Aplicação ao Gerenciamento de Redes de Telecomunicações

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1 Aplicação ao Gerenciamento de Redes de Telecomunicações Este tutorial apresenta o modelo TMN (Telecommunications Management Network) para gerenciamento de redes de Telecomunicações criado pelo ITU-T (International Telecommunications Union Telecomunications). O modelo TMN é o padrão de gerenciamento mais utilizado pelas ferramentas disponíveis no mercado para redes de telecomunicações. Serão apresentados as áreas funcionais de gerenciamento, os níveis de gerenciamento e a arquitetura TMN para implantação em uma rede. Esdras de Oliveira Eler É Professor da Faculdade de Tecnologia INED (Belo Horizonte, MG). É também Engenheiro Eletrônico e de Telecomunicações pela Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerias (PucMinas, 2004) e Especialista em Gestão de Negócios pelo Ibmec-MG (2006). Atuou durante 4 anos no Centro de Gerência de Redes da Telemar-MG (CGR-MG) e durante 5 anos como Gerente de Implantação de serviços de Telecomunicações para o mercado corporativo da Embratel em Minas Gerais. Atualmente é coordenador de projetos de Serviço de Valor Agregado (SVA) para Telefonia Celular e Professor do curso de Redes de Computadores da Faculdade de Tecnologia Ined em Belo Horizonte, MG. esdraseler@terra.com.br Categoria: Operação e Gestão Nível: Intermediário Enfoque: Técnico Duração: 20 minutos Publicado em: 21/01/2008 1

2 Modelo TMN: Introdução Uma rede de computadores necessita ser monitorada para aumentar a produtividade e a eficiência do sistema, a fim de evitar que possíveis falhas ou interrupções possam afetar o core business de uma organização. Existem várias ferramentas disponíveis no mercado que permitem o gerenciamento de redes locais, analisando o tráfego da rede e o status de todos os equipamentos nela instalados. São exemplos de ferramentas gratuitas disponíveis o MRTG e Nagios. Da mesma forma, um sistema de telecomunicações precisa ser gerenciado. Centrais telefônicas, equipamentos SDH, roteadores, sistema de rádio enlace, etc. necessitam de monitoramento com o objetivo de alcançar os requisitos de desempenho operacional e de qualidade de serviço, que muitas vezes estão especificados em contratos através de um SLA (Service Level Agreemment). Por sua vez, um sistema de gerenciamento de redes de computadores ou de telecomunicações, não se resume apenas à tecnologia capaz de colher dados dos vários recursos da rede. Ela está relacionada também a transformação destes dados em conhecimento e a transformação do conhecimento em ações, que podem ser corretivas ou pró-ativas. Por exemplo, ao detectar uma situação de congestionamento em uma rede devemos buscar alternativas para solucionar o problema (ações) como aumentar os recursos da rede ou diminuir a carga (tráfego). Assim quando se fala em gerenciamento de sistemas, estamos nos referindo também ao gerenciamento e coordenação das ações humanas que são realizadas a fim de alcançar os objetivos propostos, o gerenciamento dos recursos físicos nela instalados, entre outras funções. E para realizar este gerenciamento, normalmente existe implantado nas empresas prestadoras de serviços de Telecomunicações, Internet ou TI, um centro de operações de gerenciamento denominado CGR (Centro de Gerência de Rede) ou NOC (Network Operation Center) que é responsável por centralizar as ações de gerenciamento da rede, utilizando ferramentas de gerência que podem ser proprietárias ou padronizadas. Uma solução de gerência proprietária apresenta interfaces e protocolos que são utilizados somente por aquele fabricante em específico e são incompatíveis com sistemas de outros fabricantes. O cenário atual das redes de telecomunicações apresenta equipamentos de diferentes tecnologias e diferentes fabricantes que muitas vezes atuam isoladamente em uma rede. Fica fácil observar que quando são utilizas soluções proprietárias e existem vários sistemas de diferentes fabricantes instalados é necessário implantar vários sistemas de gerência em uma mesma rede. O grande impacto gerado por está situação é, com certeza, o aumento do custo de implantação e manutenção desses sistemas de gerência, contradizendo com o objetivo inicial que é a redução dos custos de manutenção e das perdas geradas pelas possíveis interrupções de uma rede, ao detectar com antecedência os problemas e reduzir o tempo de manutenção. Soma-se a este problema principal, outras conseqüências não desejadas como base de dados redundantes e inconsistentes, gerenciamento isolado e ineficiente, presença de múltiplas interfaces no centro de gerência, necessidade de treinamento em várias interfaces para área técnica, entre outras. 2

3 Figura 1: NOC utilizando ferramentas de gerenciamento proprietárias. Para resolver este problema, surgem as ferramentas que seguem normas padronizadas por algum modelo de gerenciamento com o objetivo de resolver os problemas citados anteriormente. Através desses sistemas é possível gerenciar equipamentos de vários fabricantes e várias tecnologias através de uma única ferramenta, pois todos os equipamentos seguirão o padrão proposto, permitindo assim a integração das informações de gerência. Como exemplos desses padrões, podemos citar o Modelo OSI de gerenciamento, Modelo SNMP e Modelo TMN. O Modelo TMN é o modelo desenvolvido pela ITU-T (International Telecommunications Union Telecomunications) para padronizar as informações de gerência de uma rede de telecomunicações. Veremos a seguir detalhes deste modelo e uma introdução sobre o Modelo SNMP e o Modelo OSI. Figura 2: NOC utilizando ferramentas de gerenciamento padronizadas. 3

4 Modelo TMN: SNMP x OSI Existem dois modelos comumente utilizados para gerenciamento de redes de computadores atualmente: o modelo SNMP e o Modelo OSI. O modelo SNMP (Simple Network Management Protocol) foi o primeiro modelo não proprietário desenvolvido pelo IETF (Internet Engineering Task Force) apresentando facilidade de implementação e possibilitando o gerenciamento de sistemas heterogêneos. Consiste em um esquema centralizado de gerência baseado num modelo Agente/Gerente, utilizando o protocolo de gerenciamento SNMP. Desde o lançamento da primeira versão na década de 80, o SNMP mantém-se como um protocolo simples e eficaz de gerenciamento e é amplamente utilizado no gerenciamento de sistema da Internet, por isso este modelo também é denominado de Modelo da Internet de Gerenciamento. O modelo SNMP, e a maior parte dos sistemas de gerenciamento disponíveis, é baseado no modelo Agente/Gerente, que normalmente é formado pelos seguintes elementos: Agente: É um programa que é executado nos elementos que serão gerenciados. Tem como função responder as solicitações vindas do Gerente e gerar mensagens a cada alteração de status de um determinado objeto; Gerente: É um programa que é executado em um elemento de rede que realiza a interface entre o usuário final é os o sistema de gerenciamento, ou seja, realiza a conversão das solicitações do usuário em ações que serão executadas na rede; Protocolo de Gerenciamento: É o protocolo que normaliza a troca de informações entre um gerente e um agente. É o elemento principal de uma rede de gerenciamento. Esta troca de informações pode acontecer de duas formas: Interações comando/resposta do Gerente para o Agente (o Gerente faz uma solicitação e o Agente responde) e apenas envio de informações do Agente para o Gerente sem a solicitação prévia (também conhecido como mensagens do tipo TRAP); MIB: Por último, a MIB é uma base de dados localizada no Agente que contém as informações e a estrutura dos objetos que podem ser gerenciados pelo Gerente. Esses objetos a serem gerenciados podem ser, por exemplo, uma interface serial ou uma Fonte em um roteador. Com o desenvolvimento e o crescimento das redes, surgiu a necessidade de criação de protocolos mais complexos para realizar o gerenciamento de redes de mais robustas, que até então não poderiam ser atendidos pelo SNMP. O SNMP na sua versão inicial (SNMPv1) possuía algumas limitações, como por exemplo, problemas de segurança, ineficiência de aquisição de grandes quantidades de informações de gerência e era baseado somente em redes TCP/IP. Nesse contexto, surgiram duas novas versões do protocolo SNMP e um novo modelo de gerenciamento, desenvolvido pela ISO (Internation Organization for Standardization), o modelo OSI de gerenciamento. O SNMPv2 apresentou principalmente a possibilidade de gerenciar redes não baseadas em TCP/IP e o SNMPv3, lançado em Abril de 1999 e atualizado em Dezembro de 2002 (RFC 3410) resolveu problemas de segurança das versões anteriores. Em paralelo ao desenvolvimento do protocolo SNMP, o modelo OSI de gerenciamento também é baseado no modelo Agente/Gerente e utiliza o protocolo CMIP (Common Management Information Protocol), que é 4

5 um protocolo mais complexo e robusto se comparado ao SNMP. Comparando os dois modelos, podemos levantar as seguintes características principais de cada um deles: Tabela 1: Modelo SNMP x Modelo OSI. Quesito Modelo SNMP Modelo OSI Complexidade Simples Complexa Tipos de Redes em que é implantado Padrão de Gerenciamento de Redes Redes mais simples Internet Redes mais complexas Base do Modelo TMN Utilização Amplamente utilizado Pouca utilização Transporte Não orientado a conexão (utiliza o UDP) Orientado a conexão Arquitetura Modelo Agente Gerente Modelo Agente Gerente Operação Comando/Resposta e Trap Comando/Resposta e Trap Os dois modelos vistos até aqui, não podem ser utilizados diretamente em redes de Telecomunicações, por um motivo bem simples: as redes de Telecomunicações não estão preparadas para tráfego de gerenciamento. As redes de computadores permitem através da arquitetura TCP/IP, por exemplo, transportar facilmente os protocolos SNMP e CMIP, que atuam na camada de aplicação do modelo OSI em paralelo com o transporte de outras aplicações. Uma central telefônica, por exemplo, não está preparada para tráfego IP e consequentemente, não está preparada para tráfego de gerenciamento (a não ser as centrais telefônicas VOIP, mais recentes). Assim, surge o modelo TMN, padrão de gerenciamento de redes de telecomunicações. Como veremos a seguir, o modelo TMN segue algumas normas definidas pelo modelo OSI. 5

6 Modelo TMN: Rede de Telecomunicações Uma rede de telecomunicação pode ser apresentada sendo constituída de rede principal, redes de acesso e de equipamentos terminais conforme figura 3. Figura 3: Partes principais de uma Rede de Telecomunicações. A Rede principal é formada pelos equipamentos centrais, do núcleo da rede, normalmente presentes nas empresas prestadoras de serviço de Telecomunicações. Por exemplo, em uma rede de telefonia, a rede principal é formada por todas as centrais telefônicas (por exemplo, as CPA s Centrais de Processamento Armazenado) e os sistemas e meios de transmissão necessários para interligar esses equipamentos. As Redes de Acessos são formadas por todos os meios de transmissão que interligam a rede principal e o usuário final representado pelos equipamentos principais. Fazem parte deste item, as linhas ISDN, ADSL, Sistemas Wireless, Linhas Telefônicas, Sistemas PLC, etc. Por fim, os Equipamentos Terminais realizam a interface final entre o usuário e o sistema de telecomunicações responsável pela prestação do serviço. Como exemplos, fazem parte deste item o Telefone, um modem de acesso, um computador, etc. Nenhum desses elementos está preparado para o transporte de informações de gerência de rede, apenas para realizar a função de transporte de tráfego de Telecomunicações. Assim, para implantar uma gerência de redes de telecomunicações torna-se necessário implementar uma rede de gerência à parte da rede principal de telecomunicações e definir as interfaces para acesso a essa rede. O padrão TMN define como realizar a implantação e manutenção de forma padronizada dessa rede de Gerência paralela. Ele é baseado em interfaces padronizadas (Q, F, X, M, G) para permitir o acesso às redes de telecomunicações que incluem a definição de Protocolos e a sintaxe e semântica da informação tratada entre os componentes. Veremos a seguir a função e a definição de cada uma dessas interfaces. 6

7 Figura 4: Implantação de Rede de Gerência em Redes de Telecomunicações. O fato do modelo TMN definir interfaces padronizadas permite a integração de diferentes fabricantes, tecnologias, áreas funcionais e níveis de gerenciamento. Os níveis de gerenciamento e áreas funcionais foram definidos pelo Modelo OSI de gerenciamento e seguidos pelo Modelo TMN. 7

8 Modelo TMN: Áreas Funcionais e Níveis de Gerência Podemos relacionar cinco áreas funcionais de gerenciamento presentes no modelo de gerenciamento TMN. Estas áreas funcionais foram desenvolvidas pelo IOS e estão presentes no modelo OSI de gerenciamento e são seguidas pelo modelo TMN. A função destas áreas funcionais é definir o que deve ser monitorado em uma rede e qual a profundidade do gerenciamento a ser executado em cada área. São elas: Gerenciamento de Falhas: Tem a função de monitorar os estados dos recursos verificando em qual ponto da rede e quando uma falha ou um erro pode ocorrer. Uma falha é uma condição anormal persistente que requer uma ação de reparo imediata. Ex. Interrupção em um link de comunicação. Um erro é uma condição anormal ocasional que pode ser corrigida ou compensada. Ex. Erro de bits ou falha de sincronismo em um link de comunicação. Faz parte do gerenciamento de falhas isolar o ponto da falha, buscar soluções alternativas até a solução do problema com o objetivo de reduzir o impacto no sistema como um todo, e por fim, reparar a falha e retornar a situação inicial; Gerenciamento de Contabilidade: Tem a função de contabilização e verificação de limites de utilização de recursos da rede, com a divisão de contas feita por usuários ou grupos de usuários, podendo inclusive permitir a cobrança diferenciada por tráfego e utilização dos recursos da rede; Gerenciamento de Configuração: Uma rede de computadores ou de telecomunicações está em constante mudança, ou seja, novos equipamentos são retirados ou adicionados à rede a todo o momento. O gerenciamento de configuração permite manter atualizadas as informações de hardware e software de uma rede, incluindo as informações de configurações de todos os equipamentos. Como resultado, por exemplo, é possível reduzir o tempo de substituição de um equipamento defeituoso se existir um backup de configuração desse equipamento; Gerenciamento de Desempenho: É a partir da gerência de desempenho que é possível realizar o planejamento das atividades futuras em uma rede de computadores, cobrar soluções para problemas recorrentes de fornecedores e garantir o cumprimento do SLA, emissão de relatórios sobre o desempenho da rede para demonstração do impacto das interrupções no negócio da empresa, etc. A meta do gerenciamento de desempenho é quantificar, medir, informar, analisar e controlar o desempenho de diferentes componentes da rede; Gerenciamento de Segurança: É responsável pela proteção dos elementos da rede, monitorando e detectando violações da política de segurança estabelecida. Assim, a meta do gerenciamento de segurança é controlar o acesso aos recursos da rede. Figura 5: Áreas de Gerenciamento. Também é muito importante conhecer os níveis de gerenciamento que uma solução de gerenciamento pode 8

9 alcançar. Especificado pelo IOS e presente no modelo OSI e TMN, os níveis de gerenciamento têm a função de definir como será realizada a integração do gerenciamento da rede. Cada nível possui um conjunto de requisitos de gerenciamento que determinam o nível de gerenciamento desejado para a rede. O gerenciamento implantado em uma rede pode atuar e em todos os níveis ou em alguns apenas. São eles: Elemento de Rede: É a base da pirâmide de gerenciamento é corresponde aos componentes da rede de computadores ou telecomunicações que necessitam ser gerenciados, e que possuem funções de gerenciamento. Ex. Roteadores, Mux SDH, etc; Gerência de Elemento de Rede: Neste nível de gerenciamento é possível realizar o gerenciamento dos elementos da rede definidos no nível anterior de forma individual. Ex. configuração de dispositivos, verificação de falhas individuais, etc; Gerência de Rede: É a primeira camada que relaciona os elementos de rede para realizar uma função de gerenciamento. Nesse nível de gerenciamento, as ferramentas de gerenciamento realizam o monitoramento dos elementos de rede e as interligações entre estes elementos, tendo uma cisão integrada da rede; Gerência de Serviços: Composta por sistemas destinados à operação, administração e manutenção de serviços, abrangendo cadastro de usuários, relacionamento com usuários, aprovisionamento e manutenção de serviços, informações de faturamento, dentre outros. É através do gerenciamento no nível de serviço que é possível, por exemplo, assegurar que um SLA está sendo cumprido; Gerência de Negócios: A gerência de negócio trata das questões relativas às finanças, aos interesses dos acionistas, dos clientes, dos empregados e da sociedade, ou seja, trata da visão estratégica da empresa e o relacionamento com a área de TI. A maior parte das empresas vêm a área de TI ou de Telecomunicações como gastos desnecessários, por isso é importante demonstrar a importância da área de TI e do Gerenciamento para a empresa. Infelizmente, pouquíssimas soluções de gerenciamento implementam o gerenciamento no seu nível mais elevado, o nível de negócios. Figura 6: Níveis de Gerenciamento. Poucas implementações no mercado atualmente que seguem o modelo TMN, realizam o gerenciamento de serviço e de negócio. Este fato impede uma adoção maior deste modelo de gerenciamento e redes de telecomunicações. 9

10 Modelo TMN: Arquitetura O modelo TMN está estruturado em três arquiteturas básicas que podem ser trabalhadas separadamente quando da implantação de um sistema de gerenciamento. Essas arquiteturas são apresentadas a seguir. Arquitetura Informacional ou de Informação O modelo de informação TMN tem por objetivo estruturar e representar as informações de gerência trocadas entre gerente e agente através de um protocolo de gerência. Segue o padrão CMIS (Common Management Information Service) do modelo OSI é um serviço totalmente orientado a conexão. A padronização das informações de gerência está relacionado à definição da sintaxe e semântica das informações e a visão de gerência dos recursos gerenciados. O modelo TMN não define um protocolo único para a troca de informações entre Gerente e Agente. Cada interface definida na arquitetura física (que veremos a seguir) pode utilizar um determinado protocolo de gerência. O protocolo CMIP, definido pelo modelo OSI, é o protocolo que normalmente é utilizado pela interface Q3. Arquitetura Funcional O modelo funcional TMN tem como objetivo definir quais serão e qual a função dos objetos implantados na rede de gerência TMN. É baseada em blocos funcionais, que fornecem as funções gerais que possibilitam a uma TMN executar os procedimentos de gerenciamento. Os blocos funcionais definidos nessa arquitetura são: Sistema de Suporte a Operação (OSF): é responsável pelo controle da Gerência das redes (Função de Gerente). Processa as informações relacionadas ao gerenciamento de telecomunicações com o objetivo de monitorar, coordenar e controlar as funções de Telecomunicações; Elemento de Rede (NEF): comunica-se com a TMN para ser monitorado e/ou controlado, provendo as funções de telecomunicações e de suporte que são requeridas pela rede de telecomunicações e funções de gerência requeridas pela rede de gerência TMN (Função de Agente); Estação de Trabalho (WSF): permite o usuário final ter acesso à plataforma de gerência TMN, ou seja, realiza a interface entre o usuário do sistema de gerência e a rede de gerenciamento; Adaptador Q (QAF): Realiza a interface com outros sistemas não padronizados com o padrão TMN; Elemento Mediador (MF): é responsável pela compatibilização da informação trocada pelos blocos funcionais OSF e NEF ou OSF e QAF, quando os mesmos não podem se comunicar diretamente entre si; Rede de Comunicação de Dados (DCN): é a rede que suporte a comunicação entre os diversos blocos funcionais definidos anteriormente. Arquitetura Física A Arquitetura Física provê meios para a implementação dos blocos funcionais definidos pela arquitetura funcional. São definidas várias interfaces que asseguram a compatibilização dos dispositivos interconectados ou blocos funcionais definidos anteriormente. São necessários protocolos de comunicação compatíveis e um método compatível de representação de dados 10

11 para as mensagens, incluindo definições genéricas de mensagens para as funções de gerenciamento da TMN. Um conjunto mínimo de protocolos a ser utilizado nas interfaces padronizadas TMN deve ser determinado. As interfaces definidas pela arquitetura física são: Interface Q: entre os blocos OSF, WSF, QAF, MF, e NEF (interfaces internas da TMN); Interface F: para a ligação de estações de trabalho (WSF); Interface X: entre os blocos OSF ou WSF de TMNs diferentes; Interface G: entre estações de trabalho (WSF) e usuários; Interface M: entre uma QAF (adaptador Q) e entidades gerenciadas não TMN. A interface Q, a mais importante, é dividida em 2 interfaces: A interface Qx e caracterizada pela interface entre Dispositivo de Mediação (MF) e os Elementos de Rede (NEF); A interface Q3 é caracterizada pela interface entre os Sistemas de Suporte as Operações (OSF) ou estações de trabalho (WSF) e os elementos da TMN que realizam interface com eles. Esta interface obrigatoriamente utiliza o protocolo de gerenciamento CMIP. Abaixo um exemplo de uma rede TMN com os seus blocos funcionais e as interfaces de conexão entre eles: Referências Figura 7: Exemplo de Blocos Funcionais e Interfaces TMN. [1] James F. Kurose and Keith W. Ross. Redes de Computadores e a Internet. Addison Wesley, 3º ed., 2006 [2] Cyclades Brasil. Guia Internet de Conectividade. Editora Senac, 7º Ed., [3] Teleco: [4] Willian Stallings. SNMP, SNMPv2 and CMIP, Don Mills: Addison Wesley, [5] Gerenciamento TMN: 11

12 Modelo TMN: Teste seu Entendimento 1. Qual das afirmativas abaixo é falsa? O protocolo SNMP é mais complexo que o protocolo CMIP que é utilizado para o gerenciamento da Internet. O SNMPv3 corrigiu problemas de segurança presentes nas duas versões iniciais desse protocolo de gerenciamento. O CMIP é um protocolo orientado a conexão enquanto que o SNMP é não orientado a conexão é utiliza o UDP na camada de transporte. O SNMP e o CMIP permitem mensagens do tipo TRAP sendo enviadas do Agente para o Gerente. 2. O gerenciamento de falhas não é responsável por: Verificar onde e quando ocorreu uma falha em uma rede. Procurar alternativas de contingência para minimizar os impactos gerados pela interrupção. Controlar o acesso aos recursos da rede. Solucionar o problema e restabelecer o funcionamento da rede. 3. A arquitetura física do modelo TMN define várias interfaces para interligação dos blocos funcionais. Qual das interfaces abaixo é utilizada para interligar uma rede TMN com redes de gerenciamento não TMN? Q3. F. G. M. 12