Gerenciamento de Falhas, Configuração e Desempenho de um Switch ATM

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1 Gerenciamento de Falhas, Configuração e Desempenho de um Switch ATM Sandro Silva de Oliveira 1 1 Professor MSc. das Faculdades Integradas Católicas de Palmas FACIPAL Endereço: Rua Dr. Bernardo Ribeiro Viana, Telefax (46) Caixa Postal 221 Cep Palmas - PR Abstract. The objective of this article is to manage a Switch ATM of one backbone of network ATM, analyzing some of the parameters (objects managed of the MIB - Management Information Base) that they are related to the management of fault, configuration and performance of this equipment. Resumo. O objetivo deste artigo é gerenciar um Switch ATM de um backbone de rede ATM, analisando alguns dos parâmetros (objetos gerenciáveis da MIB Management Information Base) que estão relacionados ao gerenciamento de falhas, configuração e performance deste equipamento. Introdução Com o crescimento das redes de computadores surgiu a necessidade de gerenciá-las constantemente, garantindo o uso destas redes. A gerência de redes consiste na monitoração dos estados e eventos relacionados aos recursos e na execução de ações de controle sobre os mesmos, a fim de garantir a disponibilidade da rede aos seus usuários. A necessidade de integrar diferentes serviços proporcionando altas taxas de transmissão, surgiram as tecnologias das redes de alta velocidade (redes ATM). O propósito deste artigo é apresentar o gerenciamento de falhas, configuração e desempenho de um switch ATM. Vale salientar, que para o gerenciamento das 3 áreas de gerência citadas, não foram consideradas todas as variáveis das respectivas áreas apresentadas pela MIB. 2.Gerência em Ambientes ATM Como o ATM que é uma tecnologia de rede capaz de suportar diferentes serviços com o intuito de satisfazer aos requisitos exigidos pelos diferentes tipos de tráfegos e as altas velocidades de transmissão [Soares 1997] e [Tanenbaum 1996]. A flexibilidade do ATM permite a criação de backbones de rede para transporte de tráfego TCP/IP comuns nas Intranets corporativas de hoje, com Ethernet nas margens da rede e ATM na parte central. Para a maior integração destes serviços surge o conceito de qualidade de serviço (QoS - Quality of Service). A qualidade de serviço é importante para assegurar o correto funcionamento dos recursos, otimizar a disponibilidade dos recursos, identificar e resolver problemas, garantir a segurança da rede, observar e registrar os custos de utilização dos recursos e serviços, prever soluções de problemas [Zanin 1998]. Todos estes aspectos visam manter a rede em perfeito funcionamento, fornecendo aos usuários a qualidade de serviço especificada no contrato de serviço, ou seja considerando os serviços a que a rede é submetida. A disponibilidade, a acessibilidade, capacidade,

2 desempenho da rede estão relacionados com os requisitos estabelecidos no contrato de serviço da rede, realizados na fase de planejamento. A estrutura de gerenciamento de redes ATM está atualmente definida em três áreas gerais: gerenciamento de interface incluindo UNI (User-Network Interface), emulação de LANs; gerenciamento de camadas (estrutura de OAM), e gerenciamento de rede como um todo, usada para o gerenciamento da rede ATM em si e de seus serviços, que são atualmente modelados em cinco categorias. Existem dois tipos de interfaces em ATM: a UNI (User-Network Interface) que é responsável por realizar a interface entre as estações finais e o comutador. O outro tipo de interface é a NNI (Network-Network Interface) que realiza a interface entre comutadores [Comer 2001]. A gerência de redes ATM é muito similar a gerência de redes não-atm, onde ambas recaem nas mesmas cinco áreas funcionais: falhas, configuração, contabilidade, desempenho e segurança [Abusamra 1998]. No entanto, os modelos de gerência tradicionais, baseados na arquitetura gerente/agente/objetos gerenciados, apresentam restrições quando utilizados para a gerência de redes ATM, devido às novas características apresentadas, onde os tempos de respostas exigidos passam a ser impossíveis de serem atendidos pelo modelo de gerência tradicional. Paralelamente ao surgimento da tecnologia ATM surge também o aumento da demanda de largura de banda, e mesmo as redes ATM tem a necessidade de serem gerenciadas, a fim de evitar futuros problemas (gargalos, perda de células). 3. Descrição do Ambiente de Estudo A rede em estudo possui um ambiente de computação científica composto de um cluster com cerca de 40 Workstations e de um computador paralelo IBM/SP2, conectados através de uma rede ATM-155 Mbs. Dentro deste cluster está localizado o Switch CoreBuilder TM 7000 que será gerenciado. No Switch CoreBuilderTM 7000 estão conectadas 7 workstations e mais dois switches de borda, ambas conexões são por meio de fibra óptica com velocidade de 155 Mbps, com exceção de uma das estações que possui uma conexão Ethernet utilizada para gerenciar o switch. O CoreBuilderTM 7000 (switch da 3Com) tem todas as características, flexibilidade e robustez necessárias para conduzir o tráfego no backbone ATM (Ethernet/ATM). Os switches são máquinas comutadoras que aumentam o desempenho do tráfego aliviando o congestionamento no backbone. Neste switch há 4 slots de 8 portas, perfazendo um total de 32 portas físicas ATM, sendo que apenas 9 delas estão sendo usadas. O número das portas físicas são identificadas da seguinte forma: os dois primeiros números indicam o número do slot a qual está conectado e os outros dois números finais indicam o número da porta física no slot. Por exemplo, a porta número 3.1, onde o número 3 identifica o slot e o número 1 indica a porta correspondente ao slot. Vale salientar também que a numeração dos slots começa pelo número 3 e vai até o número 6, totalizando os 4 slots que contém o switch. 4. Gerenciamento do Switch ATM Os dois métodos que possibilitam a administração e gerenciamento do CoreBuilderTM 7000 são: por meio de uma aplicação de gerenciamento local proprietária (LM) e através de um agente que usa o Simple Network Management Protocol (SNMP). Ambos, podem ser acessados através de uma porta Ethernet dedicada, uma das 32 portas ATM ou através de um link serial RS-232 (neste caso somente a LM). Para gerenciamento do switch está sendo utilizada uma porta Ethernet. A comunicação entre

3 gerente e agente ATM que permitirá o acesso as informações na MIB do equipamento, será baseada no protocolo SNMP. Para troca de mensagens SNMP em uma rede ATM é necessário a utilização de serviços como o LANE (LAN Emulation), CLIP (Classical IP) e MPOA (Multiprotocol over ATM), os quais permitem interligar arquiteturas Ethernet com ATM (encapsulamento). O tráfego no ATM é esparramado sobre muitos circuitos virtuais que são abertos e fechados freqüentemente, em vez de estar concentrado em um segmento de rede físico [Tarouco 2000]. O desempenho de cada circuito virtual pode ser afetado por fatores fora do controle dos equipamentos da LAN emulada (por exemplo, congestionamento do switch e mecanismos de controle de congestionamento dos switches). Dado estas dificuldades, as estações de gerenciamento monitoram a quantidade de tráfego que vai para um equipamento específico, recrutando a ajuda aos clientes LANE que coletam esta informação, colecionando e agregando estatísticas de desempenho sobre circuitos virtuais, colecionando estatísticas de desempenho de portas ATM, e escutando a comunicação entre equipamentos LANE. O CoreBuilderTM 7000 permite acessar também MIBs proprietárias [3COM 2000]. As MIBs suportadas por este switch são: MIB II (RFC 1213), AToM MIB (RFC 1695), AToM 2, SONET MIB e a Private chassis MIB. A MIB que será utilizada para gerenciar o tráfego do switch será a MIB II (RFC 1213). Os objetos gerenciáveis definidos na MIB II estão divididos em grupos. Cada grupo é composto por uma tabela com objetos gerenciados. A tabela iftable do grupo Interface da MIB-II também é referenciado pela AToM MIB. A AToM está contida na MIB II. A ferramenta de gerenciamento utilizada para a monitoração do switch foi o HP Open View, que é um ambiente de gerenciamento formado por um conjunto de softwares que proporcionam o gerenciamento integrado de redes e soluções de gerenciamento de sistemas em ambientes de computação distribuída Gerenciamento do Switch CoreBuilderTM 7000 usando o HP Open View Primeiramente deve se identificar o equipamento que será gerenciando no HP Open View, através do número IP do switch como ilustrado na Figura 1. Figura 1. Identificação e identificação das variáveis a serem gerenciadas no switch

4 Pode-se também observar quais são as variáveis monitoradas utilizando a MIB II que foi descrita anteriormente e que estão sendo mostradas na Figura 1 na janela SNMP Manager dentro do campo Variables - Selected. Estas variáveis são escolhidas seguindo a hierarquia da árvore da MIB, como podemos observar no campo Variables Avalaible da Figura 1. Estas variáveis são selecionadas com auxílio dos botões Up e Down, as quais permitem que se percorra a árvore da MIB escolhendo as variáveis desejadas do agente. Também podemos armazenar os resultados em um arquivo de log para analises futuras. Após definir estes parâmetros temos que informar a comunidade (agcmnt) do objeto a ser gerenciado e de quanto em quanto tempo que queremos efetuar os pollings no agente do objeto gerenciado (switch), isso é permitido através da opção Options, para coleta de informações do switch foi utilizado poollings de 600 seg. (correspondente a 10 min). As variáveis monitoradas podem ser observadas por meio de gráficos ou através da tabela que contêm os resultados armazenados no arquivo de log (as quais podem ser reportadas para o Excel). A Figura 2 mostra os resultados de forma gráfica do fluxo de entrada de octetos de algumas portas do switch, em um determinado intervalo de tempo. Figura 2. Gráfico do número de octetos que entraram em algumas das interfaces do switch CoreBuilderTM Observa-se neste gráfico que a porta número 3001 (3.1) possui uma taxa de entrada de octetos bem maior do que o restante das portas. Isso se deve ao fato de que esta porta está conectada a outro switch IBM8260, o qual é responsável por receber e enviar todo tráfego gerado pelo switch CoreBuilderTM Na próxima seção serão analisados os dados que foram armazenados no arquivo de log gerado pela monitoração do agente localizado no switch CoreBuilderTM Vale salientar que das 9 portas (com conexão de 155 Mbps) que estão habilitadas atualmente pelo switch, as portas 5.1 e 6.5 não serão analisadas, por não estarem sendo utilizadas no momento Análise dos resultados dos objetos gerenciados da MIB II Grupo de Interface do Switch CoreBuilderTM 7000 O tempo de monitoração foi do período das 08h:00min até as 21h:20min durante 4 dias, sendo efetuados pollings a cada 10 minutos. O Grupo Interfaces oferece dados sobre cada interface de um dispositivo gerenciável da rede. Essas informações são úteis para o

5 gerenciamento de falhas, de configuração, de performance, e de contabilização. Os objetos de algumas dessas unidades funcionais é que serão analisadas. Como segue: Objetos para Gerenciamento de Falhas A seguir (Tabela 1) apresenta-se das variáveis gerenciáveis no grupo de gerenciamento de falhas: Objeto if AdminStatus ifoper Status if Last Change Tabela 1. Variáveis do Gerenciamento de Falhas Informação usada no gerenciamento de falhas indica se a interface esta up/down/test indica o status operacional da interface (up/down/test) indica quando a interface mudou seu estado operacional O objeto iflastchange informa quando a interface entrou no seu estado operacional atual. A Figura 3 mostra os valores que as interfaces do switch gerenciado assumiram, seguindo os objetos referenciados anteriormente, que estão relacionadas ao gerenciamento de falha dos objetos. Verifica-se que o número das interfaces está referenciada na primeira coluna da Figura. Figura 3. Gerenciamento de Falhas do grupo de Interface do CoreBuilderTM 7000 Observa-se através da Figura 3, que os objetos ifadminstatus e ifoperstatus variaram seus campos nos parâmetros up e down. Para a interface estar operacional ela deverá assumir o parâmetro up em ambos objetos (ifadminstatus e ifoperstatus) Objetos para Gerência de Configuração A seguir (Tabela 2) estão descritos os objetos que envolvem a gerência de configuração. Tabela 2. Variáveis de Gerenciamento de Configuração Objeto Gerenciamento de Configuração if Descr nome da interface iftype tipo de interface ifmtuce tamanho máximo do datagrama suportado pela interface ifspeed largura de banda da interface if AdminStatus indica se a interface esta administrativamente up/down

6 O objeto ifspeed é um medidor da velocidade da interface em bits por segundo. Útil quando deseja-se saber velocidade atual de uma interface que aloca banda passante de acordo com a demanda de tráfego. O objeto ifadminstatus neste caso, permite que, através do comando SNMP Set-Request, configure-se remotamente a interface para on/off. A Figura 4 mostra como estes objetos estão configurados no switch gerenciado. Figura 4. Gerenciamento de Configuração do CoreBuilderTM 7000 A Figura 4 apresenta o estado (valores) que os objetos de cada interface do switch assumem, relacionados aos aspectos de configuração deste equipamento. Estes objetos estão relacionados aos aspectos de configuração das interfaces do equipamento. De acordo com o significado de cada um dos objetos especificados anteriormente, observa-se que o objeto IfDescr retornou o nome da interface (ATM over OC3) de 155,52 Mbps. O objeto iftype identifica o tipo de interface que no caso do switch ATM é 37, quanto ao objeto ifmtu que mostra o tamanho máximo do datagrama suportado pela interface, que neste caso como é um equipamento ATM suportará o tamanho máximo de 53 bytes, correspondente ao tamanho de uma célula. O objeto ifspeed apresenta a largura de banda atual da interface, que no caso deste switch é de bps. O ifadminstatus indica se a interface está ativa (up) ou não (down) Objetos para Gerência de Performance Os principais objetos encontrados que se aplicam no gerenciamento de performance são: Tabela 3 Variáveis do Gerenciamento de Performance Objeto Gerenciamento de Performance if InDiscards taxa de descartes de entrada ifoutdiscards taxa de descartes de saída ifinerrorst taxa de erros de entrada ifouterros taxa de erros de saída ifinoctets taxa de bytes recebidos ifout Octets taxa de bytes enviados ifinunknownprotos pacotes de protocolos desconhecidos recebidos ifoutqlen total de pacotes na fila de saída

7 Através dos objetos ifinucastpkts, ifoutucastpkts, ifinnucastpkts, ifoutnucastpkts, ifinerrors, ifouterros, é possível calcular as porcentagens de erro de entrada/saída. Como observado no processo de seleção dos objetos a serem gerenciados, observou se que o número de erros é mínimo, devido ao baixo tráfego nas interfaces, bem como também se justifica pelo fato de estar utilizando fibra ótica. Neste sentido, baseado no tráfego escolheu-se apenas os dois objetos ifinoctets e ifinoctets, os quais caracterizam se por serem os dois objetos que se estão diretamente ligados ao tráfego das interfaces. Como já mencionado anteriormente serão analisadas 7 interfaces neste aspecto. Como a MIB II coleta os dados dos objetos em octetos, converteu-se de octetos para células (ATM), com base na seguinte formula ((B3-B2)/53)/600, onde B3 corresponde ao tempo2 e B2 ao tempo1, subtraindo encontra-se o número de octetos que trafegaram no intervalo de tempo de 10 minutos (600seg.). Como uma célula tem 53 bytes, divide-se o número de octetos (B3-B2)pelo tamanho da célula(53), encontrando-se o número de células por segundo ainda divide-se por 600 ( o equivalente a 10 min.). Para obter-se o tráfego total das interfaces é necessário que somar os ifinoctets com os ifoutoctets, com isso teremos o tráfego total de cada uma das interfaces do switch. Com os objetos ifinoctets e ifoutoctets pode-se calcular a taxa de utilização de uma interface. Para isso, deve-se primeiro calcular o total de bytes (que foram transformados em células) recebidos e enviados em um intervalo de tempo entre x e y. Total de Bytes = (ifinoctets_y - ifinoctets_x) + (ifoutoctets_y - ifoutoctets_x) Através desta formula podemos obter o número de células que trafegaram durante o intervalo de tempo de 600 seg. A Figura 5 mostra um gráfico que mostra o tráfego total das interfaces, ou seja a soma dos ifinoctets e ifoutoctets. T ráfego T otal das Interfaces (Células de Entrada mais C é lulas de Saída) :57 08:47 Número de Células/seg. 09:37 10:27 11:17 12:07 12:57 13:47 14:37 15:27 16:17 17:07 17:57 18:47 19:37 20:27 21:17 Interface 3.1 Interface 3.3 Interface 3.5 Interface 3.6 Interface 4.1 Interface 4.5 Interface 4.6 Horário Figura 5 Gráfico do tráfego total das interfaces analisadas. Observa-se na Figura 5 o comportamento de cada uma das interfaces analisadas no switch, onde o tráfego de células/seg. na interface 3.1 continua sendo o maior, embora esteja muito abaixo da capacidade da banda do link. Nas interfaces 3.3 e 3.5 estão conectados switches de borda, o que justifica o fato destas interfaces também gerar um tráfego considerável, embora esteja muito abaixo da capacidade oferecida pelos links, que são de 155 Mbps. Para se obter a taxa de utilização de cada interface, divide-se o número de bits por segundo que trafega na interface pela largura da banda da interface (reportada pelo

8 variável ifspeed, que no caso deste switch é bps). Observa-se que o tráfego das interfaces deste switch estão bem abaixo da capacidade que elas suportam. 5. Conclusão Para alcançar estes objetivos foi preciso realizar uma série de etapas, onde foram encontradas algumas dificuldades que foram sanadas no decorrer do trabalho. Além da dificuldade, de não conhecer uma ferramenta de gerenciamento, existiu a necessidade do conhecimento das MIBs suportadas pelo Switch CoreBuilderTM 7000, o que dificultou a definição dos objetos gerenciados. Para isso, teve que ser realizado um estudo de todas as variáveis (objetos) gerenciados da MIB II bem como da AToM MIB que está contida na MIB II, tendo em vista que o equipamento gerenciado é um switch ATM. Diante dessas dificuldades optou se por utilizar o grupo de Interface (Tabela iftable) pertencente a MIB II. Como a unidade de transferência de informação em ATM é dada em células e os valores reportados pelos objetos do grupo de interface da MIB II são mostrados em octetos, foi feita uma transformação dos valores obtidos em octetos (bytes) para células, através da planilha do Excel. A ferramenta usada para efetuar o gerenciamento foi a HP Open View. Também também foi utilizada em paralelo com o HP Open View a ferramenta MG Software MIB Browser para gerenciamento do switch, mas como esta última não fornecia tantos recursos, optou se a HP Open View, por ter mais recursos e possuir uma interface mais amigável. Os objetos gerenciados foram definidos com base no que se pretendia gerenciar, que no caso era a taxa de utilização das interfaces do equipamento, observando o comportamento do tráfego destas interfaces baseado nas suas capacidades. Neste caso, observou se que as interfaces estão sendo subutilizadas, ou seja, o tráfego que passa pelas interfaces do switch está extremamente abaixo da capacidade permitida por elas, que é de aproximadamente 155Mbps. Tendo em vista que o tráfego no switch é muito pequeno, não foi observado a ocorrência de erros, o que justifica a não monitoração dos objetos relacionados a erros. Referências Abusamra, J. (1998) ATM Net Management: Missing Pieces. In: Data Communications. Vol.27, No. 7. 3COM. (2000) CoreBuilderTM 7000 : Operation Guide and Administration Guide. Soares, L. F. G., Lemos,G. e Colcher, S. (1997) Redes de Computadores: das LAN's, MAN's e WAN's às redes ATM. 2a edição revisada e ampliada. Rio de Janeiro: Campus. Tanenbaum, A.(1996) Redes de Computadores. Tradução da 3 edição revisada. Campus. Zanin, F. A.(1998) O Ambiente de Videoconferência sobre Redes ATM, Trabalho Individual - UFRGS. Tarouco, E.(2000) Gerência de Redes, retirado em: Comer, D. E.(2001) Redes de Computadores e Internet, 2rd ed, Bookman.

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