigo de Krushna Prasad Sahoo (que vai bem mais fundo na utilização do algoritmo pelo OSPF) podemos começar a entender como tudo funciona.

#️⃣ Algoritmo de Dijkstra

O algoritmo basicamente calcula a menor distância entre o nó de origem e todos os outros nós do grafo, atribuindo um valor para cada aresta segundo uma métrica (caracterizando um grafo valorado e dirigido). Isso é feito por meio de iterações até que todos os nós sejam analisados e a menor distância encontrada.

Por exemplo, no grafo acima o nó de origem é 0 e o custo de ir de 0 a 1 é 2 e de 0 a 2 é 6. Para chegarmos ao nó 3 temos as opções da rota 0 -> 1 -> 3 (custo total 7) ou 0 -> 2 -> 3 (custo total 14). Fica evidente que a melhor rota é a primeira. Simplificadamente, é esse o cálculo realizado pelo algoritmo.

Mais concretamente: no primeiro estágio do processo cada nó (geralmente um roteador) do Sistema Autônomo usa o Algoritmo de Dijkstra para elaborar a própria rota mais curta (shortest path) para os nós seguintes. Isso será feito sucessivamente até que se encontre a melhor rota a ser percorrida pelos pacotes até seu destino. Repito: o algoritmo em si é mais complicado e o OSPF funciona de forma mais complexa e conta com mais de uma versão. Para uma visão mais profunda recomenda-se as RFCs.

#️⃣ Como é definido o custo?

custo = largura de banda de referência/largura da banda (em bps)

Quanto maior a largura da banda menor o custo.

É a partir desse cálculo que os roteadores distribuem o tráfego. Por exemplo, se o custo for igual em todos os caminhos (considerando que sejam rotas internas, de mesmo tipo) o tráfego será igualmente dividido entre todos.

Calculado o custo, usando seu próprio link state database cada roteador armazena sua própria tabela de roteamento e a sincroniza com a de seu vizinho por meio do Database Exchange Process. Para otimizar ainda mais o processo o OSPF permite a criação de áreas: agrupamentos de redes com topologia interna oculta ao resto do AS. Assim é possível diminuir o tráfego e aumentar o desempenho. Os roteadores possuem um database para cada área que estiverem conectados; portanto, roteadores de borda (conectados a mais de uma área) possuem mais de uma tabela.

#️⃣ Outras características do OSPF

desenvolvido para funcionar especialmente com TCP/IP e suporta IPv4 e IPv6, além de CIDR
é um protocolo dinâmico: a comunicação frequente entre nós permite detecção de qualquer alteração na topologia da rede e consequente novo cálculo das rotas
possibilita flexibilidade nas sub-redes, pois permite a utilização do VLSM (Máscara de Sub-rede de Tamanho Variável)
possui autenticação com senha ou chave criptografada no cabeçalho dos pacotes, evitando que roteadores desconhecidos acessem a rede

Como pudemos ver o OSPF é um protocolo importante e abrangente e tem no Algoritmo de Dijkstra um de seus pilares. Outros equipamentos usam outros algoritmos para funcionarem, então mesmo que pareçam muito abstratos é importante conhecê-los para termos uma visão melhor sobre nosso objeto de estudo seja ele qual for.

Conceitos básicos de cloud computing, 2.1. Um pouco sobre Infrastructure-as-Code (IaC)

macariobm — Sun, 29 Oct 2023 11:05:25 +0000

Já vimos que a virtualização "desacoplou" a infra de computação, armazenamento e redes dos recursos de hardware. Por isso, antes de falar sobre escalabilidade é bom termos uma noção de Infrastructure-as-Code (IaC), um approach que nos permite tratar (provisionar e gerenciar) a infraestrutura como um sistema de software.

💠O que é IaC?

É uma maneira de construir e gerenciar infraestrutura dinâmica e imutável. Além disso, como é código, nela podem ser adotas práticas de engenharia de software, sendo parte dos processos mais importantes na cultura DevOps, como o CI/CD.

Tudo bem, é uma infra como código, mas qual código?

As ferramentas de IaC usam linguagens declarativas de um nível mais alto, mais legíveis para humanos. Elas podem ser linguagens de serialização de dados como JSON e YAML ou Linguagens Específicas de Domínio (Domain Specific Languages, DSL) como o HCL da Hashicorp e o Bicep da Microsoft. Para mais informações sobre DSLs clique aqui.

💠O que a IaC tenta resolver?

Entre outros, os principais problemas que a IaC visa resolver são:

❄️Drift de configuração - dois ou mais ambientes que deveriam ser idênticos (como desenvolvimento, teste e produção) se tornam inconsistentes entre si, causando vulnerabilidades, uso ineficiente de recursos e menor resiliência. Isso pode levar a um segundo problema:
❄️Snowflake servers - com o tempo os servidores inconsistentes se tornam tão diferentes que não sabemos mais exatamente como funcionam. São difíceis de reproduzir e caso precisem sofrer alguma mudança os efeitos são imprevisíveis.

Assim, Kief Morris em Infrastructure as Code: Managing Servers in the Cloud destaca alguns princípios da IaC:

❄️Reprodutibilidade - deve ser possível reconstruir qualquer elemento de uma infraestrutura sem esforço (a versão do software, o hostname etc. devem estar nos scripts e ferramentas) e de forma segura

❄️Consistência - dois elementos da infra que fornecem o mesmo serviço devem ser quase idênticos, só mudando aquilo que os faz únicos (como o IP, p. ex.)

❄️Repetibilidade - qualquer ação na infra deve ser repetível

❄️Descartabilidade - uma frase de Bill Baker resume esse princípio:

Trate seus servidores como gado, não como pets

Explico: devemos pressupor que qualquer elemento da infra pode e será destruído ou substituído a qualquer momento, seja deliberadamente ou por falha do hardware.

Isso exige que toda mudança de impacto deva ser feita por meio de scripts automatizados que criam e configuram os servidores.

❄️Continuidade do Serviço - nosso serviço deve permanecer disponível mesmo quando há falha em algum elemento na infra. Nas palavras de Morris:

Rodar um serviço continuamente disponível sobre uma infraestrutura descartável

❄️Sistemas auto-testáveis - assim como no desenvolvimento de software, qualquer mudança no código deve ser acompanhada por testes automatizados

❄️Idempotência - uma dada task, script ou operação deve sempre gerar o mesmo resultado, independente do estado em que o ambiente se encontra

E o princípio mais importante:

❄️Versionamento - além de ser facilmente compartilhável, o código da infra versionado proporciona:

⚡Rastreabilidade - sabemos o que foi feito, por quem e o contexto
⚡Rollback - quando alguma mudança causa falha é possível saber como tudo estava antes
⚡Correlação - quando há versionamento e tudo está relacionado por tags (ou versões) é mais fácil rastrear e resolver problemas
⚡Visibilidade - todo o time é avisado quando uma alteração é commitada
⚡Transparência - arquivo versionados (scripts, configuração, definições) tendem a ser mais legíveis para humanos
⚡"Acionabilidade" - os sistemas de controle de versão permitem a existência de gatilhos, essenciais para o processo de CI/CD

Esses princípios junto a scripts facilitam a automação de processos e a escalabilidade de serviços.

Mas, então, o que é automação?

Automação não é só usar scripts em ferramentas para facilitar um tarefa manual, isso é o processo de tool building. Automação é eliminar a necessidade do trabalho manual de tal forma que o próprio script execute sua tarefa automaticamente (lembra dos gatilho do último princípio de IaC?) sem precisar de uma pessoa.

Agora sim, com esses conceitos em mente, ficará mais fácil entender a capacidade de escala e redundância da nuvem.

Conceitos básicos de cloud computing, pt. 2. Virtualização, Hypervisor e Máquinas Virtuais (VMs)

macariobm — Sat, 23 Sep 2023 13:14:30 +0000

No post anterior eu mencionei as Máquinas Virtuais e agora chegou o momento de falarmos um pouco mais sobre esse tipo de IaaS.

Mas antes precisamos dar um passo atrás:

💠 O que é virtualização?

O processo de virtualização nada mais é que converter recursos físicos em recursos virtuais.

Existem os seguintes tipos:

❄️ Virtualização em nível de Sistema Operacional (SO) - um software de virtualização (como o Docker) é instalado num SO e, a partir dele, cria, executa e distribui aplicações em pacotes de código com suas dependências. Esses pacotes (chamadas de containers) são independentes entre si e compartilham o kernel (núcleo) do Sistema Operacional do host. Isso permite que vários elementos de uma aplicação funcionem paralelamente e que sejam leves e portáteis, favorecendo, por exemplo, a arquitetura de microsserviços.

❄️ Virtualização de Hardware - nesse caso a virtualização se dá por meio de um software chamado Hypervisor que permite virtualizar CPUs, discos, rede, RAM e gerenciar vários servidores virtuais sobre um mesmo host. Como não compartilham o kernel do SO, é possível rodar servidores Linux sobre um host Windows e vice-versa. Apesar dessa flexibilidade, não podemos perder de vista que todos os recursos compartilham a capacidade de processamento do host.

💠 Tipos de Hypervisor

🌀 Hypervisor tipo 1 - roda logo acima do hardware do host sem precisar de um SO. São exemplos de Hypervisor tipo 1: Hyper-V e VMWARE ESXi. Esse tipo é mais comum em ambientes empresariais.

🌀 Hypervisor tipo 2 - roda sobre o SO do host e são normalmente direcionados ao usuário final. São exemplos de Hypervisor tipo 2: VMWARE Workstation e VirtualBox.

É possível unir os dois tipos de virtualização com a chamada virtualização aninhada ao rodar containers em servidores virtuais.

💠 Mas e as Máquinas Virtuais?

As Máquinas Virtuais (Virtual Machines ou VMs) são exatamente esses servidores virtuais gerenciados pelo Hypervisor que descrevemos ali em cima. Num ambiente cloud, como a VM é um serviço de IaaS, nós enquanto clientes nem nos preocupamos com os recursos computacionais físicos, apenas com o tipo de recurso virtualizado (os provedores oferecem várias VMs com diferentes capacidades) e o que fazemos com eles.

Para ilustrar segue uma imagem didática sobre as diferenças que falamos aqui:

A fonte é o excelente Descomplicando Docker do Jeferson da LinuxTips.

No próximo post veremos como esses recursos são facilmente escaláveis, replicáveis e um pouco sobre redundância.

Conceitos básicos de cloud computing, pt 1. Definições, tipos e serviços (IaaS, PaaS, SaaS)

macariobm — Thu, 14 Sep 2023 21:08:47 +0000

Esse é o primeiro post de uma série sobre cloud computing que vou usar para sistematizar o que estou aprendendo e, com sorte, ajudar outros no mesmo barco 😊

Nos exemplos uso o Azure, serviço de nuvem da Microsoft que estou usando para estudar. Vamos começar?

💠 O que é cloud computing?

Segundo Thomas Erl, Ricardo Puttini e Zaigham Mahmood (Cloud Computing: Concepts, Technology and Architecture) computação em nuvem é uma forma de computação distribuída que fornece recursos escaláveis e mensuráveis de forma remota.

Já segundo o National Institute of Standards and Technology (NIST) do governo dos EUA, é um modelo que permite acesso a recursos computacionais (redes, servidores, armazenamento, aplicações e serviços) de qualquer lugar de forma conveniente e sob demanda.

💠 Como isso é possível?

O cliente pode não se preocupar com a infra física, mas o provedor (Azure, AWS, GCP etc.) sim. São os datacenters conectados entre si por uma rede dedicada que dão base à nuvem, garantindo alta disponibilidade, redundância e segurança.

💠 Quais são os principais tipos de nuvem?

☁️ Nuvem Pública - é de acesso público e é controlada, mantida e administrada por um provedor.

No caso da Nuvem Pública o cliente (uma pessoa física, uma empresa, um governo) contrata o serviço de nuvem para ter acesso a um leque de recursos computacionais.

☁️ Nuvem Privada - funciona como uma "extensão" do datacenter corporativo e serve para centralizar o acesso a recursos de nuvem de uma empresa. Pode ser mantido pela própria empresa ou fora dela com um datacenter de terceiros.

☁️ Nuvem Comunitária - parecido com a nuvem pública, porém com acesso restrito aos membros da comunidade (também responsáveis por desenvolver e manter a própria nuvem).

☁️ Nuvem Híbrida - um modelo que combina dois ou mais dos tipos anteriores.

💠 E por que as empresas escolheriam o cloud computing?

Redução de despesas com bens de capital (CapEx) - usando um servidor próprio (também chamado de "on-premise") a empresa deve arcar com custos como edifício para o datacenter, fornecimento de energia, refrigeração, infra de rede, segurança, compra do hardware, manutenção e um longo etc.

Já os serviços de nuvem pública funcionam num sistema de pagamento
conforme o uso ("pay-as-you-go"): só se paga pelo recurso que
for usado. Isso não quer dizer que sejam baratos, no entanto, os provedores fornecem dashboards, gráficos e ferramentas para monitoramento, controle e previsão de despesas operacionais (OpEx). Esse é o caso da Análise de Custos do Azure.

Agilidade organizacional - por ser mais flexível permite que a empresa se adapte a mudanças repentinas (mais ou menos demanda, p. ex.) sem ser limitada pela capacidade computacional da sua infraestrutura física.

💠 Quais os principais serviços de nuvem?

💻 Infrastructure-as-a-Service (IaaS) - fornecimento de recursos de infraestrutura física e virtual sob demanda, como Máquinas Virtuais (VMs), bancos de dados e redes virtuais. Nesse caso o cliente fica responsável por instalar, gerenciar e monitorar os softwares, além de ter a liberdade de configurar recursos como VPNs, load-balancers e firewalls.

Exemplo de IaaS: uma VM de 32gb de RAM, 4gb de memória, SLA
de 95% a $0.95/h e $0.05 por gb transferido (vou explicar
alguns desses conceitos no próximo post).
💻 Platform-as-a-Service (PaaS) - um ambiente já configurado e pronto para o ciclo de vida da aplicação. Nesse caso o cliente tem menos controle sobre o provisionamento e hospedagem. Seu deploy pode acontecer sobre uma infra "on-premise" ou uma IaaS.

💻 Software-as-a-Service (SaaS) - um software completo e já disponível nos marketplaces que podem ir desde serviços de e-mail do dia-a-dia até softwares de sistemas de planejamento de recursos empresarias (ERP). Essa opção permite o menor grau de controle por parte do cliente.

No próximo post vamos falar um pouco mais de virtualização e Máquinas Virtuais. Até a próxima! 😉