CDN e seus impactos dentro de datacenter de provedores de acessos e conteúdos

CDN E SEUS IMPACTOS DENTRO DE DATACENTER DE PROVEDORES DE

ACESSOS E CONTEÚDOS1

Luis Fernando Demétrio

Resumo: Desde a origem da vida humana, a comunicação vem evoluindo exponencialmente, sempre usando habilidades intrínsecas do ser humano, como a fala, ou objetos externos, como desenhos ou sinais. A internet é sem dúvida o maior meio de comunicação humana atual, sendo extremamente democrática e útil, onde as pessoas produzem ou consomem apenas aquilo que querem. Devido há grande parte da internet atualmente está sendo utilizada para o acesso a mídias de entretenimento, as comunicações cada vez mais precisam evoluir. Para que toda essa evolução aconteça, os principais provedores de produtos, conteúdos e serviços vem trazendo para mais perto dos usuários as redes CDN, de forma que todas as experiências fiquem mais satisfatórias e otimizadas. Estas redes estão estrategicamente instaladas nos locais mais convenientes para seus usuários, os Datacenters.

Palavras-chave: Provedor de conteúdo. Provedor de Acesso. Datacenter. CDN. Fog computing. Cloud Computing. Edge computing. QoS. VoD. On demand.

1 INTRODUÇÃO

O ser humano tem um excelente poder de transformação presente em seu DNA, ainda pode-se dizer que é o animal que melhor se camufla nos ambientes. Tal poder de adaptação está ligado ao fato do humano ser racional e inovador,

conseguindo analisar de maneira ampla todos os aspectos que facilitarão sua vida. Segundo Faccione (2016, p9), “a inovação está associada a fazer algo novo ou de uma nova maneira. É cultural, não podendo ser determinada por um processo ou sistema. Na conjuntura atual, reflete em grande parte as novidades relacionadas à tecnologia, e criam vantagens competitivas no médio e longo prazo”. Com base nisso, não basta apenas o homem ter evoluído tecnologicamente e sim buscar a aplicação da inovação em suas necessidades. As pessoas cada vez menos querem ter que analisar e se atentar com tarefas triviais, deixando tais funções para os sistemas de informação e inteligências computacionais.

1_{Artigo apresentado como Trabalho de Conclusão do Curso de Especialização em Datacenter: projeto,} operação e serviços da Universidade do Sul de Santa Catarina, como requisito parcial para a obtenção do título de Especialista em 2017.

Um fato que já é conhecido é que atualmente para fins particulares, os smartphones já são mais utilizados do que notebooks e tablets, ou seja, os

desenvolvedores foram agregando serviços e os usuários centralizando grande maioria das suas atividades nesses dispositivos. Um exemplo simples, porém, bastante

utilizável é o aplicativo para smartphones WhatsApp, onde este inicialmente tinha como objetivo ser um chat online, e com sua evolução os desenvolvedores foram agregando diversas facilidades, indo desde a geração de fotos online, envio de áudios e até chamadas de vídeo e voz. Em resumo, concentrando em uma única aplicação tarefas que teríamos que fazer em aplicações diferentes. Outro grande impulso para tais inovações é a Internet of theThings, ou popularmente, conhecido como internet das coisas (IoT) onde este tem como objetivo conectar dispositivos que utilizamos em nosso cotidiano na Internet, facilitando a vida da pessoas, fazendo com que tarefas que até então eram realizadas fisicamente nos dispositivos possam ser realizadas remotamente. Outra grande onda tecnológica são as redes sociais que fazem parte do cotidiano mundial. A intercomunicação humana está bastante embarcadanas redes supracitadas, onde diversas aplicações se integram com sistemas, homogeneizando e otimizando recursos que até então tinham que ser distribuídos. Existe uma tendência para convergência de conteúdos que antes eram transmitidos por tecnologias legadas que passaram e passarão a serem transmitidos através de redes IP. Um exemplo são os streamers de vídeos sob demanda ou VoD, onde há um tempo eram transmitidos apenas por sinais de rádio frequência, utilizados por sistemas de TV analógica ou digital. Em um estudo de junho de 2016, segundo a empresa Cisco através do seu Web site, em 2020 o tráfego global IP (Internet protocol) chegará a 194,4 exabytes de dados ao mês, sendo 162,2 EB gerados por pessoas particulares e 32,2EB gerados por

empresas. A Cisco informou que em 2019, 80% do tráfego de internet no mundo será de vídeos.

Com todas as interatividades vem à ampliação da quantidade de dados gerados e recebidos pelos usuários, enchendo de modo demasiado o tráfego de internet, sendo necessária a implementação de topologias e tecnologias que resultam na qualidade, agilidade e segurança dos conteúdos entregues aos usuários. Além de diversos métodos de controle de tráfego de rede, QoS e controle de fluxo, todos métodos para evitarem gargalos, temos o conceito objeto deste artigo, as CDN.

Com base nos estudos da Cisco detalhados acima, qual será o impacto desta rajada de dados trafegados nos backbone de internet? Esta é a resposta que muitos investidores gostariam de saber. Certamente é complexo responder tal pergunta sem uma grande analise e estudo de caso. O que sabemos é que cada vez mais o conceito de CDN (Content delivery network) ou simplesmente rede de fornecimento de conteúdos serão mais utilizados pelos provedores de conteúdos e ISP (provedores de serviço de internet) ao redor do mundo. Esse fato ocorre devido a estes servidores de cache (CDN) estarem fisicamente instalados dentro dos provedores de serviços de internet, fazendo com que o acesso aos conteúdos fique geograficamente mais próximo dos usuários. O reflexo desta topologia é uma melhor experiência na navegação em tal conteúdo em questão de qualidade, maior velocidade na entrega

dos dados e segurança da informação, ou seja, tudo convergindo para um maior nível de satisfação dos usuários finais.

Ok, já temos uma solução bastante útil para escoar tráfego que até então iam para núcleos de servidores localizados em diferente locais do mundo, fazendo com que qualidades de streaming de vídeos, muitas vezes não fossem a melhor possível e sim a que a banda do caminho até chegar em seu dispositivo podia oferecer, caracterizando até possíveis gargalos de rede, algo que já sabemos que existe. Sabendo os lados positivos para os usuários agora, agora temos que entender como fica a infraestrutura deste tipo de solução para os

Datacenters? Além disso, quais são os impactos positivos e negativos que tal solução gera para os Datacenters. Que contribuição que tais servidores geram para os provedores de acesso e serviços e no que tange a camadas computacionais quais são os impactos das CDN para a Fog e Edge computing. Estes serão alguns dos tópicos apresentados neste artigo.

2CDN

O conceito2 _{das CDN ou ContentDelivery Network (rede de fornecimento de} conteúdos) foi criado também pelo instituto de tecnologia de Massachusetts em meados dos anos 90 através de um projeto acadêmico para descrever um sistema de computadores interligados pela internet que tem como objetivo fornecer conteúdos de maneira transparente aos sistemas finais. Exemplificando servem para

disponibilizar conteúdos mais perto dos usuários finais, estando com servidores físicos localizados geograficamente em locais estratégicos para fornecer qualquer tipo de conteúdo de maneira mais rápida e com qualidade. De modo geral tais servidores estão dentro dos Datacenters, sendo eles de provedores de serviço de internet

(operadoras) e provedores de conteúdos (Google, Netflix, etc). Conforme supracitado, nesta nova onda de internet a geração e produção de dados estão atingindo níveis recordes. Ou seja, um usuário de serviços YouTube ao reproduzir um vídeo solicita tal streaming para o servidor de distribuição. O servidor devolve o conteúdo ao cliente, ou seja, todo esse tráfego vai até o Datacenter central da Google. Desta forma em todo o caminho dos assinantes até o servidor temos um alto volume de tráfego desde o backbone das operadoras até o site central Google, ou seja, saturando enlaces de comunicação e gerando possíveis gargalos de rede.

Figura 1: Distribuição convencional de conteúdos

Fonte: Elaboração do autor, 2017.

Tal situação acontece com variados provedores de conteúdos, indo desde distribuição de vídeos sob demanda (VoD), músicas, rede sociais, bancos, notícias, e-commerce, etc. Levando em consideração que nossas infra locais, nacionais e

internacionais, nem sempre entregam aquilo que esperamos, ou seja, em alguma parte da rede podemos ter infra estruturas defasadas, então os provedores de conteúdos em parcerias com os provedores de acesso ou serviço alocam servidores de cache dentro de seus Datacenters.

O funcionamento das CDN’s consiste basicamente, em alocar servidores dentro dos Datacenter. Quando clientes solicitam aos servidores DNS (Domain nameserver) a resolução de um nome, o mesmo responde com o endereço do servidor armazenador local. O servidor local então analisa se tem o conteúdo solicitado emcache. Caso tenha, entrega diretamente para o usuário. Caso não tenha ele solicita tal conteúdo a outro servidor semelhante dentro do seu backbone, ou seja, dentro do seu algoritmo de funcionamento, há diversas tarefas responsáveis por identificar onde está o servidor parceiro. Resumindo ainda mais, os servidores CDN trabalham em “malha”, se

comunicando entre si para fornecer os conteúdos aos usuários de maneira mais rápida, efetiva e com a melhor qualidade possível.

Figura 2 - Distribuição de conteúdos via CDN

Fonte: Elaboração do autor, 2017.

No Brasil, o conceito de CDN mesmo antigo, a maioria dos usuários ainda não possuem o conhecimento da existência de tal tecnologia, mesmo que a utilização seja bastante ativa, principalmente nos setores de entretenimento, notícias, e-commerce e internet bank, ou seja, as pessoas utilizam essa tecnologia, porém, não sabem que estão trafegando perto de tais redes. Atualmente as redes CDN servem para distribuir

conteúdos próprios ou de terceiros. Por exemplo, a empresa Google, instala servidores de storages dentro dos núcleos centrais das redes das operadoras de telecomunicações. Quando um usuário solicita acesso à serviços Google ele será direcionado aos

servidores, sem a necessidade de buscar conteúdos no servidor principal da empresa. Ou seja, neste caso é o provedor de serviço distribuindo seus próprios conteúdos. Google, Facebook, Netflix e Terra são exemplos de provedores de serviço que distribuem seus conteúdos em redes CDN. Temos também empresas especializadas em distribuir conteúdos de terceiros. Por exemplo, um grande site de vendas online, para facilitar o acesso e amplificar a segurança, disponibiliza seus conteúdos em servidores

especializados neste tipo de rede. Podemos usar como exemplo as empresas Akamai e Amazoncloudfront. Lembrando que não necessariamente os servidores estão dentro de Datacenter de operadoras de telecom, tais servidores podem estar dentro de Datacenter privados, onde disponibilizam conteúdos para usuários limitados. Um exemplo são instituições públicas que distribuem conteúdos para usuários limitados, aumentando a segurança e otimização das suas infraestruturas.

Nas operadoras de telecomunicações, os servidores geralmente são alocados na modalidade de colocation, ou seja, o provedor de conteúdo disponibiliza os

equipamentos e a operadora prepara a infraestrutura física, elétrica e de refrigeração. Além disso, o ônus dos custos com a infra física são realizados pelo mantenedor do Datacenter. Em resumo ambas as partes lucram com a disponibilização dos conteúdos. O Datacenter com uma redução de links de comunicação e o provedor de conteúdo com a redução de seus gargalos de rede. Para ambos os participantes, a melhor

disponibilização de conteúdos que melhoram a experiência dos usuários é um fator bastante positivo para o negócio, aja vista que um usuário com melhor acesso é um usuário mais satisfeito com ambos os serviços.

Agora que já avançamos no que diz respeito aos conceitos das redes de

distribuição de conteúdos, vamos entrar um pouco no campo técnico desta tecnologia. Geralmente o servidores instalados nos Datacenters são chamados de nodes ou nós, podendo ser formados por um ou mais servidores. Cada provedor de conteúdo tem sua topologia de comunicação própria, ou seja, quem define as técnicas de instalação de um novo nó é o próprio mantenedor. De modo geral, todo Datacenter possui um

equipamento roteador que serve para realizar a comunicação dos pacotes dentro da rede interna do ambiente ou com o mundo da internet. Desta maneira, geralmente os

servidores estão disponibilizados no ponto mais estratégico da rede e sempre conectado a um roteador. Porém, conforme foi citado acima, nem sempre a comunicação acontece diretamente entre os servidores e os roteadores da rede. Alguns provedores utilizam como topologia centralizar todos os servidores em um switch através de cabos tipo UTP ou popularmente conhecidos como cabo de par trançado, se comunicando com o

roteador através de um 3_{trunk de conexões geralmente através de cordões de fibra óptica} (Ex. Akamai).

Figura 3: Topologia CDN’s centralizada em switch x router

Fonte: Elaboração do autor, 2017.

Existem também as topologias onde o os servidores se comunicam diretamente com o roteador de borda do site onde está instalado. Deste modo é criado um trunk entre o servidor e o router, geralmente com mais de uma conexão ativa, onde as distribuições saintes dos servers são balanceadas entre as interfaces de rede. Tais conexões podem ser realizadas através de cabos UTP ou cordões de fibra óptica (Google, Netflix).

Figura 4: Topologia CDN’strunk servidores x router

Fonte: Elaboração do autor, 2017.

Referente as capacidades de banda passante das conexões, podem ser links de 1Gb ou 10Gb. Quando utilizado conexões de 1gigabit, podemos utilizar cabos UTP (categorias 6 ou superior) ou cordão de fibra óptica do tipo multi modo. Utilizamos o modelo multi modo porque as conexões entre a solução de caches CDN e o roteador são instaladas geralmente no mesmo espaço físico. Caso a solução não esteja no mesmo prédio, ou seja, em outro site, deve utilizar apenas cordões ópticos do tipo single mode ou mais conhecido como mono modo. Este são utilizados para conexões de longa distância. Além dos cabos ou cordões temos os transmissores, podendo ser conexões SFP (circuitos integrados que são conectados nos ativos para criar interfaces de rede) elétricas do tipo RJ45 ou conexões SFP ópticas podendo ser mono ou multimodo. Ou seja, o cabeamento estruturado da solução vai de acordo com o escopo com o que foi descrito do projeto, onde o provedor de conteúdo disponibiliza ao provedor de serviço os servidores que atenderão as suas demandas, vindo daí as análises para definição das capacidades computacionais das máquinas. Lembrando que os servidores são

distribuidores de conteúdos, portanto, precisam de processamento e memória suficiente para atender as solicitações. Além disso precisam de um alto volume de armazenamento para guardar os conteúdos que serão disponibilizados. Possuem fontes de alimentação redundantes, que devem ser ligadas em circuitos elétricos diferentes, conforme as boas práticas. Em suma, a infraestrutura necessária para subir uma rede CDN dentro de um Datacenter é simples, onde basicamente temos um equipamento que armazenam os conteúdos, conexão para deixar tal equipamento visível na rede e um roteador para

direcionar o tráfego para a solução. Além das capacidades físicas computacionais, o que faz dessas estruturas tão otimizadas são os seus algoritmos de sistemas onde estes são os principais responsáveis por tal distribuição.

Agora que entendemos um pouco mais da infraestrutura física básica das CDN, é necessário falar um pouco sobre o seu funcionamento lógico. Após os servidores serem instalados em rack, energizados e preparado o cabeamento estruturado, o próximo passo é validar as configurações lógicas. Inicialmente é disponibilizado pelo provedor de acesso do local, onde os servidores serão instalados um bloco de IP válidos. Tais endereços serão inseridos nos servidores e switchs (se for o caso) de acordo com o plano de endereçamento detalhado no projeto ou no guia de instalação da solução. Após os endereços estarem configurados e respondendo em rede através do IP é realizado pelo provedor de acesso a configuração em seu roteador de uma sessão de comunicação utilizando o protocolo BGP (Border Gateway Protocol). Um adendo é que quando um servidor CDN é inserido na rede, ele inicialmente começa uma comunicação com um outro node de CDN ou com o servidor central, afim de realizar diversos procedimentos que vão desde o download de arquivos de atualização, arquivos de configuração, validações de posições geográficas até por fim caso necessário iniciar o download dos que serão disponibilizados aos usuários. Após o estabelecimento da sessão BGP a administração do Datacenter deve anunciar seus blocos de IP’s válidos no BGP com as CDN’s com o objetivo dos provedores de conteúdos “conhecer” quem poderá e receberá suas mídias digitais.

Com os servidores em rede e já distribuindo conteúdos, é importante entender como o tráfego são escoados para tais máquinas. Para explanar tal conceito, vamos usar como exemplo a solução de CDN Google, conforme figura abaixo.

Figura 5: Exemplo de comunicação usuário x cache Google

Fonte: Application Note and Technical Overview (2011)

1. O usuário solicitada a tradução de um endereço dos domínios Google ao seu servidor DNS local;

3. O Google responde ao DNS que o bloco de IP de origem do usuário foi anunciado para o node local e este que deverá responder as próximas solicitações;

4. O DNS local passa a informação ao usuario;

5. O usuário passa a solicitar conteúdos ao servidor CDN local;

6. Caso o servidor não tenha tal conteudo, ele então busca até um servidor

autoritativo que tenha tais arquivos. Funcionamento similar ao serviço de DNS; 7. Servidores autoritativos enviam o conteudo ao servidor CDN local;

8. O servidor CDN local entrega o conteudo ao usuario.

A partir deste momento, toda a comunicação entre o usuário e o serviço é

através das redes CDN, facilitando de modo eficiente e eficaz a comunicação e o acesso a todos os tipos de mídias. Um exemplo bastante claro é o streaming de vídeos. O servidor estando mais próximo do usuário a entrega acontece de maneira muito mais rápida e da melhor maneira. Além disso, devido a não haver mais gargalos de rede o conteúdo vem na melhor qualidade devido à banda disponibilizada ser quase que exclusiva para tais tipos de tarefa. Salvo o exemplo detalhada da solução Google, um adendo é que as topologias e tecnologias supracitadas são conceitos genéricos. Há variação nas soluções de cada provedor de conteúdo. Além disso cada um possui um algoritmo bastante particular tratando a entrega de conteúdos do seu jeito. Pode-se utilizar como exemplo o Netflix. Quando o usuário solicita um conteúdo a este provedor, o algoritmo de streaming a todo momento fica realizando testes e monitoração da banda do assinante. Caso o usuário esteja com a banda de internet onerada, automaticamente o Netflix passa a disponibilizar um conteúdo com uma qualidade mais baixa. Na medida em que a banda vai se restabelecendo a qualidade dos streamings vão aumentando.

2.1 CDN NA REDE CLARO S/A

No Brasil as CDN estão presentes dentro de grande partes das infraestruturas de backbone. As CDN, geralmente nos Datacenters de trânsito, atuam como distribuidores de conteúdos para as CDN instaladas nas bordas da rede. Ou seja, ficam nos núcleos de backbone em locais geograficamente estratégicos. Além de servirem como

distribuidores, são utilizados como backup para os servidores que estão nas bordas da rede, dentro dos provedores de serviço de internet, ou mais conhecidos como

provedores de acesso. Ou seja, caso os servidores de cache instalados dentro das operadoras destinadas ao acesso dos clientes caiam, o usuários automaticamente são direcionados para as CDN instaladas dentro dos Datacenters de núcleos de backbone. Lembrando que estamos tratando tal assunto de maneira genérica, ou seja, por vezes podem existir redes CDN que não possuem caches instalados nos núcleos de backbone.

Para contextualizar um pouco sobre as redes CDN na prática, vou utilizar como exemplo a operadora de telecomunicações CLARO S/A. Os estudos são provenientes da administração dos Datacenter CLARO no estado de Santa Catarina.

Agora que já foi detalhado um pouco do conceito, da infraestrutura fisica e lógica, vamos contextualizar sobre quais são as CDN instaladas. Atualmente os Datacenters CLARO S/A de Santa Catarina contam com 4 provedores de conteúdos instalando suas redes CDN’s em nossos sites. São eles Google, Facebook, Netflix e Akamai. Retrocedendo um pouco mais, vamos entender como inicia-se o processo.

2.2 QUEM DEVERÁ RECEBER OS SERVIDORES DE CACHE?

São utilizados pelos provedores de acesso ou também conhecidos como ISP, o protocolo BGP (Border Gateway Protocol) para anúncios de rotas e blocos de IP (Internet Protocol) da sua operação. Tal protocolo é geralmente aplicado em enlaces de comunicação ou links entre o datacenter da operadora com um datacenter de núcleo de backbone, com o objetivo de advertir para a rede de internet quais são os blocos que estão sob o domínio da administração de redes local. Desta forma, quando um pacote é destinado a endereços IP que estão dentro do Datacenter Claro S/A, o backbone

direciona tais pacotes para mim, através da interface que foi detalhado na chamada “sessão BGP”. Tal sessão pode ser utilizada como IBGP (InternalBorder Gateway Protocol) ou EBGP (External Border Gateway Protocol). Antes de entender melhor os conceitos de IBGP e EBGP, será detalhado um pouco sobre o conceito de sistemas autônomos, ou mais conhecidos como AS. Os sistemas autônomos são uma lista de prefixos que estão sob a administração de uma mesma operadora, formando uma rede de dados isolada. Desta forma, a administração de backbone fica muito mais fácil, podendo ser realizadas diversas regras de roteamento utilizando como base o número do sistema autônomo de um IP ou bloco específico. Contextualizando, trata-se de um prefixo que serve para identificar a qual domínio o router pertence. Ao estabelecer uma sessão BGP deve-se estar configurado em tal sessão o AS que este pertence. Deste modo caso o AS de ambas as pontas seja o mesmo, trata-se de um IBGP devido a tais prefixos serem do mesmo domínio. Caso os AS configurados nas sessões sejam

diferentes, tratam-se de um EBGP. Agora que já foi dado um briefing sobre os anúncios de redes através do protocolo BGP, vamos entender como acontece os primeiros

contatos para a instalação dos servidores de cache nos Datacenters.

Não há uma regra para o inicio da comunicação, porém, geralmente o primeiro contato acontece após o provedor de conteúdo identificar um grande consumo de suas mídias por parte do AS da operadora. No entanto ainda existem validações a serem feitas. A engenharia da operadora informa os blocos IP por localidade e o provedor faz a análise de tráfego de seus conteúdos para esses blocos e localidades. Cada provedor estabelece um valor mínimo de tráfego de conteúdo para eleger a localidade como apta a iniciar um cronograma de instalação de Cache. Após o provedor listar os Datacenters aptos a receber os caches, é realizado pela engenharia da operadora uma analise da disponibilidade de infraestrutura no Datacenter recebedor. Chegando a lista final, é estabelecido um cronograma de ativação de acordo com a ordem de prioridade definida a partir das visões do provedor de acesso e do provedor de conteúdo.

O contrato neste caso é do tipo comodato, ou seja, empréstimo, onde conforme supracitado o cabeamento estruturado , a infraestrutura elétrica e de climatização são disponibilizadas pelo Datacenter local recebedor dos servidores e os servidores e switchs (caso existam) são de responsabilidade do provedor de conteúdo. Com os equipamentos instalados e em produção, estes começam a distribuir conteúdos,

portanto, há uma redução significativa (dependendo dos serviços disponibilizados) nos enlaces de dados utilizados pela operadora de telecom.

Conforme imagens abaixo que se refere a um servidor de cache NETFLIX recém instalado na rede, inicialmente os servidores começam a realizar o download das mídias para seus discos rígidos, ou seja, o servidor identifica outra CDN mais próxima e começa a literalmente a carregar seus discos com as mídias que serão

distribuídas.Notamos que o gráfico em linha azul é referente ao tráfego de saída vindo da internet, passando pelo roteador e chegando até os servidores.

Figura 6: Servidor CDN Netflix iniciando o download de conteúdos

Fonte: Servidor Nagios realizando coletas SNMP, 2017.

Deste modo quando um assinante do serviço NETFLIX solicita algum filme na rede CLARO ele é direcionado para os servidores de cache e os conteúdo solicitado já esta disponível no servidor, gerando uma melhora significativa na entrega, qualidade e segurança na mídia visualizada.Notamos que o gráfico verde é referente ao tráfego de dados que está sendo distribuídos aos clientes. Outro adendo é que o gráfico em linha azul, continua aumento devido aos servidores constantemente estarem verificando com outros servidores se há novos conteúdos a serem armazenados, afim de atualizarem suas tabelas.

Figura 7:Gráfico Servidor CDN Netflix distribuindo conteúdos as assinantes do serviço

Fonte: Servidor Nagios realizando coletas SNMP, 2017.

Conforme já supracitado, nem todas as topologias e algoritmos de CDN são iguais. Diferente do provedor Netflix, o provedor Google ao ser inserido na rede não inicia previamente o download de conteúdos que serão distribuídos aos usuários. No caso deste provedor, o conteúdo é “baixado” para o servidor sob demanda, ou seja, caso um usuário de serviços Google, solicite um streaming de um vídeo no YouTube e este vídeo ainda não esteja disponível nas CDN, o servidor se comunica, ou com um cache

mais próximo, ou com o site central, realizado o download e entrega ao usuario. Quandoum próximo usuário realizar o streaming do mesmo conteúdo, este já estará no servidor, portanto a entrega será mais rápida.

Figura 8:Gráfico servidor CDN Google distribuindo conteúdos as assinantes do serviço

Fonte: Servidor Nagios realizando coletas SNMP, 2017.

Mais como saber se está utilizando uma CDN para o download de conteúdo? O provedor Google possui um canal próprio para validação de onde você esta buscando o conteúdo. Trata-se do link redirector.c.youtube.com/report_mapping. O usuário insere olink citado no navegador e este traz as informações. Geralmente o usuário pode identificar através do hostname das máquinas, onde geralmente faz menção através da sigla da cidade de origem do servidor. No exemplo abaixo podemos identificar que o servidor esta na cidade de Florianópolis devido à sigla fln2 e dentro da rede da Net Serviços.

Figura 9: Redirector serviços Google

Fonte: Site https://redirector.c.youtube.com/report_mapping

Caso o provedor seja outro diferente do Google, pode utilizar uma aplicação do navegador Mozilla Firefox chamada Firebug, onde, esta tem como objetivo filtrar pacote à pacote que está sendo enviado ou recebido pelo navegador. Deste modo consegue-se verificar qual e onde esta sendo buscado conteúdo.No exemplo abaixo podemos identificar que o servidor esta na cidade de Florianópolis devido a sigla fln001 e dentro da rede da Claro.

Quadro 1: Analise de pacotes via Firebug

Fonte: Firebug Mozilla Thunderbird, 2017.

Mesmo que todo o dimensionamento de links tenha que ser realizado sem contar com a presença das CDN, há uma dependência desta tecnologia por parte dos

Datacenter, principalmente no que tange a qualidade dos serviços disponibilizados, ou seja, caso um servidor por algum motivo fique offline o usuário terá que recorrer aos servidores centrais, onde estes podem estar distantes dos Datacenters, entrando no problema que já foi discutido, o tráfego de internet demasiado em nossos backbones. Ok, mais caso um servidor fique off-line, como é realizado a comunicação com o provedor para as análises e o reestabelecimento do serviço? Todos ou pelo menos a maioria dos Datacenters possuem um centro de operação de rede ou mais conhecido como NOC (Network operation center). O NOC tem como função principal o

monitoramento, validação e acompanhamento de toda a rede, onde tal papel pode ser desempenhado pelos próprios administradores do Datacenter ou por um time

especializado nesta função. Deste modo, caso um servidor CDN fique off-line na rede, a administração local aciona o NOC e o NOC faz a interface de comunicação com o provedor, abrindo um chamado de suporte, caso necessário, ou pegando orientações a serem passadas há administração local. Geralmente o NOC faz contato com os

provedores via email, exceto o provedor Google, que possui um portal onde este disponibiliza informações de tráfego por servidor, por bloco de IP, por anúncios BGP, disponibiliza também o histórico de manutenção de servidores, chamados abertos e abertura de tickets de suporte, ou seja, uma comunicação extremamente fácil e ágil. Geralmente os contratos entre as operadora e os provedores não contemplam níveis de acordo de serviço ou SLA, onde o suporte geralmente é dado de acordo com a disponibilidade do provedor. Não existe tempo de suporte estimado em contrato. Caso o suporte realizado remotamente e o troubleshooting do Datacenter local não seja o suficiente para retornar o servidor para produção, o provedor inicia um processo de RMA (Return Merchandise Authorization) ou autorização de devolução de mercadoria. Tal processo tem como objetivo realizar a substituição do equipamento como defeito por um em perfeito funcionamento. O processo inicia-se com a chegada do servidor novo. Este é colocado em rack de equipamentos e configurado com as mesmas informações e topologias logicas do servidor com defeito. Após o novo servidor ser colocado em produção, inicia-se o processo de devolução do servidor defeituoso. 2.3 IMPACTOS POSITIVOS E NEGATIVOS DAS CDN’s EM UM

DATACENTER DE PROVEDOR DE ACESSO

Conforme já detalhado anteriormente, há um interesse tanto da administração do Datacenter quando do provedor de conteúdos em instalar servidores storages dentro das bordas da rede. Focando um pouco mais nos Datacenters recebedores dos caches, vamos

falar um pouco sobre os impacto positivos e negativos em distribuir os conteúdos na rede.

Como já abordado anteriormente caso não exista na rede servidores distribuindo conteúdos, todo o tráfego é gerado através dos backbones da Internet. Em um

Datacenter, esta comunicação acontece através de enlaces de dados, ou mais conhecidos como links. Na rede Claro, grande parte dos links de dados são mantidos pela operadora Embratel, tratam-se de enlaces de 1 e 10G e ficam ativos através de pagamentos

mensais. Neste caso a um custo bastante alto para manter os links ativos e em funcionamento. É aí que entra o primeiro ponto positivo de manter servidores CDN dentro de um Datacenter, onde o tráfego que viria através de backbone é escoado para os servidores de cache. Atualmente na rede da operação de Florianópolis temos 110GB de capacidade disponibilizados para links de dados linear. Atualmente temos 139GB de tráfego de download total dentro da rede, sendo 87GB proveniente dos servidores de cache e 53GB proveniente de serviços diversos, ou seja, 62,5% do tráfego é destinado aos caches. Em resumo caso não tivéssemos tais servidores dentro da rede,

precisaríamos ampliar em 21% a capacidade em enlaces de dados mensais, haja vista que atualmente os enlaces somam 110GB e o tráfego total 139GB. Um adendo é que o tráfego de CDN não é linear, ou seja, caso o acesso aos mesmos conteúdos que são disponibilizados por CDN fossem através de enlaces de dados o tráfego seria menor. Isso se dá pelo fato de que o backbone é limitado em diversos pontos da rede, deste modo quando o provedor identifica que a banda do assinante é limitada, passa a realizar a entregar do conteúdo em uma qualidade mais baixa. Isso não acontece com as CDN’s devido aos servidores estarem na mesma rede que o assinante, ou seja, sem gargalos no caminho do servidor ao dispositivo do usuário.O método que valida se vale a pena manter o servidores dentro da rede ou utilizar 100% links de dados é gerada através de um relatório chamado de “saved link”, ou seja, tal relatório usa como métrica a base no estudo de tráfego realizado pelo provedor em cima dos blocos de IPNET, onde o provedor e engenharia NET definem uma métrica mínima de Save de link para as cidades onde os caches forem instalados. A partir da instalação é feito um

acompanhamento mensal, havendo distorções, inicia-se uma avaliação na infraestrutura NET e posteriormente na Infra do provedor para identificar e corrigir os limitantes do atingimento dessa Métrica.

Outro impacto positivo e importante é referente ao tráfego IPv6 para os caches. O tráfego para este protocolo também é direcionado para os servidores de cache, aja vista que a infraestrutura lógica para IPv6 é exatamente igual ao do IPv4, onde quem define o protocolo que vai utilizar é a aplicação cliente da ultima camada, que por padrão solicita primeiramente uma requisição IPv6 e caso o conteúdo não esteja disponível para este protocolo, solicita o conteúdo via IPv4. A segurança é um ponto bastante positivo no mundo das CDN. De modo tais servidores geralmente são equipados com diversos sistemas de segurança de forma que os usuários não sejam impactados em caso de algum tipo situação maliciosa, além disso, as CDN quando hospedam sites de bancos, compras online ou qualquer tipo de aplicação que carregue dados críticos, utilizam sistemas de segurança na própria aplicação, por exemplo, o SSL, TLS e HTTP. Outro ponto bastante relevante é a robustez e a escalabilidade do sistema, onde há a possibilidade de ampliação de infra estrutura de rede, ou seja, o provedor de conteúdo identifica um gargalo em um dos seus nós de servidores e caso necessário ampliar a solução de acordo com a demanda, mantendo assim a boa qualidade de distribuição de conteúdos e consequentemente a satisfação dos usuários.

Enfim, temos uma infinidade de pontos positivos que ficam intrínsecos na utilização destas soluções, pontos que só notaríamos caso elas não existissem. Conforme já citamos anteriormente, além de pontos positivos também temos o lado contrário. Já é de conhecimento que o custo para ativar um Datacenter é baixo, onde antes de colocar o site em operação há uma série de pré requisitos envolvidos. Podemos citar como exemplos obras civis, preparação do cabeamento externo de links, adequação dos locais de gerência dos administradores do site, ou seja, o custo independente se TIER I ou TIER IV não é baixo, levando em conta que para suportar a carga critica de TI temos sistemas que obrigatoriamente devem estar presente na infra estrutura, por exemplo, o grupo gerador, UPS, etc. Caso o Datacenter seja a partir do TIER II os custos aumentam ainda mais, haja vista, que começamos a ter redundâncias dos sistemas envolventes do ecossistema da infraestrutura. Podemos citar também a infraestrutura física, que vão desde racks de alocação de equipamentos e cabeamento estruturado. Em resumo, atualmente uma unidade de rack e qualquer Datacenter não é de baixo custo, ou seja, é aí que encontramos o primeiro ponto negativo, que é a disponibilização das chamadas unidade de rackpara a acomodação de todos os equipamentos envolvidos no funcionamento da solução.

Conforme já supracitado atualmente no Datacenter Claro S/A Florianópolis temos instalados servidores dos provedores Netflix, Akamai, Google e Facebook. Atualmente o grande ponto negativo dos Datacenters é o consumo elétrico, onde o abastecimento da carga crítica de TI e dos sistemas de climatização somam 81% do total de utilização do sistema, conforme o gráfico abaixo.

Figura 11: Consumo médio Datacenter.

Fonte: Marin (2016).

É aí que entra outro ponto negativo das soluções de CDN. Pelo fato destas soluções estarem dentro das operadoras na modalidade de colocation, toda a

infraestrutura física gerida pela administração do Datacenter, incluindo as despesas com o consumo elétrico gerado por estas soluções. Para ilustrar um pouco referente ao consumo elétrico, o engenheiro eletricista Lucio Bernardo Paiva de Jesus gerou um relatório técnico referente ao que cada grupo de soluções consome. Para iniciar as avaliações, segue a tabela de quantidade de equipamentos por provedor de conteúdo.

Tabela 1: Equipamentos por solução

Provedor Equipamentos por solução

Netflix > 6 Servidores (fabricante desconhecido) Akamai > 68 Servidores Ciara ix8-x6

> 1 Switch 3664-x Cisco >5 Switch Quanta Computer Google > 8 Servidores Dell Powe Edge R720 Facebook > 4 Servidores HP Proliant DL380

> 1 Switch Nexus Cisco 3132Q-X

Fonte: Elaboração do autor, 2017.

Com base nas quantidades descritas, foi realizado pelo engenheiro Lucio as medições por equipamento através de um alicate amperímetro e equipamentos de medições elétricas. Após medições anexamos os valores a planilha e através da fórmula abaixo chegamos aos valores em KWh consumido mensal por solução.

KWh = Potencia W / 1000 * 24hr/dia * 30/mês Tabela 2: KWh consumida por solução.

Provedor Equipamentos por solução Consumo total de equipamentos

Netflix >6 Servidores (fabricante

desconhecido) 4 A; V: 220 VCA; P: 880 W Consumo em Kwh: 633,6 Akamai > 68 Servidores Ciara ix8-x6

> 1 Switch 3664-x Cisco >5 Switch Quanta Computer

6 A; P: 1320 W

Consumo em Kwh: 950,4 Google > 8 Servidores Dell Powe Edge R720 10 A; V: 127 VCA; P: 1270 W

Consumo em Kwh: 914,4 Facebook > 4 Servidores HP Proliant DL380

>1 Switch Nexus Cisco 3132Q-X 9 A; V: 127 VCA; P: 1.143 W Consumo em Kwh: 822,96

Fonte: Elaboração do autor, 2017.

Ou seja, somando os valores em KWh de cada solução, multiplicando por 24h/dia e depois multiplicando por 30 dia/mês, vamos ter3.321,36KWh. Um adendo é que não foram utilizados capacidade nominais em Watt dos servidores. A medição realizado pelo engenheiro é o valor real de consumo direto nas PDU e nos cabos de alimentação, ou seja, podem sofrer variações de acordo com a diminuição ou ampliação de processamento e consumo dos servidores.

O Datacenter onde os servidores estão instalados entra na categoria de usuários normais do subgrupo B1 pela concessionária de energia local (CELESC). Deste modo a tarifa cobrada pela concessionária é de R$0,43 KW/h. Abaixo a tabela de tarifas

Quadro2: Tabela de tarifas Celesc

Fonte:Site Celesc http://www.celesc.com.br/portal/index.php/duvidas-mais-frequentes/1140-tarifa acesso em 18 de Abril de 2017.

Multiplicando 3.321,36 KW/h por R/$0,43 KW/h temos um custo de aproximadamente R$:1428,18 por mês com as soluções de CDN.

Lembrando que estes valores são referentes ao consumo de alimentação dos

equipamentos. Com base na ultima fatura referente ao consumo do mês de Julho de 2017, o Datacenter gera um consumo elétrico total de aproximadamente R$ 16.817 ,00, incluindo os custos dos equipamentos de TI e climatização. Deste modo o valor gasto com energia elétricas das CDN corresponde há8,49% do valor total. Além do consumo elétrico temos o consumo térmico, ou seja, somando toda a carga temos 4613W onde realizando a conversão chegamos a conclusão que temos que disponibilizar climatização de 4.372 BTU/s para suprir a carga térmica dos equipamentos.

Outro ponto a ser levado em consideração é o fato de muitas vezes instalar possíveis concorrentes de negócio dentro da própria “casa”. Por exemplo, clientes que aderem a pacotes de TV digital que contemplam canais fechados, possuem acesso aos conteúdos sob demanda destes canais (Ex. HBO GO), ou seja, instalando servidores de cache Netflix dentro da sua infraestrutura, a administração estará disponibilizando a um possível concorrente toda a infra estrutura para gerir tal concorrência.

Mesmo com todos os custos para manter os equipamentos instalados dentro das operadoras, o custo x benefício certamente é positivo, levando em conta todos os benefícios já citados, que vão desde a redução do consumo dos links de dados, escalabilidade de rede e principalmente uma melhor experiência dos usuários dos serviços.

3 CONCLUSÕES

Com o ônus vem o bônus, foi detalhado em uma das frases durante o artigo, e esta é uma verdade quando tratamos de servidores de CDN instalados dentro dos Datacenters. Para provermos melhorias e desenvolvimentos precisamos muitas vezes retroceder ou investir. É fato que cada vez mais utilizaremos da Internet para as comunicações interpessoais, portanto, devemos tem em mente que muita coisa está mudando para que possamos ter tais serviços, produtos e facilidades na palma de nossas mãos.

Para que nossos benefícios venham, a tecnologia terá que invadir nossas casas, nossos cotidianos e até mesmo nossas vidas. Deste modo, é uma realidade que o fluxo de dados será intenso e brutal, haja vista que os recursos e aplicativos estão ficando cada vez mais robustos e consequentemente mais pesados, automaticamente aumentando consideravelmente o tráfego nas redes de backbone de dados. Como reflexo do aumento de tráfego aumenta-se os gargalos de rede, sendo este um grande ofensor para a

qualidade e disponibilidade dos serviços ofertados e utilizados pelo usuário. Como o objetivo de descentralizar os serviços de rede, provedores disponibilizam conteúdos através de redes CDN, onde estas ficam estrategicamente mais próximas dos usuários, melhorando exponencialmente a qualidade dos serviços distribuídos.Cada vez mais serviços estão sendo agregados as redes de distribuição de conteúdos ou CDN, assim como muitas destas CDN já fazem parte da FOG computinge podem ser consideradas como tal, realizando o processamento dos serviços de cloud mais próximos dos usuários. Arrisco ainda dizer que as CDN terão um papel fundamental durante a utilização, expansão e evolução da edge computing, haja vista, que o processamento cada vez mais estará próximo dos usuários.

É certo que instalar tais soluções dentro dos Datacenters, principalmente dos provedores de conteúdos, geram uma série de benefícios para ambos os interessados, tanto para o provedor de conteúdos quanto para o provedor de acesso, iniciando pela redução do consumo nos links de dados até a redução do tráfego de backbone, porém certamente o ator mais beneficiado com a construção destas infraestruturas, são os usuários finais, que conseguem ter uma melhora significativa, no acesso aos serviços, na segurança de redes e na experiência de utilização das aplicações. Efeitos negativos desta

soluções em nossos Datacenters são relevantes, porém, com todos os impactos positivos já descritos durante o artigo, tornam-se extremamente vantajoso para a administração dos Datacenters, manter estas soluções dentro de seus ambientes.

Certamente grande parte do tráfego mundial é referente a produtos de entretenimentos, redes sociais, vídeos sob demanda, bancos online e compras, portanto, em um futuro próximo as soluções de CDN não serão exclusividade dos grandes provedores de conteúdos. Ficarão mais democráticas abrindo suas portas para as pequenas e médias companhias, onde empresas especializadas serão referencias em administrar tais acessos.

REFERÊNCIAS

FILHO, Mauro Faccioni - Conceitos Infraestrutura de datacenter. Palhoça: UnisulVirtual,2016.

FILHO, Mauro Faccioni - Normas e classificação de datacenters. Palhoça: UnisulVirtual,2017.

ROSARIO, Djan de Almeida - Serviços de Colocation, Hosting e Telecom. Palhoça: UnisulVirtual,2016.

LENTO, Luiz Otávio Botelho - CloudComputing Computação em nuvem Palhoça: UnisulVirtual,2016.

FILHO, Mauro Faccioni - Gestão da infraestrutura do Datacenter. Palhoça: UnisulVirtual,2016.

FILHO, Mauro Faccioni - Gestão de projetos de inovação. Palhoça: UnisulVirtual,2016. Portal Cisco, Disponível em: http://www.cisco.com/c/en/us/solutions/collateral/service-provider/visual-networking-index-vni/complete-white-paper-c11-481360.html. Acesso em 18 de abril de 2017.

Portal AWS, Disponível em: https://aws.amazon.com/pt/cloudfront/. Acesso em 23 de julho de 2017.

Portal CIO, Disponível em: http://cio.com.brluis/tecnologia/2017/03/06/voce-sabe-o-que-e-edge-computing-e-por-que-o-modelo-e-tao-importante/. Acesso em 23 de julho de 2017.

MARIN, P.S. Data Centers – Engenharia: Infraestrutura Física. São Paulo: PM Books, 2016.

MARIN, P.S. Data Centers – desvendando cada passo: conceitos, projeto, infraestrutura física e eficiência energética. São Paulo: Editora Érica Saraiva, 2013.

AKAMAI, Akamai Technologies - Akamai Overview for Akamai Accelerated Network Partners(AANP). 2008.

CHEN, Shaxun - Content Delivery Networks. 2009.

NETFLIX, Netflix - NETFLIX OpenConnect Appliance deployment guide.2015. GOOGLE, Google Global Cache - Application Note and Technical Overview.2011. Portal Celesc, Disponível em: http://www.celesc.com.br/portal/index.php/duvidas-mais-frequentes/1140-tarifa. Acesso em 5 de agosto de 2017.