domingo, 29 de janeiro de 2017

Novo recorde de transmissão de dados pela internet é estabelecido

Um grupo de pesquisadores e engenheiros do São Paulo Research and Analysis Center (Sprace) e do Núcleo de Computação Científica (NCC) da Universidade Estadual Paulista (Unesp), em colaboração com colegas da Academic Network of São Paulo (Rede ANSP) – todos apoiados pela FAPESP –, do Americas Pathways (AmPATH) e do California Institute of Technology (Caltech), dos Estados Unidos, conseguiu estabelecer um novo recorde de transmissão de dados entre os hemisférios Sul e Norte e vice-versa.
Em um primeiro experimento, eles transferiram dados do datacenter do NCC da Unesp, em São Paulo, para Miami, nos Estados Unidos, com grande estabilidade e por um período de 17 horas, a uma taxa de, aproximadamente, 85 Gigabits por segundo (Gbps) – uma capacidade de transmissão 8,5 mil vezes maior do que a da banda larga de internet de uso doméstico no Brasil, de até 10 megabits por segundo (Mbps).
Pouco tempo depois, em um novo experimento realizado no sentido contrário, conseguiram transferir dados durante uma hora a partir de Miami para o Sprace – cujos sistemas estão instalados no NCC – a uma taxa média de 96,56 Gbps, com pico de 97,56 Gbps e sempre acima de 95,86 Gbps – equivalente a quase 10 mil vezes a capacidade de transmissão da banda larga de internet de uso doméstico no Brasil.
O novo recorde foi estabelecido durante a conferência SuperComputing 2016 (SC16), considerada um dos maiores e mais prestigiados eventos de computação de alto desempenho, redes e armazenamento de dados do mundo, realizada em Salt Lake City, nos Estados Unidos, entre os dias 13 e 18 de novembro.
“Foi a terceira vez que estabelecemos recorde de transmissão de dados entre os hemisférios Sul e Norte nessa conferência e em colaboração com o Caltech”, disse Rogério Iope, gerente executivo do NCC da Unesp, que coordenou as demonstrações, à Agência FAPESP.
“Em 2004, quando o Sprace iniciou suas atividades e participou pela primeira vez de demonstrações de conectividade internacional nesse evento, atingimos o recorde de transmissão de 1 Gbps por meio da tecnologia disponível na época. E, em 2009, um mês após a inauguração do data center do NCC, alcançamos a marca de 8 Gbps de saída e a mesma taxa de entrada, demonstrando a capacidade de tráfego do centro”, afirmou.
Aprimoramento constante
De acordo com Iope, o estabelecimento desses recordes sucessivos de transmissão de dados entre hemisférios foi possível em razão do aprimoramento constante da infraestrutura de rede do Sprace.
O centro de análise computacional integra o Worldwide LHC Computing Grid (WLCG) – uma infraestrutura de computação distribuída (grid) entre mais de 200 instituições de pesquisa em todo o mundo, que funciona como uma única máquina, tendo que processar e armazenar os dados produzidos por experimentos realizado no Grande Colisor de Hádrons (LHC, na sigla em inglês), mantido pelo European Organization for Nuclear Research (Cern), na Suíça.
Quando é gerado um conjunto definido de dados que serve de base para uma análise de um determinado aspecto de um experimento realizado no LHC, o sistema identifica as máquinas que naquele momento estão ociosas nesses centros computacionais para receber esses datasets – como são chamados – e processá-los.
Para tanto, a infraestrutura de rede desses centros computacionais é classificada hierarquicamente como Tiers, sendo que o Tier 0 é o Cern, os Tiers 1 os grandes centros de pesquisa nacionais, como o Fermilab e o Brookhaven National Laboratory, nos Estados Unidos, e os Tiers 2 as instituições de pesquisa, como a Unesp. Esses centros precisam ter largura de banda suficiente para receber esses datasets, processá-los e permitir que pesquisadores localizados em diferentes lugares no mundo possam analisá-los o mais rápido possível, explicou Iope.

“Quanto maior a largura de banda, mais rápido pode ser transferido um dataset para um centro computacional, como o Sprace, para a análise de dados pelos pesquisadores e geração de resultados que podem levar a novas descobertas científicas”, afirmou.
Segundo Iope, os datasets que circulam pelo WLCG são da ordem de terabytes – equivalente a quase 9 trilhões de bits.
A transferência de um datatset de 10 terabytes para um centro computacional com largura de banda de 10 Gbps, por exemplo, leva quase duas horas e trinta minutos.
Já em um centro computacional com canal disponível de 100 Gbps, como é o caso do Sprace, a transferência de um conjunto de dados dessa magnitude demoraria menos de 15 minutos, comparou.
“Investimos bastante em nossa infraestrutura de rede de modo a mantê-la sempre no estado da arte em razão, principalmente, de estarmos integrados a uma infraestrutura de computação distribuída, como a do Cern. Uma de nossas obrigações é manter uma rede confiável de alta velocidade para transmissão de dados de forma que consigamos operar conjuntamente com os outros centros computacionais”, disse Sérgio Novaes, diretor científico do NCC e coordenador do Sprace.
“Sempre que uma tecnologia surge tentamos, na medida do possível, fazer com que nossas máquinas passem a operar nesse novo patamar tecnológico, como aconteceu em 2016, com a inauguração dos dois canais internacionais de 100 Gbps entre São Paulo e Miami, que possibilitaram estabelecermos o novo recorde de transmissão de dados entre os hemisférios Sul e Norte”, disse Novaes.
Teste de fogo
Os dois canais interligam São Paulo a Miami, no ponto de troca de tráfego chamado de NAP das Américas – onde é feita a conexão tanto com as redes acadêmicas internacionais como com a internet comercial internacional – por meio de cabos de fibra óptica submarinos instalados nos oceanos Atlântico e Pacífico, formando um anel em torno da América do Sul.
Os dois canais funcionam como um sistema redundante: se o tráfego do canal que segue pelo Atlântico cair, por exemplo, os dados podem seguir pelo canal que passa pelo Pacífico.
O canal que segue pelo Atlântico começou a funcionar experimentalmente no início de 2016 e é operado pela Rede ANSP, que interliga as universidades e instituições de pesquisa do Estado de São Paulo às redes acadêmicas dos Estados Unidos e de outros países.
“Os experimentos realizados pelos pesquisadores do Sprace e do NCC da Unesp em novembro representaram a fase de certificação final e o ‘teste de fogo’ do canal da parte do Atlântico, que está funcionando 100% bem”, disse Luiz Fernandez Lopez, coordenador geral da Rede ANSP.
“Esses testes finais nos dão mais segurança no uso futuro desse link por pesquisadores de áreas como a de Física de Altas Energias, Astronomia, Bioinformática e Medicina, que hoje são as que demandam maior capacidade de transmissão de dados”, afirmou.
Já o canal que segue pelo Pacífico, inaugurado em caráter experimental em junho de 2016, é operado pela Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP) e proverá o acesso de universidades e instituições de pesquisa fora do Estado de São Paulo às redes acadêmicas do exterior.
Esse canal, contudo, ainda não está em operação porque apresentou uma taxa de erro de transmissão de dados entre São Paulo e Santiago, no Chile, da ordem de 1%.
“Apesar de parecer irrisório, um erro de transmissão dessa ordem de grandeza é terrível. Isso causa perda de banda, provoca um delay [retardo de sinal] e aumenta o tempo necessário para transmissão de uma mensagem”, explicou Lopez.
De acordo com ele, a previsão é de que o canal que segue pelo Pacífico esteja em pleno funcionamento ainda no primeiro trimestre de 2017.
A maioria do tráfego de dados entre as universidades e instituições de pesquisa do Estado de São Paulo e as redes acadêmicas do exterior tem ocorrido atualmente através de quatro links de 10 Gbps cada entre São Paulo e Miami mantidos pela Rede ANSP, afirmou.
“Não desativamos esses canais de 10 Gbps com a instalação dos novos links de 100 Gbps cada. Dessa forma, passamos a contar com uma capacidade de transmissão de dados de 240 Gbps”, calculou.
De acordo com ele, a demanda de tráfego internacional de dados das universidades e instituições de pesquisa no Estado de São Paulo varia hoje, dependendo do dia e da hora, entre 5 e 10 Gbps, e a nacional é de 40 Gbps.
Para pesquisa em áreas como a Física de Altas Energias e Astronomia, contudo – que dependem de dados gerados por instrumentos científicos instalados no exterior, como o LHC e radiotelescópios no Chile –, a demanda é muito maior e deverá aumentar, a partir de 2018, com o início dos testes dos sistemas de transmissão de dados de dois novos telescópios no Chile: o Large Synoptic Survey Telescope (LSST), que está sendo construído por um consórcio norte-americano, e o Thirty Meter Telescope (TMT), do Observatório Europeu do Sul (TMT).
“Juntos, na fase de testes esses dois novos telescópios vão demandar uma taxa de tráfego na faixa de 20 Gbps, podendo chegar a 80 Gbps em 2020”, estimou Lopez.
“Antevendo essa demanda, já começamos a nos antecipar e preparar a infraestrutura para disponibilizar canais de transmissão que comportem esse tráfego”, explicou. 

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