Módulo de Gerenciamento de Redes Através de SNMP com o uso da API SNMP4J Anderson Miguel de Lima Damasceno, Thiêgo Maciel Nunes Instituto de Estudo Superiores da Amazônia IESAM. Av Governador José Malcher, 1148. Belém. PA. José Felipe Almeida Instituto de Estudo Superiores da Amazônia IESAM. Av Governador José Malcher, 1148. Belém. PA. Resumo Este trabalho consiste no estudo e elaboração de um módulo de gerência de elementos de uma rede de computadores. Tal módulo age como gerente, requisitando informações dos elementos gerenciáveis espalhados na rede. O módulo foi desenvolvido com o auxílio da API SNMP4J. Palavras-chaves Gerenciamento redes, API SNMP4J, SNMP, gerenciamento de redes com java. I. INTRODUÇÃO O gerenciamento de uma rede local de computadores mostra-se uma tarefa cada vez mais importante, pois permite tanto a prevenção quanto o diagnóstico dos equipamentos existentes na rede garantindo um funcionamento o mais próximo possível do ideal. Tendo em vista a importância de seus serviços, as redes têm sido usualmente controladas por técnicos especialistas que possuem a responsabilidade de instalar, configurar, monitorar e resolver os seus problemas. Por isso, o gerenciamento de redes pode ser definido como operação, administração, manutenção e provisionamento (OAM&P) de serviços de rede [7]. O objetivo maior do gerenciamento de redes é garantir que os usuários tenham acesso aos serviços de que necessitam com a qualidade esperada. Alguns dos objetivos almejados na gerencia de redes: garantir sua disponibilidade, reduzir os custos operacionais, aumentar a flexibilidade de operação e integração das redes, permitir facilidades de uso e garantir características de segurança [4]. Este trabalho tem como cerne o estudo da arquitetura de gerenciamento de redes já conhecida e amplamente utilizada com o uso de protocolo SNMP que possui como características a simplicidade e a praticidade na gerência de uma rede de computadores; além da implementação de um módulo de gerenciamento escrito na linguagem de programação JAVA com o auxílio da API SNMP4J. Inicialmente o trabalho abordará um tópico destinado ao Referencial Teórico que apresentará um estudo da arquitetura de gerenciamento amplamente utilizada. Tratará das principais características do protocolo SNMP e a estrutura de dados MIB utilizada como fonte de informações nas consultas de gerenciamento. Em seguida será apresentado a API SNMP4J utilizada no desenvolvimento do módulo de gerenciamento de uma pequena rede de computadores. Será mostrada as classes principais utilizadas no módulo de gerencia além de outras características extensíveis da API. Após isso, o módulo de gerência será mostrado. Tanto sua interface quanto as respostas serão exibidas através de figuras. II. REFERENCIAL TEÓRICO A. Arquitetura de Gerenciamento A arquitetura de gerenciamento consiste em um esquema centralizado, isto é, uma estação (host) é configurada como gerente e os demais elementos da rede desempenham o papel de agentes. Um agente serve de procurador para aqueles equipamentos que não implementam o SNMP. Cada agente possui uma MIB que contém as variáveis relativas aos objetos gerenciados. O modelo genérico compreende três componentes: um conjunto de objetos gerenciados, correspondente a um agente e uma MIB associada; uma estação de gerenciamento de rede; um protocolo de gerenciamento de rede que é usado pela estação gerente e pelos agentes ma troca de informações de gerenciamento. Fig. 1. Estrutura genérica de gerenciamento. B. Simple Network Management Protocol SNMP O SNMP é o protocolo de gerência de redes padrão do IETF (Internet Engineering Task Force) e se tornou padrão de fato para o gerenciamento de redes IP. Ele já evoluiu do SNMPv1 para o SNMPv2 e chegou à sua versão mais recente, o SNMPv3 [RFC 3410], lançada em abril de 1994 e atualizada em dezembro de 2002 [2]. Ele é um protocolo pertencente à camada de aplicação da arquitetura OSI [8] e utiliza na camada de transporte os serviços do protocolo UDP para enviar suas mensagens através da rede IP. Cada dispositivo gerenciado é chamado de nodo gerenciado.
1) Agente SNMP: O protocolo SNMP define duas entidades para o gerenciamento, as quais trocam informações entre si através de requisições do tipo cliente-servidor. O gerente SNMP (cliente) realiza basicamente duas operações: a leitura de valores (get) para o monitoramento do dispositivo gerenciado e a escrita (set) onde for possível efetuar a alteração de valores deste dispositivo. O agente SNMP (servidor) fica então responsável por responder às solicitações do gerente e alterar as informações quando solicitada tal operação, além de notificar o gerente (trap) no caso de ocorrer alguma exceção. O funcionamento desta estrutura só é possível graças ao acesso direto à MIB (Management Information Base) que o agente possui, pois todas as informações de gerência encontram-se lá [1]. Ao receber uma mensagem SNMP do gerente, o agente identifica que operação está sendo requisitada e qual(is) a(s) variável(is) relacionada, e a partir daí executa a operação sobre a MIB; em seguida, monta uma nova mensagem de resposta, que será enviada ao gerente. Cabe ao agente um papel fundamental em todo o processo de gerenciamento da rede, acessando e disponibilizando informações de gerência contidas na MIB, além de indicar situações inesperadas de funcionamento do dispositivo que estiver gerenciando através do envio de trap ao gerente. 2) Gerente SNMP: O gerente é uma aplicação em execução em uma estação de gerenciamento. Essa aplicação é capaz de monitorar os agentes através de requisições de informações contidas na base de informações de gerenciamento e de alterar as características dos nodos gerenciados, informando novos valores ao agente. Fig. 2. Relacionamento entre gerente e agente baseado no modelo TCP/IP 3) Mensagens SNMP: Essas mensagens SNMPv2 são definidas por sete tipos de mensagens, conhecidas genericamente por PDUs (Protocol Data Unit) conforme a tabela abaixo. TABELA I TIPOS DE PDUS SUPORTADAS PELO SNMPV2 [2]. Tipo de Remetente-receptor Descrição SNMPv2 - PDU GetRequest Pega o valor de uma ou mais instâncias de objetos MIB. GetNextRequest Pega o valor da próxima GetBulkRequest InformRequest SetRequest instância de objetos MIB na lista ou tabela. Pega valores em grandes blocos de dados, por exemplo, valores em uma grande tabela. Informa à entidade gerenciadora remota valores da MIB que são remotos para seu acesso. Define valores de uma ou mais instâncias de objetos MIB Response SNMPv2 Trap Agente a gerente ou gerente a gerente Agente a gerente Gerada em resposta a todas descritas acima. Informa ao gerente um evento excepcional. As PDUs GetRequest e GetNextRequest serão utilizadas pelo gerente quando este desejar realizar uma leitura de dados, enquanto que a PDU SetRequest é utilizada pelo gerente para solicitar uma alteração do dado referente a algum objeto. Por sua vez, o agente responderá a uma solicitação do gerente utilizando a PDU GetResponse e tomará a iniciativa de enviar interrupções ao gerente através da PDU Trap, quando ocorrer uma condição de exceção que justifique essa notificação. A definição do SNMP prevê uma autenticação que deve ser feita ao trocar informações utilizando o protocolo. Essa autenticação é realizada através da string de comunidade (informada por quem está tomando a iniciativa no envio de informações). A comunidade pode ser diferente para leitura, escrita e envio de traps. Se a comunidade for informada incorretamente, o agente não responderá a solicitação do gerente. As mensagens enviadas pelos gerentes são escutadas pela porta UDP 161 no lado dos agentes, enquanto que as notificações geradas pelo agente são enviadas pela porta 162. 4) Management Information Base (MIB): A MIB pode ser imaginada como um banco virtual de informações que guarda objetos gerados cujos valores, coletivamente, reflete o estado atual de rede [2]. Um objeto gerenciado é a visão abstrata de um recurso real do sistema. Assim, todos os recursos da rede que devem ser gerenciados são modelados, e as estruturas dos dados resultantes são os objetos gerenciados. Os objetos gerenciados podem ter permissões para serem lidos ou alterados, sendo que cada leitura representará o estado real do recurso e, dada alteração também será refletida no próprio recurso. Os valores dos objetos gerenciados podem ser consultados e/ou definidos por uma entidade gerenciadora por meio do envio de mensagens SNMP ao agente que está rodando em um dispositivo gerenciado em nome da entidade gerenciadora [2]. Basicamente são definidos três tipos de MIBs: MIB II, MIB experimental, MIB privada. A MIB II, que é considerada uma evolução da MIB I, fornece informações gerais de gerenciamento sobre um determinado equipamento gerenciado. Através das MIB II podemos obter informações como: número de pacotes transmitidos, estado da interface, entre outras. A MIB experimental é aquela em que seus componentes (objetos) estão em fase de desenvolvimento e teste, em geral, eles fornecem características mais específicas sobre a tecnologia dos meios de transmissão e equipamentos empregados. MIB privada é aquela em que seus componentes fornecem informações específicas dos equipamentos gerenciados, como configuração, colisões e também é possível reinicializar, desabilitar uma ou mais portas de um roteador.
Na MIB, os objetos gerenciados são representados por variáveis que estão dispostas em uma estrutura hierárquica (árvore) onde os objetos logicamente estão relacionados. Ela não guarda valores de instância, desta forma quando um gerente requisita uma instância, cabe ao agente realizar a consulta ao nodo e transmitir o valor correspondente. Fig. 3. Estrutura em árvore da MIB Antes que qualquer objeto possa ser lido ou possa ser escrito, o nome comunitário do SNMP deve ser conhecido. Estes nomes comunitários são configurados pelo administrador, e podem ser vistos como senhas necessárias para anexar dados ao SNMP. No sentido exato, nomes comunitários existem para permitir que partes da MIB no SNMP, e subconjuntos de objeto sejam referenciados. Como o termo comunitário é requerido, espera-se que o verdadeiro propósito destes valores sejam identificar comunitariamente entre os objetos SNMP configurados. Porém, é prática comum fazer estes nomes comunitários limitarem o acesso da capacidade do SNMP para usuários sem permissão. 5) Formato da Mensagem: No SNMP, as informações são trocadas entre os gerentes e agentes na forma de mensagens. Cada mensagem possui duas partes, um cabeçalho e uma Protocol Data Unit (PDU). O cabeçalho inclui um número de versão (version) que indica a versão do SNMP e um nome de comunidade (community). O nome comunitário possui duas funções: primeiro, o nome de comunidade define um dispositivo de acesso para um grupo de NMS. Segundo aqueles dispositivos cujo nome de comunidade são desconhecidos são excluídos de operações SNMP. Os gerentes também podem utilizar o nome comunitário como uma forma de autenticação. O campo PDU pode conter qualquer um dos sete tipos de PDU utilizados pelo SNMPv2. Esta estrutura pode ser visualizada na figura abaixo. C. API SNMP4J Fig. 4. Formato da Mensagem SNMP. O SNMP4J é uma API open source, liberada sob a licença Apache [5]. Apresenta suporte ao envio e recebimento de mensagens SNMP. A API oferece características como: Autenticação MD5 e SHA para SNMPv3; Privacidade DES, AES 128, AES 192 e 256 AES; Suporte a todos os tipos de PDUs; Apoio a multithread; Suporte tanto a geração de comandos como o envio de respostas a esses comandos; Logging baseados em Log4J; Mapeamento de transporte acoplável. UDP e TCP são suportados; entre outos. Processo de envio de uma mensagem SNMP do tipo get, utilizando SNMP4J, descrito sistematicamente: 1. Definição da versão e tipo SNMP; 2. Definição da OID a ser consultada; 3. Definição do host e a porta de comunicação; 4. Criação da Sessão SNMP e definição do protocolo de transporte; 5. Instanciação do objeto de Target; 6. Instanciação do objeto de PDU; 7. Envio da mensagem; 8. Exibição da resposta e 9. Fechamento da Sessão SNMP. III. DESENVOLVIMENTO DO MÓDULO O módulo de gerência de redes foi desenvolvido em linguagem de programação JAVA com o auxílio da API SNMP4J. O objetivo do módulo é, através do protocolo SNMP, obter dados de gerencia de máquinas em uma rede local. Esses dados são monitorados pelo gerente da rede que toma as devidas providências de acordo com os dados obtidos. O módulo é capaz de monitorar diversos equipamentos de forma centralizada servindo como ferramenta na análise de funcionamento da rede. A primeira etapa na elaboração foi o estudo das tecnologias existentes e a escolha da que mais se adéqua às necessidades do projeto. A API SNMP4J foi escolhida por apresentar diversas características relevantes, sendo que a mais notável delas é a independência de plataforma, já que por ser escrita em linguagem JAVA, permite que qualquer estação que contenha a máquina virtual Java sirva como um gerente na aplicação. A API SNMP4J fornece classes necessárias para o gerenciamento de uma rede de forma simples. O módulo desenvolvido utilizou-se das classes disponíveis na API para a troca de mensagens de gerenciamento SNMP. O módulo é composto por classes que permitem efetuar consultas a equipamentos previamente castrados. Dentre elas a mais importante é a SnmpUtil, que dispõe de métodos que se comunicam diretamente com a API SNMP4J. Logo, a classe SnmpUtil invoca as classes da API SNMP4J que por sua vez é cuida de todos os detalhes de implementação para que as consultas e respostas SNMP sejam efetuadas.
No diagrama de classes da figura mostramos como as classes do módulo estão interligadas, e os principais métodos que cada classe possui. 2) Consulta de informações de Equipamento: Na consulta de gerenciamento, o usuário seleciona o equipamento cadastrado em uma lista suspensa e pressiona o botão Buscar de acordo com a figura. Logo em seguida, as OIDs cadastradas do equipamento serão exibidas. Fig. 5. Diagrama de Classe do módulo Para tanto, é necessário que o serviço SNMP esteja instalado na máquina ou que um agente SNMP esteja embutido e executando em um equipamento. O Anexo 1 mostra passo a passo a instalação e configuração do serviço SNMP em plataforma Windows XP. Nas Referencias Bibliográficas há uma indicação de um tutorial de configuração do serviço na plataforma Linux [6]. O módulo foi desenvolvido já com a premissa de que o serviço SNMP já esteja instalado e configurado nos equipamentos de rede que serão gerenciados. IV. ANÁLISE DOS RESULTADOS Fig. 7. Tela de Consulta de Equipamentos. O usuário então seleciona a OID do equipamento que deseja obter informações. Lembrando que as OIDs que aparecerão serão somente as cadastradas para o equipamento selecionado. Após isso, pressionando o botão Consultar, a Classe SnmpUtil será instanciada comunicando-se com a API, que por sua vez consulta o equipamento informado e obtém a resposta do agente executando no equipamento. Essa resposta por sua vez é exibida na interface do módulo de gerenciamento. Este trabalho teve como resultado um módulo simples de gerenciamento de redes onde o é possível que o usuário, gerente da rede, efetue a consulta aos equipamentos de rede cadastrados no sistema. Essas consultas são orientadas por uma interface amigável e intuitiva, onde o usuário informa o equipamento e o objeto a ser monitorado, logo em seguida observa a resposta da consulta. 1) Cadastro de Equipamento: O usuário entra com os campos que descrevem o equipamento e ainda define os objetos gerenciados OID que poderão ser consultadas utilizando o módulo de gerenciamento. Os dados equipamentos-oid são armazenados no banco de dados MySQL. Fig. 8. Tela de Resposta a Consulta de Equipamentos. No exemplo exposto pela figura, a OID consultada foi a SysUpTime, que define a quanto tempo o equipamento está ligado. O módulo obteve como resposta o número da OID e seu valor 0:55:02:25, ou seja, aproximadamente 55 minutos. Note que outras informações também são exibidas como resposta, apenas para efeito de informação ao gerente. V. OBSERVAÇÕES FINAIS Fig. 6. Tela de Cadastro de Equipamentos. O gerenciamento de dispositivos em uma rede local se mostra como uma tarefa de importância cada vez maior para
permitir o funcionamento quase ideal de uma rede. Além disso, a quantidade de equipamentos que podem ser gerenciados tende a aumentar continuamente e, aliada a isto, está a necessidade de simplificar o processo de gerência. Assim, o protocolo SNMP (Simple Network Management Protocol) pode ser usado para o gerenciamento dos dispositivos conectados a uma rede local de forma simples e direta. Este protocolo constitui atualmente um padrão operacional de fato, e grande parte do seu sucesso se deve a sua simplicidade. Outro aspecto importante é a sua capacidade de gerenciar redes heterogêneas constituídas de diferentes tecnologias, protocolos e sistemas operacionais. Dessa forma, o SNMP é capaz de gerenciar redes Ethernet, Token Ring que conectem PCs, Apple Machintosh, estações SUN e outros tipos de computadores. A API SNMP4J constitui-se de uma ferramenta na construção de aplicações de gerenciamento robustas por apresentar diversas características importantes além de utilizar uma tecnologia que permite a independência de plataforma como é o caso da tecnologia JAVA. O módulo desenvolvido uniu o protocolo padrão de gerenciamento, como é o caso do SNMP, a tecnologia SNMP4J apresentando resultados satisfatórios. O próximo passo a ser dado será a migração de aplicação desktop à aplicação Web, seguindo a tendência atual de desenvolvimento. REFERÊNCIAS [1] F Chisane. Gerenciamento de redes SNMP. 02/2000. Disponível em: <http://www.inf.ufgrs.br/~chisane>. Acessado em outubro, 2008. [2] J F Korose, K W Ross. Rede de Computadores e a Internet. 3ª edição. Addison-Wesley, 2006. 656p. [7] D Mauro, K Schmidt. Essential SNMP, Second Edition. Editora O'Reilly, 2005. [4] C Melchiors. Raciocínio Baseado em Casos Aplicado ao Gerenciamento. Porto Alegre, 1999. 151p. Dissertação de Falhas em Redes de Computadores (Mestrado em Ciência da Computação) Universidade Federal do Rio Grande do Sul. [5] SNMP4J. The SNMP API for Java. Disponível em: < http://www.snmp4j.org/>. Acessado em: outubro, 2009. [6] SNMPLINUX, Instalando e configurando SNMP e MRTC no Linux. Disponível em : < http://www.vivaolinux.com.br/artigo/instalando-econfigurando-snmp-e-mrtg-no-linux/>. Acessado em outubro, 2009. [7] M Subramanian. An Introduction to Principles and Network Management Practice. Massachusetts: Addison Wesley, 2000. 644p. [8] A S Tanenbaum. Redes de Computadores.3.ed. Rio de Janeiro: Campus, 1997. 923p.