Porto Alegre - junho de 1999

1. Introdução

2. Descritivo geral da arquitetura do backbone da Rede METROPOA

3. Arquitetura da Rede Local ATM do Instituto de Informática da UFRGS

4.2 Projetos na Área de Gerência de Redes

4.3 Projetos na Área de Controle de Tráfego

O consórcio Metropoa é constituído por seis instituições da grande Porto Alegre, a saber:

CRT (Companhia Riograndense de Telecomunicações), PROCERGS (Companhia de Processamento de Dados do Rio Grande do Sul), PROCEMPA (Cia. de Processamento de Dados do Município de Porto Alegre),

PUC-RS (Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul), UFRGS (Universidade Federal do Rio Grande do Sul) e UNISINOS (Universidade do Vale do Rio dos Sinos).

Os objetivos do Projeto METROPOA são o de atender as finalidades do Edital Protem RNP, ou seja, desenvolver tecnologias de redes eletrônicas de alto desempenho em termos de operação, gerenciamento e implantação de novos serviços.

O projeto METROPOA-UFRGS, é atualmente o catalisador de todas as atividades de pesquisa e ensino do Grupo de Redes de Computadores do Instituto de Informática da UFRGS. Estas atividades se estendem desde atividades de graduação, através de trabalhos de conclusão de curso, até as atividades de pós-graduação, através de dissertações de mestrado e doutorado.

Este relatório apresenta no capítulo 2 uma rápida visão de como foi estruturado o backbone da rede do Consórcio METROPOA, em termos de configuração dos switch e dos enlaces óticos, que interligam as redes locais dos diversos consorciados. No capítulo 3 são apresentadas as características da arquitetura do switch ATM e da rede local ATM implantada no Instituto de Informática da UFRGS e que dá o suporte as atividades de pesquisa do grupo.

O capítulo 4 apresenta um resumo das principais atividades nos diversos projetos de pesquisa que foram definidos, e que atualmente estão em andamento. Os projetos estão agrupados em três grandes áreas;

1. Projetos na Área de Aplicações em Redes de alto desempenho
2. Projetos na Área de Gerência de Redes
3. Projetos na Área de Controle de Tráfego em ATM.

Finalmente, apresentamos no Anexo, os relatórios individuais das atividade dos bolsista que integra o Projeto METROPOA.

2. Descritivo geral da arquitetura do Backbone da Rede METROPOA

O consórcio METROPOA optou por uma topologia física em estrela com o centro na CRT, conforme pode ser visto na Figura 1 abaixo. Esta topologia permite um controle centralizado sobre os enlaces e suas configurações, além de apresentar tolerância à desconexão ou interrupção dos enlaces, ou seja, a instituição desconectada fica fora mas o restante da rede continua funcionando.

O detalhamento das ligações de cada instituição pode ser visto na Tabela 1 abaixo.

A parte em negrito do endereçamento foi atribuída para cada membro do consórcio.

A parte em itálico do endereçamento é determinada por cada membro.

Os XX.XX.XX.XX.XX.XX correspondem ao ESI de cada equipamento conectado à rede. Os YY correspondem aos SAPs virtuais das interfaces de cada equipamento conectado.

Os ZZZ correspodem às interfaces de cada equipamento e são determinados livremente por cada consorciado.

Endereço de Grupo ATM: 39.99.99.99.99.99.99.00.00.51

Endereço do LES (no switch da CRT):

39.99.99.99.99.99.99.00.00.99.99.51.16.99.99.99.99.99.99.02

Nome da LANE: Metropoa

Máscara para o Endereçamento IP: 255.255.0.0

O switch IBM Nways 8260 (ver figura 2) constitui atualmente o comutador central da rede local ATM do Instituto de Informática da UFRGS e se conecta atraves do backbone de 155 Mbit/s com o nó central da rede METROPOA localizado na CRT

O comutador multiprotocolo IBM Nways 8260 oferece flexibilidade, confiabilidade e gerenciabilidade em um único equipamento. Projetado para aplicações envolvendo múltiplos grupos de trabalho e de backbone de campus, o 8260 oferece as funcionalidades necessárias para construir uma rede ATM de alta velocidade mantendo a conectividade com redes Ethernet, Token-Ring e FDDI existentes.

A figura 3 apresenta os pontos de inserção da Rede METROPOA com a Rede Corporativa da UFRGS e o ponto de presença da RNP. A Tabela 3 apresenta a configuração dos principais equipamentos envolvidos nesta interconexão.

2. O Switch Cabletron SmartSwitch 6000I do backbone da UFRGS

O equipamento basico do backbonre da rede corporativo da UFRGS e constituido por um switch da Cabletron SmartSwitch 6000 que é mostrado na figura 4.

O Cabletron SmartSwitch 6000 é uma plataforma de comutação modular, baseada em bastidor (cinco slots) e projetada para acomodar uma grande variedade de densidade de portas na linha Cabletron de SmartSwitches LAN, WAN e ATM. Adicionalmente, conforme as companhias migram de suas redes de dados tradicionais para a integração de voz, vídeo e dados, o SmartSwitch 6000 poderá acomodar estes requisitos de uma plataforma única com bom custo/benefício.

Entre outras características destacam-se:

• Otimização para comutação de desktop 10/100Mbit/s de alta densidade com speed Gigabit Ethernet, Fast Ethernet, FDDI, ATM, ou conectividade com um backbone de WAN
• Projeto modular com 5 slots proporciona capacidades de conectividade de até: 120 portas Fast Ethernet comutadas, 240 portas Ethernet comutadas
• Backplane de transferência de frames de alta velocidade
• Arquitetura de comutação distribuída permitindo que o SmartSwitch 6000 alcance uma taxa de mais de 10 milhões de quadros por segundo
• Fontes redundantes com balanceamento de carga e troca a quente.

Endereço de Grupo ATM: 39.00.00.00.00.00.00.00.00.00.29.22.80 (Campus da Saúde)

Endereço do LES (no switch do Campus da Saúde): 39.00.00.00.00.00.00.00.00.00.29.22.80.00.20.D4.29.22.80.02

Nome da LANE: ELAN000

A Rede Local ATM do Instituto de Informática está estruturada segundo uma topologia física em estrela centrada no switch 8285, conforme pode ser visto na Figura 5. Esta opção foi induzida pela configuração em hub da unidade base do switch. Sendo assim, os equipamentos (descritos na Tabela 5 abaixo) forma conectados às portas de 25,6 Mbit/s UTP. Assim como na Rede METROPOA, esta topologia permite um controle centralizado sobre os enlaces e suas configurações, além de apresentar tolerância à desconexão ou interrupção dos enlaces, ou seja, o equipamento desconectado fica fora mas o restante da rede continua funcionando.

Na Tabela 9 oferece uma visão dos equipamentos atualmente interconectados pela rede local ATM do Instituto de Informática da UFRGS. O servidor mais importante desta rede é a estação risc da IBM, RS/6000, que será descrita a seguir.

Um sistema desktop de multiprocessamento simétrico simples ou duplo, suficientemente poderoso para rodar aplicações comerciais e empresariais pesadas. Projetado com características de confiabilidade, disponibilidade e qualidade de serviços tipicamente encontrados em sistemas de alto custo, a estação RS/6000 F40 inclui memória ECC (Error Checking and Correcting), discos substituíveis a quente, RAID interno e processador de serviço (service processor) também interno. Portanto, permite manter aplicações de missão-crítica e departamentos e empresas de médio porte rodando 24 horas por dia.

Com o advento da globalização, o constante intercâmbio de informações culturais e econômicas entre comunidades distantes nos alerta para a necessidade em dispor de um meio de comunicação que reuna rapidez e eficiência, e seja relativamente barato. Neste contexto, há a tendência em utilizar as redes de computadores como um novo meio para o estabelecimento deste intercâmbio, sob um amplo leque de propósitos e abrangências.

A ferramenta escolhida para tal, é a videoconferência. Ela propõe que pessoas localizadas distantes umas das outras, possam se encontrar face a face com áudio e comunicação visual em tempo real, dando uma impressão de presença aos participantes, seja na rede local, metropolitana ou na Internet [MUL 98].

A videoconferência tem sido almejada por grandes corporações que pretendem através dela realizar as suas reuniões, diminuindo desta forma os gastos com viagens e estadias dos seus funcionários. Da mesma forma, as instituições de ensino como escolas e universidades, pretendem fazer da videoconferência uma poderosa ferramenta no auxílio aos programas de ensino a distância.

Contudo, existem ainda alguns pontos críticos que de certa forma impedem a implantação definitiva da videoconferência sobre as redes de computadores atualmente existentes. Por se tratar de uma aplicação multimídia, ela exige muito da capacidade de transmissão da rede, não tolerando lentidão, elevadas taxas de erro e atrasos, requerendo sincronia na transmissão dos dados emitidos. Desta forma, têm-se buscado soluções alternativas que possam atender definitivamente os anseios dos usuários em relação ao uso da videoconferência como uma ferramenta prática, eficiente e confiável, sem comprometer o funcionamento das demais aplicações da rede [MUL 98] [COF 98] [TAN 96].

Com base no sub-projeto de videoconferência do projeto Metropoa, onde são propostos testes e levantamentos dos principais ambientes para o desenvolvimento da videoconferência disponíveis no mercado, com o objetivo de comparar as características e as aplicações em redes ATM, visando a implantação de um sistema de videoconferência na rede metropolitana de Porto Alegre, percebe-se a oportunidade em se realizar um trabalho nesta área.

Portanto, o trabalho proposto visa avaliar o desempenho da videoconferência sobre redes IP, ATM e LANE, estudando o seu comportamento sobre estes ambientes e relacionando os seus respectivos problemas. Através da criação de um modelo para a videoconferência baseada em computador pessoal com equipamentos de baixo custo, serão propostas soluções para estes problemas a fim de viabilizar a utilização da mesma pelo usuário comum, combinando eficiência e procurando tirar proveito das características da rede que mais se adequa ao desenvolvimento desta aplicação.

A utilização de novas tecnologias de redes de computadores capazes de suportar o tráfego de áudio e vídeo em tempo real, a disseminação do uso da rede Internet e das redes de menor abrangência, tais como as redes locais e corporativas, são apenas alguns fatores que favorecem o desenvolvimento de modelos e aplicações que oferecendo uma infra-estrutura capaz de prover a comunicação interpessoal sobre estas redes, através do computador.

A videoconferência baseada em computador pode ser aplicada em diversos meios com diferentes propósitos, que vão do entretenimento às reuniões administrativas de importantes corporações. No mundo dos negócios, ela representa muito mais do que uma simples alternativa para comunicação entre as partes envolvidas, com rapidez e economia, uma vez que reuniões urgentes podem ser iniciadas tão rapidamente o quanto for necessário, sem exigir gastos com viagens e estadia [TRE 97].

No meio acadêmico a videoconferência pode ser usada como uma ferramenta alternativa para o ensino e aprendizagem, através de programas para o ensino a distância. Através dela, as escolas, universidades e bibliotecas podem compartilhar dados e interagir através do intercâmbio de informações, como na realização remota de aulas e palestras. A troca de experiências entre professores e alunos à grandes distâncias, pode ser realizada, tal como se estivessem juntos em um mesmo local.

Esta nova tecnologia possibilita que pessoas, distantes umas das outras, possam se comunicar através de um simples computador pessoal, criando assim, um novo conceito de meio de comunicação, com uma interatividade muito maior da oferecida pelos meios convencionais, tais como o e-mail, canais de bate-papo ou telefone [TRE 97].

Entretanto, escolher um sistema de videoconferência que se adapte plenamente a arquitetura da rede existente para que seja possível usufruir plenamente de suas vantagens, não é uma tarefa simples. Existem muitos problemas ainda à serem resolvidos quando uma aplicação com as características da videoconferência trafega sobre uma rede de computadores. Questões de qualidade de serviço, disponibilidade da rede , velocidade de transmissão, atraso e grande consumo de largura de banda são apenas alguns pontos críticos que devem ser observados [CHO 97] [COF 98].

Uma aplicação multimídia por suas próprias características, exige um alto desempenho da rede e das suas estações de trabalho. A videoconferência só é válida, quando lhe é oferecida um suporte capaz de garantir um grau de interatividade mínimo entre os participantes, sem prejudicar o andamento das outras aplicações da rede [CHO 97] [TAN 96].

Diante das conclusões obtidas a partir de testes e avaliações da videoconferência, nos diferentes ambientes da rede onde possa ser realizada, o trabalho visará propor um modelo para videoconferência em computador pessoal, utilizando equipamentos de baixo custo.

A proposta apresentada pelo projeto Metropoa e o crescente interesse geral pela utilização da videoconferência nos mais diversos meios, são os principais fatores que motivam a proposta de um modelo que seja capaz de reunir as características positivas das aplicações existentes, contornando os eventuais problemas a fim de atender as exigências dos usuários da videoconferência de baixo custo.

Objetivo geral :

O presente trabalho se propõe a contribuir com o projeto Metropoa e demais interessados, apontando uma arquitetura ótima para as aplicações de videoconferência, combinando da forma mais harmônica possível a eficiência da aplicação com os recursos oferecidos pela rede, buscando solucionar os eventuais problemas detectados através dos testes à serem realizados. Deste modo, é pretendido através deste trabalho apresentar um modelo alternativo para o desenvolvimento de aplicações que viabilize o uso da videoconferência baseada em computador.

Objetivos específicos :

O trabalho será desenvolvido em três etapas distintas, relacionadas a seguir :

Em um primeiro momento será feito o levantamento dos padrões do ITU-T série H existentes para a videoconferência, bem como o estudo sobre a caracterização dos serviços para a mesma, procurando relacionar e evidenciar o padrão que mais se adequa a este tipo de aplicação.

Numa segunda etapa serão relacionados alguns sistemas de videoconferência à serem utilizados nos testes que serão realizados nas redes IP, ATM e LANE sob condições de tráfego distintas. Após estes testes será feita uma comparação dos dados extraídos para o estabelecimento das devidas conclusões tal como a relação dos problemas encontrados em cada ambiente.

Finalmente de posse dos dados coletados, será apontada uma tecnologia de rede que atenda satisfatoriamente as exigências da aplicação. Nesta fase será elaborado então, um modelo para a videoconferência em computador pessoal com equipamentos de baixo custo.

Avanços na tecnologia de transmissão de voz permite que a Internet possa ser utilizada para o transporte de voz. A perspectiva de reduzir custos das ligações interurbanas é um fator decisivo para que voz sobre a Internet se torne uma realidade.

O parágrafo anterior retrata o que se lê em quase todas as publicações da área de telecomunicações e redes. Publica-se também, que muitos problemas da Internet serão resolvidos com o Ipv6 e o Protocolo de Reserva de Recursos (Resource Reservation Protocol – RSVP), ficando tudo na base da promessa, mas de real ainda não se tem nada implementado.

O objetivo deste trabalho é o estudo das técnicas de transmissão de voz sobre IP e a analise do trafego de voz sobre IP considerando os backbones da Internet no Brasil, que deverá incluir: (1) encapsulamento de voz sobre IP verificando qual a degradação do QoS; (2) quais os produtos existentes no mercado para voz sobre IP; (3) como resolver o problema da falta de QoS; (4) simulação experimental de um link com características da Internet para analisar os resultados da transmissão de voz.

Pretendemos montar um ambiente para simular o trafego de voz, aplicando-se as técnicas disponíveis para as aplicações de voz, principalmente considerando-se aplicações de voz em tempo real. Após esses estudos, pretendemos fazer uma análise da viabilidade de implementação de voz sobre IP.

A revista da área de telecomunicações, Teletime, publicou na edição Nº 1 em Abril/98 uma reportagem escrita por André Mermelstein e José Augusto Lemos, que a Internet será responsável por 11% das ligações de longa distância do mundo inteiro [MER98]. Em um outro trecho deste mesmo artigo, os autores citam textualmente: "O segredo desta mudança nas telecomunicações está em uma palavrinha: gateway. Este é o equipamento que permite a interconexão da rede pública comutada com a Internet (ou com uma intranet ou qualquer rede baseada no protocolo IP). Com relativa facilidade, um servidor de Internet ou um servidor de uma rede corporativa transforma-se em um gateway, e pronto. Está feita a mágica. Este servidor passa a atuar como interface entre aparelhos de telefone comuns e a rede" [MER98]. Tudo parece muito simples, mas os atuais backbones da Internet não suportam estes tipos de aplicações, e para aplicações de voz em tempo real, existe a necessidade de QoS no protocolo IP. Existe, portanto, a necessidade de estudos que esclareçam como funcionarão as aplicações de voz em tempo real sobre a Internet.

O próprio mercado de rede não tem um posição definida em relação aos caminhos para chegarem as aplicações de voz em tempo real. Na revista Lantimes volume 4, edição Nº 35 datada de 28 de setembro de 1998, em uma reportagem de capa, podemos observar o seguinte: "Considerado um dos meios mais eficientes e econômicos para estabelecer uma conexão entre dois pontos, a voz sobre IP (VoIP) é o ´must` do momento no mundo das conexões à distância. A perspectiva de reduzir o custo das chamadas interurbanas e melhorar a qualidade das comunicações têm sido decisivas para que a tecnologia deixe de ser uma tendência e assuma áreas de realidade no Brasil. Outro fator estimulante ao seu avanço é a massificação da Internet/intranet, sobre cujos backbones são transportados os pacotes de voz. No momento, existem dois grupos distintos de fornecedores que exploram esse nicho de mercado. Um deles é o composto por empresas que comercializam soluções (gateway) de software e hardware para telefonia sobre IP. O outro reúne os provedores de serviços, que estão investindo pesado na montagem de uma infra-estrutura para que terceiros possam fazer chamadas através do backbone de uma rede pública, no caso a Internet [CRI98]".

Já em uma outra edição da mesma revista Lantimes, volume 4, edição Nº 42 datada de 4 de fevereiro de 1999, também em uma reportagem de capa, não confirma o que foi publicado na edição Nº 35 , conforme podemos observar: "A voz sobre IP (VoIP) finalmente chegou, acenando com a perspectiva de oferta de ligações de chamadas interurbanas de baixo custo. Mas não se engane, o IP é um dos métodos menos eficientes para enviar voz em uma rede de dados. Ainda que os produtos VoIP estejam finalmente disponíveis nas prateleiras das lojas, um longo caminho ainda precisa ser percorrido para essa tecnologia conquistar as empresas. A aplicação real de VoIP numa rede requer um rígido controle, além de uma cuidadosa preparação de todos os links e nós intermediários. Sem essas medidas são grandes as chances de um projeto para trafegar voz por pacotes IP naufragar [LAN99]".

As publicações deixam os usuários confusos, pois hora diz ser o método mais eficiente, hora diz ser o método menos eficiente. Considera-se muito que VoIP vai oferecer ligações de chamadas interurbanas de baixo custo, mas não se especifica quanto tempo um usuário vai ter que esperar para conseguir uma ligação deste tipo, pois a Internet encontra-se congestionada e os usuários estão acostumados com o telefone tradicional. Outro ponto não esclarecido refere-se a qual backbone será utilizado para os serviços de voz, o atual backbone público, que já não oferece condições para suportar as aplicações existentes, ou montar um backbone para este novo tipo de serviço.

Devido a esses motivos iremos analisar mais profundamente o trafego de voz sobre IP para os serviços de aplicação de voz em tempo real, caminhando para o encapsulamento de voz sobre IP, analisando qual a degradação do QoS e uma simulação experimental para analisar o desempenho do protocolo IP em aplicações de voz em tempo real, verificando a viabilidade de implantação de VoIP.

Este trabalho tem como objetivo principal investigar o ambiente de rede corporativo verificando condições para o suporte de aplicações de voz em tempo real, e conforme o andamento, investigar também os backbones públicos da Internet.

Podemos destacar outro objetivos como:

Este trabalho será dividido em três etapas principais. Inicialmente, haverá um período dedicado ao estudo dos temas relacionados. Depois, o arranjo para simulação experimental de VoIP será concebido e consolidado. Finalmente, serão realizadas as simulações, análise dos resultados e o texto da dissertação escrito.

Para facilitar o desenvolvimento de cada etapa, o trabalho estará dividido nas seguintes tarefas:

1. Revisão bibliográfica e estudo de:

. Codificadores de voz

. Protocolo de reserva de recursos RSVP

. Encapsulamento de voz sobre IP verificando qual a degradação do QoS

2. Estudo das aplicações de voz sobre IP disponíveis no mercado

3. Montagem do arranjo para a simulação experimental das aplicações de VoIP

4. Validação do arranjo

5. Seminário de andamento

6. Coleta de dados da simulação experimental

7. Avaliação dos resultados experimentais

Resumo

Com o crescimento acentuado dos meios de comunicação, inclusive na área de dados, a preocupação com a integração de serviços em uma única rede (B-ISDN), com o intuito de atender a demanda e manter a qualidade de serviço vem crescendo na mesma proporção. Neste ponto, o protocolo ATM tem sido a muito tempo apontado como o mais indicado, por trazer desde sua criação estas características intrínsecas. Porém, para atender aos diversos tipos de serviços exigidos foram criados vários protocolos para a camada de adaptação ATM. Esta camada é responsável pelas atividades específicas e mais complexas necessárias aos vários tipos aplicações, mantendo assim a camada ATM mais simples e rápida.

O último protocolo de adaptação padronizado foi AAL2 ,que surgiu a partir das necessidades da telefonia celular. Ele foi idealizado para a classe de serviços do tipo VBR (taxa de bits variável) em tempo real, além disso, houve uma preocupação com a multiplexação dos usuários AAL para aproveitar melhor a largura de banda e a característica de baixa taxa de bits. Por ser recente, pouco informação está disponível e existe uma grande necessidade de estudos sobre seu uso.

Para poder fazer melhor uso destes protocolos da camada de adaptação, é necessário conhecer bem seus limites, e para tanto estudar seu comportamento, através de técnicas de modelagem e simulação. Deste modo, pretende-se avaliar e tentar mostrar as vantagens deste novo protocolo AAL2, a fim de dimensionar a potencialidade de sua aplicação. Para realizar a simulação é necessário utilizar ferramentas que facilitem este trabalho, e por isso, pretende-se pesquisar e definir qual a melhor e mais prática maneira para se criar um ambiente de testes propício para ser aplicado ao protocolo AAL2. A partir destas simulações, pode-se fazer uma análise deste protocolo utilizando modelos de tráfego de voz, a fim de obter informações do seu comportamento.

Motivação

Desde sua idealização, o ATM convive com a difícil tarefa de integrar todos os tipos de serviços em uma única rede, a B-ISDN (Rede Digital de Serviços Integrados de Faixa Larga) [TAN 96] [PRY 95]. Esta tarefa tem se mostrado árdua e lenta, mas aos poucos o ATM vem firmando-se como um dos protocolos mais procurados para estes objetivos.

Os meios de comunicação se popularizaram e as redes crescem a cada dia, e devido a este crescimento mundial existe uma necessidade cada vez maior de investimentos nesta área, que nem sempre são disponíveis. Buscam-se então formas cada vez mais eficiente de integrar os diversos tipos de serviços de comunicação numa única rede, de forma a minimizar custos.

Nesta perspectiva é fácil verificar que o estudo dos protocolos de rede passa a ser base na busca de uma melhor utilização da largura de banda e qualidade de serviço, na tentativa de acomodar a crescente demanda aos recursos de rede disponíveis.

A noção de QoS, que veio junto da tecnologia ATM, traz consigo um campo de grandes desafios ainda não resolvidos na integração proposta pelo B-ISDN. Faltam estudos mais precisos das aplicações e dos diferentes ambientes operacionais para chegarmos a uma situação de perfeita garantia do QoS, além de uma utilização eficiente dos escassos recursos da rede. É importante observar que realmente o ATM possui vantagens que possibilitam um melhor controle sobre o tráfego de rede, inclusive sobre a variação no atraso das informações, o que representa um grande diferencial, principalmente para as aplicações de tempo real, tais como vídeo e som, onde este aspecto pode ser crucial para sua implementação.

A verdade é que esta tecnologia trouxe movimentação no mercado internacional das indústrias de informação. Empresas tem se preparado para oferecer novos serviços (VoD - Vídeo sob Demanda), ou para aumentar o seu mercado. Essas redes começaram baseadas em expectativas, mas visando sempre o imenso mercado futuro da informação eletrônica. Atualmente, estamos numa fase onde a video-conferência já é uma realidade inclusive para o ensino a distância.

Para fazer uso da tecnologia ATM, as aplicações utilizam uma camada de adaptação (AAL) onde são executadas funções específicas para cada tipo de serviço, dependendo da natureza do mesmo. Assim, a rede ATM pode manter sua simplicidade e velocidade de processamento pois não precisa conhecer a aplicação. Esta camada AAL é responsável pela atendimento diversificado dos diferentes serviços do ATM, além de manter o controles de segmentação e remontagem das células, multiplexação, detecção e correção de erros ou células perdidas, entre outras coisas.

O protocolo AAL 2 foi padronizado em 1997 [ITU 97] e por isso é bem recente, sendo desta forma um campo ainda não totalmente avaliado. Os engenheiros da comunicação celular é que buscaram neste padrão uma solução para seus tipos de redes, onde existe uma baixa taxa de bits, porém em tempo real, e por isso uma necessidade de utilização mais eficiente da largura de banda. Já pode–se contar com os primeiros estudos nesta área [HIR 98], junto as técnicas de rádio difusão que estão surgindo como o W-CDMA ou mesmo com aquelas popularizadas como o GSM. Como a telefonia celular tem apresentado um crescimento acelerado nestes últimos anos, podemos esperar uma evolução rápida do AAL2.

Juan Nogueira da Ericsson Nippon [NOG 98], conclui que o AAL 2 proporciona um bom mecanismo para ajuste fino do atraso de empacotamento e utilização eficiente da largura de banda para serviços de baixa taxa de bits e aplicações VBR. O ITU-T trabalha na direção de definir sub-camadas específicas para o AAL2 denominadas SSCS, e pode-se esperar uma para pacotes longos e outra para serviços de troncos telefônicos.

O maior custo da utilização deste protocolo é mais "overhead" na forma de cabeçalhos, porém isto não é tão importante quando comparado a técnicas de preenchimento parcial da célula. Aliás, torna-se cada vez menos significativo a medida que aumenta o número de usuários do AAL devido ao fato deste protocolo apresentar uma boa eficiência na multiplexação estatística destes serviços.

Como o novo padrão de protocolo denominado AAL 2 trata de serviços do tipo VBR (taxa de bits variável) com vinculação temporal, futuramente pode-se estudar aplicações que vão além da voz, como a video-conferência sobre uma rede ATM utilizando-se compactação de dados (tipo MPEG-2). Para isso, precisa-se saber com mais precisão os limites de utilização deste protocolo.

Em um futuro próximo, deverão ser estabelecidas redes ATM em diversas cidades brasileiras, tais como no projeto METROPOA e o da Rede Metropolitana de Florianópolis, que a princípio será basicamente de dados, mas pode vir a integrar mais serviços necessários as comunidades que fazem parte destes projetos, visto que muitos dos integrantes são instituições de ensino superior que normalmente tem diversos campos de pesquisa, tais como o ensino a distância.

Objetivos e resultados esperados

Devido a necessidade de um melhor conhecimento sobre os protocolos de rede e sua aplicabilidade em diversos tipos de serviços, o objetivo central deste trabalho é proporcionar mecanismos que venham a esclarecer e testar o funcionamento da camada de adaptação do ATM sobre diversas circunstâncias de operação.

Pode-se, dividir os objetivos em :

• montar um ambiente para simulação das camadas de adaptação ATM;
• avaliar o desempenho do protocolo AAL2 em diversas situações tráfego;

• Montar um ambiente para simulação das camadas de adaptação do ATM

Este primeiro objetivo passa por uma pesquisa de métodos e ferramentas de simulação de protocolos, para ao final definir e preparar um ambiente de teste que possa ser usado em outros estudos e simulações sobre AAL e ATM.

Pretende-se verificar a possibilidade de utilizar Redes de Petri como uma das ferramentas de simulação, tendo em vista o fato de ser reconhecida como uma ferramenta muito útil em estudos de protocolo, devido a sua característica dinâmica.

• Avaliação do desempenho do protocolo AAL2

Este seria o principal objetivo, no qual pretende-se obter uma comparação mais precisa do uso dos protocolos de adaptação ATM. Através de diversas situações de tráfego e tipos de serviços ao qual seriam expostos os AAL na simulação pretende-se obter uma avaliação de quando e em que circunstâncias pode-se usar cada protocolo.

Esta avaliação pretende verificar a possibilidades abertas pelo novo protocolo AAL2 que a princípio surgiu como um padrão para transmissão de dados em telefonia celular, mas já cogita-se a possibilidade de usos mais genéricos, como a de transmissão de voz sobre ATM para substituir a emulação AAL1 dos circuitos T1/E1.

Referências Bibliográficas

O desenvolvimento deste trabalho definirá um modelo de gerenciamento para avaliação de desempennho da camada física SDH, para redes ATM que tenham definido este sistema como solução de transmissão.

Os sistemas SDH estão bem definidos em uma longa lista de recomendações da UIT, série G, e série E. Essa última, é voltada especificamente aos aspectos de avaliação da qualidade das redes de telecomunicações. Considerando esta documentação, as RFCs pertinentes, os trabalhos que estão sendo desenvolvidos sobre a rede METROPOA e outros sistemas públicos em fase de projeto, pretende-se propor especificar e se possível testar o sistema de gerenciamento para avaliação de desempenho da camada física.

O sistema SDH, já na sua criação incorporou os conceitos de gerenciamento. Isto foi realizado pois constatou-se que sistemas de transmissão mais antigos, sem um enfoque nato de gestão, apresentavam grandes dificuldades operacionais depois de ativados. Além de não apresentarem a flexibilidade desejada pelas operadoras, frequentemente era difícil obter-se uma avaliação sobre o desempenho do sistema. Isto levou à muitas situações onde a constatação da existência de problemas só ocorreu devido a interrupção não prevista no funcionamento normal dos equipamentos. Além disso, se requer muitas vezes o conhecimento de um diagnóstico do sistema em operação a fim de apoiar decisões de manutenção e expansão.

Os frames SDH dedicam parte de sua banda ao transporte de informações de gerenciamento, que são básicas. Estas informações que circulam pela rede estão disponíveis para coleta, análise e elaboração de diagnósticos. É importante salientar que nem sempre as ferramentas para elaboração deste trabalho são fornecidos pelo provedor de tecnologia junto com o produto que fornece. Portanto, esta é uma atividade de pós venda, que pode ser desenvolvida pelos operadores de modo customizado, segundo suas necessidades.

Conforme se observou na rede METROPOA , um vasto trabalho pode ser desenvolvido neste campo uma vez que os elementos SDH dos switches fornecidos não dispõem das MIBs para seu gerenciamento.

Os objetivos definidos neste projeto consistem na especificação de um sistema de gerenciamento de camada física para ser aplicado sobre a rede METROPOA. Este sistema, em sua concepção, deve ter um grau de abrangência bastante para possibilitar sua aplicação também em redes ATM abertas, como aquelas operadas por empresas públicas. Desse trabalho deve resultar a especificação de MIBs, protocolos e de uma interface para visualização dos estados da camada física. Em uma etapa posterior, pretende-se a própria implementação e testes do sistema.

O plano de trabalho consistirá inicialmente de pesquisa de toda documentação pertinente, referidas principalmente nas séries G e E da UIT e RFCs. Paralelamente, seguirão os estudos sobre a documentação referente aos equipamentos da rede METROPOA. Em uma etapa subsequente será ativado o sistema de gerenciamento desta rede. Os nós da rede METROPOA não estão ainda interligados, portanto a primeira visão de gerenciamento será standalone, exclusivamente sobre o switch 8285 instalado na CRT. Nesta fase também, por inexistência de uma MIB referente ao elemento SDH, o escopo de gerenciamento cobrirá basicamente a camada ATM.

Numa etapa seguinte, se buscará a especificação de um sistema que colete informação de gerenciamento no frame STM-1, para serem analisados com a finalidade de avaliação de desempenho da camada física. Se buscará também a especificação e o desenvolvimento de um sistema que apresente os resultados das análises em formato inteligível para os administradores da rede. Este trabalho será estendido também para uma visão de rede tão logo ela esteja constituída.

Outro item deste plano de trabalho é aplicação do que foi desenvolvido sobre esta rede em outras que encontram-se nos planos da CRT.Adiante, são apresentadas as principais etapas referentes ao desenvolvimento deste trabalho:

1. Análise da documentação da UIT e IETF;
2. Análise da documentação IBM;
3. Ativação do sistema de gerência sobre o switch 8285 instalado na CRT;
4. Especificação de um sistema de gerenciamento sobre o elemento STM-1 do switch 8285 da IBM;
5. Especoficação do sistema de gerenciamento a nível de rede;
6. Apresentação do seminário em andamento;
7. Escrita da dissertação ;
8. Entrega da dissertação.

BIBLIOGRAFIA

A capacidade de avaliar o desempenho das redes ATM tem sido um desafio para os administradores. Desde a especificação do projeto até a manutenção, são necessárias estimativas esperadas do comportamento da rede sobre determinadas cargas de serviços. Quanto melhor a precisão da avaliação de comportamento esperado, maior será a capacidade de configurar adequadamente e de prever dificuldades de desempenho.

Superada a etapa de levantamento e qualificação dos tráfegos de serviços a serem suportados, resta avaliar o impacto desta carga sobre a estrutura de recursos da rede. Sendo os recursos limitados, a rede possui um ponto de saturação que depende de suas características e técnicas utilizadas para atender os serviços demandados. O conjunto de características como topologia de rede, capacidade de comutação, algorítmos de controle e outros determinam o comportamento da rede nas mais diversas situações de cargas.

O objetivo desta dissertação é propor um modelo que permita simular o comportamento e a avaliação de desempenho em backbones ATM. O modelo será configurável para cada simulação, permitindo a especificação das características dos switches e da topologia de rede. A simulação do comportamento será feito aplicando nas portas dos switches modelados uma carga de tráfego gerada externamente ao modelo. Os resultados a serem obtidos serão parâmetros estatísticos de desempenho da rede ATM tais como razão de células perdidas e variação de atraso de células. A validação do modelo será efetuada por meio da comparação dos resultados obtidos com os de uma rede real.

É uma tendência mundial crescente a utilização da tecnologia ATM na implementação de redes metropolitanas de alta velocidades para o suporte de multisserviços como telefonia, videoconferência e acesso a base de dados. A integração destes serviços de características de tráfego e exigências distintas, compartilhando uma mesma infra-estrutura de fibras ópticas, é possível com o devido tratamento de prioridade na utilização dos recursos da rede. Outro fator que possibilita o atendimento em escala destes serviços é a capacidade de transmissão de uma quantidade de informação por unidade de tempo: quanto maior a capacidade, maior será a quantidade disponível de serviços a serem realizados na mesma unidade de tempo. A tecnologia ATM persegue estas duas demandas: a qualificação do tráfego para priorização na utilização dos recursos de rede através de parâmetros descritores chamados de QoS (Quality of Service) [PRY 93] e a alta capacidade de transmissão tanto no que se refere ao diminuto consumo interno de tempo dos equipamentos(switches) para comutação das conexões bem como na transmissão, propriamente dita, sobre os enlaces físicos que atualmente chegam a valores acima de 2,4 Gbit/s.

Devido ao comprometimento com a qualidade dos serviços transportados e a limitação física dos recursos (como capacidade de transmissão dos enlaces), a rede possui um ponto flutuante de saturação onde, neste estado, impede o ingresso de novos serviços e começa a sofrer queda de desempenho devido a congestionamentos. É um ponto flutuante pois depende do tipo, da quantidade e da topologia de tráfego.

Figura 1 – Rede ATM: Elementos Internos x Externos

Combinações variadas desses elementos sobre uma determinada rede geram resultados de impacto sobre a tolerância à saturação, aumentando ou diminuindo a capacidade de desempenho da rede. Portanto, o projeto de uma rede ATM deve considerar estes elementos externos como fundamentais na especificação da rede e sempre identificá-los com a maior precisão possível para adequar a rede aos serviços que deve suportar [ONV 95]. O outro lado desta questão de desempenho é a rede em si, os elementos internos (Fig. 1). Estes são os diferentes recursos que podem ser reunidos na configuração da rede, como velocidades dos enlaces, capacidade de comutação, quantidade de buffers, topologia de conexão e outros que são intrínsecos aos equipamentos utilizados ou caracterizam uma solução adotada para a rede. Novamente, combinando valores para estes elementos temos modificações no desempenho da rede. Enquanto os elementos externos consomem recursos, os internos disponibilizam recursos. O levantamento desses elementos e avaliação de equilíbrio entre eles é a garantia de sucesso do projeto de uma rede ATM.

A possibilidade de se ter uma ferramenta para modelagem e simulação do comportamento de determinada configuração de rede (elementos internos) sobre os efeitos de cargas de diferentes tráfegos (elementos externos) é um grande facilitador tanto no processo de projeto quanto no de manutenção de redes. A simulação de inúmeras possibilidades de características da rede ou de tráfego permitem avaliações comparativas de desempenho. Os resultados obtidos das simulações podem, por exemplo, fornecer argumentos para ajustar a configuração da rede, prever alterações de desempenho, identificar pontos de saturação e congestionamento, relacionar dispositivos críticos a falhas e avaliar o impacto de ingresso de novos serviços. O administrador abandona um processo de avaliação baseado em projeções empíricas e passa a utilizar uma ferramenta analítica baseada em probabilidades e estatísticas que apesar de limitado em relação ao mundo real, pois abstrai características e as simplifica, modela com propriedade uma tendência de comportamento da rede.

O objetivo desta dissertação é propor um modelo que permita simular o comportamento e a avaliação de desempenho em backbones ATM. Para tanto, a base da pesquisa é a modelagem de equipamentos switches ATM e suas interações em uma rede com conexões previamente estabelecidas.

O modelo será configurável para cada simulação, permitindo a especificação das características dos switches e da topologia de rede. A geração de tráfego de serviços é aparte do modelo proposto e deverá ser sempre injetada como entrada de eventos na simulação através das portas dos switches modelados. Na execução das simulações, na falta de modelos apropriados de geradores de tráfegos, serão utilizados modelos simplificados para teste.

Os resultados apresentados serão parâmetros estatísticos de desempenho [MIN 97] tais como razão de células descartadas, razão de células marcadas para descarte, atraso médio e variação no atraso para transferência de células, taxa máxima e média de ocupação dos enlaces e consumo de buffers.

Para validar o modelo, serão coletados resultados de simulações que vão ser comparados aos obtidos de uma rede real em condições de configurações similares. Como conseqüência deste trabalho de pesquisa, será disponibilizado um modelo básico para ser integrado a outros projetos de simulação e avaliação de serviços específicos sobre redes ATM.

No sentido da motivação descrita e a complexidade envolvida, os objetivos gerais desta dissertação são:

• pesquisar e selecionar os aspectos que determinam o desempenho de redes ATM;
• propor um modelo que represente o comportamento de switches ATM (fluxo agregado) interligados formando um backbone onde as conexões são fixas e pré-estabelecidas;
• e validá-lo através da comparação de resultados obtidos em redes ATM reais.

Os objetivos anteriormente relacionados serão buscados através da realização das seguintes atividades:

I) Prospecção

• Estudar os aspectos determinantes do desempenho de redes ATM;
• Pesquisar modelos analíticos [PIT 96] e estocásticos de simulação de desempenho disponíveis e caracterizá-los;
• Analisar as técnicas e variações, utilizadas nos switches comercializados, de algorítmos de controle de acesso, controle de tráfego, controle de congestionamento, roteamento e outros relevantes na modelagem de switches;
• Determinar o nível de abrangência e abstração do modelo considerando a precisão desejada em relação ao mundo real;

II) Especificação do Modelo

• Especificar a estrutura funcional do Modelo;
• Modelar o comportamento e características de um switch ATM;
• Caracterizar arquitetura da malha de comutação;
• Caracterizar quantidade de portas e taxa de transmissão;
• Caracterizar quantidade de buffers;
• Caracterizar tempo de comutação interna;
• Controle de Admissão de Conexão;
• Controle de Tráfego;
• Controle de Congestionamento;
• Modelar o comportamento e características da interação entre switches ATM;
• Roteamento;
• Topologia de rede;
• Modelar o comportamento e características de circuitos virtuais;
• Estabelecimento de conexão;
• Transferência de informação;
• Término de conexão;
• Modelar o comportamento e características de células;
• Caracterizar cabeçalho da célula;
• Caracterizar tipo de tráfego;
• Caracterizar freqüência de tráfego;
• Caracterizar topologia de tráfego;

• Especificar o conteúdo e formato de apresentação dos resultados obtidos na simulação;

III) Elaboração de artigo sobre modelagem de desempenho em redes ATM

IV) Preparação e Apresentação do seminário de Andamento

V) Validação e Correções do Modelo

• Simular o comportamento de redes ATM sobre diferentes tipos de tráfegos e criticar os resultados obtidos;
• Validar o modelo comparando os resultados obtidos nas simulações com os da rede metropolitana ATM do consórcio MetroPOA, cuja a UFRGS é integrante;

4.2.3 Interoperabilidade entre Plataformas de Gerenciamento para redes ATM

Autores: Lisandro Zambenedetti Granville e Liane Tarouco

No ambiente do projeto Metropoa, o gerenciamento ATM é realizado localmente a cada instituição do consórcio. Para cada ambiente existe um conjunto de ferramentas que isoladamente fornecem o gerenciamento ATM.

Em uma primeira etapa, as questões de gerenciamento deverão ser resolvidas localmente. Que objetos da MIB ATM serão utilizados? Quais objetos são suportados pelos equipamentos utilizados? Que outras MIB podem auxiliar o gerenciamento? Outras MIBs proprietárias devem também ser consultadas? As respostas para estas questões fazem parte desta primeira etapa, onde busca-se o controle direto sobre os equipamentos.

Entretanto, em uma segunda fase, deverá existir uma integração entre os ambientes de gerenciamento locais, permitindo a troca de informação entre os sítios dos consorciados. Por exemplo, uma determinada instituição A pode querer recuperar informações do switch de instituição B, para garantir que o link entre A e B esteja ativo. Mas o switch em questão faz parte do escopo de gerenciamento da instituição B. Tal switch poderá ou não ser acessado por A? Não poderá ser acessado por todos diferentes de B, ou existe restrição apenas em relação a A? As respostas para este tipo de perguntas definirá como ocorrerá a integração entre os sítios gerenciados.

Além disso, o gerenciamento atualmente realizado não limita-se a apenas uma plataforma de gerenciamento. NetView poderá ser utilizada por um consorciado, enquanto que em outro teremos o OpenView. Num terceiro poderemos ter ainda TNG Unicenter, enquanto que em outros casos poderemos usar apenas o gerenciamento mais simplificado do MRTG. As soluções locais para o gerenciamento são então distintas, pois cada instituição poderá utilizar uma plataforma de gerenciamento que melhor lhe convir. Mas quando falamos em integração, como as várias plataformas poderão cooperar para permitir um gerenciamento global? Será que a plataforma do sítio A poderá acessar o switch em B, ou estas informações deverão obrigatoriamente serem sempre recuperadas indiretamente através da plataforma do sítio B?

A integração de plataformas heterogêneas é uma questão muito importantes, quando um gerenciamento global é necessário. Em redes ATM, em particular, esta integração é muito bem vinda, pois cada sítio de rede poderá colaborar com os outros fornecendo informações importantes que permitem a manutenção da "saúde" da rede.

Além disso, o conjunto de novas aplicações que podem ser implementadas em uma rede ATM geralmente necessitam também de um gerenciamento global. Logo, apenas o gerenciamento de rede em si não é mais suficiente, necessitando existir também o gerenciamento das aplicações em redes. Como determinada que uma aplicação de vídeo específica só poderá rodar se o fluxo até o destino atingir determinado patamar? Como determinar este patamar e como verificar os valores correntes? Um gerenciamento global de aplicações pode resolver estes problemas.

Assim, tem-se alguns desafios interessantes:

• Quais objetos da rede global devemos gerenciar?

• Como gerenciar este objetos de forma integrada com outras plataformas de gerenciamento?

• Quais aplicações em redes devemos gerenciar?

• Como gerenciar cada uma destas aplicações de forma integrada com outras plataformas de gerenciamento?

Além destas questões, existem outras mais técnicas em relação a integração de plataformas heterogêneas. Consideramos como plataformas heterogêneas não simplesmente produtos fechados como o NetView ou TNG Unicenter. Está se considerando também conjuntos de aplicativos que fornecem um gerenciamento de uma forma ou de outra. Por exemplo, o MRTG apresenta-se uma ótima ferramenta quando estamos interessados em captar os dados via Web. Mas como o MRTG poderá ser integrado às plataformas NetView, por exemplo? Devemos criar um processo auxiliar que retira informações das páginas criadas e envia os resultados para a plataforma de interesse? E isso seria implementado como notificações (traps), mensagens SNMPv2, ou um protocolo específico para esta integração.

Neste caso, um modelo de integração também se faz necessário, para que questões como estas possam ser tratadas de maneira uniforme. Dado este modelo, a integração apresenta-se de forma mais organizada, e permitirá a novas soluções de gerenciamento também uma integração, desde que sigam tal modelo.

Como ponto inicial desta tarefa, teremos um estudo dos modelos existentes atualmente. A adaptação destes modelos ao gerenciamento da rede do Metropoa será considerado. Soluções híbridas provavelmente terão também sua importância. Mas de modo geral objetiva-se a definição exata de tal modelo, para que o mesmo possa ser efetivamente aplicável.

Os principais objetivos desta proposta são:

• A definição de um modelo de gerenciamento para a rede do MetroPoa. O modelo, já citado anteriormente, deverá levar em conta as plataformas de gerenciamento atualmente empregadas localmente nos consorciados, bem como possíveis alternativas a estas plataformas. Particularmente estamos interessados nas plataformas NetView da IBM, OpenView da HP e TNG Unicenter da CA, além da integração de MRTG, usado pela maior parte dos consorciados.

• Criação de aplicações para o gerenciamento específico das aplicações em redes do consórcio. A criação destas aplicações de gerenciamento deverão estar de acordo com o modelo de gerenciamento do item anterior. Tais aplicações serão construídas como extensões das plataformas de gerenciamento e como tal, na maior parte dos casos, compartilharão de um mesmo ambiente de software de gerenciamento. As funcionalidade acrescidas por estas extensões permitirão o gerenciamento de aplicativos de redes criados dentro do âmbito do Metropoa. Como exemplo, poderíamos citar extensões para o gerenciamento de aplicações de Vídeo on Demand.

• Tutoriais. Dos trabalhos resultantes dos itens anteriores, muitos aspectos técnicos tendem a ficar obscuros, e seus únicos conhecedores serão aqueles que efetivamente estarão implementado o código final. Para evitar esta situação e ao mesmo tempo disponibilizar para o público geral estas informações importantes, serão criados conjuntos de tutoriais que apresentarão os trabalhos realizados da forma mais detalhada possível. Por exemplo: após uma implementação de extensão da plataforma OpenView, um tutorial apresentado como esta extensão foi realizada, e como novas extensões podem ser criadas será confeccionado.

O presente trabalho será dividido em diversas etapas que seguem.

LEIWAND, Allan. Network Management – A Practical Perspective. 2a ed. Addison Wesley.

MILLER, Mark A. Managing Internetworks with SNMP. 2a ed. M&T Books, 1997.

ROSE, Marshall T.; McCLOGHRIE, Keith. The Network Management Practicum. Prentice Hall, 1995.

STALLINGS, William. SNMP, SNMPv2 and RMON. 2a ed. Addison Wesley, 1996.

4.2.4 Gerenciamento por Delegação de QoS no METROPOA

Autores: Lisandro Zambenedetti Granville e Liane Tarouco

O principal objetivo dos esforços atuais na criação de uma segunda versão da Internet (Internet2) é fornecer um ambiente colaborativo, onde pessoas distantes fisicamente possam trabalhar juntas de forma eficiente. Para isso, uma gama de novas aplicações em redes deve ser fornecida.

Estas novas aplicações, por usa vez, devem contar com recursos de comunicação sofisticados, capazes de garantir serviços eficientes e rápidos. Enfim, as aplicações antes de mais nada, vão requisitar da estrutura de rede uma maior capacidade de banda.

Novas tecnologias serão empregadas e redes de alta velocidade fornecerão os recursos de banda necessários. Entretanto, é preciso garantir uma correta utilização destes recursos, para que as aplicações possam contar com serviços mais garantidos. Isto é, será necessária uma qualidade dos serviços, ou QoS (Quality of Service). Além disso, esta QoS também necessitará de gerenciamento, para que opere em condições favoráveis.

Somado a estes fatos, temos ainda a complexidade crescente das redes, cada vez mais heterogêneas e difíceis de serem gerenciadas. O gerenciamento de QoS no ambiente da Internet2 não se compõe em uma tarefa simples, e o uso de uma arquitetura de gerenciamento centralizada, largamente utilizada nos dias de hoje, será incapaz de solucionar os problemas que surgirão.

Dado este problema, o trabalho a ser desenvolvido, descrito neste plano, pretende investigar o uso do Gerenciamento por Delegação na garantia da QoS de uma rede de alta velocidade, como a Internet2.

No projeto Metropoa as questões relativas ao gerenciamento de QoS são importantes porque irão garantir para as novas aplicações desenvolvidas dentro do projeto, uma utilização e alocação eficiente dos recursos da rede.

O tema Qualidade de Serviço (QoS) não é recente na área de redes de computadores. Garantir um funcionamento homogêneo e constante dos serviços de uma rede de computadores aumentaria em muito a qualidade das aplicações que se utilizam destes serviços. Devido à estrutura atual existente na Internet, poucas vezes algum aspecto de QoS podem ser garantido. Os protocolos atuais não fornecem estes mecanismos e por conseqüências as aplicações são executadas na maior no paradigma de best effort [SIK 98]. Isto é, as aplicações não podem contar que os recursos oferecidos pela rede estarão funcionando sempre da melhor forma. Mais prejudicial ainda é que estes recursos sequer estarão funcionando de uma forma constante. Assim, as aplicações tornam-se suscetíveis às variações da rede, e como não podem prever tais variações também não podem se adaptar eficientemente.

Por outro lado, o ambiente atualmente proposta da Internet2 conta com vários aspectos que podem oferecer níveis de QoS muito interessantes para novas aplicações. Com estes recursos as novas aplicações podem oferecer funcionalidades aos usuários antes inconcebíveis. Para tal, conta-se com dois fatores: uma largura de banda maior e um gerenciamento de QoS adequado.

A relação entre capacidade de banda e QoS é fundamental. Os usuários desejam garantias de QoS mesmo que a capacidade da rede cresça rapidamente. QoS são garantias fim-a-fim do serviços. A capacidade de banda de uma rede faria que a QoS de serviço fosse dispensável apenas no caso onde esta banda garantisse uma eliminação total de todos os congestionamentos da rede. Talvez este fato um dia até possa vir a ser realidade. Enquanto isso, a idéia de que congestionamentos verdadeiramente continuarão a existir parece ser mais factível que o oposto. Como teremos estes congestionamentos mesmo em uma estrutura como a Internet2, a garantia de QoS ser faz necessária.

Um fato que contribui para a assertiva de que os congestionamentos continuarão a existir é a de que as aplicações passarão a exigir um maior fluxo de dados. Na verdade, existe uma correspondência recíproca entre aplicações mais complexas e capacidade de banda maior. Aplicações importantes forçam o surgimentos de redes com maior capacidade. Por sua vez, redes com maior capacidade incentivam o desenvolvimento de aplicações que utilizem a capacidade destas redes. Concluindo: uma capacidade de banda maior não elimina a necessidade de QoS; e a existência de QoS não permite o aumento da capacidade de banda da rede [TEI 98].

A relação entre QoS, capacidade de banda e novas aplicações sugerem questões como as apresentadas acima. Existe outra relação importante entre o controle da QoS, a complexidade das redes e as novas aplicações. Quanto maior a complexidade de um rede, mais complexa é a garantia de QoS. Como conseqüência direta, se não se tem QoS as novas aplicações apresentarão problemas quando uma rede anteriormente simples se tornar mais complexa. A complexidade de uma rede dificulta a garantia de QoS e a solução para isso é o gerenciamento não centralizado dessa QoS em redes complexas.

Na última década, o gerenciamento de redes passou a ser um item importante para as organizações. A manutenção de redes complexas, com vários dispositivos, usuários, recursos e protocolos tornou-se uma atividade crucial. Padrões foram estabelecidos para definir um gerenciamento aberto. Atualmente a maior parte do gerenciamento de redes segue estes padrões, definidos para redes menos complexas que as atuais.

O modelo de gerenciamento mais simples assume a existência de um gerente que captura informações de gerenciamento dos dispositivos da rede interagindo com agentes associados aos dispositivos. As informações de gerenciamento podem ser obtidas por consulta explícita, ou os agentes podem enviar notificações aos gerentes, informando situações especiais. De posse destas informações o gerente pode fazer várias análises, e tomar decisões quanto a operação da rede gerenciada.

Dos padrões propostos, o CMIP [LEI 98] se mostra talvez o que possui um conjunto de serviços mais complexo. Entretanto este padrão não é muito difundido e na prática o padrão Internet é o mais amplamente utilizado. A maior parte dos dispositivos do mercado fornecem suporte ao protocolo SNMP [STA 97] – o protocolos utilizado pelo modelo de gerenciamento Internet. As plataformas de gerenciamento mais difundidas no mercado operam sobre este modelo. Isto é, o modelo de gerenciamento Internet (protocolos SNMP) é um padrão de fato.

A abordagem centralizada, amplamente utilizada, não permite uma escalabilidade do gerenciamento. Redes maiores indicam um gerenciamento centralizado mais difícil. Outras abordagem foram propostas. Um gerenciamento hierárquico permite um fluxo de informações de gerenciamento menos centralizado em uma estação de gerenciamento principal.

Entretanto, o descentralização do gerenciamento não indica o uso de novas funcionalidades. Os mesmos recursos padronizados usado no gerenciamento centralizado também são utilizados no gerenciamento distribuído. E este conjunto de recursos pode ser eficiente em redes mais simples, mas nas redes atuais estes recursos limitam muito a tarefa de gerenciamento.

O modelo de Gerenciamento por Delegação (Management by Delegation - MbD) [SCH 97] fornece soluções para estes dois problemas. Ele permite a delegação dinâmica, para gerentes e agentes, de funções de gerenciamento. O gerenciamento por delegação é um modelo mais recente e alguns protótipos implementando políticas de delegação foram desenvolvidos. Atividades em relação a padronização do modelo também existem. A IETF (Internet Engineering Task Force) possui um grupo de trabalho que apresenta pesquisas neste sentido: o Distributed Management Task Group (DISMAN). Da mesma forma a ISO (International Organization for Standardizantion) vem estudando uma proposta de padronização.

A situação atual mostrada anteriormente apresenta pontos de investigação importantes. Fica claro o problema existente entre a QoS necessária para as novas aplicações e o gerenciamento dessa QoS em redes cada vez mais complexas e com capacidade de banda elevada para os padrões atuais.

O gerenciamento desta QoS é necessário, e o gerenciamento por delegação apresenta um modelo adequado para o gerenciamento da QoS [QUI 99]. O problema a ser investigo pede ser resumido em uma pergunta: qual a forma mais adequada de gerenciar QoS na Internet2 utilizando delegação? Que novos protocolos serão necessários e que serviços o modelo de gerenciamento deve fornecer para que a QoS possa existir mesmo em redes de altas velocidades e complexas?

2. Projetos na Área de Controle de Tráfego

1. Modelagem de fluxos de serviços em redes ATM

A tecnologia ATM surgiu como suporte universal para redes de banda larga com integração de serviços. Sua importância no contexto de redes de comunicação de dados, públicas e privativas, vem crescendo.

Considerando que a tecnologia ATM visa a integração de tráfegos com características totalmente diferentes, como voz, dados e vídeo, a pesquisa de modelos de tráfego tem sido essencial nos diversos aspectos da evolução desta tecnologia. Os modelos de tráfego têm um papel importante na comprovação da possibilidade de implantação e eficiência de redes ATM.

Recentemente novos modelos de tráfego, para o tráfego de dados, foram propostos. Para o tráfego agregado de uma rede local foi proposto o modelo auto-similar ou fractal, enquanto que para o tráfego a nível de fontes individuais foi proposto o modelo On/Off Pareto [OLI97].

Pretende-se estudar e simular o fluxo agregado gerado a partir da multiplexação estatística de fontes heterogêneas individuais usando o modelo On/Off Pareto.

Um dos grandes objetivos do ATM é a otimização eficiente dos canais digitais síncronos do nível físico. Para isso o ATM utiliza a multiplexação estatística das diversas fontes de modo a fazer uso mais eficiente do canal.

A idéia por trás do conceito de multiplexação estatística é aproveitar a capacidade ociosa de fontes em rajada (ou seja, fontes que alternam períodos de transmissão na taxa de pico com períodos de silêncio) e fontes VBR (Variable Bit Rate - fontes que transmitem a uma taxa variável), ou seja, os instantes em que estas fontes estejam transmitindo a uma taxa menor que a taxa de pico para multiplexar um número maior de fontes [OLI97].

É essencial conhecer o comportamento do fluxo agregado resultante dessa multiplexação. Esse conhecimento permite que se faça uma alocação mais adequada de recursos, em termos de buffer e banda.

.

• Estudar detalhadamente o modelo On/Off Pareto;

• Apresentar justificativas de validação do modelo On/Off Pareto;

• Simular o modelo On/Off Pareto;
• Fazer estudos de multiplexação estatística com fontes heterogêneas diversas, e comparar os resultados com os de fontes On/Off exponenciais;

• Realizar um estudo comparativo entre os resultados analíticos assintóticos e os resultados de simulação, com o objetivo de determinar o número de fontes, utilização do canal e tamanho do buffer para os quais os resultados analíticos aproximam os resultados de simulação de maneira satisfatória;
• Utilizar o modelo On/Off Pareto na avaliação de desempenho de mecanismos de policiamaneto de tráfego em redes ATM, tais como leaky bucket. Comparar os resultados com os de fontes ON-OFF exponenciais.

Atividades a serem desenvolvidas:

1. Estudo do modelo On/Off Pareto e suas características visando obter uma boa compreensão do mesmo;
2. Justificativas de validação do modelo;
3. Aprendizagem do uso da ferramenta de análise de tráfego, miniscope, que será usada na implementação do modelo;
4. Simulação do modelo usando a ferramenta acima mencionada;
5. Estudos de multiplexação estatística com fontes heterogêneas diversas, e comparar os resultados com os de fontes On/Off exponenciais;
6. Comparação dos resultados analíticos assintóticos com os de simulação;
7. Utilização do modelo On/Off Pareto na avaliação de desempenho de mecanismos de policiamento de tráfego em redes ATM. Comparação dos resultados com os de fontes exponenciais;

[WTSW97] Walter Willinger, M. S. Taqqu, R. Sherman, e D. V. Wilson. Self-Similarity Through High-Variability: Statistical Analysis of Ethernet LAN Traffic at the Source Level. IEEE/ACM Transactions on Networking, v. 5, n. 1, p. 71 - 86, Fevereiro 1997.

Este trabalho aborda, a problemática e a necessidade de simulação em redes ATM (Asynchronous Transfer Mode). O ATM é uma tecnologia de transporte flexível que pode suportar todos os tipos de mídia tais como voz, dados e vídeo, oferecendo a qualidade de serviço.

Nos últimos anos constatou-se uma crescente demanda da tecnologia ATM nas redes locais e/ou corporativas, para prover interconexão de servidores em redes locais ou simplesmente a interconexão das próprias redes de uma forma quase que transparente. Esta demanda deve continuar a crescer, pois está havendo ultimamente uma grande procura por serviços multimídia, principalmente os que envolvem vídeo e voz, necessitando-se para isto de acessos de alta velocidade. A utilização do ATM em redes locais e redes públicas, permitirá compatibilidade total na interconexão de redes de alta velocidade .

Este trabalho, visa avaliar o comportamento de fluxos de tráfego correspondente aos diversos serviços de uma rede ATM, segundos os modelos clássicos mais significativos abordados por [SILV 98] . Também é objeto do trabalho modelar e simular os fluxos agregados gerados pela multiplexação dinâmica dentro do switch ATM, através das técnicas de simulação com eventos discretos segundo [BLAN 98

A crescente demanda da tecnologia ATM e os problemas de controle de tráfego inerente a mesma, é uma das motivações deste trabalho, o qual ajudará a avaliar o comportamento de fluxos de tráfego em redes de grandes complexidade como são as redes ATM. A nossa abordagem deste problema será através de uma ferramenta de simulação que usa técnicas de simulação de eventos discretos.

Outra motivação importante para este trabalho é o fato de que pretendemos validar os resultados da nossa simulação com medidas obtidas sobre uma rede ATM real, no caso a rede METROPOA. O projeto METROPOA, visa a implantação da uma rede metropolitana de alta velocidade, na grande Porto Alegre. A rede usa a tecnologia ATM e interliga em conexões de 155 MBPS seis instituições participantes incluindo a Universidade Federal Rio Grande do Sul (UFRGS).

Segundo [LAW91] as técnicas analíticas baseadas em teoria de filas, tornam-se muito complexas na modelagem de redes ATM e os resultados geralmente muito limitados, recomenda por isso técnicas de simulação. Já Pitts [PITT96] afirma que: comparando-se os métodos analíticos e os métodos de simulação, os principais fatores a serem considerados são; a exatidão dos resultados, o tempo em que se produzem os resultados e o custo total da avaliação.

Os métodos analíticos, aplicados a situações limitadas, podem fornecer resultados com boa aproximação, em tempos razoavelmente rápidos. Já previsões sobre o comportamento de redes um pouco mais complexas, só podem ser obtidas a partir de métodos de simulação. Portanto, redes complexas como as redes ATM necessariamente devem ser usados métodos de simulação para prever o seu comportamento em diversas condições de carga.

Contudo, para este tipo de rede, a simulação pode apresentar alguns problemas, tais como: as altas estatísticas envolvidas, as taxas elevadas, e o alto custo para desenvolver, executar a simulação. Esta situação é particularmente dramática quando se quer prever a taxa de perda de células ou o tamanho médio de buffers.

Este trabalho pretende desenvolver a simulação de alguns dos modelos clássicos de tráfego como; o modelo de Poisson, ON/OFF exponencial, processos Markovianos, aplicando técnicas de simulação de eventos discretos.

Alguns autores como [PITT96] e [RAJ 91] recomendam o uso e conhecimento de técnicas estatísticas para um melhor aproveitamento dos dados experimentais na avaliação dos resultados da simulação. Neste trabalho pretende-se fazer uso de métodos e técnicas estatísticas para avaliar os resultados das simulações, segundo um modelo de verificação baseado em três aspetos chaves:

Cada um destes aspectos pode ficar sujeito a testes de validação do tipo; por comparação, por intuição, medições em um sistema real, ou resultados teóricos. Para a consecução desta tarefa também pretendemos utilizar, principalmente, a ferramenta de simulação de redes ATM da NIST (National Institute of Standards and Technology), também conhecida como ATM/HFC (Hybrid Fiber Coax ) Network Simulator e desenhada por [NAD98]. Esta ferramenta é um showare que foi desenvolvida para prover um meio de investigação e planificação de redes além de fornecer analises de comportamento de redes ATM ou redes HFC, segundo um método padronizado. O simulador é uma ferramenta que possui um ambiente iterativo de modelagem com interfaces gráficas. A ferramenta permite ao usuário criar diferentes topologias de redes, controlar parâmetros, medir atividades da rede. A ferramenta NIST foi desenvolvida em linguagem C para Sistema X Windows e também roda sobre a plataforma UNIX^TM e provê suporte para técnicas de simulação com eventos discretos.

OBJETIVOS

• Simular os modelos clássicos mais significativos: o modelo de Poisson, ON/OFF exponencial, processos Markovianos para redes ATM usando técnicas de simulação de eventos discretos.
• Analisar os resultados e compara-los com resultados reais. A validação dos modelos será feita principalmente confrontando-se os resultados da simulação com medidas reais obtidas sobre a rede Metropoa.

METODOLOGIA DE TRABALHO

1.1.Embasamento teórico da tecnologia ATM

1.2 Familiarização com aspectos de controle de tráfego a nível ATM.

1.3 Conhecimento do papel e da arquitetura dos comutadores ATM.

1.4 Problemas de desempenho de ATM

1.5 Recopilação de trabalhos sobre tráfego

1.6 Embasamento das técnicas de simulação para redes ATM

1.7 Determinar o tipo de serviço a simular

1.8 Analisar os modelos clássicos de tráfego a simular.

2. Simulação em ATM

2.1 Estudos da técnica de simulação Eventos discretos em ATM

2.2 Analises e avaliação de algumas ferramentas de simulação

2.3 Analises da ferramentas de simulação ATM NIST.

2.4 Elaboração dos roteiros experimentais a serem implementadas na ferramenta NIST.

3. Implementação

Referências Bibliográficas

Para efetuar a conformação de tráfego de redes de banda larga que empregam comutação ATM, a engenharia de tráfego necessita de equipamento de medida e técnicas para analisar os efeitos dos vários tipos de tráfego ATM. Para ajudar nesta tarefa, pretende-se desenvolver e implementar um Analisador de Fluxo ATM Agregados. Este instrumento deverá ser usado na avaliação de uma variedade de fluxos padronizados, selecionados pelo usuário, a fim de testar comutadores de rede ATM. Usando estes tráfegos padrões, o software avaliará parâmetros de variabilidade do fluxo visando a obtenção de parâmetros que indicarão o seu comportamento e servirão de base para conformação do mesmo.

A geração de células para simular o tráfego usará tabelas em memória, as quais serão carregadas com padrões de tráfego selecionáveis. Serão aplicados testes sobre vários tipos de fluxos, como voz, vídeo e dados, com comportamentos diferentes.

Introdução e motivação

O aparecimento rápido, e ainda em andamento, da Rede Digital de Serviços Integrados de faixa larga (RDSI-FL) é resultante da demanda sempre crescente por transmitir muitos tipos de serviços de comunicação (por exemplo voz, vídeo e dados) sobre o mesmo canal físico. Para que sua implementação tenha sucesso, a RDSI-FL têm que suportar tráfegos com larguras de banda que variam de alguns Kbits/s (como por exemplo de um terminal de dados) até várias centenas de Mbits/s (como por exemplo vídeo de alta qualidade). Para alcançar isto, vários esquemas de comutação e multiplexação foram propostos. Entre estes, o modo de transferência assíncrono (ATM) tem sido apontado como a técnica de transferência mais promissora, devido a sua eficiência e flexibilidade [KCF96].

O ATM é uma técnica de comutação de pacotes em alta velocidade que emprega pacotes de comprimento fixo e curtos, chamados células. Foi desenvolvida para ser uma única rede de transporte para diversos serviços, tanto para redes locais como de longa distância. As células de 53 bytes tem um cabeçalho com 5 bytes, contendo informações de controle do protocolo da camada ATM, e uma carga de informação útil de 48 bytes. As células são transmitidas através de conexões de circuitos virtuais, sendo seu encaminhamento baseado nas informações do cabeçalho. O uso de células de comprimento fixo simplifica o projeto dos comutadores ATM com as rápidas velocidades de comutação envolvidas (155 Mbits/s ou mais). O princípio do ATM é inserir o fluxo de tráfego dos diferentes tipos de serviços (voz, vídeo, dados, etc.) em células, e então usar multiplexação assíncrona por divisão de tempo para transportar estas células sobre um único canal em uma rede, como mostra a próxima figura [ROE98].

Figura 1 – Multiplexação dos serviços em uma rede ATM

Isto permite ao ATM controlar as diversas exigências de tráfego em rajadas, tempo real e tolerantes a perdas, além dos tráfegos sensíveis a perda que precisam alta vazão e rígido controle de erro, mas podem tolerar algum grau de atraso. Os serviços de multimídia com voz e imagem suportam pequenas perdas nos dados, uma vez que a perda de poucas células são imperceptíveis à audição e à visão humana, mas não suportam atrasos. Inversamente, fluxos de dados de informações podem suportar pequenos atrasos, mas de maneira alguma podem conviver com perda nos dados. Por conseguinte, o ATM apresenta um mecanismo de comutação único, simples e integrado que pode suportar um largo espectro de serviços.

Diferentes classes de serviço são usadas em redes ATM para acomodar as diferentes aplicações multimídia. Estas classes de serviço especificam parâmetros como largura de banda exigida e taxas de erro permissível. O ITU-T definiu quatro classes de serviço como mostrado na próxima tabela. As classes A e B provêem relacionamento temporal entre a fonte e o destino por isso são adequadas para aplicações de voz e vídeo. As classes C e D, ao contrário, não provêem nenhum mecanismo temporal e são usadas para aplicações de dados, como por exemplo interconexão de LANs. A classe D também simula serviços de dados sem conexão que são comumente usados com LANs [HUN95].

1. Classes de serviço AAL

Para unificar os diversos tipos de serviço, o ATM exige uma camada de adaptação. A camada AAL – ATM Adaptation Layer se localiza na parte superior do nível de enlace e efetua a adaptação dos diversos tipos de tráfego que os serviços necessitam [ROE98]. Foram definidos originalmente cinco tipos de AALs, porém os tipos 3 e 4 sofreram uma fusão dando origem a um tipo hoje conhecido como 3/4.

As classes de serviço estão intimamente associadas as funções da camada AAL, quase com uma relação direta. Desta forma os serviços da classe A são atendidos por procedimentos fornecidos pela AAL1 enquanto que os serviços da classe B são atendidos por procedimentos fornecidos pela AAL2. Já os serviços das classes C e D podem tanto ser atendidos pela AAL 3/4 como pela AAL5, porém a AAL do tipo 5 atende usando procedimentos mais simples do que os definidos para a AAL 3/4 [SOA95].

Estão sendo avaliados uma variedade de comutadores ATM aplicando-se o método da tentativa tanto em testes de laboratório como em redes com tráfego real. O tráfego agregado gerado pelo comutador deve adequar-se as condições de tráfego do enlace. É preciso verificar sua variabilidade em redes submetidas a várias condições de tráfego. Para a descrição de tráfego é particularmente importante mensurar o PCR (Peak Cell Rate), CDVT (Cell Delay Variation Tolerance), SCR (Sustainable Cell Rate), MBS (Maximum Burst Size) e BT (Bust Tolerance). Para avaliar a adequação do fluxo as condições da rede a fim de promover a conformação do mesmo, são necessários instrumentos de teste e técnicas de teste associadas para medir a variabilidade a curto e longo prazos em redes reais com o tráfego real.

Objetivos e resultados esperados

Pretende-se desenvolver e implementar um Analisador de Fluxo ATM Agregado que a partir de distribuições de células ATM de teste, selecionáveis pelo usuário, geradas por um gerador de tráfego se possam obter medidas de variabilidade em termos de taxa máxima de transmissão, variação tolerada na chegada das células durante uma rajada, limite superior da taxa média de células, tamanho máximo de rajada durante o pico e número máximo de células enviadas na taxa de pico sob cargas de tráfego diferentes.

Figura 2 – Módulos básicos do Analisador de Tráfego ATM

A figura 2 exibe um diagrama de alto nível do sistema. Os quatro módulos básicos são: um Gerador de Células de Teste, que cria um fluxo de células de teste; um Receptor de Células de Teste, que analisa o fluxo recebido, uma Interface de Rede para adaptar o fluxo a um determinado tipo de formato de camada física ATM e um módulo de controle para estabelecer a comunicação homem-máquina com o Analisador de Fluxo Agregado.

A função principal do módulo Gerador de Células de Teste é criar vários níveis e distribuições de fluxos de tráfego ATM, baseado em distribuições estatísticas especificadas pelo usuário. Isto será realizado usando distribuições de células previamente armazenadas em memória. O Gerador de Células de Teste será desenvolvido e implementado por um dos alunos do grupo de redes.

O módulo de Interface de Rede interage com o módulo Gerador e com o módulo Receptor de Células de Teste. Assim, ele é responsável pelas funções da camada ATM, bem como pela manutenção e adaptação a um determinado tipo de interface da camada física necessária para transmitir e receber células da rede ATM.

O objetivo deste trabalho é desenvolver o Módulo Receptor de Células o qual de fato fará a análise do fluxo, gerando padrões de comportamento e estatísticas de variabilidade. Este módulo, que a partir de agora passaremos a chamar apenas de analisador, recebera um fluxo de células proveniente do módulo Interface de Rede como mostra a figura 3.

Figura 3 – Unidades principais do módulo receptor e analisador de células

A figura 3 mostra as duas unidades principais do analisador: a unidade que efetua a filtragem das células, em função do seu cabeçalho, e a unidade que analisa e contabiliza o fluxo. A primeira unidade começa analisando cada célula que entra para determinar se a mesma é uma célula de teste válida, separando as célula de usuário (ativas) das células ociosas (inativas) e filtrando as células que interessam para análise. As células ativas válidas que forem detectadas sem um cabeçalho de teste apropriado serão consideradas com erro de roteamento ou de inserção. A segunda unidade analisa e contabiliza o fluxo. Esta unidade deverá prover o usuário com estatísticas referentes ao comportamento do fluxo agregado, gerando informações para a conformação do mesmo.

Pretende-se obter alguns parâmetros de descrição de tráfego ATM como: PCR, MBS, CDVT, SCR e BT. Após computados os dados o analisador enviará os valores para o Módulo de Controle a fim de que sejam exibidos e utilizados em futuras estatísticas.

Metodologia de trabalho

Estão previstas as seguintes atividades:

Bibliografia

O objetivo do trabalho é a criação de uma ferramenta que permita que tráfego ATM seja gerado. O Gerador de Tráfego ATM (GETA) será constituído de diversos módulos, que poderão ser estruturados de forma flexível, para formarem uma ferramenta que terá utilidade principalmente na área de avaliação de algoritmos de otimização de tráfego. A maneira atual de gerar tráfego ATM (requisitar diversos serviços em uma rede ATM e monitorar o trânsito de células na rede) é dispendiosa, e ineficiente, além de demandar uma grande quantidade de tempo.

O Gerador de Tráfego ATM permitirá que as mais diversas situações de tráfego sejam geradas de maneira simples, rápida e eficiente.

Foi realizada uma pesquisa sobre quais dados são relevantes para a geração de tráfego e sobre quais são os elementos de uma rede de computadores que influenciam esse tráfego

Antes de iniciar a fase de projeto do Gerador de Tráfego, uma intensa avaliação sobre as ferramentas de geração de tráfego já existentes foi realizada. Entre elas destacou-se o simulador de redes ATM desenvolvido pelo National Instute os Standards and Technology (NIST), uma ferramenta desenvolvida para uso em ambiente UNIX.

O simulador de redes ATM do NIST é uma ótima ferramenta de avaliação de redes, mas apresenta alguns problemas como interface gráfica pouco intuitiva e representação interna dos dados básicos (células) demasiadamente simplificada.

Gerador de Tráfego ATM será um sistema orientado a evento. O usuário irá modelar sua rede através de uma interface gráfica, inserindo, alterando e removendo componentes. Esses componentes representam todos aspectos relevantes à geração de tráfego ATM, e permitem que o usuário tenha total controle sobre como o esse tráfego será gerado.

O sistema possuirá um relógio lógico, através do qual os eventos serão ordenados.

O sistema foi será composto de diferentes classes que irão interagir entre si da seguinte maneira

As classes do sistema gerador de tráfego tem as seguintes funcionalidades:

Relógio Lógico:

Essa classe será responsável pelo controle do relógio lógico da simulação. Será responsável por fornecer o tempo atual de simulação.

Célula:

Classe que define como será armazenada a célula ATM. Definirá também as operações que poderão ser realizadas sobre essa célula.

Interface Gráfica:

Essa classe será a interface com o usuário. Permitirá ao usuário criar componentes, bem como excluí-los ou modificá-los. Permitirá também que os parâmetros dos componentes e da própria simulação sejam modificados. Finalmente possibilitará a execução da simulação.

Gerenciador de Eventos:

Essa classe definirá as operações possíveis sobre os eventos, como: criação de um evento, inserção de um evento na lista de eventos, remoção de um evento. Também será responsabilidade dessa classe a monitoração da lista de eventos, lista essa que será ordenada por tempo

Componentes: Classes que definirão os parâmetros e comportamento de cada componente. Quatro tipos básicos de componentes serão definidos: Switch ATM, Equipamento Terminal, Link Físico e Aplicação ATM

1 - Implementação das classes do Gerador de Tráfego ATM (será utilizada a ferramenta de desenvolvimento C Builder).

2 – Testes sobre o sistema. Comparação com resultados reais.

Projeto: ASPECTOS SIGNIFICATIVOS NO GERENCIAMENTO ATM.

Relatório de Bolsista ITI

R. Santa Cecília, 1650/204

Santa Cecília

90420-040 Porto Alegre RS

Processo 181232/98-7 (NV)

Orientador: Liane Tarouco

Mês Atividade

06/98 - Chegada da primeira remessa de equipamentos (PC’s, estações RS6000, switches 8260 para o POP e 8285 para os demais integrantes). Organização e redistribuição dos equipamentos.

07/98 - Estudo da tecnologia ATM.

08/98 - Participação treinamento teórico realizado na Unisinos.

Participação no treinamento prático realizado nas dependências da Ufrgs, com o objetivo de montar estruturas utilizando switches 8285, habilitar módulos e portas. Tomar afinidade com o equipamento. Simular um backbone ATM, realizando testes básicos, como ping entre máquinas.

Estudo do hardware recebido para a construção do backbone Metropoa. Switches ATM 8260, recebido pelo POP-RS. Início da montagem do switch, módulos e toda infra-estrutura.

09/98 - Estudos de plataformas operacionais que seriam posteriormente usadas nas estações ligadas ao backbone.

Estudo dos documentos: RFC 2512 (Accounting Information for ATM Networks), RFC 2514 (Definitions of Textual Conventions and OBJECT-IDENTITIES for ATM Management), RFC 2515 (Definitions of Managed Objects for ATM Management), IETF INTERNET DRAFT draft-ietf-atommib-acct-06 (Managed Objects for Controlling the Collection and Storage of Accounting Information for Connection-Oriented Networks), IETF INTERNET-DRAFT draft-ietf-atommib-atm2-12 (Definitions of Supplemental Managed Objects for ATM Management), IETF INTERNET DRAFT draft-ietf-atommib-atm2TC-09 (Definitions of Textual Conventions and OBJECT-IDENTITIES for ATM Management), IETF INTERNET DRAFT draft-ietf-atommib-test-04 (Definitions of Tests for ATM Management).

Pesquisa de plataformas que suportem a tecnologia em questão. (Linux, Windows 95, FreeBSD).

10/98 - Estudo de plataformas de gerência a ser utilizadas futuramente no backbone Metropoa. Estudo de ferramentas já utilizadas no POP-RS (software routerstats) e na rede coorporativa da UFRGS (software MRTG), e suas adaptações à tecnologia ATM, tendo em vista que os softwares em questão eram utilizados em rede "convencionais" TCP/IP, baseadas em roteadores IP. Procura de outras soluções "free", para análise do tráfego dos enlaces da rede ATM.

02/99 - Inicio da montagem da infra-estrutura de rede. Testes com os equipamentos. Estudo dos manuais do fabricante. Instalação do PC, já com o devido suporte ATM. Simulação de um backbone. Estudo do hardware de rede e busca de plataformas operacionais que suportassem o hardware (placas de rede - NIC- ATM IBMTurboways). Optamos, no POP-RS/UFRGS, pela utilização da plataforma Linux no PC, valorizando seu sistema aberto e grandes perspectivas de crescimento, sendo um sistema já amplamente utilizado em redes ATM no mundo. Utilizaríamos o PC rodando Linux como uma pequena estações com os tradicionais serviços TCP/IP instalados, visando um futura migração para rede ATM, utilizando IP sobre ATM, ou LANE, para futuramente disponibilizarmos serviços em ATM.

A chegada do segundo lote de equipamentos, com portas WAN, permitiu o inicios das conversações com os bolsistas das outras instituições no propósito de tentar a interconexão, ficando pendente a conectorização da fibra, tardando a operacionalização do backbone.

04/99 - A chegada dos cordões óticos providos pela CRT pemitiu o primeiro grande passo para o funcionamento da rede Metropoa. A partir do switch do POP-RS, conseguimos disparar um ping com sucesso para um módulo do switch da CRT, utilizando Lan Emulation, criada no switch do POP-RS e anexando o LEC da CRT, com esse procedimento o POP realizou o primeiro teste em um dos segmentos da estrela.

Estudos de ferramentas de videoconfêrencia (CuSeeMe, iVisit, NetMeeting), bem como os protocolos envolvidos ( H.261, H. 263 e H.323), o suporte para cada protocolo pelas ferramentas analizadas.

Realização de videoconferência por parte dos bolsistas, com a finalidade de trocar informações e avaliar os softwares.

A partir de 07/98 - Implementação de plataforma distribuida de gerência. Utilização de ferramentas para análise camada ATM e camada de adaptação AAL

Realização de teleconferências dentro do backbone ATM, visando futuras aplicacões como telemedicina e teleducação.

Integração com o Projeto CINEMA (Cooperative Integrated Network Management Environment), utilizado para supervisionar a rede da UFRGS.

Antes de mais nada foi feito um estudo bibliográfico sobre ATM (O que é, LAN Emulation, Classical IP, células, etc.).

Após, com a chegada dos equipamentos, diga-se o microcomputador IBM, com processador Pentium de 166 Mhz e 16 Mb de memória RAM, com uma placa ATM TurboWay 25, teve-se a necessidade de optar por uma linha de trabalho: ou penar com a instabilidade, lentidão e falta de recursos para trabalhar em rede de um Windows 95, porém com o driver para a citada placa, desenvolvida pela própria IBM, ou se aventurar por algum outro sistema operacional mais estável, rápido, com mais recursos para trabalhar com rede e que tivesse suporte a ATM (LAN Emulation ou Classical IP over ATM), com algum driver alternativo.

Nesta época começou uma pesquisa sobre sistemas abertos que tivessem suporte a ATM. Entre os sistemas operacionais encontrados acabaram ficando o Linux e o FreeBSD como concorrentes ao Windows. Porém o FreeBSD não possuia suporte a placa recebida, enquanto que o Linux possuia um .

Mesmo com alguns problemas na versão inicial do driver, acabei optando pelo Linux, por ter libertade de desenvolver aplicações a nivel de kernel, se necessário(possui o fonte do driver), recursos e um ótimo suporte (possui uma excelente lista de discussão sobre ATM) para poder trabalhar com ATM.

A distribuição do Linux escolhida para a instalação, na época, foi a Slackware 3.2. Esta distribuição teve que ter seu kernel alterado para a versão que o diver exigia; teve também que ter adicionado aos fontes do kernel um patch para que fosse permitido trabalhar com ATM. Este patch foi desenvolvido por uma equipe que trabalha no desenvolvimento de suporte ATM para Linux.

Para a compilação da primeira versão do driver foi necessário alterar manualmente uma parte do código fonte do Linux, e, devido a alguns problemas, teve que ser alterada uma parte do próprio driver da placa.

Nesta parte também foi instalado um tcpdump que suportasse ATM.

Já nesta época foi decidido que seria utilizada LAN Emulation com SVC, ao invés de Classical IP over ATM. Com a chegada do switch IBM 8260 começaram as configurações para que houvesse suporte a este tipo de serviço. No computador foram feitas alterações para que ele tivesse suporte a conexões do tipo SLIP. Com a ajuda de Fernando Krahe foram feitas as atualizações de microcódigo no switch para que ele pudesse ter suporte a PNNI e suportasse todos os seus módulos. Uma porta teve que ter as suas configurações de VCI e VPI setadas para que pudessem trabalhar dentro dos limites do driver da placa TurboWay 25. Tudo foi configurado para poder trabalhar com LAN Emulation.

A segunda versão do driver para a placa TurboWay 25 chegou já suportando uma versão mais recente do kernel. Esta versão me foi enviada pelo seu próprio desenvolvedor via e-mail.

Agora o kernel teve que ter sua versão alterada novamente, assim como sua versão do patch para trabalhar com ATM no Linux. Esta nova versão do kernel já possuia suporte para trabalhar com vídeo for Linux, o que abriu um leque para o desenvolvimento de aplicações multimídia.

Foi instalado um servidor http (versão mais recente do Apache) para exibição de páginas; vídeos no formato MPEG e QuickTime; arquivos MP3; arquivos WAV e arquivos AVI. Os videos Quicktime chegaram a ter mais de 20 Mb cada um sendo transmitidos em tempo real com qualidade de 24 fps para a PUC-RS, utilizando o nosso servidor http.

Foi instalado também um servidor RealVideo G2, com suporte a minitoração do tráfego via Java. O que facilitava a monitaração, tanto do uso da CPU, quanto banda utilizada para enviar os vídeos. Foram criados vários vídeos para poder trabalhar testes de velocidades adaptáveis (Sure Stream).

Gravar e editar vídeos com aulas, demonstrações etc. para serem incluídos no sistema de educação à distância sendo implantado usando o software AulaNet e oferecido a todos os participantes do projeto METROPOA e da comunidade no estado.

Instalar software de criação de cenários de realidade virtual e dar suporte à criação de laboratórios virtuais para ensino à distância.