Gerenciamento integrado de QoS em redes de computadores

O gerenciamento de redes de computadores é uma tarefa complexa de ser realizada porque a redes atualmente possuem muitos equipamentos, protocolos, serviços e usuários. Como regra geral, redes de computadores são heterogêneas e a introdução de facilidades para o fornecimento de qualidade de serviço (QoS) faz com que a gerência de redes se torne ainda mais complexa, e neste cenário as soluções tradicionais de gerenciamento podem falhar. O gerenciamento de redes com QoS vem sendo investigado por diversos grupos, e soluções comerciais para o problema já podem ser encontradas. Entretanto, a gerência de QoS possui aspectos diversos que são investigados separadamente. Do ponto de vista do administrador de redes, soluções pontuais são importantes, mas a integração entre os diversos aspectos de gerência de QoS também é uma necessidade. Tal necessidade, entretanto, não tem encontrado respaldo nas pesquisas desenvolvidas ou nos produtos de gerenciamento disponibilizados no mercado. Nesta situação, o administrador da rede é obrigado a trabalhar ao mesmo tempo com soluções disjuntas que não oferecem integração. Isso acaba por complicar a gerência de QoS, que por si só já é uma atividade complexa. QoS e discutida a necessidade de integração. As soluções existentes e pesquisas desenvolvidas são classificadas para que possam ser mais bem avaliadas em uma visão mais global. A classificação realizada organiza os aspectos de QoS em tarefas de gerência de QoS que devem ser executadas por um administrador de redes que possuam facilidades de QoS. Para que a integração das tarefas de gerência de QoS seja possível, um modelo para gerência integrada de QoS em redes de computadores é proposto. O modelo, definido em camadas, utiliza elementos distribuídos na rede para executar tarefas específicas e um ambiente de gerência central fornece uma interface única de acesso ao sistema de gerência ao administrador da rede. O modelo proposto é analisado de acordo com alguns aspectos (por exemplo, em relação à sua escalabilidade, flexibilidade e exeqüibilidade). Uma implementação do mesmo é apresentada para a gerência de redes baseadas em IP que possuam mecanismos para fornecimento de QoS. A avaliação do modelo mostra, ao final, que a gerência de QoS, além de ser uma necessidade real, é possível de ser executada de forma integrada, como desejam os administradores de rede.

Mecanismos para interoperação de backbones MPLS e redes que utilizem outras arquiteturas de QoS

Acredita-se que no futuro as redes de telecomunicação e dados serão integradas em uma só rede, baseada na comutação de pacotes IP. Esta rede deverá oferecer serviços com qualidade (QoS) para as aplicações atuais e futuras. Uma das tecnologias que deverá ser adotada no núcleo desta nova rede é MPLS. MPLS introduz o conceito de switching (comutação) no ambiente IP e também permite que seja implementada a Engenharia de Tráfego, otimizando sua utilização através do roteamento baseado em restrições. Junto com MPLS outras arquiteturas para fornecimento de QoS, como Serviços Integrados e Serviços Diferenciados, serão utilizadas. Entretanto, como nenhuma delas atende a todos os requisitos para garantia de QoS fim a fim e levando-se em consideração o fato de a Internet ser uma rede heterogênea, surge a necessidade de um framework que permita a interoperabilidade das diferentes arquiteturas existentes. Neste trabalho é proposto um modelo de integração que fornece garantias de QoS fim a fim para redes que utilizam tanto Serviços Integrados como Serviços Diferenciados através do emprego de uma infra-estrutura baseada em MPLS e Serviços Diferenciados. A aplicabilidade do modelo foi testada no simulador ns2 e os resultados são apresentados neste trabalho.

Uma Solução baseada em políticas para gerenciamento integrado de QoS e Multicast em redes IP

Aplicações como videoconferência, vídeo sob-demanda, aplicações de ensino a distância, entre outras, utilizam-se das redes de computadores como infra-estrutura de apoio. Mas para que tal uso seja efetivo, as redes de computadores, por sua vez, devem fornecer algumas facilidades especiais para atender às necessidades dessas aplicações. Dentre as facilidades que devem ser fornecidas estão os suportes à qualidade de serviço (QoS - Quality of Service) e as transmissões multicast. Além do suporte a QoS e multicast nas redes, é necessário fornecer um gerenciamento da rede adequado às expectativas de tais aplicações. Soluções que fornecem gerenciamento de forma individual para tais facilidades, já foram propostas e implementadas. Entretanto, estas soluções não conseguem agir de modo integrado, o que torna a tarefa do gerente da rede extremamente complexa e difícil de ser executada, pois possibilitam um fornecimento não adequado das facilidades desejadas às aplicações. Nesta dissertação é apresentada uma solução para gerenciamento integrado de QoS e multicast. Fazem parte da solução: a definição e implementação de uma arquitetura para gerenciamento integrado de QoS e multicast, utilizando gerenciamento baseado em políticas (PBNM - Policy-Based Network Management), além da validação da solução proposta através da implementação de um protótipo. Um ambiente, condições de teste, e análise dos resultados obtidos, também são apresentados durante a dissertação.

Um modelo para a descoberta de QoS em redes de computadores

A evolução das redes de computadores criou a necessidade de novos serviços de rede que fornecessem qualidade de serviços nos fluxos de dados dos usuários. Nesse contexto, uma nova área de pesquisa surgiu, o gerenciamento de QoS, onde foram apresentadas novas tarefas para o gerenciamento de recursos de rede que fornecem QoS. Uma delas, a descoberta de QoS, é responsável por identificar alvos numa rede de computadores. Um alvo é uma entidade capaz de implementar funcionalidades para o fornecimento de QoS. Essa dissertação apresenta uma proposta de modelo para a descoberta de QoS. O modelo é composto por duas partes: metodologia e arquitetura. A metodologia define os procedimentos para a realização da descoberta de QoS, enquanto a arquitetura define entidades que implementam tais procedimentos bem como o relacionamento entre essas entidades. O modelo proposto também tem por objetivo ser extensível, escalável e distribuído. Além disso, um protótipo baseado no modelo é apresentado.

Um modelo de videoconferência para computador pessoal orientado ao perfil de aplicação

A informática vem adquirindo papéis cada vez mais importantes na vida cotidiana. Um dos papéis mais significativos, hoje, é o suporte a comunicações; atualmente, é muito difícil pensar em comunicações – mesmo interpessoais – sem fazer associação às áreas de informática e redes. Dentre as aplicações que utilizam informática e redes como suporte, a tecnologia de videoconferência tem recebido papel de destaque. Os avanços na tecnologia de redes e conectividade, aliados à padronização e à crescente oferta de produtos de videoconferência, têm aumentado a aplicabilidade e a popularidade destes produtos, sobretudo utilizados sobre arquitetura de redes TCP/IP. Trata-se de uma tecnologia atraente em termos de resultado, por agregar, além do áudio – recurso comum há muito tempo como suporte à comunicação – os recursos de vídeo e aplicações integradas (como quadro-branco compartilhado, Chat, troca de arquivos e outros). Contudo, essas aplicações são bastante exigentes, tanto em termos de banda quanto de qualidade de serviço (QoS) da rede. O primeiro item se justifica pelo volume de dados gerados pelas aplicações de videoconferência; o segundo, pela significativa influência que os problemas de qualidade da infraestrutura de rede (como elevada latência, jitter e descartes) podem exercer sobre tais aplicações. A busca para as soluções destes problemas não é tarefa simples, pois muitas vezes envolve investimentos que desencorajam a adoção da tecnologia de videoconferência – principalmente para uso pessoal ou por empresas pequenas. Este trabalho propõe uma solução aos problemas mencionados, visando proporcionar uma melhor aceitação e maior disseminação da tecnologia de videoconferência, valendo-se de recursos com pouca demanda de investimento. A estratégia abordada é a adaptação de tráfego, com um enfoque diferenciado: o de levar em conta, para cada aplicação, o comportamento que o processo de adaptação apresentasse. A partir dessa orientação, é proposto um modelo de adaptação de tráfego orientado ao perfil da aplicação, voltado ao interesse do usuário, e que disponibilize uma forma ao mesmo tempo simples e eficiente para que o usuário realize a adequação do mecanismo de adaptação do sistema às suas necessidades e expectativas. A partir desta proposta, foi implementado um protótipo de aplicação, com o objetivo de verificar a funcionalidade do modelo em termos práticos. As observações dos resultados dos testes, bem como as conclusões geradas, serviram como validação da proposta.

Qualidade de serviço em redes IP serviços diferenciados

Este trabalho tem como finalidade apresentar uma visão geral dos assuntos relacionados à definição, configuração e gerenciamento dos serviços habilitados pela arquitetura de Serviços Diferenciados em relação à priorização de tráfego. Nele, descrevemos as necessidades por QoS nas redes atuais e futuras, bem como o direcionamento da Internet 2 em relação ao QoS, mais especificamente voltada ao mecanismo DiffServ. Também são destacados os mecanismos de QoS para redes IP do fornecedor Cisco Systems, o qual possui a maior gama de mecanismos já implantados pelos fornecedores. Por fim, identificamos as características necessárias para participar do QBone, um testbed para Serviços Diferenciados.

Análise comparativa de desempenho de redes IP e ATM com tráfego multimídia interativo

A década de 80 é um marco para a área de comunicação de dados. Muitos estudos, pesquisas e especificações foram iniciados para permitir a integração de sistemas de comunicação para voz, vídeo e dados. Desde essa década, os cientistas procuram investir na Internet, que é um dos mais importantes e populares meios de transmissão de informações no mundo, para acomodar aplicações que permitam enviar imagens e sons por esta imensa rede de comunicação. Também nessa década, no final, o International Telecommunications Union – Telecommunication (ITU-T), especificou a tecnologia ATM, cujas pesquisas vinham ocorrendo desde o seu início. O serviço de rede tradicional na Internet é transmissão de datagramas ´besteffort ´, conforme será visto neste trabalho. Neste serviço, os pacotes da origem são enviados para o destino, sem garantia de entrega. Para aquelas aplicações que requerem garantia de entrega, o protocolo TCP (equivalente à camada 4 do RM-OSI) se encarregará da retransmissão dos pacotes que falharam ao atingir o destino para então se conseguir uma recepção correta. Para aplicações de comunicação tradicionais, como FTP e Telnet, em que uma entrega correta é mais importante que a perda de tempo da retransmissão, este serviço é satisfatório. Entretanto, uma nova classe de aplicações, as quais usam mídias múltiplas (voz, som e dados), começam a aparecer na Internet. Exemplos desta classe de aplicação são: vídeo teleconferência, vídeo sob demanda e simulação distribuída. Operações de modo tradicional para estas aplicações resultam em redução da qualidade da informação recebida e, potencialmente, ineficiência do uso da largura de banda. Para remediar este problema é desenvolvido um ambiente de serviço para tempo real, no qual múltiplas classes de serviços são oferecidas. Este ambiente estende o modelo de serviços existentes para ir ao encontro das necessidades das aplicações multimídia com obrigatoriedade de tempo real, porém esta não é uma meta muito fácil. Contudo, a comunidade pesquisadora tem conseguido desenvolver alguns mecanismos que vão pouco a pouco permitindo que este objetivo se transforme em realidade. O ATM é uma tecnologia que provê dutos de alta velocidade para a transferência de qualquer tipo de informação em pequenos pacotes de tamanho fixo, chamados células. A idéia básica é estabelecer entre dois pontos que desejam se comunicar um circuito virtual que é mantido pelos comutadores de células para levar a informação de um lado a outro. A característica marcante do ATM é a Qualidade de Servico – QoS, que garante o desempenho predefinido que determinado serviço necessita. Isso permite suportar aplicações de tempo real que são sensíveis ao atraso. O atendimento à diversidade de características de tráfego e exigências distintas de grandes quantidades de serviços é possível pelo ATM graças ao controle de tráfego reunido à capacidade de multiplexação estatística do meio em altas taxas de transmissão. O objetivo principal desta dissertação é elaborar uma comparação quantitativa e qualitativa do funcionamento de aplicações multimídia sobre IP com RSVP - Protocolo desenvolvido para realizar reservas de recursos integrante da arquitetura de Serviços Integrados (IntServ) proposta pelo IETF para oferecer qualidade de serviço para aplicações tais como aplicações multimídia. Essa proposta também inclui duas classes de serviços, sendo que nessa dissertação, o serviço de carga controlada é que está sendo utilizado. Isso deve-se a implementação dos módulos apresentados em [GRE 2001] e que foram utilizados na realização desse trabalho - e sobre ATM. A proposta final é a elaboração de uma técnica de análise baseado nas principais métricas de desempenho em redes que deve permitir uma melhor visualização do comportamento das tecnologias sob determinadas cargas de tráfego, permitindo assim uma tomada de decisão entre qual das tecnologias que deverá ser adotada em um dado momento, em uma dada situação, ou seja, a indicação do ponto de quebra tecnológica na situação modelada. Para que fosse possível fazer esta comparação, foi necessário dividir-se este trabalho em 3 grandes etapas, que são: • Estudo e desenvolvimento da técnica para análise do elemento carga de tráfego na tecnologia ATM; • Estudo e desenvolvimento da técnica para análise do elemento carga de tráfego na tecnologia IP com RSVP; • Comparativo quantitativo e qualitativo dos estudos acima.

DTA : discriminador de tráfego ATM

As redes ATM têm se constituído na solução tecnológica ideal para o desenvolvimento da RDSI-FL. O ATM foi desenvolvido para dar suporte, com altas velocidades e com garantia de qualidade, a uma ampla variedade de serviços. A demanda por serviços de comunicação de dados, em velocidades maiores do que as redes de pacotes atuais são capazes de oferecer, tem crescido rapidamente, estimulando o desenvolvimento da tecnologia ATM, que tem sido muito promissora, devida a sua flexibilidade e eficiência. Para dar suporte à comunicação de dados em redes ATM, foram desenvolvidas soluções, como a emulação de redes locais (LANE), a interconexão de redes locais (LAN) e metropolitanas (MAN), e o protocolo IP sobre ATM. O ATM utiliza multiplexação estatística (assíncrona) para inserir os dados nos canais de comunicação de forma otimizada. Esta técnica, permite atender uma quantidade maior de fontes heterogêneas sob num único canal, porém, pode causar congestionamento na rede. O uso da multiplexação estatística, aliada à necessidade de garantir níveis de qualidade diferentes, para cada tipo de serviço, torna necessária a adoção de uma combinação de técnicas de controle de tráfego e congestionamento. Com este propósito, foram desenvolvidos diversas funções e mecanismos, como, por exemplo, controle de acesso (CAC), controle dos parâmetros de uso (UPC), descarte seletivo de células e conformação de tráfego (TS), os quais necessitam conhecer as características do tráfego emitido pela fonte. Por esta razão, toda e qualquer conexão ATM está associada a um contrato de tráfego, que especifica as exigências do usuário, quanto à qualidade de serviço (QoS) a ser oferecida pela rede, através de um descritor de tráfego. O trabalho apresentado nesta dissertação, tem por objetivo propor uma metodologia capaz de discriminar um fluxo de células ATM arbitrário, visando a obter os parâmetros descritores de UPC do mesmo. A discriminação de tráfego é relevante à medida que todos os usuários de redes ATM necessitam, de alguma forma, determinar os parâmetros que caracterizam seu fluxo, para poder negociar o contrato de trafego. Infelizmente, a maioria das aplicações ATM, não tem condições prévias de fornecer dados sobre o comportamento do fluxo que geram. Para estas situações, estamos propondo um Discriminador de Tráfego ATM (DTA), que infere a partir de uma amostra inicial do fluxo um conjunto mais provável de parâmetros, os quais constituirão o descritor de tráfego da fonte (STD).

VOIP : um estudo experimental

Voz sobre IP (VoIP) é uma tecnologia que permite a digitalização e a codificação da voz e o empacotamento em pacotes de dados IP para a transmissão em uma rede que utilize o protocolo TCP/IP. Devido ao volume de dados gerados por uma aplicação VoIP, esta tecnologia se encontra em funcionamento, em redes corporativas privadas. Mas se a rede base para o transporte desta aplicação for a Internet, certamente, não deve ser utilizada para fins profissionais, pois o TCP/IP não oferece padrões de QoS (Qualidade de Serviço) comprometendo desta forma a qualidade da voz. A qualidade da voz fica dependente do tráfego de dados existentes no momento da conversa. Para realizar um projeto de VoIP é necessário conhecer todo o tráfego existente na rede e verificar o quanto isto representa em relação à banda total da rede. Também se deve conhecer o tipo de aplicação que se deseja implantar, verificando a banda a ser utilizada por esta, e então projetar como a rede deverá ser estruturada. Para auxiliar no projeto de VoIP, pretende-se mostrar o que está sendo desenvolvido para que o protocolo TCP/IP ofereça QoS e uma ferramenta para análise do tráfego de voz sobre redes TCP/IP e também análises dos resultados obtidos em experimentos simulando diversas situações práticas.

Adicionando qualidade de serviço para um ambiente de colaboração visual baseado em H.323.

A colaboração visual, recurso que permite a troca de informações de forma remota, é construída em cima de uma combinação de diversas ferramentas, na qual estão incluídos: videoconferência, “streaming de vídeo”, compartilhamento e transferência de informações e imagens (colaboração em cima de dados) entre outros. Estas soluções, vêm utilizando cada vez mais, o protocolo IP e a Internet para o transporte dos sinais. Com este objetivo, o ITU-T lançou a recomendação H.323, que definiu um padrão confiável, que permite a troca de sinais multimídia em redes de pacotes sem qualidade de serviço. Entretanto, com o passar dos anos percebeu-se que aplicações que manipulam voz e vídeo, precisam que as redes de pacotes tenham capacidade de prover características semelhantes às oferecidas por redes de comutação por circuito, para o transporte dos sinais multimídia. Neste sentido, redes IP podem utilizar mecanismos de qualidade de serviço como o DiffServ, para prover tratamento adequado dos sinais de áudio e vídeo e assim, aumentar a qualidade percebida pelos usuários. As aplicações de colaboração visual são notáveis candidatas a utilização de mecanismos de QoS da rede. Neste caso é desejável que estas aplicações estejam aptas a especificar o nível de qualidade de serviço desejado e requisitem este nível de serviço para a rede. Neste contexto, o trabalho apresenta um modelo para o desenvolvimento de um terminal H.323 capaz de requisitar qualidade de serviço para a rede IP, visando aumentar a qualidade percebida pelo usuário em relação aos sinais de mídia. Neste terminal foi incluída uma entidade chamada de EPQoSE, responsável pela sinalização de QoS em benefício do terminal. Além disso, o modelo proposto neste texto apresenta um sistema de gerenciamento baseado em políticas, responsável por controlar as requisições de QoS dos terminais H.323, dentro de um domínio. Como o terminal precisa se comunicar com estas entidades, apresentamos no trabalho, a maneira como ele faz isso e definimos um conjunto de funções que devem ser implementadas pelo QoSM no terminal.

Um Sistema para monitoração de redes IP baseado em políticas

O fornecimento de facilidades de QoS em redes de computadores tem por objetivo introduzir níveis das garantias que são ausentes, por exemplo, no paradigma de melhor-esforço das redes IP. Diferentes arquiteturas de QoS possuem padrões diferentes para os serviços fornecidos, que conduzem a um cenário em que a QoS prevista não possa ser sempre fornecida corretamente pela arquitetura utilizada. Neste contexto, uma monitoração da QoS é necessária para verificar a QoS observada e para compará-la com a QoS esperada/ contratada. Em uma rede que utilize gerenciamento baseado em políticas, a QoS esperada é definido pelas políticas que regem o comportamento da rede. O Internet Engineering Task Force (IETF) tem padronizado vários elementos para um sistema de gerenciamento de redes baseado em políticas (PBNM), no qual políticas são definidas utilizando-se linguagem de alto nível, armazenadas em repositórios para políticas, aplicadas com o auxilio de Policy Decision Points (PDPs) e mantidas por Enforcement Points (PEPs). Pela definição do IETF, uma vez que uma política é aplicada com sucesso, o sistema de PBNM não mais checará o comportamento desta, e a QoS definida é assumida com a fornecida pela rede. De fato, isso nem sempre é verdade. A arquitetura da qual provém a QoS pode apresentar-se instável ou mediante problemas, logo a QoS esperada não seria atingida. Para verificar a degradação na QoS em ambientes de gerenciamento reais, atualmente, o administrador da rede monitora a rede e determina a QoS fornecida. Tal QoS é, por sua vez, manualmente comparada com a QoS definida pelas políticas de rede. Finalmente, se diferenças são encontradas, o administrador procede com medidas que levem a arquitetura a um estado consistente Nos dias de hoje, as definições e aplicações de políticas e monitoração de QoS são tarefas executadas separadamente pelas soluções disponíveis. Além disso, como demonstrado anteriormente, a verificação da QoS fornecida contra a QoS definida pelas políticas da rede é deixada a cargo do administrador da rede. Nesse contexto, a automação da monitoração das políticas de QoS e a integração entre as tarefas citadas são necessárias do ponto de vista do administrador da rede. Nesta dissertação, é proposta uma definição (e um sistema) para a monitoração de QoS em que as definições de políticas são dados de entrada utilizados para checar a QoS observada. No momento em que uma degradação na QoS é detectada, o sistema de monitoração notifica um gerente com suporte a SNMP utilizando mensagens do tipo InformRequest. A arquitetura do sistema é dividida internamente em monitores de QoS e controladores de monitores de QoS. Cada controlador de monitor de QoS controla vários monitores de QoS, os quais coletam dados da rede. Tais dados são comparados com as políticas traduzidas pelo controlador, e, caso sejam detectadas degradações, o controlador de monitor de QoS notifica o gerente. A comunicação entre controlador de monitores de QoS e monitores de QoS também é baseada em SNMP. O principal objetivo do trabalho é fornecer uma solução que integre monitoração de QoS e PBNM em um único ambiente de gerenciamento.

Gerenciamento de configuração de dispositivos de rede através de NETCONF e Web Services

A configuração de dispositivos é uma tarefa crítica de gerenciamento, pois envolve alterações no estado da rede, da qual, cada vez mais, se exige um funcionamento com garantias de qualidade de serviço (QoS) e com um menor número possível de falhas ou interrupções. Por esse motivo, evidencia-se a importância do uso de protocolos adequados à tarefa de configuração. A opção natural e mais aceita atualmente, o protocolo SNMP, apresenta lacunas e falhas que o tornaram insuficiente para atender esses requisitos de configuração. Dentre os protocolos de configuração disponíveis na atualidade, destaca-se o NETCONF. Por outro lado, SOAP também pode ser usado para configuração e vem ganhando importância com a atual popularização dos Web Services, os quais proporcionam interoperabilidade entre aplicações Web. Enquanto o NETCONF é um protocolo específico para configurações, o SOAP é um protocolo genérico para realizar chamadas remotas de procedimentos (RPC). Ambos podem ser encapsulados em protocolos diferentes, formando arquiteturas de redes distintas. É importante notar que, pelo fato da proposta do protocolo NETCONF ser recente, tem-se poucos (ou talvez nenhum) resultados a respeito do desempenho do NETCONF e seus possíveis encapsulamentos. Uma questão importante que normalmente também surge neste contexto é a da real necessidade de um novo protocolo de configuração como o NETCONF, mediante a existência de um protocolo de uso geral já amplamente aceito como é o caso do SOAP. Nessa dissertação é discutido o uso de NETCONF e SOAP para a configuração de dispositivos. Além disso, são apresentados protótipos que implementam tais protocolos. Para tal, são considerados quatro cenários de gerenciamento utilizando arquiteturas de protocolos distintas que permitiram a realização de avaliações de desempenho dos mesmos em relação ao tempo de resposta e consumo de banda. O resultado dessas avaliações aliado ao estudo realizado sobre as tecnologias envolvidas não ajudou a justificar a existência do NETCONF, apesar da ligeira vantagem do NETCONF sobre o SOAP na questão de tempo de resposta, que pode ser explicada pelas diferentes linguagens de programação empregadas nas implementações. Concluiu-se que o NETCONF pode ser assim eficientemente substituído pelo protocolo SOAP sem perda de funcionalidades e com ganho em relação ao consumo de banda.