Gerenciamento e Monitoramento de Redes II: Análise de Desempenho

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1 Gerenciamento e Monitoramento de Redes II: Análise de Desempenho Esta série de tutoriais apresenta a forma pela qual as áreas de Tecnologia da Informação (TI) e de Telecomunicações de empresas de vários setores e segmentos de mercado (indústrias, serviços, finanças e varejo) podem contribuir e direcionar estrategicamente as decisões nas organizações, reduzindo custos, aumentando a produtividade, melhorando a eficiência operacional, planejando o crescimento e gerando receitas, através da utilização, análise e correlação de índices de desempenho de ferramentas de monitoramento e gerenciamento de redes de dados, com a gestão das organizações. Além disso, através do estudo de caso de uma empresa de varejo, analisar os impactos financeiros e não financeiros do gerenciamento de desempenho nas empresas. Os tutoriais foram preparados a partir da Monografia Gerenciamento e Monitoramento de Redes: Análise de Desempenho, elaborada pelo autor, apresentada ao Instituto Nacional de Telecomunicações como parte dos requisitos para obtenção do Título de Pós-Graduação em Engenharia de Redes e Sistemas de Telecomunicações. Foi orientador do trabalho o Prof. Bruno Soares Henriques. Este tutorial parte II apresenta inicialmente os conceitos do gerenciamento de redes usando o protocolo SNMP. A seguir apresenta o protocolo Netflow criado pela Cisco, após a proposta do IETF que deu origem ao padrão IPFIX (IP Flow Information Export), cuja finalidade era estabelecer uma arquitetura para análise de tráfego. Apresenta ainda um estudo de caso de gerenciamento e monitoramento de uma Empresa de Varejo, e finaliza apresentando as conclusões acerca do estudo realizado. Olavo Poleto Filho Graduado em Engenharia Eletrônica pela Universida de São Paulo (Campus São Carlos), Pós-Graduado em Administração Industrial pela Fundação Vanzolini, com Especialização em Engenharia e Sistemas de Telecomunicações pelo INATEL e com MBA em Marketing de Serviços pela FIA. Atuou como Gerente de Produtos e Desenvolvimento de Negócios Operadoras na Intelig Telecomunicações, sendo responsável pelo desenvolvimento e comercialização de produtos e serviços, e pela desenvolvimento de novos negócios junto as operadoras nacionais e internacional, e como Account Manager B2B na British Telecom (Bristol, Inglaterra), sendo responsável pela manutenção e crescimento da carteira de clientes, pela comercialização de soluções de conectividade, e pela prospecção e qualificação de novas oportunidades de negócios. A seguir atuou como Coordenador de Produtos B2B na Embratel, sendo responsável por produtos de dados e pelo Gerenciamento e Monitoramento de Redes, e pelo desenvolvimento de novos produtos. 1

2 Posteriormente atuou como Gerente de Produtos e Desenvolvimento de Negócios B2B, sendo responsável pela gestão da equipe de Engenheiros de Produtos, com ênfase no acompanhamento do ciclo de vida de produtos e serviços, e também pela definição, formatação, desenvolvimento de novos produtos soluções em parceria com a Claro. Atuou também como Gerente de Produtos na Logica South America, sendo responsável pelo desenvolvimento, gerenciamento, descrição e controle de SLA do portfólio de produtos e serviços, de acordo com a estratégia e direcionamento da empresa, composto, entre outros por serviços de virtualização, hosting, georeferenciamento (GIS), application management no conceito SaaS, consultoria (governance, compliance and risks) e mobile solutions (M-Payment, M-Banking, M-Advertisement, M-Marketing), sendo ainda responsável por fazer benchmark de mercado para avaliação e comparação de produtos semelhantes. Atualmente é Gerente de Produtos na Level 3 Communications, sendo responsável por elaborar, desenvolver e gerenciar o portfólio de produtos e serviços de acordo com a estratégia e direcionamento da empresa, descrevendo as funcionalidades dos produtos ou serviços, e também por por fazer benchmark de mercado para avaliação e comparação de produtos semelhantes. Categoria: Banda Larga Nível: Introdutório Enfoque: Técnico Duração: 20 minutos Publicado em: 16/01/2012 2

3 Gerenciamento e Monitoramento de Rede II: Introdução O aumento da competitividade no mercado empresarial tem obrigado as empresas dos mais variados segmentos e portes, a uma busca incansável pela redução de custos, aumento da eficiência operacional, novos mercados, maior lucratividade, racionalização de investimentos e mais agilidade na tomada decisões. Neste ambiente, a informação como subsídio para a tomada de decisões, tornou-se o principal ativo das organizações: tê-la disponível em tempo real, acessá-la com segurança de qualquer lugar e através de qualquer dispositivo é fundamental para a continuidade dos negócios e crescimento sustentável das empresas. Isto somente foi possível com a evolução de sistemas, aplicativos, dispositivos, plataformas, redes de telecomunicações e ferramentas de gerenciamento e controle. A evolução tecnológica vem reduzindo e eliminando barreiras geográficas, permitindo que um número cada vez maior de usuários e empresas utilize e desenvolva mais aplicações e serviços, possibilitando a convergência de sistemas, aplicativos, redes, negócios e até pessoas. Como consequência, o grau de dependência das redes de telecomunicações e da infraestrutura de tecnologia da informação aumentou: a medida que as aplicações e os serviços baseados em redes evoluem e se tornam mais complexos, mais largura de banda é necessária para manter o desempenho destes ambientes em níveis adequados. Sendo assim, identificar o perfil de tráfego, a tendência e o comportamento destes ambientes, as aplicações que mais consomem banda para tratá-las (priorizá-las ou bloqueá-las) da maneira correta, é fundamental para a garantia do seu desempenho. Ao priorizar uma aplicação crítica durante o período de maior demanda, investimentos em mais recursos (upgrades de banda e equipamentos) podem ser postergados. Sendo assim, deixar de monitorar, gerenciar estes ambientes e os seus principais parâmetros de desempenho, pode significar muitas perdas e prejuízos, uma vez que os dados e informações que trafegam nas redes corporativas são, em última análise, valores monetários. Neste contexto, a gerência e monitoramento do desempenho de redes corporativas, tornam-se imprescindíveis, pois mais importante que saber quais os problemas que estão relacionados à rede corporativa, é conhecer o impacto deles nos lucros das empresas. Tutoriais O tutorial parte I apresentou inicialmente os conceitos aplicados às Redes LAN (Local Area Network) e WAN (Wide Area Network). A seguir apresentou a teoria geral sobre o gerenciamento de redes, compreendendo o gerenciamento de Falhas, Configuração, Contabilização, Desempenho e Segurança, além dos conceitos sobre Monitoração e Controle. Tratou ainda da importância do gerenciamento de redes em ambientes corporativos e apresentou uma visão básica da tecnologia MPLS para redes WAN. Este tutorial parte II apresenta inicialmente os conceitos do gerenciamento de redes usando o protocolo SNMP. A seguir apresenta o protocolo Netflow criado pela Cisco, após a proposta do IETF que deu origem ao padrão IPFIX (IP Flow Information Export), cuja finalidade era estabelecer uma arquitetura para análise de tráfego. Apresenta ainda um estudo de caso de gerenciamento e monitoramento de uma Empresa de Varejo, e finaliza apresentando as conclusões acerca do estudo realizado. 3

4 Gerenciamento e Monitoramento de Rede II: Gerenciamento SNMP O SNMP As primeiras recomendações para o SNMP utilizavam parte dos conceitos já desenvolvidos para roteadores, principalmente o SGMP (Simple Gateway Monitoring Protocol). O desenvolvimento teve continuidade e a versão 1.0 do SNMP foi publicada em maio 1991, tornando o SNMP um padrão de fato, especificado inicialmente na RFC 1067 (agosto/1988), evoluindo depois para as versões SNMPv1 (RFC 1157), SNMPv2 (RFC 1901) até chegar ao SNMPv3 (RFC 2571). Vários grupos de trabalho contribuíram para o desenvolvimento do protocolo, criaram MIB's para todos os tipos de equipamentos de rede (bridges, roteadores, hubs e interfaces WAN, Ethernet) e para os protocolos proprietários. Em novembro de 1991 novos requisitos foram adicionados para a integração de "probes" com a finalidade de permitir a verificação passiva do tráfego em um segmento de LAN para análises posteriores. O SNMP é o protocolo mais utilizado em gerenciamento de redes e permite que uma ou mais máquinas na rede sejam designadas como gerentes de rede. Esta máquina recebe informações de todas as outras da rede, chamadas de agentes, e através do processamento destas informações, pode gerenciar toda a rede e detectar facilmente os problemas ocorridos. As informações coletadas pela máquina gerente estão armazenadas nas próprias máquinas da rede (MIB). Nesta base estão gravadas todas as informações necessárias para o gerenciamento deste dispositivo, através de variáveis que são requeridas pela estação gerente [5]. O SNMP é um protocolo relativamente simples e robusto, porém suficientemente poderoso para resolver os difíceis problemas apresentados quando se deseja gerenciar redes heterogêneas. Simples porque os recursos gerenciados necessitam de pouco processamento nas tarefas de gerenciamento e requerem pouco software. Tarefas mais complexas de processamento e armazenamento de dados são de responsabilidade do sistema gerenciador. Poucas funções de gerenciamento são pertinentes aos recursos gerenciados. O SNMP é um protocolo não orientado a conexão: não requer ação prévia nem posterior ao envio de mensagens, fazendo com que não haja nenhuma garantia de que as mensagens do protocolo chegarão ao destino. Robusto porque, como não existe conexão, nem o gerente nem o sistema gerenciado necessitam um do outro para operar. O modelo arquitetural SNMP consiste em uma coleção de estações de gerenciamento e elementos de rede. As estações executam aplicações que monitoram e controlam os elementos de rede. Os elementos são equipamentos tais como hospedeiros, gateways, servidores de terminais, e similares, que possuem agentes de gerenciamento, sendo responsáveis pela execução das funções de gerenciamento da rede, requisitadas pelas estações de gerenciamento. O protocolo SNMP é usado para transportar a informação de gerenciamento entre as estações e os agentes existentes nos elementos de rede. A figura a seguir mostra algumas das interações possíveis entre um gerente e um agente, através do protocolo SNMP [6]. 4

5 Figura 2: Arquitetura de gerência SNMP O SNMP é um protocolo da camada de aplicação designado para facilitar a troca de informações de gerenciamento entre dispositivos de rede e padronizado pelo IETF. Sendo um protocolo de camada de aplicação, o SNMP tem como função básica facilitar a troca de informações de gerenciamento entre os dispositivos de rede sendo, o protocolo mais utilizado no gerenciamento de redes TCP/IP. Ele faz uso do protocolo UDP que possui uma PDU mais simples, se comparado ao TCP. O SNMP tem como base o modelo de gerência OSI, e procura dentro de um mesmo domínio ou conjunto de domínios gerenciar os elementos de rede, produzindo informações relevantes sobre o status dos elementos ativos da rede e estatísticas importantes para o funcionamento da mesma, como: utilização, taxa de erros, vazão, nível de colisão, entre outras. São definidos quatro componentes básicos: os nós gerenciados (agentes), as estações de gerenciamento (gerentes), as informações de gerenciamento (MIBs) e o protocolo de gerenciamento (SNMP), conforme mostrado na figura anterior. O padrão de gerência SNMP pode ainda ser dividido em três partes: O protocolo (SNMP): que define as mensagens que podem ser trocadas entre agentes e gerentes, o formato destas mensagens e os procedimentos a serem usados para esta troca; A estrutura das informações de gerência (SMI): especifica o formato para a definição dos objetos a serem gerenciados pelo SNMP, os tipos básicos destes objetos, a forma de identificação e agrupamento das informações; A base das informações de gerência (MIB): um mapa descrevendo a ordem hierárquica de todos os objetos gerenciados e como eles serão acessados. A MIB funciona como um banco de dados lógico, guardando todas as informações que os agentes podem repassar aos gerentes, ou seja, define todos os objetos gerenciáveis (variáveis) pelo SNMP. A figura a seguir mostra como funciona o SNMP, onde o gerente solicita informações ao agente que envia respostas e notificações ao agente: 5

6 Figura 3: Funcionamento do SNMP - I Os gerentes SNMP são softwares executados em uma ou mais estações capazes de realizar tarefas de gerenciamento da rede, sendo responsáveis por enviar pollings (requests) às estações agentes e receber as respostas a estes pollings (responses), podendo ainda acessar (get) ou modificar (set) informações nos agentes e receber, mesmo sem requisição, informações relevantes ao gerenciamento (traps). Os agentes SNMP são instalados nos dispositivos gerenciáveis da rede, que podem ser quaisquer componentes de hardware conectados a ela, tais como computadores (hosts), impressoras, hubs, switches, roteadores, entre outros. Os agentes interagem diretamente com a MIB e são responsáveis por responder às solicitações feitas pelos gerentes (pollings) através de ações (responses). Eles também podem enviar, assincronamente, informações (traps) aos gerentes, isto quando ocorre algum problema sério ou um evento relevante para o gerenciamento da rede. A MIB é, em essência, um banco de dados lógico que armazena informações estatísticas de configuração e de status, relativas a todos os possíveis objetos gerenciáveis da rede. Tais objetos (variáveis) possuem nome, atributos e um conjunto de operações que podem ser realizadas sobre estes objetos, sendo descritas pela linguagem abstrata de definição de tipo de dados ASN.1. A comunicação entre agentes e gerentes SNMP é feita com a troca de mensagens, sendo cada mensagem representada inteira e independentemente dentro de um pacote UDP. Esta mensagem consiste de um identificador da versão, o nome da comunidade SNMP e a PDU. O tipo da PDU determina o tipo da transação ou operação SNMP a ser realizada. Cada PDU tem um único identificador de request que é usado para sua identificação. Os campos error-status e error-index são usados para armazenar informações de erro relativas à PDU. O último e mais importante campo da PDU é a carga útil (payload) ou VBL (Variable Binding List). Neste campo estão inclusas todas as variáveis SNMP e seus valores associados. Estas variáveis são as informações propriamente ditas que os gerentes leem, escrevem e relatam. Toda operação SNMP requer uma VBL para especificar precisamente a informação sendo acessada ou modificada. A figura a seguir ilustra a estrutura das mensagens SNMPv1. 6

7 Figura 4: Funcionamento do SNMP - II Usando os dados transportados pelo SNMP, os administradores de rede podem gerenciar mais facilmente a sua performance, solucionar problemas e planejar com mais precisão uma possível expansão da rede. O SNMP é um protocolo orientado a pacotes e possui em sua estrutura cabeçalho, dados e informações de verificação (PDU): Get request: usado para solicitar o valor de uma ou mais variáveis da MIB; Get-next request: usado para solicitar os valores de um conjunto sequencial de variáveis da MIB e, após a solicitação do primeiro valor usando o comando get, os valores seguintes são solicitados usando este comando; Set request: usado para atribuir um valor a uma variável da MIB; Get response: usado para enviar resposta aos comandos get, get-next e set; Trap: usado para enviar informações de alarme ou eventos significativos. A figura a seguir ilustra a troca destas mensagens, onde se observa também que, exceto a mensagem trap que utiliza o número de porta 162, todas as demais mensagens fazem uso da porta 161 [3]. Figura 5: Troca de mensagens no SNMPv1 7

8 Na verdade, o requisito principal do SNMPv1 era oferecer uma solução de gerência com baixo custo e simples implementação. desta forma, o SNMPv1 apresenta algumas deficiências funcionais, tais como: falta de autenticação e mecanismos de privacidade (segurança), impossibilidade de comunicação entre gerentes e limitações no desempenho das mensagens de polling em redes muito grandes. O SNMPv2 (RFC 1901, 1996) surgiu para suprir algumas das deficiências do SNMPv1, implementando, além das cinco funções básicas - getrequest, get-next-request, set-request, response e snmpv2-trap (as funções getresponse e trap tiveram seus nomes modificados, respectivamente para response e snmpv2-trap) outras novas funções: Get-bulk-request: acesso a grandes blocos de informações na MIB; Inform-request: permite que um gerente envie informações relevantes diretamente a outros gerentes. Dentre as novidades do SNMPv2, destacam-se: Gerenciamento de redes descentralizadas, permitindo a existência de mais de uma estação gerente e, consequentemente, a troca de informações entre elas; Possibilidade de transferência de grandes blocos de informação; Introdução de contadores de 64 bits, possibilitando um melhor monitoramento de variáveis que atingem seus limites rapidamente com contadores de 32 bits; Melhoria no tratamento de erros das variáveis, definindo-se o estado de sucesso ou erro da operação para cada variável da PDU e não mais para a PDU inteira. Assim, se uma variável contiver erro, as demais não serão sacrificadas, sendo o campo da variável em que ocorreu o problema preenchido com um código de erro. As figuras a seguir ilustram a estrutura das mensagens para o SNMPv2 e a possibilidade de troca destas mensagens, respectivamente. Figura 6: Estrutura das mensagens SNMPv2 8

9 Figura 7: Troca de mensagens no SNMPv2 Apesar do grande esforço por parte do grupo de trabalho do IETF, ainda não foi possível no SNMPv2 se chegar a um consenso a respeito do padrão de segurança a ser usado no SNMP. Para reparar esta falta de segurança, grupos independentes começaram a trabalhar na melhoria da segurança do SNMPv2 e, em 1998, o grupo IETF SNMPv3 publicou um conjunto de documentos definindo uma estrutura para incorporar características de segurança numa capacidade total (com as funcionalidades do SNMPv1 ou SNMPv2). Além disso, os documentos definem um conjunto específico de capacidades para segurança de rede e controle de acesso [3]. É importante ressaltar que o SNMPv3 não foi criado para substituir o SNMPv2 nem o SNMPv1. Ele define, na verdade, uma capacidade de segurança a ser usada em conjunto com o SNMPv2 ou SNMPv1, descrevendo ainda uma arquitetura que possibilite a compatibilidade com versões futuras (RFC 2271) e facilidades de controle de acesso (RFC 2275). De forma geral, as especificações relacionadas ao SNMPv3 dissertam sobre a arquitetura geral, sobre as estruturas específicas das mensagens e sobre as características da segurança, mas não especifica nenhum novo formato de PDU, podendo ser utilizada tanto a PDU da versão 1 como a da versão 2 (preferível). A figura a seguir mostra o processo de encapsulamento entre PDUs nas versões SNMPv1, SNMPv2 e SNMPv3 [3]. 9

10 Figura 8: Relacionamento das PDUs nas diferentes versões SNMP A figura a seguir apresenta o fluxo de mensagens com base no modelo gerente agente: Figura 9: Fluxo de mensagens SNMP As seguintes interações ocorreram na figura anterior: O manager enviou um comando get ou get-next para solicitar uma ou mais variáveis e o agent responde com um get-response enviando a informação solicitada, caso o dispositivo seja gerenciável; O manager enviou um comando set para alterar uma ou mais variáveis e o agent responde; Get response confirmando a alteração, caso esta seja permitida; O agent envia um trap para o manager quando um evento ou alarme ocorre. Remote Monitoring (RMON) No caso de uma rede local que não esteja interligada com outra onde está a máquina gerente, o ideal é implementar em alguma máquina desta rede local um protocolo para gerenciamento que permita o trabalho off-line, isto é, para a rede local ter suas informações coletadas e armazenadas. O protocolo que permite esta implementação é o RMON, que envia os dados para a estação gerente somente em caso de falhas, diminuindo o tráfego de informações de controle na rede. Outra forma de diminuição deste tráfego na rede é a instalação de um servidor proxy, que além de servir como cache dos documentos acessados por uma rede local, pode também restringir o acesso a alguns documentos ou a utilização de algum protocolo, garantindo segurança à rede [5]. O RMON foi proposto como modelo pelo IETF em 1991 (RFC 1271) sendo padronizado em 1995 (RFC 1757), oferecendo uma arquitetura de gerência distribuída, permitindo a análise, solução de problemas, demonstração de tendências e o gerenciamento proativo de redes em geral. Em um ambiente corporativo, pode se encontrar diferentes redes locais interligadas por enlaces de longa distância, que normalmente operam com taxas inferiores às das redes locais. O protocolo SNMP pode não ser adequado para gerenciar este tipo de ambiente, uma vez que o tráfego das informações de gerência trocadas entre agentes e gerentes pertencentes às diferentes redes locais pode provocar um congestionamento nestes enlaces. O protocolo RMON permite a implementação de um sistema de gerenciamento distribuído, atribuindo aos diferentes elementos da rede - tais como estações de trabalho, hubs, switches ou roteadores - a função de monitor remoto. Cada elemento RMON tem, então, a tarefa de coletar, analisar, tratar e filtrar informações de gerenciamento da rede e apenas notificar à estação gerente os eventos significativos e as situações de erro. A figura a seguir ilustra um ambiente típico de gerência RMON. 10

11 Figura 10: Estrutura de redes com gerenciamento padrão RMON As especificações do RMON definem um conjunto de funções e estatísticas que podem ser negociadas entre gerentes RMON e os dispositivos de monitoramento de rede. de acordo com estas especificações, várias estações de gerenciamento podem requerer estatísticas e dados da rede. A configuração RMON está relacionada ao tipo e a forma dos dados a serem coletados e, cada estatística, aos parâmetros definidos pelo gerente. Os objetivos do protocolo RMON são, em síntese: Reduzir a quantidade de informações trocadas entre a rede local gerenciada e a estação gerente conectada a uma rede local remota; Possibilitar o gerenciamento contínuo de segmentos de redes locais, mesmo quando a comunicação entre o elemento RMON e a estação gerente estiver temporariamente interrompida; Permitir o gerenciamento proativo da rede, diagnosticando e registrando eventos que possibilitem detectar o mau funcionamento e prever falhas que interrompam sua operação; Detectar, registrar e informar à estação gerente, condições de erro e eventos significativos da rede; Enviar informações de gerenciamento para múltiplas estações gerentes, permitindo, no caso de situações críticas de operação da rede gerenciada, que a causa da falha ou do mau funcionamento da rede possa ser diagnosticada a partir de mais de uma estação gerente. Os objetivos da implementação de um dispositivo RMON são: Operação off line: condição em que a estação gerenciadora não está em contato constante com o dispositivo RMON. Utilizado em redes de baixo custo de comunicação (redes por acesso discado ou WANs) ou para acidentes onde as falhas na rede afetam a comunicação entre a estação gerenciadora e os dispositivos RMON. desta forma, o monitor é configurado para coletar estatísticas e fazer diagnósticos continuamente, mesmo se a conexão com o gerente não for possível ou apresentar falhas. O monitor pode também notificar a estação de gerenciamento se eventos excepcionais ocorrerem; Monitoramento preventivo: se o monitor tiver recursos disponíveis, estes podem ser usados para executar diagnósticos continuamente e para analisar o desempenho da rede. Quando uma falha 11

12 ocorrer, o monitor pode notificar a estação de gerenciamento e armazenar o histórico estatístico referente à falha. Posteriormente, este histórico pode ser enviado à estação de gerenciamento para um estudo mais profundo, permitir a detecção e reparo da falha; Detecção de problemas e geração de relatórios: o monitor pode reconhecer certas condições problemáticas como, por exemplo, congestionamento no tráfego. detectando tais situações, o monitor pode registrá-las e reportá-las à estação de gerenciamento; Análise de dados: por ser um dispositivo dedicado exclusivamente ao gerenciamento de rede e localizado diretamente no segmento monitorado da rede, os dispositivos RMON podem fazer uma análise significativa dos dados que coletam. Por exemplo, estes dispositivos podem determinar qual host gera mais tráfego ou mais erros na rede; Múltiplos gerentes: uma configuração de rede pode ter mais de uma estação gerente, oferecendo maior confiabilidade e permitindo executar diferentes funções, além de prover capacidade de gerência para unidades diferentes dentro da organização. Dois padrões básicos de protocolo RMON, funcionalmente complementares, são especificados: RMON1, ou simplesmente RMON, e RMON2. O RMON1 opera somente na camada MAC, oferecendo recursos ao administrador da rede para monitorar o tráfego e coletar informações estatísticas da operação de um segmento de rede local, não permitindo, porém, obter estatísticas com relação às camadas de rede e superiores. A necessidade de um melhor tratamento do tráfego de protocolos para a gerência da rede fez com que uma extensão do RMON fosse criada, o RMON2. O RMON2, portanto, implementa novas funções ao RMON, permitindo analisar PDUs de níveis superiores à camada MAC, um monitoramento mais eficiente do tráfego proveniente dos equipamentos de rede (roteadores e switches) até as aplicações, possibilitando a obtenção de informações mais detalhadas como por exemplo aplicações que demandam mais recursos, servidores mais acessados, redes com maior volume de acesso, entre outras. A implementação das funções do protocolo RMON somente é viável mediante o suporte de uma base de dados de gerenciamento, a RMON-MIB, associada a cada elemento RMON da rede. Para a RMON1-MIB, foram especificados os seguintes grupos básicos: Estatísticas: mantém estatísticas de utilização, tráfego e taxas de erros ocorridos em um segmento de rede; Histórico: permite controlar o processo de amostragem (definição dos intervalos de amostragem) de informações do grupo estatístico e registrar tais informações empregadas na análise do comportamento de uma rede e que oferecem subsídios para um gerenciamento proativo; Alarmes: possibilitam estabelecer condições limites de operação de uma rede que devem provocar a geração de alarmes; Hosts: contém informações relativas ao tráfego de cada host; Host top n: permite classificar os hosts segundo critérios predefinidos como, por exemplo, quais hosts geram maior tráfego em um dado período; Matriz: contém informações de utilização da rede e taxa de erros na forma de matriz, associando pares de endereços MAC dos elementos de rede; Filtro: define condições associadas aos pacotes trafegados pela rede, que uma vez satisfeitas implicam na captura de tais pacotes pelo elemento RMON ou no registro de estatísticas baseadas nos mesmos; 12

13 Captura de pacotes: determina como devem ser capturados os dados dos pacotes que trafegam pelo segmento de rede. Como default, são capturados os cem primeiros bytes dos pacotes filtrados pelo elemento RMON; Evento: define todos os eventos que implicam na criação de registros de eventos (logs) e no envio de informações pertinentes do elemento RMON aos gerentes. A implementação de todos os grupos é opcional, embora exista uma relação de dependência entre alguns deles. Para a RMON2-MIB foram especificados novos grupos básicos: Diretório de protocolo: especifica uma lista de protocolos de rede, transporte e de camadas superiores que o elemento RMON tem a capacidade de monitorar, sendo possível incluir, remover ou configurar entradas desta lista; Distribuição de protocolo: contém informações relativas ao número de bytes ou pacotes referentes aos diferentes protocolos transferidos através de um determinado segmento de rede; Mapeamento de endereços: relaciona endereços MAC e de rede IP; Camada de rede do host: contabiliza o tráfego gerado e recebido por um host cujo endereço de rede é conhecido pelo RMON; Matriz da camada de rede: contabiliza o tráfego existente entre um par de hosts cujos endereços de rede são conhecidos pelo RMON; Camada de aplicação do host: contabiliza o tráfego relativo a um determinado protocolo gerado e recebido por um host, cujo endereço de rede é conhecido pelo RMON; Matriz da camada de aplicação: contabiliza o tráfego relativo a um determinado protocolo existente entre um par de hosts cujos endereços de rede são conhecidos pelo RMON; Histórico do usuário: contém informações específicas de um usuário relativo ao tráfego gerado, período e intervalos de amostragem, entre outras informações; Configuração da probe: contém a configuração dos parâmetros de operação do RMON; Conformidade RMON: define os requisitos de conformidade da RMONMIB. Sniffers O sniffer, também conhecido como probe, é um programa residente numa máquina conectada a um segmento de rede que escuta todo o tráfego que flui neste segmento. Possuem ferramentas conhecidas como analisadores de protocolos, que os habilitam a capturar e interpretar as informações contidas nos frames. Assim, o sniffer se torna uma ferramenta eficaz para se obter dados mais exatos sobre o que trafega em cada segmento da rede. É importante ressaltar que, neste contexto, o uso de sniffers visa a coleta e tratamento dos dados para fins de gerência e não a quebra de privacidade em relação aos dados transportados pela rede. A figura a seguir ilustra uma rede típica com gerenciamento baseado em sniffers. 13

14 Figura 11: Estrutura típica de uma rede com sniffers Destacam-se as seguintes funcionalidades do sniffer: detecção de problemas na rede, análise de desempenho na busca de gargalos, monitoração e geração de dados estatísticos do comportamento do tráfego, coleta de dados para caracterização de tráfego, para uso na simulação de redes e conversão dos dados coletados para formatos inteligíveis (analisador de protocolos). 14

15 Gerenciamento e Monitoramento de Rede II: Netflow Diante da necessidade de protocolos que ofereçam informações do tráfego de uma rede de grande porte com baixo custo computacional, o IETF propôs a criação do padrão IPFIX (IP Flow Information Export), cuja finalidade era estabelecer uma arquitetura para análise de tráfego. Subsequentemente a este trabalho, diversos protocolos foram propostos, dentre eles o Netflow (RFC 3954), criado pela Cisco Systems. O grupo de trabalho escolheu o Netflow como protocolo a ser desenvolvido e implementado. As principais vantagens de utilização do Netflow são: Funcionamento como cache para acelerar os lookups nas tabelas de roteamento; Dispensa a verificação de tabelas de access-list (apenas de entrada) toda vez que um pacote chega, ficando mais eficiente o processo de roteamento; Permite a exportação das informações de fluxo utilizadas pelo cache do Netflow, facilitando a coleta de dados para futuras análises sem a necessidade de colocar um analisador em cada enlace. A Cisco define um fluxo como uma sequência unidirecional de pacotes entre máquinas de origem e destino e, pode se dizer que o Netflow provê a sumarização de informações sobre o tráfego de um roteador ou switch. Fluxos de rede são altamente granulares e identificados por ambos os endereços IP e pelo número das portas da camada de transporte. O Netflow também utiliza, para identificar unicamente um fluxo, os campos Protocol type e Type of Service (ToS) do IP e a interface lógica de entrada do roteador ou switch. Os fluxos mantidos no cache do roteador/switch são exportados para um coletor nas seguintes situações: o elemento permanece ocioso por mais de 15 segundos, sua duração excede 30 minutos, uma conexão TCP é encerrada com a flag FIN ou RST, a tabela de fluxos está cheia ou o usuário redefine as configurações de fluxo. O tempo máximo que um fluxo permanece no dispositivo antes de ser exportado é de 30 minutos. Para que o Netflow funcione em um roteador é necessário que a versão do seu sistema operacional (conhecido como IOS) seja compatível: Tabela 1: Suporte ao Netflow DEVICE Cisco 800, 1700, 2600 Cisco 1800, 2800, 3800 Cisco 4500 Cisco 6500 Cisco7200, 7300, 7500 Cisco 7600 Cisco 10000, 12000, CRS-1 Cisco 2900, 3500, 3660, 3750 SUPORTA NETFLOW? Sim Sim Sim Sim Sim Sim Sim Não Nos roteadores Cisco não existe um comando geral que habilite o Netflow para todas as interfaces e, para 15

16 sua habilitação, é necessária a habilitação individual por interface, através do comando route-cache flow. O processo de Netflow funciona apenas para os pacotes de entrada, logo os pacotes exportados pelo Netflow dizem respeito apenas ao tráfego entrante na interface habilitada [2]. Para o Netflow, o fluxo é definido como sendo um conjunto de cinco variáveis, além do Protocol Type : IP origem, IP destino, porta origem e porta destino. Além destas variáveis, as tabelas do Netflow guardam a interface origem e a de destino, relativas ao trânsito do pacote IP. A cada pacote IP entrante na interface, o Netflow identifica o seu fluxo e verifica se já existe uma entrada deste fluxo na tabela de cache. Se existir, ele comuta diretamente para a interface de destino especificada e, se não, realizará um lookup nas tabelas de roteamento e nas tabelas de access-list. Se este pacote possuir alguma restrição nas tabelas de access-list ou se o seu IP destino não for achado nas tabelas de roteamento o pacote então será enviado para a interface NULL (um pacote com o destino para esta interface identifica ele foi descartado). O Netflow também cria uma entrada na sua tabela de cache para o destino NULL. Outro processo importante no Netflow é o de exportação dos dados, conhecido como flow-export. O flow-export é realizadoatravés do envio de dados encapsulados em pacotes UDP. Seu destino é o IP do coletor configurado previamente no roteador e, o conteúdo do pacote UDP dependerá da versão do Netflow. Atualmente os roteadores podem exportar os fluxos criados pelo Netflow nas versões de 1 a 8. O momento pelo qual o roteador começa a exportar os dados de fluxo dependerá da configuração. A figura a seguir ilustra uma topologia típica de uma rede com Netflow habilitado. Figura 12: Funcionamento Netflow (a) Na prática, o Netflow é um software para caracterizar a operação da rede, sendo fundamental para mapear o comportamento da rede, incluindo: aplicação e uso, eficiência e utilização dos recursos, impacto de mudanças e alterações, anormalidades e vulnerabilidades. O Netflow cria um ambiente com ferramentas para compreender quem, o que, quando e como o tráfego flui pela rede, permitindo melhorias nos processos e adequações do ambiente às necessidades de negócio. Tradicionalmente, o mercado confia no monitoramento de largura de banda baseado no SNMP que. embora 16

17 facilite o planejamento de capacidade, faz pouco para caracterizar padrões de tráfego e aplicações, essenciais para compreender o quanto e como a rede pode suportar o negócio. Um entendimento mais detalhado de como a banda está sendo usada é extremamente importante em redes IP; contadores de pacotes e bytes de interface são úteis, mas entender quais os endereços IP são origem e destino do tráfego e quais aplicações o estão gerando, é incalculável. A capacidade de caracterizar o tráfego IP e entender onde e como ele flui é fundamental para o desempenho da rede, disponibilidade e solução de problemas. O monitoramento dos fluxos de tráfego IP facilita o planejamento de capacidade e assegura que os recursos sejam utilizados de forma adequada e em apoio às metas organizacionais. Ela ajuda a determinar onde aplicar o QoS, otimizar o uso de recursos e desempenha um papel vital na segurança da rede ao detectar ataques de negação de serviço (DoS), propagação de worms e outros eventos indesejáveis na rede. O Netflow soluciona muitos problemas comuns encontrados pelos profissionais de TI e telecomunicações, como: Analisar novas aplicações e seu impacto rede - identificar as cargas das novas aplicações na rede, como SAP ou inclusão de novos sites remotos; Redução do pico de tráfego WAN avaliar o impacto na rede com a aplicação de novas políticas, identificar quem está utilizando a rede e os top talkers ; Solução de problemas e identificação de gargalos e pontos críticos da rede - diagnosticar quedas de desempenho na rede (lentidão); Detecção de tráfego não autorizado - evita atualizações caras, identificando as aplicações que estão causando congestionamento; Segurança e detecção de anomalias; Validação dos parâmetros de QoS alocação de largura de banda adequada para cada classe de serviço (CoS). Cada pacote transmitido por um roteador ou switch é examinado por um conjunto de atributos do pacote IP, que são a identidade do pacote IP ou a impressão digital do pacote e determinam se o pacote é único ou similar a outros pacotes. Todos os pacotes com o mesmo IP de origem/destino, portas de origem/destino, interface de protocolo e classe de serviço são agrupados em um fluxo de pacotes e bytes, e então são contados e condensados em um banco de dados chamado sw cache Netflow. A figura a seguir ilustra este processo. Figura 13: Funcionamento Netflow (b) 17

18 As informações de fluxo são extremamente úteis para a compreensão do comportamento da rede: Endereço de origem - informa a origem do tráfego; Endereço de destino - diz quem está recebendo o tráfego; Portas caracterizam a aplicação; Classe de serviço - examina a prioridade do tráfego; Interface - conta como tráfego está sendo utilizado pelo dispositivo de rede. Existem dois métodos principais de acesso aos dados Netflow: o Command Line Interface (CLI) - comandos show ou utilizando um aplicativo de relatórios da ferramenta. para uma visão imediata do que está acontecendo na rede, o CLI pode ser usado. Netflow CLI é muito útil para a resolução de problemas. A outra opção é exportar Netflow para um servidor de relatórios, também conhecido como "coletor Netflow". O coletor Netflow organiza, interpreta os fluxos exportados e os combina para gerar relatórios úteis para a análise de tráfego e de segurança. O Netflow, ao contrário do pooling SNMP, exporta as informações periodicamente para o coletor. Um fluxo está pronto a para exportação, quando estiver inativo por certo tempo (sem novos pacotes recebidos), ou se o fluxo é de longa vida (ativo) e tem uma duração maior do que o timer ativo (FTP de arquivos grandes). Além disso, o fluxo está pronto para exportação, quando um flag TCP indicar o fluxo terminou. Há temporizadores (timers) para determinar se um fluxo está inativo ou se é um fluxo de longa duração. Todos os timers para exportação são configuráveis, mas os padrões são usados na maioria dos casos. O coletor pode combinar os fluxos e agregar tráfego. Por exemplo, um FTP que dure mais do que o timer ativo pode ser dividido em múltiplos fluxos e o coletor pode combiná-los mostrando o total do tráfego FTP para um servidor em um momento específico do dia. Os dispositivos Cisco com IOS versão 11.1 ou superior suportam Netflow. Há um grande número de coletores Netflow incluindo Cisco, soluções freeware e de outros fornecedores que utilizam os dados Netflow. 18

19 Gerenciamento e Monitoramento de Rede II: Estudo de Caso Varejo Para evidenciar a importância do gerenciamento de redes em ambientes corporativos, será descrito um caso real de gerência de desempenho baseado em plataformas de gerenciamento SNMP e Netflow - de uma empresa nacional de grande porte (mais de 500 funcionários) do segmento de varejo. Trata-se de uma rede de lojas de vestuário com mais de 120 unidades espalhadas pelo Brasil, faturamento superior a R$ 2.6 bilhões (2009), público-alvo nas classes A-/B/C+, três centros de distribuição (PE, SP e SC) e com mais de 11% de participação no mercado (market share) em que atua. O número de lojas evoluiu de 21, em 1998, para 120 em 2009 (crescimento de 471%). A organização possui uma cultura corporativa diferenciada, com destaque para missão de encantar os clientes - 96% dos clientes se declaram encantados e satisfeitos, dentre 18,2 milhões de opiniões em A grande maioria das lojas (90%) está localizada em shopping centers e, além de marcas próprias de vestuário, cosméticos, acessórios e calçados, possui mais de 15 milhões de cartões private label emitidos, que são utilizados como instrumentos de fidelização e canal de vendas para ofertas de serviços financeiros. Mais de 40% dos clientes portadores do cartão private label são ativos, sendo responsáveis por mais de 60% das vendas totais da empresa; o ticket médio por cartão é de R$ 117,40. Figura 14: Formas de Pagamento, 3º trimestre 2009 Dentre as principais características do setor de vestuário, destacam-se: o baixo nível de formalidade (estima-se 40% de informalidade), mercado não consolidado (grandes cadeias com escala a preços competitivos) e pequenos varejistas com menores ofertas de crédito. As principais influências macroeconômicas são: renda disponível, níveis de emprego, nível de confiança na economia e expansão do crédito. A interligação das redes locais dos mais de 120 sites (lojas, escritórios e centros de distribuição) é feita através de uma WAN baseada no protocolo IP-MPLS e em roteadores/switches Cisco. A arquitetura utiliza o modelo cliente-servidor, com os clientes geograficamente distribuídos e os servidores de aplicações instalados no centro da rede (ou datacenter), conforme topologia a seguir: 19

20 Figura 15: Caso Varejo A operadora fornecedora do serviço WAN, disponibiliza 6 classes de serviço na sua rede IP-MPLS e implementa a arquitetura DiffServ (Differentiated Services) para permitir o QoS através do tratamento diferenciado de cada classe de tráfego, ou seja, os pacotes de uma aplicação prioritária (crítica) quando chegam a um nó (roteador) são separados e recebem um tratamento diferenciado (QoS). Tabela 2: Classes de serviço IP-MPLS CLASSE DESCRIÇÃO Voz/vídeo Missão crítica Interativa Bulk Network control Best effort Classe específica para tráfego de voz e multimídia (videoconferência). Utilizada para as aplicações críticas da empresa. Dados prioritários que necessitam uma latência controlada - aplicações transacionais. Dados prioritários com característica de rajadas. Utilizado para gerência de rede da operadora. Dados de baixa prioridade. A arquitetura DiffServ contém 06 mecanismos básicos de QoS, conforme pode ser visto na figura a seguir: classificação, marcação, policiamento (policing), mecanismo de filas (queuing), dropping e shaping. 20

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