DESEMPENHO DE REDES Métricas de rede Prof. Ulisses Cotta Cavalca

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1 DESEMPENHO DE REDES Métricas de rede Prof. Ulisses Cotta Cavalca Belo Horizonte/MG 2015

2 Sumário 1. Introdução 2. Métricas de redes 3. Análise de desempenho 4. Qualidade da Internet 5. Casos

3 1. Introdução Variáveis de rede: Conjunto de informações mensuráveis que pode ser associado diretamente ao nível de qualidade prestado por um sistema ou serviço. Objetivos: Verificar o estado de funcionamento de um sistema; Avaliar se o sistema é capaz de atender às funções e serviços esperados; Avaliar se as tarefas são executadas dentro de parâmetros de desempenho considerados aceitáveis; Comparar sistemas diferentes; Comparar o mesmo sistema em momentos distintos; Previsão de comportamento de um sistema.

4 1. Introdução Práticas: Necessidades e expectativas do uso do serviço Traduzir objetivos técnicos e de negócio Fixar metas de desempenho (SLA - Service Level Agrement) Descrição dos dados para domínio da infraestrutura de rede; Inferência estatística para previsão de comportamento.

5 2. Parâmetros de desempenho 2.1. Disponibilidade Definição: Tempo que uma rede ou serviço está disponível para o cliente. Expressa em [%] de tempo de atividade por ano, mês, semana, dia, hora, etc. Termos relacionados: Redundância: Adição de dispositivos ou caminhos duplicados para evitar o tempo de inatividade; Confiabilidade: Termo amplo, ligado à precisão, taxas de erros, estabilidade e período de tempo entre falhas. Associado à probabilidade de uma falha ocorrer; Capacidade de recuperação: Facilidade e intervalo de tempo ao qual uma rede se recupera de problemas.

6 2. Parâmetros de desempenho 2.1. Disponibilidade Interpretação: MTBF (Mean Time Between Failures): Tempo médio entre duas falhas consecutivas. Às vezes também é referenciado como MTBSO (Mean Time Between Service Outage); MTTR (Mean Time To Repair): Tempo médio para reparação do defeito. De forma semelhante, também conhecido como MTTSR (Mean Time to Service Repair). Disponibilidade= MTBF MTBF +MTTR 100

7 2. Parâmetros de desempenho 2.1. Disponibilidade Interpretação: UPTIME DOWNTIME UPTIME DOWNTIME MTTR MTBF FALHA PERCEPÇÃO REAÇÃO ATENDIMENTO SOLUÇÃO FALHA

8 2. Parâmetros de desempenho 2.2. Vazão Quantidade de dados isentos de erros transmitidos por unidade de tempo A vazão é dada em pacotes por segundos (pps) ou células por segundo (cps). Teoricamente: A vazão deve aumentar à medida que a carga oferecida à rede cresce, até o máximo da capacidade de rede. Na prática: A vazão da rede depende do método de acesso ao meio, da carga atual da rede e da taxa de erros.

9 2. Parâmetros de desempenho 2.3. Utilização Representa, em percentual, o uso dos segmentos de conexão mais representativos da infraestrutura de rede: backbones, trunks, links de fibra, etc. Observar a granularidade da medição: Problemas pontuais utilizar intervalos em 1 minuto ou segundos; Análise de desempenho e linhas de base considerar 5 minutos; Séries históricas intervalos de 10, 30 ou 60 minutos, ou em horas.

10 2. Parâmetros de desempenho 2.3. Utilização A utilização reflete o percentual da capacidade da rede utilizada em um dado instante de tempo A utilização ótima estabelece um limiar (threshold), a partir do qual a rede é avaliada. Zonas de utilização: Saturada Crítica Atenção Ótima > 100% 85% ~ 100% 60% ~ 85% 0% ~ 60% Sugestão de limiares em links de dados

11 2. Parâmetros de desempenho 2.3. Utilização Utilização em transmissões half duplex uso half [%]= (d t+d r ) 8 v t 100 Utilização em transmissões full duplex uso full [%]= max(d t,d r ) 8 v t d t : dados transmitidos (em bytes) d r : dados recebidos (em bytes) v: velocidade do link ou do dispositivo (em bps) t: tempo de análise (em segundos) 100

12 2. Parâmetros de desempenho 2.4. Precisão Mede a ausência de erros em um meio qualquer. Princípio básico: Dados no destino devem ser iguais à dados de origem. As causas de erros estão associadas à ruído em cabeamento, dispositivos defeituosos, conectores de má qualidade, entre outros eventos no ambiente de rede. Normalmente é dada pela taxa de erros de bit (BER: bit error rate), para o caso de links de WANs. Valores típicos: Links analógicos (cobre): 10-5 (1 bit errado a cada bits) Links digitais (cobre): 10-6 Links digitais (fibra ótica): (1 bit a cada 10 bilhões)

13 2. Parâmetros de desempenho 2.5. Eficiência Mede o quanto uma operação é efetiva em comparação com o custo em esforço de tempo, energia ou recurso financeiro Relaciona também a quantidade de esforço que uma infraestrutura necessita para realizar uma transmissão. Exemplos: Jumbo frames Cabeçalho IPv4 x IPv6

14 2. Parâmetros de desempenho 2.6. Atraso Atraso, retardo ou delay: Tempo necessário para que um pacote pode ser transmitido entre dois pontos (emissor e receptor). Tipos de atrasos: Atraso fim-a-fim: Tempo que um pacote leva do emissor ao receptor. Atrado de ida e volta. Tempo que um pacote leva para ser enviado a um receptor e devolvido ao emissor (Round-Trip Time).

15 2. Parâmetros de desempenho 2.6. Atraso Atraso nodal: Atraso de processamento: tempo que o ativo de rede utiliza para examinar, processar e encaminhar o pacote corretamente; Atraso de fila: tempo que um pacote espera, ou antes de ser processado, ou antes de ser transmitido; Atraso de transmissão: tempo necessário para que 1 pacote seja transmitido; Atraso de propagação: tempo que a informação unitária (1 bit) é transmitida pelo meio de transmissão.

16 2. Parâmetros de desempenho 2.7. Jitter Definição: diferença entre o atraso de transmissão de dois pacotes Formulas de cálculo: RFC 3363: RFC 1889: Variação interpretada como desvio padrão Implicações: j n =a n a n 1 j n =15/16 j n 1/16 j n 1 Métrica relevante para aplicações de tempo real Sincronismo entre relógios

17 2. Parâmetros de desempenho 2.7. Jitter Pacote 1 Pacote 2 Pacote 2 Host A Tx Tx Tx Host B Rx Rx Rx Atraso Pacote 1 (a 1 ) Atraso Pacote 2 (a 2 ) Atraso Pacote 3 (a 3 ) Jitter Pacote 2 j 2 =a 2 -a 1 Jitter Pacote 3 j 3 =a 3 -a 2

18 2. Parâmetros de desempenho 2.8. Perda Pacotes que são perdidos durante a sua transmissão, geralmente expresso em percentual. Implicações: Métrica relevante para aplicações de tempo real Relação com protocolos TCP e UDP de transmissão Perdas podem ser avaliadas em: Fração de perda de pacotes Perda consecutiva Sucesso consecutivo

19 2. Parâmetros de desempenho 2.9. Tempo de resposta Definição: Tempo decorrido entre a solicitação e a conclusão de um e o início/conclusão da realização do serviço. A métrica mais utilizada por usuários para avaliar o desempenho de um ambiente de rede. Nível tolerável de tempo de resposta, da maneira mais genérica possível, corresponde à 100ms.

20 2. Parâmetros de desempenho 2.9. Tempo de resposta

21 3. Análise de desempenho 3.1. Medição passiva de tráfego Monitor de pacotes: cópia de parte do conteúdo dos pacotes que passam pelo monitor. Aplicado em redes locais para monitoramento de difusão (broadcast) do meio físico; redes ponto-a-ponto de alta velocidade. Algumas questões: Grande volume de dados; Dificuldade de instalação do monitor.

22 3. Análise de desempenho 3.1. Medição passiva de tráfego Monitor de fluxos: Captura e obtenção de tabela (matriz de tráfego) contendo informações sobre e fluxos de rede. Necessidade dos equipamentos suportarem esse tipo de coleta de tráfego.

23 3. Análise de desempenho 3.1. Medição passiva de tráfego Monitor de agentes: Medição realizada a partir de agentes instalados nos pontos de interesse do ambiente de rede. Técnica implementada pelo protocolo SNMP. Nesse tipo de estrutura, as MIBs (Management Information Base) definem as estrutura de dados que serão coletadas

24 3. Análise de desempenho 3.2. Medição ativa de tráfego Métricas são obtidas a partir de tráfego injetado, propositalmente, no ambiente de rede. Útil para avaliação de topologia e equipamentos, tanto em ambiente controlado como ambiente simulado.

25 3. Análise de desempenho 3.3. Testes em redes de computadores RFC 2544: define uma série de testes que podem ser usado para descrever as características de desempenho de uma rede. Tentativa de padronização qualidade de equipamentos entre diversos fabricantes Concebido para ser realizado em ambiente controlado RFCs relacionadas: RFC 6815: Considerações prejudiciais em redes em produção RFC 6349: Framework de teste de throughput TCP

26 3. Análise de desempenho 3.3. Testes em redes de computadores RFC Principais elementos: Configuração de testes Formatos de frames Tamanho de frames Modificadores Teste bidirecional Teste além de estrutura simples Procedimento de ensaio

27 3. Análise de desempenho 3.3. Testes em redes de computadores RFC 2544 Variáveis de interesse: Throughput (vazão de dados teórica Latência Taxa de perda de quadros Quadros back-to-back Recuperação de sistema Reset de equipamento

28 3. Análise de desempenho 3.4. Ferramentas Analisadores de protocolo e tráfego: tcpdump Wireshark Gerenciamento de falhas: Nagios: Verifica disponibilidade de serviços Icinga Gerenciamento de configuração: Webmin: Administração de sistemas GNU/Linux; CACIC: Monitoramento de inventário de máquinas

29 3. Análise de desempenho 3.4. Ferramentas Gerenciamento de desempenho e geração de gráficos: MRTG: Geração de gráficos a partir de dados coletados pelo SNMP; RRDTool: Gerador de gráficos; Cacti: Geração de gráficos pelo RRDTool, a partir de métricas coletadas pelo SNMP; Smokeping: Analisador de latência em hosts web remotos; Ntop: Analisador de utilização de tráfego de rede; Fprobe: Coletor e exportador de dados no formato Netflow (Cisco) matriz de tráfego; Flow-tools: analisador de dados Netflow.

30 3. Análise de desempenho 3.4. Ferramentas Gerenciamento de segurança: Nessus: Realiza varredura de vulnerabilidade; Snort: IDS e sniffer; Nmap: scanner de serviços da rede; Tripwire: Monitor de integridade de sistemas.

31 3. Análise de desempenho 3.4. Ferramentas Network Management System: Zabbix OpenQRM OpenNMS PandoraFMS

32 3. Análise de desempenho 3.4. Ferramentas - Nagios

33 3. Análise de desempenho 3.4. Ferramentas - MRTG

34 3. Análise de desempenho 3.4. Ferramentas - Cacti

35 3. Análise de desempenho 3.4. Ferramentas - Smokeping

36 4. Qualidade da Internet 4.1. Medições de qualidade da banda larga fixa Resolução Anatel n.º 574, de 28 de outubro de 2011 Medição da largura de banda da Internet em âmbito residencial: Cadastramento de voluntários para instalação de equipamento para medição ativa das métricas de rede; Expectativa de 12mil voluntários; Cadastro inicial de 45mil voluntários; União entre Anatel, Ceptro.br e Inmetro; Mais informações em:

37 4. Qualidade da Internet 4.1. Medições de qualidade da banda larga fixa Grandeza Disponibilidade Tempo de Reparo Não-recorrência de falhas do circuito de acesso Vazão média Vazão instantânea Critério Maior ou igual a 99% (equivalente a 7,2h de interrupção ou menos a cada mês) De no máximo 2 dias úteis Intervalo entre falhas superior a 180 dias Média maior que 60 % da vazão nominal anunciada ao consumidor. Valor instantâneo mínimo de 20% da vazão nominal anunciada ao consumidor.

38 4. Qualidade da Internet 4.1. Medições de qualidade da banda larga fixa Grandeza Perda de Pacotes Critério Perda máxima de 2 (dois) por cento do volume de dados enviados. Latência unidirecional Latência (RTT) Valor máximo de 40 milisegundos Valor máximo de 80 milisegundos Jitter Valor máximo de 50 milisegundos Tempo para o estabelecimento de conectividade IP. Tempo máximo de 1 minuto.

39 4. Qualidade da Internet 4.1. Medições de qualidade da banda larga fixa Grandeza Número de tentativas para o estabelecimento de conectividade IP. Critério Valor máximo de 2 tentativas. DNS tempo de resposta do servidor recursivo Valor máximo de 80 milisegundos. DNS obediência ao campo TTL Servidor recursivo deve obedecer ao campo TTL DNS resposta a uma consulta a um endereço inexistente DNS possibilidade de consulta ao servidor autoritativo Servidor recursivo deve responder que o endereço é inexistente. O cliente deve receber uma resposta à consulta.

40 4. Qualidade da Internet 4.1. Medições de qualidade da banda larga fixa Grandeza DNS possibilidade de consulta ao servidor autoritativo Tempo de instalação do serviço Tempo de cancelamento do serviço Critério Deve ser verificado no log do servidor autoritativo que houve consulta do cliente, permitindo verificar que não existe um proxy DNS transparente na rede. 7 (sete) dias (sempre assistida por técnico da prestadora, quando disponível) Período máximo de 30 dias (Decreto de Lei 6523, de 31 de Julho de 2008)

41 4. Qualidade da Internet 4.2. Medição de largura de banda Princípio de funcionamento

42 4. Qualidade da Internet 4.2. Medição de largura de banda Algumas ferramentas:

43 5. Alguns casos Política permissiva para acesso Web em um laboratório.

44 5. Alguns casos Servidor Web

45 5. Alguns casos Medição passiva monitoramento de fluxo

46 5. Alguns casos Upgrade link de dados.

47 Referências Material de aula: Desempenho de Redes. Prof Luiz Mesquita ROCHA, Antônio A. A. Medições ativas na Internet: algoritmos baseados em retardo fim-afim e experimentos. Dissertação de mestrado: LEIWAND A., CONROY K. Management Network: A Pratical Perspective. Addisson Wesley, Escola Superior de Redes Rede Nacional de Pesquisa: Gerenciamento de redes e serviços