João Pessoa PB, 18 de fevereiro de TCOS Brasil pág 1

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1 João Pessoa PB, 18 de fevereiro de TCOS Brasil pág 1

2 Licença de Uso Este trabalho está licenciado sob uma Licença Creative Commons Atribuição Uso Não Comercial 2.5 Brasil. Para ver uma cópia desta licença, visite nc/2.5/br/ ou envie uma carta para Creative Commons, 171 Second Street, Suite 300, San Francisco, California 94105, USA. TCOS Brasil pág 2

3 Sobre os Autores Aécio dos Santos Pires Graduando em Redes de Computadores pelo Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Paraíba IFPB ( Estagiário de Informática da Secretaria da Receita do Estado da Paraíba SERPB ( Tradutor do TCOS para a língua portuguesa ( Membro da TCOS Brasil: comunidade de usuários brasileiros do TCOS. Pedro Gustavo de Farias pedro.gustavo@gmail.com Pós graduando em Tecnologias da Informação CIN/UFPE ( Graduado em Redes de Computadores pelo Centro Federal de Educação Tecnologica da Paraíba CEFETPB ( Analista de Redes da Secretaria da Receita do Estado da Paraíba SERPB ( receita.pb.gov.br) Membro da TCOS Brasil: comunidade de usuários brasileiros do TCOS. Agradecimentos especiais a: Deus e a Dênio Mariz, pela orientação técnica deste documento. TCOS Brasil pág 3

4 ÍNDICE O TCOS... 5 OS OBJETIVOS... 5 A METODOLOGIA... 5 O AMBIENTE DE TESTES... 5 OS EQUIPAMENTOS UTILIZADOS... 7 A COLETA E ANÁLISE DOS DADOS... 8 CONSIDERAÇÕES FINAIS REFERÊNCIAS TCOS Brasil pág 4

5 1. O TCOS É um projeto de Software Livre, que permite a utilização e o gerenciamento de vários terminais obsoletos conectados a um ou mais servidores da rede, compartilhando o mesmo sistema operacional e outros recursos tecnológicos, tais como: a impressora, o acesso a Internet, a sessão gráfica, o CD ROM, o pendrive, o armazenamento centralizado dos arquivos dos usuários, aplicativos, entre outros. Em um cenário de rede como esse, a maior parte do processamento dos dados é centralizado no servidor. Todo esse processamento é transparente ao usuário. Ou seja, ele acha que está usando, exclusivamente, os recursos tecnológicos do terminal para executar as tarefas, quando na verdade está usando os do servidor. Este, por sua vez, processa a maior parte das informações e apenas envia, pela rede, os resultados para serem visualizados na tela do terminal. Por isso se faz necessário analisar o tráfego da rede para verificar se o TCOS impacta no funcionamento de outros serviços de rede. Nas próximas sessões serão mostradas as etapas da coleta e análise do tráfego da rede. 2. OS OBJETIVOS Os objetivos deste relatório são: Estudar a viabilidade e analisar o impacto do tráfego gerado pelo uso de thin clients na rede. Identificar e quantificar a carga gerada pelos protocolos usados na comunicação dos terminais com o servidor, bem como as respectivas funções; 3. A METODOLOGIA A metodologia utilizada na elaboração desse relatório contempla: A implantação do ambiente de rede ideal; A coleta e análise do tráfego de dados; 4. O AMBIENTE DE TESTES Para a realização deste estudo foi criado um cenário da rede, mostrado na figura 1, onde são realizados vários testes com o TCOS. A função deste cenário é simular o funcionamento de um ambiente de produção ideal. TCOS Brasil pág 5

6 Figura 1: Visão geral da rede TCOS. Nessa rede, os clientes: pc1, pc2 e pc3 são computadores convencionais com sistema operacional local, ou seja independe do servidor TCOS para funcionarem. Já os clientes tc5, tc6 e tc7 não possuem disco rígido e, portanto, não possuem um sistema operacional local. Por essa razão eles utilizam a imagem do sistema operacional do servidor server2, que é gerada pela ferramenta TcosConfig1 e compartilhada na rede pelo serviço Atftpd2. Além disso, os usuários destes terminais estão constantemente interagindo com os aplicativos gráficos e outros serviços desse servidor. Daí, surge a importância em analisar o tráfego da rede para conhecer a atuação e a carga de cada protocolo usado nessa interação. O servidor server1 interliga essa rede interna a Internet. O cliente pc4 possui um sistema operacional local, mas a função dele é capturar todo o tráfego de dados gerado nesse cenário de rede para a realização de análises de cabeçalho dos pacotes. Todos estes computadores estão interconectados por um hub, que trabalha a uma taxa de transferência de 100 Mbps. 1 O TcosConfig é um módulo do Tcos, um confunto de ferramentas que permite a utilização e o gerenciamento de vários terminais remotos conectados a um ou mais servidores da mesma rede. Ele pode ser obtido via download no endereço 2 Atftpd é um serviço de rede para transferência simples de arquivos que usa o protocolo TFTP (Trivial File Transfer Protocol). TCOS Brasil pág 6

7 A figura 2 mostra os serviços/aplicativos de rede utilizados e/ou compartilhados por cada computador na rede. Figura 2: Serviços oferecidos na rede. 5. OS EQUIPAMENTOS UTILIZADOS A configuração dos computadores utilizados durante a coleta e análise do trafego é mostrada na tabela 1. TCOS Brasil pág 7

8 Tabela 1: Configurações dos computadores da rede. Equipamento Sist. Operacional Processador Memória Disco Rígido Interface de rede server2 Ubuntu 8.04 Intel Celeron 2,66 Ghz 1024 MB 80 GB 10/100 Mbps server1 Cent Os 5.0 Intel Celeron 2,66 Ghz 256 MB 80 GB 10/100 Mbps pc4 Ubuntu 6.10 Intel Pentiun III 1,0 Ghz 1024 MB 10 GB 10/100 Mbps pc1 Ubuntu 8.04 AMD MB 80 GB 10/100 Mbps pc2 Ubuntu 8.04 AMD MB 80 GB 10/100 Mbps pc3 Ubuntu 8.04 AMD MB 80 GB 10/100 Mbps tc5 VmWare Processor 128 MB 10/100 Mbps tc6 AMD Sempron (1,0 Ghz ) 512 MB 10/100 Mbps tc7 VmWare Processor 128 MB 10/100 Mbps 6. A COLETA E ANÁLISE DOS DADOS Para a coleta do tráfego foi utilizado o software tcpdump3 e para análise, o Wireshark4. O tráfego da rede foi coletado nos dias: 29 a 30/09/2008, 18, 21 e 25/11/2008. No total foram realizadas oito horas de coleta dividida nos seguintes momentos: Momento 1 => inicialização e utilização da seção gráfica por um único usuário no cliente tc6, durante quatro horas. Momento 2 => inicialização e utilização da seção gráfica, simultaneamente, por três usuários, durante uma hora, em cada um dos clientes: pc1, pc2, pc3. Momento 3 => inicialização e utilização da seção gráfica por um único usuário no cliente tc6, durante uma hora. Momento 4 => inicialização e utilização da seção gráfica, simultaneamente, por dois usuários, durante uma hora, em cada um dos clientes: tc5 e tc6. 3 O tcpdump é um sniffer, isto é, um programa, que funciona no modo de comando, utilizado para capturar tráfego de rede. Para obter mais informações acesse o site: 4 O Wireshark (antigo Ethereal) é um sniffer, isto é, um programa utilizado para capturar e analisar tráfego de rede. Ele pode ser obtido via download no endereço TCOS Brasil pág 8

9 Momento 5 => inicialização e utilização da seção gráfica, simultaneamente, por três usuários, durante uma hora, em cada um dos clientes: tc5, tc6 e tc7. Momento 6 => utilização do cliente pc1 para testar a conexão com um servidor local e outro externo, sem a utilização de thin clients na rede. Momento 7 => utilização do cliente pc1 para testar a conexão com um servidor local e outro externo, durante a utilização de um thin client na rede. Momento 8 => utilização do cliente pc1 para testar a conexão com um servidor local e outro externo, durante a utilização de dois thin clients na rede. Momento 9 => utilização do cliente pc1 para testar a conexão com um servidor local e outro externo, durante a utilização de três thin clients na rede. No início do momento 1, o tráfego da rede foi coletado em um intervalo de 1 min e 33 seg com o objetivo de identificar cada protocolo usado nessa fase. A figura 3 exibe a visão geral da hierarquia e carga desses protocolos. Figura 3: Estatísticas e hierarquia dos protocolos, após a primeira captura de tráfego. Observando a figura 3, durante o processo de inicialização do cliente, 76,80% do tráfego é gerado por pacotes UDP (User Datagram Protocol). Essa informação é exibida na coluna %Packets. O cliente tc6 obteve a imagem do sistema operacional à partir do servidor server2 TCOS Brasil pág 9

10 através da aplicação Atftpd, que usa o protocolo TFTP (Trivial File Transfer Protocol). Este, por sua vez, utiliza o UDP para o transporte dos dados. O TFTP é semelhante ao FTP (File Transfer Protocol), ambos implementados na camada de aplicação (um nível acima da camada de transporte do modelo TCP/IP). Mas o TFTP não necessita da autenticação de um usuário para iniciar a transferência dos arquivos. Isso, além de torná lo menor e mais simples que o FTP, permite que a imagem do sistema operacional do cliente tc6 possa ser obtida pela rede de forma rápida e eficiente. Esse processo seria comprometido se fosse realizado usando FTP, pois não seria possível autenticar um usuário do cliente tc6, cujo sistema operacional sequer foi iniciado. E mesmo que pudesse autenticar o usuário, essa característica não é desejável, pois tornaria a inicialização do terminal mais burocrática e lenta. As desvantagens em utilizar o TFTP, para o download do kernel, são que: se algum pacote for perdido, não haverá reenvio, comprometendo a inicialização do cliente magro, e a capacidade máxima da rede será ocupada para enviar rapidamente os pacotes. Ainda visualizando a figura 3, pode se concluir que o tráfego de pacotes TFTP apresentou uma carga de 76,77%, totalizando 29 MB (informação exibida, em bytes, na coluna Bytes). Depois que o sistema operacional foi carregado na memória, o protocolo X11 estabeleceu a conexão com o servidor server2 para que o usuário do cliente tc6 pudesse iniciar uma seção gráfica remota e executar o aplicativo OpenOffice Writer. O protocolo X11, implementado na camada de aplicação, utiliza TCP para o transporte dos pacotes, garantindo assim, que eles não sejam perdidos. A figura 3 mostra que 23,19% do tráfego são de pacotes TCP e, desse total, 2,62% são pacotes do protocolo X11, totalizando 1 MB enviado. A figura 4 mostra o gráfico da carga gerada pelo protocolos: TFTP (cor vermelha) e X11 (cor rosa) em comparação com o tráfego total gerado na rede (cor preta). TCOS Brasil pág 10

11 Figura 4: Visão geral do tráfego durante a inicialização do tc6. O gráfico acima mostra o momento exato da inicialização do tc6 (a partir do instante 50s). Durante esse processo percebe se que há um pico na rede (entre os instantes 9 e 13s), isso porque a imagem do sistema operacional, de aproximadamente 23 MB, está sendo transferida. Esse processo foi registrado no log do servidor server2 e é mostrado na figura 5. TCOS Brasil pág 11

12 Figura 5: Processo de inicialização do tc6. Terminado o processo de inicialização do cliente tc6, a captura do tráfego prosseguiu, mas, com o objetivo de analisar os protocolos envolvidos na utilização da seção gráfica remota com o servidor server2. A figura 6 exibe a visão geral da hierarquia e carga desses protocolos durante os primeiros treze minutos de coleta, totalizando 204 MB de pacotes enviados/recebidos. Figura 6: Estatísticas e hierarquia dos protocolos, após treze minutos de captura de tráfego. Observando a coluna %Packets da figura 6 e comparando com a mesma coluna mostrada na figura 3 percebe se que o tráfego de pacotes TCP aumentou de forma TCOS Brasil pág 12

13 proporcionalmente inversa ao UDP, chegando a ser 99,18% maior, o que corresponde a 203,9 MB. Isso aconteceu porque, durante a utilização da sessão gráfica, o protocolo de aplicação predominantemente usado foi o X11, contabilizando 39,52% ou 36 MB do tráfego TCP. A figura 7 mostra o gráfico da carga gerada pelo protocolos: TCP (cor verde) e X11 (cor rosa) em comparação com o tráfego total gerado pela rede (cor preta). Figura 7: Visão geral do tráfego durante a utilização do tc6. Durante esse período percebe se que o tráfego de pacotes X11 foi bastante acentuado e manteve se proporcionalmente constante á medida que os pacotes TCP iam sendo enviados na rede. A variação do tráfego TCP e X11 esteve diretamente relacionada a intensidade com que o usuário utilizou o cliente tc6. Essa característica esteve presente ao longo da coleta restante, que totalizou 3h e 45min. A figura 8 mostra a porcentagem da carga gerada por cada protocolo neste período. TCOS Brasil pág 13

14 Figura 8: Percentual dos protocolos utilizados no tráfego da rede. Com base na figura acima e nos dados fornecidos pelo wireshark no menu Statistics > Sumary observou se que os 4,645,038 pacotes coletados corresponde a 4,1 GB. Deste total, 99,7% equivale ao tráfego do protocolo TCP e 33,69% ao X115. No momento 2, o objetivo foi medir o volume de dados gerado pelos clientes pc1, pc2 e pc3. A coleta foi realizada durante uma hora, sem a utilização dos clientes magros. O resultado dessa coleta é exibido no gráfico 1. 5 Informação obtida a partir da funcionalidade Protocol Hierarchy disponível no menu Statistics do Wireshark, que exibe a carga total de cada protocolo. TCOS Brasil pág 14

15 35 33 Distribuição do Tráfego da Rede Tr á fego (em MB) desktop1 desktop2 desktop3 Quant. de Desktops Gráfico 1: Distribuição do tráfego de três clientes desktops na rede. As aplicações utilizadas em cada cliente, nesse intervalo de tempo, foram: pc1: AMSN6, cliente de e mail e OpenOffice Presentation7. pc2: download do Firefox8 (8 MB) via HTTP. pc3: download de um arquivo de 20 MB (localizado no desktop1) via scp e uso de uma seção SSH com o desktop1. No momento 3, o volume de dados, gerado por um cliente magro, foi medido. A coleta durou uma hora e as aplicações utilizadas foram as mesmas executadas pelos clientes: pc1, pc2 e pc3. O resultado é mostrado no gráfico 2. 6 O AMSN é um mensageiro instantâneo disponível para download em: project.net/ 7 O OpenOffice Presentation é um editor de slides pertecente a suíte de edição de arquivos ODF (Open Document File). O OpenOffice está disponível para download em: 8 O Firefox é um navegador WEB disponível para download em: br. BR/firefox/ TCOS Brasil pág 15

16 Distribuição do Tráfego da Rede Tr á fego (MB) 150 Tráfego (MB) Quant. de Thin Client Gráfico 2: Tráfego de um cliente magro na rede. Com base nessas informações foi realizada uma comparação entre os volumes totais do tráfego gerado, no mesmo intervalo de tempo, pelos clientes utilizados nos momentos 2 e 3. O gráfico 3 mostra o resultado dessa comparação em pontos percentuais. TCOS Brasil pág 16

17 Tráfego de 1 TC versus 3 PC 27% desktop thin client 73% Gráfico 3: Tráfego de um cliente magro em comparação com o de três clientes desktops. O gráfico acima mostra que o tráfego dos clientes magros foi, aproximadamente, três vezes maior que os dos três desktops, independentemente do protocolo utilizado. No momento 4, o trágego, gerado por dois clientes magros, foi coletado durante uma hora. O resultado dessa coleta é exibido no gráfico 4. TCOS Brasil pág 17

18 Distribuição do Tráfego da Rede Tr á fego (MB) 200 Tráfego (MB) Quant, de Thin Client Gráfico 4: Tráfego de dois clientes magro na rede. As aplicações utilizadas em cada cliente, nesse intervalo de tempo, foram: tc5: utilizando o OpenOffice Presentation, o AMSN, realizando o download do Firefox (8 MB) via HTTP, acessando o E mail e copiando um arquivo de 20 MB via SCP do servidor. tc6: utilizando o AMSN, acessando o E mail, usando o OpenOffice Presentation, realizando o download do Firefox (8 MB) via HTTP e assitindo um vídeo de 3 min. Com base nessas informações foi realizada uma nova comparação entre os volumes totais do tráfego gerado, no mesmo intervalo de tempo, pelos clientes utilizados nos momentos 2 e 4. O gráfico 5 mostra o resultado dessa comparação em pontos percentuais. TCOS Brasil pág 18

19 Tráfego de 2 TC versus 3 PC 13% desktop thin client 87% Gráfico 5: Tráfego de dois clientes magros em comparação com o de três clientes desktops. O gráfico acima mostra que o tráfego dos clientes magros foi, aproximadamente, seis vezes maior que os dos três desktops, independentemente do protocolo utilizado. No momento 5, uma nova coleta foi realizada para saber o volume gerado pelo uso de três clientes magros, durante uma hora. O resultado dessa coleta é exibido no gráfico 6. TCOS Brasil pág 19

20 Distribuição do Tráfego da Rede Tr á fego (MB) 167 Tráfego (MB) Quant. de Thin Client Gráfico 6: Tráfego de três clientes magro na rede. As aplicações utilizadas em cada cliente, nesse intervalo de tempo, foram: tc5: utilizando o OpenOffice Presentation, o AMSN, realizando o download do Firefox (8 MB) via HTTP, acessando o E mail e copiando um arquivo de 20 MB via SCP do servidor. tc6: utilizando o AMSN, acessando o E mail, usando o OpenOffice Presentation, realizando o download do Firefox (8 MB) via HTTP e assitindo um vídeo de 3 min. tc7: Utilizando o OpenOffice Presentation, o AMSN, realizando o download do Firefox (8 MB) via HTTP e acessando o E mail. Com base nessas informações foi realizada uma nova comparação entre os volumes totais do tráfego gerado, no mesmo intervalo de tempo, pelos clientes utilizados nos momentos 2 e 5. O gráfico 7 mostra o resultado dessa comparação em pontos percentuais. TCOS Brasil pág 20

21 Tráfego de 3 TC versus 3 PC 10% desktop thin client 90% Gráfico 7: Tráfego de três clientes magros em comparação com o de três clientes desktops. O gráfico acima mostra que o tráfego dos clientes magros foi nove vezes maior que os dos três desktops, independentemente do protocolo utilizado. É importante observar que o acréscimo, em pontos percentuais, no tráfego, gerado pelo clientes magros, não foi linear. Essa informação é mostrada no gráfico Tr á fego (%) thin client 2 thin client 3 thin client Quant. de clientes Gráfico 8: Comparativo do acréscimo do tráfego de clientes magros nos momentos 3, 4 e 5. TCOS Brasil pág 21

22 Os momentos 6, 7, 8 e 9 da captura foram realizadas com o objetivo de verificar qual o impacto que o uso de clientes magros exerce sobre o tempo de resposta de um desktop. No momento 6, foram enviados, à partir do pc2, 100 pacotes PING destinados ao pc1 e, posteriormente, ao host Em ambos os testes, os clientes magros não estavam ligados. No momento 7, o teste foi repetido, mas com a utilização de um cliente magro. No momento 8, dois clientes magros estavam sendo usados, enquanto os testes estavam sendo executados. No momento 9, os testes foram repetidos. Desta vez, com a utilização de três clientes magros. A tabela 2 mostra o tempo de resposta dos pacotes PING enviados a um host local, durante os momentos 6, 7, 8 e 9. Tabela 2: Comparação do tempo de resposta ao envio de pacotes PING de um dektop a outro host da rede. Medição de Tempo de Resposta 100 pacotes ICMP enviados por um Desktop a um host local Momento 6 Tempo de Resposta Min (ms) Media (ms) Max (ms) Detalhes Momento 7 Momento 8 1 PC sem o uso de TC 1 PC com o uso de 1 TC 1 PC com o uso de 2 TC 0,168 0,166 0,179 0,183 0,201 0, packets transmitted, 100 packets transmitted, 100 received, 0% packet 100 received, 0% packet loss, time 98997ms loss, time 98997ms Momento 9 1 PC com o uso de 3 TC 0,165 0,172 0,181 0,197 0,221 0, packets transmitted, 100 packets transmitted, received, 0% packet received, 0% packet loss, time loss, time 98998ms 98998ms Observando a tabela acima é possível perceber que em nenhum dos casos houve perda de pacotes e o uso dos clientes magros casou um impacto muito pequeno no tempo de resposta dos pacotes enviados pelo pc2. A variação mais significativa ocorreu entre os momentos 6 e 9, quando a diferença foi de 0,026 ms no tempo médio de resposta. A tabela 3 mostra o tempo de resposta dos pacotes PING enviados a um host externo, durante os momentos 6, 7, 8 e 9. TCOS Brasil pág 22

23 Tabela 2: Comparação do tempo de resposta ao envio de pacotes PING de um dektop da rede a um host externo. Medição de Tempo de Resposta 100 pacotes ICMP enviados por um Desktop a um host externo Momento 6 Momento 7 Momento 8 Tempo de 1 PC sem o uso de TC 1 PC com o uso de 1 TC 1 PC com o uso de 2 TC Resposta Min (ms) Media (ms) Max (ms) Detalhes Momento 9 1 PC com o uso de 3 TC packets transmitted, 100 packets transmitted, packets transmitted, packets transmitted, received, 5% packet received, 13% packet loss, received, 20% packet loss, received, 11% packet loss, loss, time 99000ms time 98981ms time 99025ms time 99000ms A tabela acima mostra que houve perda de pacotes e que, à medida que os clientes magros iam sendo ligados, essa perda ia sendo acentuada. Em média, o tempo de resposta também diminuiu, conforme os clientes magros foram conectados. A variação mais significativa ocorreu entre os momentos 6 e 9, quando a diferença foi de 19 ms. A partir das informações mostradas nas tabelas 2 e 3, pode se perceber que os tempos de resposta e a perda dos pacotes enviados ao host externo foram maiores, se comparados aos enviados ao host interno. Isso aconteceu devido a outros fatores, como: a intensidade do tráfego nos roteadores e a rota percorrida pelos pacotes, antes de chegarem ao destino. Com isso, é possível afirmar que, no geral, os clientes magros não impactaram de forma significativa nos tempos de resposta do cliente pc2. 7. CONSIDERAÇÕES FINAIS A partir desse relatório pode se concluir que os protocolos de aplicação mais utilizado pelo cliente magro são: o TFTP (na fase de boot) e o X11 (durante a sessão gráfica). Pôde se observar também que a aplicação TCOS utiliza muita banda para trafegar os dados via TFTP. Por isso, se faz necessário aplicar uma regra de QoS (Quality of Service) para evitar que outros serviços de rede venham a ser prejudicados durante a inicialização dos clientes magros. Foi demonstrado que o tráfego de um cliente magro é, aproximadamente, três vezes maior que o de três desktops e que o aumento de tráfego de clientes magros não foi linear. TCOS Brasil pág 23

24 Além disso, pode se concluir que o uso da sessão gráfica de cliente magro não afeta, significativamente, no tempo de resposta de um desktop e que o tráfego do cliente magro está diretamente relacionado a intensidade do uso da sessão gráfica pelo usuário. Com base nas informações mostradas ao longo do relatório, o TCOS é recomendado para ser utilizado num ambiente de rede local onde a taxa de transferência é de 10/100 Mbps. A perspectiva é de que a sejam realizados testes de desempenho e segurança do servidor TCOS, que aponte as configurações de hardware e de software adequadas para um ambiente de produção. 8. REFERÊNCIAS [1] BATISTA, Nalva Costa. Trivial File Transfer Protocol TFTP. Disponível em: Acessado em: 18 de fevereiro de [2] Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas CBPF Acessado em: 18 de fevereiro de [3] Informa BR Segurança da Informação Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP). Disponível em: Acessado em: 18 de fevereiro de [4] Tech Faq Entendendo o TCP IP. Disponível em: faq.com/lang/pt/understanding cisco tcpip.shtml&usg=alkjrhjqgc2_czydcrnbj8pvfnp5fsmgtwacessado em: 18 de fevereiro de [5] Wikipedia User Datagram Protocol. Disponível em: Acessado em: 18 de fevereiro de [6] Wikipedia File Transfer Protocol. Disponível em: Acessado em: 18 de fevereiro de [7] Wikipedia X Window System. Disponível em: Acessado em: 18 de fevereiro de [8] Wikipedia TCP/IP. Disponível em: Acessado em: 18 de fevereiro de TCOS Brasil pág 24