Solução de redundância com Roteadores Mikrotik

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1 Solução de redundância com Roteadores Mikrotik 1 Eduardo Garcia de Medeiros, Paulo Roberto Gomes Luzzardi, Nataniel da Silva Vieira 1 Curso Superior de Tecnologia em Redes de Computadores Faculdade de Tecnologia SENAC Pelotas Rua Gonçalves Chaves Pelotas RS Brazil eduardo@dmedeiros.com.br,{pluzzardi,natanielvieira}@gmail.com Abstract. With the growing number of people and businesses are connecting to the Internet is necessary that the information is not lost, trying to meet this demand, this paper aims to prove a redundant solution in a virtual scenario to keep for as long as possible the flow of data. Keywords: Redundancy, Mikrotik. Resumo. Com o crescente número de pessoas e empresas se conectando a internet se faz necessário que as informações não se percam, buscando atender esta demanda, este trabalho tem como objetivo comprovar uma solução redundante em um cenário virtual para manter por maior tempo possível o fluxo de dados. Palavras-Chave: Redundância, Mikrotik. 1. Introdução A internet não mais é mais um luxo para a maioria de nós, e a cada dia mais e mais usuários se conectam à rede, mas para que seja possível chegar ao maior número de usuários possíveis, investimentos em infraestrutura devem ser realizados. Não somente aos usuários domésticos, mas empresas e grandes corporações também são usuários de alguma tecnologia computacional, com isso servidores que prestam algum tipo de serviço podem vir a ficar indisponível. Como seria se um banco internacional simplesmente ficasse indisponível ao seu clientes para verificar o saldo da sua conta bancaria? Hoje com a alternativa da tecnologia wireless fica mais fácil e barato, pois o meio físico utilizado pela tecnologia é o ar. Mesmo a tecnologia wireless está sujeita a falhas e ficar indisponível em vários níveis da propagação do sinal, desde o dispositivo do usuário até ao link de internet do provedor de acesso. Na tentativa de reduzir ao máximo as possibilidades de indisponibilidade foi realizado um estudo e implementada uma solução baseada em roteadores Mikrotik, onde foi implementada a redundância que compõem a rota dentre o usuário e o destino na internet. 2. Redundância O objetivo principal da Redundância é a continuidade na prestação de serviços mesmo quando houver falha em um ou mais elementos de um sistema. Como mencionada [Ruiz 2001] em sua pesquisa a redundância é uma área da Informática que se desenvolve com grande velocidade. Quanto mais os computadores tomam espaço nas empresas, escritórios, lares e em nossas vidas em geral, mais deve-se preocupar em fazer com que eles

2 não parem inesperadamente e interrompam algum serviço. A Redundância é tolerante a falhas e visa manter a disponibilidade dos serviços prestados por um sistema computacional através da redundância de Hardware e reconfiguração de Software. 3. Protocolos de Rede Segundo [Kurose and Ross 2010], protocolo define o formato e a ordem das mensagens trocadas entre duas entidades comunicantes, bem como as ações realizadas na transmissão e/ou no recebimento de uma mensagem ou outro evento. A [Wikilivros 2015], também tem uma definição para os protocolos de rede muito interessante que diz o seguinte: Protocolo é a língua dos computadores, ou seja, uma espécie de idioma que segue normas e padrões determinados. É através dos protocolos que é possível a comunicação entre um ou mais computadores. Os protocolos de rede nasceram da necessidade de conectar equipamentos de fornecedores distintos, executando sistemas distintos, sem ter que escrever a cada caso programas específicos. Ambos os computadores devem estar configurados com os mesmos parâmetros e obedecer aos mesmos padrões para que a comunicação possa ser realizada sem erros. Existem diversos tipos de protocolos de rede, variando de acordo com o serviço a ser utilizado. Os Protocolos de rede estão diretamente vinculados ao desenvolvimento da solução proposta neste trabalho, serão usados os protocolos OSPF e VRRP Protocolo OSPF O OSPF (Open Shortest Path First), (RFC 2328) Menciona [Matozinhos 2012] em seu trabalho. É um dos protocolos de roteamento mais utilizados para redes internas, por ser eficiente e de simples implementação. Baseado no algoritmo Dijkstra, ele calcula o caminho de menor custo para o destino. Portanto o caminho mais curto(shortestpath) para o destino é baseado no menor custo, o OSPF analisa qual rota tem o menor custo e prioriza essa rota Protocolo VRRP VRRP (Virtual Router Redundancy Protocol), é um protocolo de rede que prevê a atribuição automática de roteadores disponíveis para os hosts participantes. Como mostra [Ramires 2012], Isso aumenta a disponibilidade e a confiabilidade dos caminhos de roteamento através da seleção de gateways default de forma automática. O protocolo consegue isso através da criação de roteadores virtuais, que são uma representação abstrata de múltiplos roteadores, ou seja, roteadores master e backup, agindo como um grupo. O gateway padrão de um host participante é atribuído ao roteador virtual em vez de um roteador físico. Se o roteador físico que faz o roteamento de pacotes em nome do roteador virtual falhar, outro roteador físico é selecionado automaticamente para substituí-lo. O roteador físico que faz o encaminhamento de pacotes em um determinado momento é chamado de roteador master. Segundo [Ramires 2012] destaca seu trabalho. Mikrotik implementa VRRP conforme as RFC 5798 e RFC 3768, portanto, pode ser usado em redes Ethernet, MPLS, IPv4 e IPv6.

3 4. Cenário Virtualizado de Desenvolvimento do Projeto 4.1. Construção do Cenário O Cenário foi desenvolvido em hardware hospedeiro com 4 núcleos de processamento, 4 GB de memória RAM, 320 GB de disco rígido e uma placa de rede Ethernet, Sistema operacional nativo com Windows (64 bits), Ambiente construído e virtualizado com VMWare e Roteadores Mikrotik Router OS Cenário composto com 4 roteadores principais implementados com o Protocolo OSPF provendo a redundância entre eles e nomeados como, Norte, Sul, Leste e Oeste, estes com sub nomenclatura MTR (Master). Para cada roteador Master foi adicionado mais um em paralelo e adotada a nomenclatura BKP (Backup) para ser implementado o protocolo VRRP e gerar a redundância para rede local. Para cada node (lado) foi incluída uma rede interna e adicionado um Host com sistema operacional Windows. Toda rede está convergindo para um único gateway de internet, o cenário em sua totalidade pode ser visualizado na figura 1 e 2. Figura 1. Interface de gerência do virtualizador Figura 2. Cenário de testes

4 4.2. Configuração dos Roteadores No ambiente virtualizado cada roteador Master foi configurado para utilizar 5 placas de rede Ethernet para fazer a conexões da WAN, 2 P2P, VRRP e LAN. Implementados com o protocolo OSPF para que a rota dos pacotes sejam a menor possível, gerando agilidade na rede e prevendo a falha de comunicação seja ela por qual for o motivo, tais como a falta de energia elétrica, falha do hardware, interrupção da comunicação por obstáculo gerado no meio físico, entre outros. Implementada a redundância para links de internet indisponíveis, isto é, em uma eventual interrupção do link com o provedor de acesso outro link que estiver disponível assume o papel de prover o acesso à internet. Implementado o protocolo VRRP no roteador responsável pelo acesso à internet, assegurando que em uma eventual interrupção no seu funcionamento, outro roteador assuma o controle do fluxo de dados Configuração dos Hosts Os hosts da rede interna estão configurados com os respectivos endereços de IP da sua sub rede, mas a importância está no endereço de IP do gateway para a internet, o gateway padrão do host é o endereço IP atribuído ao roteador virtual. Para o cenário do projeto, todos os gateways de cada hosts são padronizados e identificados pelo último octeto de final Testes do Cenário Virtualizado 5.1. Testando o OSPF Para obter resultados nos testes entre os roteadores e visualizar o funcionamento do protocolo OSPF, foram realizados testes de rota dos pacotes entre um roteador e um host em outro node do cenário. Foi comparada a rota default obtida pelo protocolo OSPF e a rota calculada após o desligamento do caminho antes definidas pelo protocolo como default. O que acontece é que quando a rota default não está mais disponível, o cálculo de custo é refeito e declarada uma nova rota para o destino. Na Imagem 3 é possível visualizar a mudança de rota realizada pelo Protocolo OSPF após o desligamento da rota padrão. Figura 3. Tracerout

5 5.2. Testando a Disponibilidade de Link de Internet Os testes de internet foram conduzidos de maneira que a rota adotada como padrão fosse identificada e determinado o link estabelecido como padrão, para que fosse possível desliga-lo e identificar a rota alternativa criada utilizando outro link para internet, os testes foram realizados com a ferramenta de rastreamento Tracerout na figura 4. Figura 4. Rotas 5.3. Testando a Redundância de Roteamento de Internet com VRRP Para realizar os testes foi considerado o node Leste do cenário como mostra a figura 6. Considerando as configurações dos roteadores como Leste MTR e Leste BKP através de um usuário conectado pela rede local dos roteadores, podemos visualizar com a ferramenta Traceroute a trajetória do pacote até o host de destino, onde deve obrigatoriamente utilizar o roteador Leste MTR como rota de saída, devido sua prioridade. Para visualizar a redundância funcionando, deve-se desligar o roteador Leste MTR e o trabalho ser assumido pelo roteador Leste BKP, o que devidamente ocorreu nos testes realizados no cenário virtualizado. É possível observar esta mudança de status nas interfaces dos roteadores, onde o roteador que estiver como master recebe o status de RM (Running Master) e o roteador de backup recebe o status de B (backup). No momento do desligamento do roteador definido como padrão, ocorre a troca do status, isso é possível ver nas informações da interface que altera relativamente ao status. Na figura 5, a seguir podemos ver as configurações mencionadas acima. Após alguns testes ficou identificado que o VRID dos roteadores devem estar com o mesmo valor. O valor diferente implica diretamente no status dos roteadores, isso quer dizer que o VRRP não sabe a quem atribuir o status de Master e Backup mesmo que a prioridade esteja com os valores corretos, ocasionando a troca de status repetitivamente sem estabilizar as identidades.

6 Figura 5. Configurações dos roteadores Figura 6. Node Leste do Cenário Virtualizado 6. Cenário Físico Construção e Desenvolvimento Devido a algumas dificuldades encontradas, problemas ultrapassados durante o desenvolvimento e testes realizados no cenário virtualizado do projeto, se fez necessário o desenvolvimento de um cenário com computadores em escala real, com computadores roteadores físicos, para que com isso o embasamento científico do projeto seja mais solido Construção do Cenário Para desenvolver os cenário físico foram utilizados dois computadores reais com o Mikrotik Router OS instalados como sistema operacional nativo. A partir deste momento os computadores com Mikrotik serão renomeados como R1 (Master) e R2 (Backup). Além da placa de rede onboard já existente em cada máquina, foi adicionada outra placa PCI para somar as duas Ethernet, necessárias para desenvolver o cenário, figura 7.

7 Para que este cena rio fosse desenvolvido, outras configurac o es anteriormente utilizadas no cena rio virtualizado no VMWare, tais como a utilizac a o do protocolo OSPF e redunda ncia de internet entre os nodes na o foram utilizados, pois o cena rio fı sico foi reduzido a um node apenas, o suficiente para desenvolver e visualizar os resultados desejados. Na figura 7 e possı vel visualizar o cena rio. Figura 7. Roteadores R1, R2 e Switch 6.2. Configurac a o dos Roteadores A figura 8 mostra como foi desenvolvido o cena rio e realizadas as configurac o es dos roteadores R1 e R2. Na mesma figura e possı vel ver o enderec amento fı sico, virtual, VRID e prioridade setado a cada roteador. Atrave s da placa de rede onboard os roteadores se conectam a rede onde encontra-se a conexa o com a internet e pelas placas PCI adicionadas se conectam a um switch. Atrave s do switch se faz a conexa o dos hosts. Figura 8. Diagrama do cena rio fı sico

8 6.3. Configuração do Host O host da rede interna foi conectado ao switch onde também estão conectados os roteadores R1 e R2, ou seja, na rede local do cenário, configurado com os respectivos endereços de IP da sua rede, considerando que o seu endereço de IP de gateway deve ser o mesmo atribuído ao IP do roteador virtual gerado pela virtualização do VRRP. O endereço associado foi com o octeto de final 30, padronizando com o cenário. Mostrado na Figura Testes do Cenário Físico 7.1. Testando a Redundância na LAN Como teste, foi analisado o caminho que percorre o pacote através da rede do cenário até o seu destino, que obrigatoriamente dever ser através do roteador R1 (master, devido a sua prioridade setada nas configurações), para que o caminho estabelecido seja propositalmente desligado gerando a possibilidade de visualizar a troca de status entre os roteadores R1 e R2, onde o R2 (backup) passa a receber o status de master, até o momento onde seja restabelecido o funcionamento do R1, fazendo com isso o retorno dos status aos seus respectivos padrões setados em suas prioridades. Na figura 9 e possível visualizar a alternância dos endereços de IP verificando a mudança de rota entre os roteadores. Figura 9. Redundância entre R1 e r2

9 Referindo-se a estatística pode-se observar na mesma figura 9, que durante a alternância de status dos roteadores apenas 1 pacote foi perdido, um pacote apenas no que refere a navegar em um web site, e imperceptível pelo usuário. No mesmo cenário de teste e possível ainda ver a alternância de status entre os roteadores, no momento em que o R1 se tornar indisponível, imediatamente o R2 assume como o roteador responsável, ou seja como master, até que o R1 retorne a funcionar, e possível acompanhar a troca na figura 10 e 11 a seguir. Figura 10. Status R1 e R2 antes do teste Figura 11. Status do R2 após do teste 8. O Cenário Sob Perspectiva Externa Todos os teste realizados no cenário virtualizado com o VMWare e no cenário físico, foram conduzidos do ponto de vista do usuário para a internet, implementando a redundância para que se mantenha a conexão pelo maior tempo possível, utilizando-se de tecnologias em hardwares e softwares prevendo eventuais falhas para manter o fluxo de dados, mas e se fosse ao contrário, manter um serviço altamente disponível para ser acessado pela internet?

10 8.1. Testes com Conexão Externa - Acesso Remoto Para testar a possibilidade de uma conexão externa com um serviço interno no cenário, foi realizado o teste de conexão através de um computador localizado no laboratório de aula na Faculdade Senac Pelotas, através da internet, foi acessado com o Software Teamviewer o computador localizado na rede local dos roteadores R1 e R2 no cenário físico desenvolvido para testes do trabalho. Como mostra a figura 12. Para que os testes da redundância demonstrassem resultado, foi desligado o roteador R1, que pela sua prioridade executava a tarefa de roteador padrão com a rota de saída. Como a conexão pelo Teamviewer se manteve, ficou constatada a redundância entre os roteadores para manter a conexão com os hosts em sua rede local. Figura 12. Diagrama do Teste Conexão Externa 8.2. Testes com Conexão Externa - Aplicação Para obter resultado mais conclusivos e sólidos, outro teste foi desenvolvido. Uma aplicação rodando no host localizado na rede local dos roteadores R1 e R2, para ser acessada por outro host fora da rede dos roteadores. Figura 13. Teste de fora da rede

11 Para assegurar que a conexão fosse possível um teste de roteamento verifica e viabiliza o caminho até o destino. Como mostra a figura 14. Figura 14. Tracerout para host A aplicação desenvolvida foi uma rádio, para torna-la disponível a toda rede além da redundância. Através de um host fora do cenário a conexão foi bem sucedida e estabelecida com sucesso através do seu funcionamento constante, para que o resultado desejado pela redundância fosse atingido, o roteador responsável pela rota e com transmissão da rádio teria que ser desligado, com isso o roteador R2 assumiu o papel de master, manteve o fluxo de dados e continuidade da transmissão, no caso do teste, a transmissão da rádio. Para ser possível visualizar a troca de roteadores, a figura 15 mostra a captura feita pelo Wireshark no host que foi utilizado para receber a transmissão da rádio. Figura 15. Captura de pacotes pelo Wireshark 9. Conclusões Este trabalho buscou de uma forma geral estudar uma solução em redundância utilizandose roteadores Miktotik, baseado neste estudo, observou-se que uma tecnologia apenas em se tratando de redundância, não é o suficiente para garantir a disponibilidade em redes de computadores, para reduzir ao máximo as possibilidades de indisponibilidade em qualquer nível da estrutura de rede, várias tecnologias juntas fornecem um resultado mais satisfatório.

12 O redundância implementado aqui demonstra, de forma simples e objetiva, maneiras de obter redundância em um ambiente de rede, sendo assim, pequenas empresas podem adotar tal medida como solução de redundância a falhas para manterem seus serviços. A estrutura se mostrou tolerante a falhas permitindo até mesmo a paralização para manutenção planejada para cada um de seus serviços ou componentes da estrutura sem interrupções dos seus serviços levando-se em conta que em poucos segundos um roteador toma o lugar do outro e assume o fluxo dos dados, serviços e as solicitações dos clientes. Com o conhecimento adquirido através do estudo e a pesquisa realizada, pode ser constatado que outros cenários podem ser explorados e realizados, mas como o tempo do período deste trabalho se aproximando do final, não foi possível. Um exemplo disto, seria possível ao inverso de uma única rede com internet, utilizar-se duas redes com conexões de provedores distintos, elevando a mais um nível de redundância, outro exemplo pode ser realizado com mais roteadores, ou seja com R1, R2 e R3. Os testes realizados foram satisfatórios e foi possível visualizar a redundância em ação, pensando em futuros trabalhos a utilização de Routerboard Mikrotik podem ser utilizadas e trazer novas experiências. Este artigo mostrou como pode ser implementado um ambiente com redundância através de uma solução com roteadores Mikrotik. Este trabalho complementa a formação acadêmica ao unir diversos conhecimentos adquiridos durante o curso e também pela necessidade de complementar ou buscar outros conhecimentos. O resultado deste esforço é gratificante. O ambiente virtualizado não é o mais recomendado para se determinar um resultado concreto e determinante em redundância, em paralelo deve-se utilizar ambientes físicos ou somente. Referências Kurose, F. and Ross, K. (2010). Redes de computadores e a internet. In Trevisan, G. and thelma Babaoka, editors, Redes de Computadores e a Internet. Pearson Education do Brasil. Matozinhos, A. M. (2012). Aposenta suas velhas bridges. migre já para ospf com mikrotik. In Meeting, M. M. U., editor, Aposenta suas velhas Bridges. Migre já para OSPF com Mikrotik. Ramires, G. (2012). Alta disponibilidade utilizando o mikrotik router os. In Meeting, M. M. U., editor, Alta Disponibilidade Utilizando o Mikrotik Router OS. Ruiz, A. (2001). Alta disponibilidade. In de Serviços ( da RCS, D., editor, Alta Disponibilidade. Conectiva S.A. ( Wikilivros (2015). Redes de computadores/protocolos e serviços de rede. In Wikilivros, editor, Redes de computadores/protocolos e serviços de rede.