Negociador de QoS utilizando RMI para um domínio DiffServ

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1 Negociador de QoS utilizando RMI para um domínio DiffServ Tarcizio Alexandre Bini 1 1 Departamento de Informática Universidade Federal do Paraná (UFPR) Caixa Postal Curitiba PR Brasil tarcizio@utfpr.edu.br Abstract. With the crescent demand of computational resources and of networks demanded by the applications becomes indispensable the use of techniques that offer Quality of Services. The mechanisms implantation as Bandwidth Broker that are responsible entities for the access administration to certain resources, will bring significant improvements to the users of distributed systems, as reliability, safety and performance. Resumo. Com a crescente demanda de recursos computacionais e de redes exigidas pelas aplicações torna-se imprescindível a utilização de técnicas que ofereçam Qualidade de Serviços. A implantação de mecanismos como os Bandwidth Broker, que são entidades responsáveis pelo gerenciamento de acesso a determinados recursos, irão trazer melhoras significativas aos usuários de sistemas distribuídos, como confiabilidade, segurança e desempenho. 1. Introdução A utilização de redes de computadores aumentou vertiginosamente, devido à necessidade de constantes trocas de informações entre usuários localizados remotamente. Como principal exemplo, podemos citar a Internet, que cresceu desordenadamente, baseada em redes de computadores compostas por diversas tecnologias que se interconectam através do IP (Internet Protocol) o qual não fornece confiabilidade e um serviço não orientado a conexão. Com a rápida evolução das tecnologias de redes de computadores, é possível perceber as novas exigências tanto de usuários como de aplicações no que diz respeito à eficiência e melhor utilização de recursos disponíveis, não se preocupando somente com a integridade dos dados transmitidos, que era o principal requisito atendido pelo protocolo IP utilizado nas redes de computadores. Estabelecer critérios de (QoS) (Quality of Services) é fundamental e englobará diversos fatores como gerenciamento e monitoramento de recursos disponíveis em diversos equipamentos localizados entre a comunicação fim-a-fim. É importante identificar a real necessidade de implantar um mecanismo de controle de qualidade, seja para gerenciamento de reservas, alocação ou monitoramento de recursos.

2 Dessa forma é proposta uma entidade para o gerenciamento desses recursos, denominada Bandwidth Broker (BB), a qual tem como finalidade, a difícil tarefa de controlar os diversos parâmetros a ela estabelecidos, visando uma melhor garantia de qualidade e confiabilidade no sistema distribuído a que atende, o que com certeza resultará na maior satisfação por parte dos usuários e clientes. 2. O que é Qualidade de Serviço Qualidade de Serviço ou QoS tratando-se de sistemas distribuídos, está relacionado a desempenho, segurança e confiabilidade que a mesmo pode fornecer as aplicações, tomando como referencia métricas devidamente estabelecidas. Segundo [JUN 07], a implementação de alguma forma de Qualidade de Serviço não aumenta nominalmente a banda disponível. O objetivo da QoS em redes IP é fornecer algum nível de previsão e controle de tráfego além do que é fornecido pelo serviço de melhor esforço nas redes IP, que resulte no uso mais eficiente da banda disponível, priorizando fluxos das aplicações de acordo com os requisitos de cada uma. Com certeza as aplicações de tempo-real são as que mais requerem mecanismos de QoS os quais devem obedecer a parâmetros de modo a atender as principais expectativas dos clientes e usuários, sendo: confiabilidade, segurança e desempenho. [COU 07]. 3. Descrição do Problema O protocolo IP (Internet Protocol) em seu projeto inicial ignorou o conceito de QoS, em muitos aspectos - gerenciamento de recursos disponíveis, reserva de recursos, negociação de atributos de qualidade baseados em métricas para o trafego de dados - tendo como foco principal a garantia da integridade no transporte dos dados. Isso não é um problema tratando-se de serviços tradicionais como FTP (File Transfer Protocol) e www, onde não há sensibilidade a atrasos no recebimento de mensagens e o importante é a confiabilidade da entrega dos pacotes, não podendo haver perdas ou danos nos mesmos. Porém este comportamento está mudando drasticamente, com a rápida evolução das tecnologias de redes de computadores e a pesada exigência de recursos por meio de aplicações de tempo real como por exemplo, vídeos, é fundamental o emprego de técnicas para garantir a qualidade de serviços relacionados principalmente a atrasos na entrega de mensagens. Dessa maneira é importante a presença de entidades gerenciadoras que supervisionem de forma global os recursos disponíveis devendo regular e controlar o tráfego de dados no domínio ao qual tem responsabilidade. Porém, organizar o tráfego de uma rede de computadores, definindo prioridades de utilização de banda de forma que a mesma possa ser usada mais eficientemente por usuários é uma tarefa complexa, que com certeza afeta o desempenho de sistemas como um todo, sendo necessário um componente que se responsabilize pelo gerenciamento

3 desses recursos. Problemas advindos do atraso no recebimento de mensagens devido à falta de uma entidade gerenciadora são comuns em sistemas distribuídos. 4. Solução do Problema Como descrito anteriormente o protocolo IP apresenta algumas deficiências, e para que isso possa ser contornado é preciso o acréscimo de algum mecanismo para suprir essas necessidades. Como objetivo deste projeto, tem-se o desenvolvimento de um aplicativo Bandwidth Broker, proposto inicialmente por Van. Jacobon, o qual se caracteriza por uma entidade central que realiza o controle e a gestão dos recursos da rede podendo controlar o tráfego aí existente. Para isto, a entidade BB deve verificar a disponibilidade de recursos e reserva dos mesmos, existentes em seu domínio e no domínio dos BB s adjacentes (caso esteja fora de seu domínio) para estabelecer a comunicação e trafegar informações de forma a atender os requisitos pré-estabelecidos a ele, isto pode ser melhor observado na ilustração abaixo (Figura 1). Um BB pode ser implantado em uma rede independentemente de seu tamanho, porém quanto maior esta estrutura maior será a dificuldade de sincronização destas entidades. Figura 1. Negociação entre BB s adjacentes. Fonte: [SIL 07] A troca de informações entre os BB s adjacentes é constante, enquanto as informações trafegam entre os diversos domínios de BB s e cheguem ao destino. Na figura (Figura 1), a negociação entre BB próximos e BB s de domínios diferentes são indicados pelas setas contínuas e espessas. Logo a negociação exercida pelo BB nos roteadores de borda do seu domínio são representadas por setas tracejadas. Cada entidade controladora possui um conjunto de diretivas estabelecidas através da SLA (Service Level Agreement) as quais são consultadas periodicamente pelos demais BB s de domínios vizinhos. [JÚN 07]. O SLA pode ser visto como um contrato de serviços firmado entre transmissor e receptor [GAM 07] o qual determina a banda de trafego e os serviços suportados entre os domínios, sendo necessário para verificar se os subsistemas dão suporte às exigências das solicitações. A figura abaixo (Figura 2) ilustra a negociação de serviços baseado nos SLA s na transmissão de informações entre origem e destino.

4 Figura 2. Interação entre SLA s Fonte: [JUN 07] Os SLA s podem ser classificados como estáticos ou dinâmicos. No SLA estático os recursos podem ser reservados ou configurados de forma manual por um administrador, sendo empregado em aplicações mais simples. Logo no SLA dinâmico estes recursos são configurados por meio de um protocolo de sinalização, empregado em situações mais complexas onde é necessária a adequação do gerenciamento de recursos e reserva dos mesmos de acordo com o aumento de fluxo na rede. Com a utilização de um BB esperam-se as seguintes contribuições e características em um sistema distribuído: Melhorar o desempenho de aplicações que necessitem de garantias para os seus parâmetros de execução, ou então, que tenham sua performance aprimorada a partir das informações disponíveis. Garantir o monitoramento dos recursos de rede tanto do domínio do BB como de suas fronteiras. Monitoramento de reserva de recursos de rede tanto do domínio do BB como de suas fronteiras. Garantir maior confiabilidade e segurança ao cliente ou usuário do sistema distribuído. 5. Ferramentas Utilizadas Para a confecção do aplicativo Bandwidth Broker serão utilizadas ferramentas e tecnologias de desenvolvimento e também para teste e validação de resultados as quais serão descritas a seguir: 5.1. Tecnologia de Desenvolvimento O aplicativo proposto será desenvolvido na plataforma Java utilizando-se da tecnologia RMI (Remote Method Invocation), a qual provê funcionalidades e gerenciamento de objetos distribuídos. Esse sistema de objetos distribuídos compõem o núcleo básico de Java desde a sua versão JDK (Java Development Kit) 1.1, sendo solicitada através dos pacotes java.rmi. Para o criação de uma aplicação que se utiliza dos serviços RMI, é necessário a implementação de uma classe Java [DEI 01], na qual serão definidos os objetos que poderão ser acessados remotamente. Estes objetos podem estar localizados remotamente

5 ou executando no mesmo computador comunicando-se através do envio de RPC s (Remote Procedure Calls) [DEI 01]. A RPC permite a ordenação dos dados (marshalling) tornando transparente ao programador os mecanismos de comunicação através da rede Tecnologia de Testes e Validação de Resultados Para a análise dos resultados obtidos, existem basicamente duas formas de avaliação. A primeira seria a preparação de um ambiente físico, contendo, por exemplo, máquinas Linux atuando como roteadores isso acarretará em dificuldades para criação deste ambiente e também uma dificuldade maior em virtude do desenvolvedor do Bandwidth Broker implementar a interface de configuração dos parâmetros de roteamento segundo os contratos estabelecidos. Outra possibilidade é a utilização de um aplicativo simulador de redes, já existente, criando um ambiente necessário para a avaliação dos benefícios alcançados com o desenvolvimento da aplicação Bandwidth Broker. Dessa forma, a utilização de um simulador torna-se interessante evitando-se a necessidade de um ambiente físico e de recursos de hardware. Será necessária uma fase de pesquisa e análise dos principais aplicativos simuladores de rede disponíveis, constando no cronograma a seguir, para verificar qual trará maiores benefícios e podendo avaliar da melhor forma possível os resultados. 6. Cronograma de Atividades O cronograma a seguir (Tabela 1) busca organizar as etapas de desenvolvimento do projeto da disciplina de Sistemas Distribuídos, delimitando prazos a serem cumpridos a partir de datas pré-estabelecidas e de acordo com o tempo estipulado pelo professor: Descrição das Atividades 03/07 04/07 05/07 06/07 Definição do problema a ser tratado Definir tecnologias de desenvolvimento Proposta inicial do projeto (fase I) Proposta melhorada do projeto (fase II) Pesquisa aprofundada referente a Bandwidth Broker Pesquisa aprofundada referente simuladores de rede Desenvolvimento do aplicativo Bandwidth Broker Elaboração do artigo Realização de testes e avaliação de resultados Revisão final do artigo e do status do projeto Defesa e apresentação final do projeto da disciplina Tabela 1. Cronograma para o desenvolvimento do projeto.

6 7. Conclusão Quando o protocolo IP foi criado a principal preocupação de seus projetistas era a garantia de entrega das informações, de forma consistente, não levando em consideração atrasos na entrega desses dados. Isto ocorria em grande parte, pelo fato das tecnologias de hardware dos dispositivos de comunicação não proverem grande velocidade de transmissão de informações. Atualmente, devido a gigantesca evolução das tecnologias de comunicação é possível o trafego de informações em alta velocidade com um custo relativamente baixo, sendo a mesma empregada para transporte de dados de vídeo e áudio além de outras aplicações em tempo-real que exigem muitos recursos. Porém os protocolos de transferência continuam os mesmos e é necessária a utilização de mecanismos como os Bandwidth Broker descritos nesta proposta que gerenciem da melhor forma os recursos disponíveis resultando em maior desempenho e confiabilidade do sistema distribuído e na satisfação dos usuários. 8. Referências [COU 07] COULOURIS, G.; DOLLIMORE, J; KINDBERG, T., Sistemas Distribuídos: Conceitos e Projeto Tradução. João Tortello. 4 a Edição, Editora Bookman, páginas 52-53, [DEI 01] DEITEL, H. M.; DEITEL, P. J., Java Como Programar. Tradução. Carlos Arthur Lang Lisboa. 3 a Edição, Editora Bookman, páginas , [GAM 07] GAMA, Ó.; CARVALHO, P.; LIMA, S., Estabelecimento e utilização de uma plataforma DiffServ gerida por um Bandwidth Broker. Disponível em: paulo/papers/crc2003-osg.pdf. Acessado em: 30 mar [JUN 07] JUNIOR, C. R. C. A.; BARBOSA, R. F., QoS Qualidade de Serviço. Disponível em: Acessado em: 12 abr , [JÚN 07] JÚNIOR, N. A.; DOMINGUEZ K. S. P., Modelos de Qualidade de Serviço - Aplicações em IP. Disponível em: Acessado em: 14 abr , [SIL 07] SILVA, J. D.; COSTA, K. M.; CARVALHO, S. O.; MAR- QUES, V. M., Qualidade de Serviço em Ambiente Voip. Disponível em: Acessado em: 13 abr , 2005.