Gerenciamento de Chamadas e de Gatekeeper em Ambiente VoIP Utilizando Objetos da MIB ITU-T H.341 Estendida Ana Flávia Marinho de Lima, Francisco Raphael Ribeiro José Neuman de Souza Universidade Federal do Ceará Resumo:. Monitorar as chamadas controladas por um gatekeeper no ambiente de voz sobre IP (VoIP) é de grande importância para se obter informações sobre as mesmas na rede. As informações obtidas serão valiosas para detectar algum problema que poderá surgir em relação às chamadas. A ITU-T padronizou a MIB H.341, que contêm grupos de objetos que proporcionarão o gerenciamento e monitoramento de chamadas VoIP. Este artigo vem propor o desenvolvimento de um agente que implementa a MIB H.341 (RAS e Gatekepeer) para o gerenciamento das chamadas com uso de um gatekeeper no ambiente de voz sobre IP. Palavras-chave: Voz sobre IP, Gatekeeper, Agente, MIB, Gerência. Introdução Voz sobre IP (VoIP) é uma tecnologia que permite a transmissão de voz humana utilizando a Internet como meio de comunicação entre pessoas no mundo inteiro. A grande contribuição que VoIP permite aos usuários é a significativa redução de custo na comunicação de longa distância entre pessoas. Como a localização do usuário é transparente pelo uso da Internet, o custo de uma chamada usando essa tecnologia não é calculado pela distância entre os pontos chamado e chamador. Para as redes de VoIP existem alguns protocolos que são responsáveis pela sinalização das chamadas, sendo eles a recomendação H.323 - ITU-T (International Telecommunication Union - Telecom Standardization Sector) [ITU-T H.323], SIP (Session Initiation Protocol) do IETF (Internet Engineering Task Force) [IETF SIP] e a recomendação H.248.1 do ITU-T [ITU-T H.248.1]. Cada um deles contém sua própria arquitetura e conjunto de entidades que são responsáveis pela sinalização na rede.
32 Rev. Cient. Fac. Lour. Filho - v.4, n.1, 2005 O gerenciamento nas redes VoIP também se faz necessário, principalmente por se tratar de uma rede com transmissão em tempo real, característica que deve ser levada em consideração quando o serviço é disponibilizado aos usuários, que estimam tê-lo sempre apto ao uso. A ITU- T padronizou a MIB H.341 [ITU-T H.341], que contém um conjunto de MIBs (Management Information Base) para o gerenciamento nos sistemas multimídia baseados no H.323. Cada uma dessas MIBs contém um conjunto de objetos responsáveis por retornar alguma informação relevante ao módulo implementado. Este artigo apresenta a proposta de desenvolvimento de um agente de gerência para o monitoramento do gatekeeper (entidade H.323 responsável por autorizar ou não uma chamada entre os dispositivos H.323) e chamadas, na rede VoIP da RNP/UFC. Para alcançar esse objetivo, está sendo desenvolvida uma base de informações para esse agente, onde os objetos gerenciados foram especificados pela MIB ITU-T H.341 (RAS e Gatekeeper) e nessa mesma base de informações também está sendo estendido um grupo de objetos que retornam informações (hora, delay, fator R, MOS e número de pacotes perdidos) sobre a qualidade das chamadas. A próxima seção comenta alguns dos trabalhos relacionados à pesquisa realizada para a confecção deste artigo. A seção 3 descreve a sinalização H.323 e os elementos envolvidos na arquitetura. A seção 4 apresenta a proposta de gerenciamento em VoIP, baseado na implementação da MIB ITU-T H.341 estendida. Por fim, a seção 5 apresenta as conclusões e trabalhos futuros. 1 TRABALHOS RELACIONADOS Alguns trabalhos sobre gerenciamento nas redes de voz sobre IP foram desenvolvidos baseados no protocolo de sinalização H.323. [COSTA 2003] realizou todo um levantamento de um ambiente de gerência, analisando as possíveis MIBs a serem implementadas, inclusive a MIB ITU-T H.341, que é um dos objetos do presente artigo. Também, descreveu um modo de operação de tarifação e ainda uma proposta de ferramenta de gerência para as redes VoIP.
Rev. Cient. Fac. Lourenço. Filho - v.4, n.1, 2005 33 Um estudo sobre duas ferramentas que monitoram a avaliação da qualidade de redes VoIP de forma ativa e passiva foi realizada por [DAVID 2003]. A ferramenta ativa já se encontra implementada e em uso no NCE - Núcleo de Computação Eletrônica da UFRJ. A arquitetura da ferramenta passiva foi descrita em detalhes, de forma a auxiliar no desenvolvimento do módulo ferramenta de coleta do ambiente de gerência do presente trabalho. Uma ferramenta de medição de qualidade de chamada baseada no Modelo E estendido foi desenvolvida por [CARVALHO 2004], onde as informações retornadas sobre a qualidade da fala estão sendo utilizadas para compor um novo grupo de objetos na MIB H.341. 2 PROTOCOLO DE SINALIZAÇÃO H.323 O padrão H.323 provê uma base para comunicação de dados, vídeo e áudio através de redes de pacotes comutados (onde se destaca, particularmente, a tecnologia IP). H.323 é uma recomendação do ITU-T que agrupa padrões para comunicação multimídia sobre redes que não provêem qualidade de serviço (QoS - Quality of Service). O trabalho com o H.323v1 começou em maio de 1995, sendo que essa versão foi aprovada em junho de 1996. A versão 2 foi aprovada em fevereiro de 1998 com três anexos: mensagem H.245 usadas pelos pontos finais H.323; procedimentos para codecs de vídeo em camadas, H.323 sobre ATM (Asynchronous Transfer Mode). A versão 3 foi aprovada em setembro de 1999, trazendo três novos anexos: comunicação entre domínios administrativos diversos com o H.225, um novo mecanismo de sinalização de chamadas com base no protocolo UDP; a especificação de um subconjunto do H.323 possível de ser implementado em dispositivos de pequeno porte. O trabalho com o H.323v4 foi concluído em novembro de 2000, trazendo melhorias em aspectos de confiabilidade, escalabilidade e flexibilidade [HERSENT 2002]. O H.323 é uma especificação "guarda-chuva" que descreve de maneira completa a arquitetura e a operação de um sistema de videoconferência sobre uma rede de pacotes. Este protocolo não é específico para o IP: há seções no uso do H.323 sobre IPX/SPX ou ATM. O H.323, por si, apenas provê a concepção de sistema e da forma como sistemas de comunicação
34 Rev. Cient. Fac. Lour. Filho - v.4, n.1, 2005 multimídia devem trabalhar. Pelo fato de ser o padrão mais antigo na área, o H.323, particularmente, ainda influencia fortemente na concepção dos sistemas. O padrão define o protocolo de registro, admissão e status (RAS - Resgistration/Admission/Status) para roteamento de chamada, através do protocolo H.225, responsável pelos recursos necessários para preparar chamadas e através do protocolo H.245, que é o responsável pelos mecanismos necessários para troca de capacidades e negociação de recursos. O protocolo de sinalização H.323 é baseado no protocolo Q.931, Integrated Services Digital Network (ISDN), que permite fácil operabilidade com as redes de voz legadas como PSTN (Public Switched Telephone Network) ou SS7 (Signalling System Nº. 7), e isso pode ser visto como uma vantagem do sistema, já que na sua integração com sistemas telefônicos tradicionais fica simplificada - entretanto, a própria complexidade do protocolo impõe limites de escalabilidade que contrapõem essa facilidade. O padrão H.323 especifica um sistema composto por Terminais, Gatekeeper, Unidades de Controle Multiponto (MCU) e Gateway [BALBINOT 2003]. 2.1 Terminais São os clientes ou pontos finais da comunicação. O terminal H.323 equivale a um telefone incrementado com uma série de funcionalidades, que embute obrigatoriamente recursos para a transmissão de áudio e, opcionalmente, pode incluir recursos para a transmissão de vídeo e o compartilhamento de dados. Os terminais são configurados com uma interface de rede e são operados diretamente pelo usuário. Todos os terminais precisam implementar o protocolo H.225, que define um conjunto de mensagens para a sinalização das chamadas (Q.931) e para a comunicação com o gatekeeper (RAS). A sinalização é utilizada para o estabelecimento (setup), término (teardown) e controle de chamadas. Outro protocolo necessário é o H.245, utilizado na sinalização dos canais de mídia, pelos quais são negociadas as capacidades suportadas pelos dois dispositivos H.323 e iniciados os canais lógicos por onde serão transmitidos os fluxos de mídia. O terminal deve dar suporte ainda aos protocolos RTP (Real-Time Transport Protocol) e RTCP (RTP Control Protocol), utilizados para a transmissão da mídia e para o monitoramento da qualidade da chamada, respectivamente, conforme RFC 3550 [IETF RTP].
Rev. Cient. Fac. Lourenço. Filho - v.4, n.1, 2005 35 2.2 Gatekeeper GK Entidade H.323 responsável por manter o registro dos clientes, capaz de encontrar um cliente registrado em outro GK. É o principal elemento na arquitetura H.323. Estabelece quando os dispositivos podem iniciar ou receber chamadas. A arquitetura H.323 utiliza o conceito de zona, como apresenta a Figura 1, que compreende um GK e todos os dispositivos H.323 que este controla. O GK deve prover a todos os dispositivos registrados os serviços de controle de admissão (admission control), tradução de endereços (address translation) e controle de largura de banda (bandwidth control). Qualquer chamada realizada a partir de terminais e gateways deve ser autorizada pelo GK. Quando o destino da chamada é um dispositivo de outra zona, o GK remoto deve ser localizado para que possam ser obtidas informações sobre este dispositivo. Dois métodos podem ser utilizados com este objetivo: para apelidos tipo H.323 ID, deve ser utilizado o serviço DNS, e para endereços E.164, mensagens RAS (LRQ - Location request). Zona local H.323 PBX Gateway RAS Gatekeeper Terminal MCU Figura 1 (descrição da figura-modelo 1) A sinalização de chamadas (H.225), o controle de canais de mídia (H.245) e os próprios canais de mídia (RTP/RTCP) são normalmente estabelecidos diretamente entre o dispositivo que realiza a chamada e o dispositivo chamado, após receber a confirmação do pedido de admissão do gatekeeper [COSTA 2003].
36 Rev. Cient. Fac. Lour. Filho - v.4, n.1, 2005 2.3 Unidade de Controle de Multiponto MCU Contém função de controle para suporte a conferências entre três ou mais pontos terminais em uma conferência multiponto. O MCU consiste de um Multipoint Controller MC, e de zero ou mais Multipoint Processors MP. O MC manipula a negociação H.245 com todos os dispositivos que participam de uma conferência, identificando as capacidades de áudio e vídeo comum a todos, determinando assim o modo de comunicação a ser adotado. O protocolo H.245 é utilizado ainda para verificar se os dispositivos envolvidos suportam comunicação multicast. Cada conferência estabelecida é associada somente a um MC. Cada dispositivo H.323 estabelece uma sessão bidirecional com o MC. O MP é responsável por converter a mídia para diferentes formatos, por exemplo, de G.711 para G.723.1, ou por combinar o áudio proveniente de várias fontes, transmitindo o fluxo combinado para todos os dispositivos [COSTA 2003]. 2.4 Gateway O gateway realiza funções como a tradução da sinalização utilizada para o estabelecimento e término de chamadas e a conversão do formato da mídia de uma rede para outra. Este dispositivo é tratado na rede H.323 como mais um terminal H.323, implementando os protocolos para a sinalização de chamadas (H.225), sinalização de canais de mídia (H.245) e transmissão da mídia (RTP/RTCP) e chamadas realizadas com outros gateways, terminais ou MCUs. Em redes VoIP, os gateways são configurados com portas de voz para conexão a PBXs e comutadores de telefonia. Várias alternativas de conexão são possíveis, variando conforme o tipo de porta disponível no PBX e no gateway. O uso de dois ou mais gateways permite a realização de chamadas entre ramais de PBXs diferentes, utilizando-se a rede IP como transporte, em substituição à rede de telefonia pública.
Rev. Cient. Fac. Lourenço. Filho - v.4, n.1, 2005 37 3 PROPOSTA DE GERENCIAMENTO UTILIZANDO A MIB ITU-T H.341 ESTENDIDA Com a implementação das redes VoIP, surge a necessidade de um gerenciamento para que o serviço apresente uma qualidade que justifique o seu uso. A monitoração do sistema para que falhas que possam ocorrer sejam identificadas e corrigidas rapidamente é importante para manter a disponibilidade do sistema. O gerenciamento em voz sobre IP deve prover os recursos necessários para manter a funcionalidade do serviço com uma qualidade adequada, procurando atender as cinco áreas funcionais de gerenciamento de redes: falhas, contabilidade, desempenho, configuração e segurança, descritas em [STALLINGS 1999]. O monitoramento de falhas é importante para manter a disponibilidade do sistema, que deve estar sempre apto ao uso, principalmente no caso de aplicação como a de voz sobre IP. Se o serviço for tarifado, o gerenciamento de contabilidade será útil para fazer um levantamento sobre o uso do serviço, possibilitando ao gerente da rede elaborar um plano tarifário. A área de configuração trata das funções que identificam os elementos da rede e exerce controle sobre os mesmos. No caso de VoIP, monitorar os elementos da rede é de extrema importância para manter o serviço sempre disponível. A função de desempenho interage com a de falhas, através de indicativos de problemas provenientes de análises estatísticas coletadas, e com a de configuração, de forma que alterações possam ser realizadas decorrentes das conclusões derivadas da análise das informações coletadas. Na avaliação da qualidade é importante definir métricas que reflitam o desempenho da rede e de seus componentes e a metodologia de coleta e os valores limites para a classificação da qualidade [COSTA 2003]. A segurança em voz sobre IP é um dos quesitos que mais preocupam o usuário final. Para isso, o controle de acesso baseado em autenticação é um dos meios utilizados para tentar garantir que somente pessoas autorizadas tenham acesso ao serviço. Em se tratando da segurança da voz sendo transmitida no meio, o uso de criptografia na sinalização das chamadas (H.245) e nos codecs de áudio torna a escuta difícil de ser realizada.
38 Rev. Cient. Fac. Lour. Filho - v.4, n.1, 2005 Para gerenciar dispositivos em redes IP, utiliza-se o protocolo SNMP (Simple Network Management Protocol) [Net-SNMP]. Este protocolo tornou-se padrão para o gerenciamento na Internet e oferece aos usuários um conjunto simples de operações que permitem o gerenciamento remoto dos dispositivos, tendo sido especificado em três versões: SNMPv1, SNMPv2 e SNMPv3 [STALLINGS 1999], [MAURO 2001]. O SNMP é utilizado pelo gerente para a coleta das informações disponíveis na MIB dos agentes. Este protocolo utiliza o mecanismo de requisição/resposta (polling), pelo qual, através de operações periódicas, são recolhidas as informações necessárias ao monitoramento dos agentes, ou alteradas as condições de operação dos nós [COSTA 2003]. 3.1 Recomendação ITU-T H.341 A recomendação ITU-T H.341, publicada em 1999 com a versão 3 do protocolo H.323, definiu um conjunto de MIBs para o gerenciamento de sistemas multimídia baseados nos protocolos H.323 e H.320, conforme Tabela 1. Tabela 1 Aplicação dos módulos MIB H.341 por tipo de dispositivo H.323. Fonte: [ITU-T H.341]. Mandatório Mandatório se o módulo estiver instalado Terminal Gatekeeper MCU Gateway Callsignalling RAS Callsignalling Callsignalling H.245 Gatekeeper H.245 Gateway Terminal MC RTP RTP RTP RAS Callsignalling RAS RAS MC H.245 MP MC MP MC MP MP RTP O objetivo das MIBs apresentadas na Tabela 1 é padronizar as informações de gerenciamento disponíveis em sistemas de conferência multimídia, apresentando objetos que podem ser utilizados para fins de gerenciamento de falhas, desempenho e configuração.
Rev. Cient. Fac. Lourenço. Filho - v.4, n.1, 2005 39 O uso dessa MIB é opcional. Portanto, se for implementada em um dispositivo, deve ser dado suporte a todos os módulos pertinentes. Os módulos mandatórios devem ser implementados nos dispositivos referenciados [ITU-T H.341]. Como o objetivo deste artigo é apresentar um agente que monitore as chamadas e a configuração do gatekeeper em uso, apenas as MIBs do módulo Gatekeeper (RAS e Gatekeeper) serão apresentadas. 3.1.1 MIB RAS Apresenta informações relativas à sinalização RAS H.225, sendo organizada em 5 grupos funcionais: rasconfiguration(1), rasregistration(2), rasadmission(3), rasstatus(4) e rasevents(5). No grupo rasconfiguration(1) são definidas variáveis que descrevem como o dispositivo H.323 opera e em qual gatekeeper tentará se registrar. No caso de gatekeepers, apresenta informações sobre a própria configuração. O grupo rasregistration(2) apresenta informações sobre os dispositivos registrados no gatekeeper, incluindo endereços IP, portas de sinalização de chamadas e apelidos. O grupo rasadmission(3) identifica as chamadas permitidas pelo gatekeeper, indica o endereço IP e as portas TCP utilizadas para a sinalização de chamada do dispositivo que inicia a chamada e do chamado, a indicação de quem iniciou a chamada e o tempo de admissão. Os identificadores de chamadas (ConferenceID, CallReference Value e Call Identifier) são apresentados, os quais permitem reunir todas as informações sobre a chamada nos gateways, gatekeepers, terminais e mensagens de sinalização associadas à chamada. O grupo rasstats(4) apresenta contadores que permitem diagnosticar problemas em pedidos de registro e de admissões no gatekeeper e estatísticas das mensagens RAS enviadas e recebidas. O grupo rasevent(5) apresenta valores que identificam a razão para uma admissão rejeitada. O único evento previsto à sinalização RAS é o admissionreject. Caso seja habilitado no dispositivo, notificações são enviadas para a estação de gerenciamento quando um pedido de admissão é rejeitado, indicando o motivo.
40 Rev. Cient. Fac. Lour. Filho - v.4, n.1, 2005 3.1.2 MIB Gatekeeper Esta MIB apresenta informações relativas ao gatekeeper divididas em 6 grupos: h323gatekeeperzone(1), h323gatekeepersystem(2), h323gatekeeperconfiguration(3), h323gatekeeperstatistic(4), h323gatekeepercontrols(5) e h323gatekeepernotifications(6). O grupo de objetos h323gatekeeperzone(1) apresenta informações relacionadas às zonas local e remota a que o gatekeeper está associado, incluindo o nome da zona, endereço IP do gatekeeper, largura de banda máxima que pode ser alocada para todas as chamadas na zona, largura alocada às chamadas ativas e o número de admissões ARQs aceitas e rejeitadas na zona local. Os objetos dos grupos h323gatekeeper4system(2) e h323gatekeeperconfiguration(3), apresentam variáveis sobre versões de hardware e software, localização e fabricante do dispositivo e se está habilitando o envio de notificações associadas ao grupo. O grupo h323gatekeeperstatistic(4) apresenta um contador indicando a quantidade de erros no GK e os objetos definindo o erro mais recente, que podem ser utilizados na verificação de problemas associados ao gatekeeper. Os erros incluídos neste grupo são somente os relativos ao dispositivo, não incluem erros associados às chamadas. O grupo de objetos h323gatekeepercontrols(5) pode receber comandos remotos para controle do gatekeeper (Restart, shutdown e reset statistic). E por fim, o grupo h323gatekeepernotifications(6) sinaliza as notificações previstas que são enviadas nas mudanças no estado operacional do gatekeeper (h323gatekeeperstart e h323gatekeepergoingdown) ou na ocorrência de um erro (h323gatekeepererror). No caso de erros, são indicadas a severidade (critical, minor, major e warnin) e a provável causa do mesmo. 3.2 Objetos a serem estendidos Com a implementação do módulo Gatekeeper da MIB H.341 é possível obter um melhor monitoramento das chamadas e configuração do gatekeeper em uso na rede local. Embora sejam várias as informações retornadas pelos grupos de objetos RAS e Gatekeeper, os mesmos não abrangem todas as necessidades para um bom gerenciamento da rede VoIP, principalmente
Rev. Cient. Fac. Lourenço. Filho - v.4, n.1, 2005 41 quando se pretende obter informações sobre a qualidade das chamadas, quesito não abordado pelos grupos em questão. Para suprir essa necessidade, está sendo criado na MIB RAS um grupo de cinco objetos que irão retornar para a estação de gerência as informações referentes à qualidade das chamadas. Esses objetos são: hora, delay, fator R e MOS (explicados mais adiante), número de pacotes perdidos (por perda na rede ou por descarte do buffer de compensação de jitter). As informações referentes aos quatro primeiros objetos já podem ser colhidas e observadas através da ferramenta de medição de qualidade de chamada desenvolvida por [CARVALHO 2004], porém, o objeto que está relacionado a número de pacotes perdidos está sendo adicionado como contribuição ao trabalho da extensão da MIB. A análise de número de pacotes perdidos por perda na rede ou por descarte no buffer de compensação de jitter, facilita o diagnóstico do gerente em relação a problemas de perda, sendo as causas e as possíveis soluções tratadas de modos diferenciados, dependendo do tipo de perda ocorrida. A ferramenta desenvolvida permite controlar a qualidade das chamadas baseadas no Modelo E estendido, revisado em [LUSTOSA 2004]. Este modelo permite que a qualidade subjetiva de uma conversa seja avaliada como ela seria percebida por um usuário, associando cada fator de degradação na qualidade de voz percebida a um valor denominado fator prejuízo. Por sua vez, o fator prejuízo é processado pelo modelo E, que fornece como saída uma avaliação R entre 0 e 100. O valor R pode ser mapeado em um valor MOS (Mean Opinion Score índice de opinião médio). A Tabela 2 apresenta as escalas MOS de avaliação de qualidade da fala, e na Figura 2 apresenta-se o cenário para a geração e coleta de informações de entrada para o Modelo E.
42 Rev. Cient. Fac. Lour. Filho - v.4, n.1, 2005 Tabela 2 Escalas de qualidade de fala e de esforço de compreensão. Fonte: [CARVALHO 2004]. Pontuação Qualidade da fala Esforço para compreensão do significado 5 Excelente Relaxamento total completo; nenhum esforço é necessário. 4 Boa Atenção necessária, não é preciso muito esforço. 3 Regular Um certo esforço é necessário. 2 Pobre Muito esforço é necessário. 1 Péssima Ininteligível, apesar de qualquer esforço empregado. 3.2.1 Gerador de chamadas Localizado na máquina A, este módulo gera artificialmente chamadas de voz para serem avaliadas. O aplicativo OphenH323 Call Generation [Openh323], mais conhecido como CallGenH323, da mesma família do [GnuGk], permite as seguintes funcionalidades: gerar um número configurável de chamadas simultâneas; executar um arquivo de voz previamente gravado; encerrar uma chamada após um tempo pré-estabelecido; aguardar, durante um tempo ajustável, a repetição de uma nova chamada; armazenar um arquivo de trace contendo informações sobre a chamada; selecionar um codec de preferência e configurar o número de quadros por pacote (duração do pacote de voz). 3.2.2 Coletor de chamadas Localizado na máquina B, este módulo coleta informações sobre as chamadas recebidas, tais como atraso, perda de pacotes, tipo de codec, entre outras. Esses dados alimentam a entrada do módulo avaliador. Figura 2 - Cenário para a geração e coleta de informações de entrada para o Modelo E. Fonte: [CARVALHO 2004].
Rev. Cient. Fac. Lourenço. Filho - v.4, n.1, 2005 43 3.2.3 Avaliador de qualidade Este módulo deve estar localizado na mesma máquina em que a MIB estiver instalada. Seu funcionamento depende dos dados recebidos do módulo coletor, os quais podem ser fornecidos a qualquer máquina na forma de um arquivo de trace. A saída do coletor de tráfego produz um arquivo trace com as informações: 3.2.3.1 Hora Informa o horário de chegada do pacote à máquina B, de acordo com o relógio da mesma. 3.2.3.2 Delay Informa o atraso sofrido pelo pacote desde a saída da máquina A até a máquina B, considerando-se o atraso no buffer de compensação de jitter e o atraso de formação e reprodução de pacote. 3.2.3.3 Fator R Informa o fator de qualidade R do Modelo E para o período da chamada compreendido entre dois instantes consecutivos. O fator R é descrito em categorias de valores, que podem ser encontrados na Tabela 3. Tabela 3 - Categorias de qualidade de transmissão da fala. Fonte: [CARVALHO 2004]. Fator R MOS Satisfação do usuário 90 R < 100 4,34 4,50 Muito satisfeitos 80 R < 90 4,03 4,34 Satisfeitos 70 R < 80 3,60 4,03 Alguns insatisfeitos 60 R < 70 3,10 3,60 Muitos insatisfeitos 0 R < 60 1,00 3,10 Quase todos insatisfeitos 3.2.3.4 MOS Corresponde à conversão do fator R para a pontuação MOS.
44 Rev. Cient. Fac. Lour. Filho - v.4, n.1, 2005 3.2.3.5 Número de pacotes perdidos Informa a quantidade de pacotes que foram perdidos até o momento. Sendo que essa perda será ocasionada por dois motivos distintos. Perda na rede, que pode ocorrer por congestionamentos e descarte de pacotes, e a perda por atraso dos pacotes para chegar ao destino, pois o buffer de compensação de jitter considera perdidos os pacotes que chegam atrasados. 3.3 Arquitetura de gerência O gerenciamento proposto para a rede VoIP no escopo deste artigo é composto por seis entidades funcionais, as quais estão relacionadas entre si através da troca de informações. A estação de gerenciamento é a interface entre o administrador da rede e o sistema de gerenciamento, permitindo que a rede seja monitorada e controlada. O Gerente é responsável por se comunicar com o agente através de mensagens SNMP (Simple Network Management Protocol) [STALLINGS 1999], [MAURO 2001] para obter informações disponíveis na MIB deste agente. O protocolo SNMP utiliza o mecanismo de requisição/resposta (polling), onde através de operações periódicas são recolhidas as informações necessárias à monitoração do agente, ou alteradas as condições de operação desses nós. A Figura 3 ilustra a arquitetura do ambiente de gerência em desenvolvimento. Gerente Agente Extensível Agente Estendido Gatekeeper Ferramenta de Coleta BD Figura 3 Arquitetura do ambiente de gerência O agente é um software executado no dispositivo da rede a ser gerenciado, podendo ser um programa separado ou pode ser incorporado ao sistema operacional. O agente fornece ao gerente as informações de gerenciamento requisitadas por ele. Quando algo de anormal ocorre
Rev. Cient. Fac. Lourenço. Filho - v.4, n.1, 2005 45 no lado agente o mesmo poderá notificar o gerente sobre o ocorrido enviando mensagens de trap. Existem basicamente dois tipos de agentes, os agentes extensíveis e os agentes estendidos [MAURO 2001]. Os agentes extensíveis usam o SNMP diretamente e possuem APIs (Application Program Interface) para desenvolvimento de outros agentes, já o agentes estendidos usam o SNMP indiretamente de um agente extensível e interagem com o mesmo através das APIs. O módulo agente extensível realiza a interface entre o gerente e os recursos requisitados. O agente extensível utilizado para arquitetura do gerenciamento VoIP é o NET- SNMP v5.2 [Net-SNMP]. Este agente é compatível com as três versões do SNMP, possuindo diversas ferramentas para geração de traps, acesso e modificação de informações disponíveis em agentes SNMP, além de contar com uma API que pode ser utilizada para o desenvolvimento de subagentes ou módulos a serem incorporados no próprio agente. A escolha do NET-SNMP se dá por ser uma ferramenta gratuita, de código-aberto e por trazer ferramentas como a mib2c, que trata da conversão de ASN.1 para código C, que facilitam na implementação dos objetos das MIBs. O agente estendido é desenvolvido como um subagente e nele são implementados os objetos da MIB H.341 estendida. Uma aplicação sendo executada em paralelo que é chamada pelo agente extensível quando uma estação gerente requisita dados dos objetos implementados neste subagente. Ele acessa o banco de dados gerado pela ferramenta de coleta e envia os dados requisitados para o agente extensível através da API do NET-SNMP. A Base de Dados - BD é composta pelo software [MySQL] que armazena as informações fornecidas pelo módulo coleta e irá encaminhá-las para o módulo MIBs. A ferramenta de coleta de dados, que está sendo desenvolvida para processar e armazenar os dados necessários na base de dados no MySQL, utiliza as saídas do programa de análise de tráfego [Ethereal] e da ferramenta de análise de qualidade de chamadas baseada no Modelo E estendido, descrito na Seção 3.2. Apesar do Ethereal atuar como um sniffer capturando todos os pacotes que passam pelo barramento de forma passiva, com a utilização de filtros é possível selecionar os pacotes referentes à pilha de protocolos H.323 (e.g., H.225, H.245, Q.931, RTP e RTCP) não comprometendo a segurança do ambiente interno.
46 Rev. Cient. Fac. Lour. Filho - v.4, n.1, 2005 O gatekeeper utilizado é o pacote GnuGK [GnuGK] na versão 2.0.7, por ser mais estável que as versões mais recentes. O GnuGK é um gatekeeper H.323 baseado na biblioteca OpenH323 [Openh323], que é implementação gratuita e de código-aberto da pilha H.323. Ele oferece suporte à autenticação via banco de dados, H.235 (autenticação RAS), LDAP (Lightweight Directory Access Protocol) e autenticação baseada no mapeamento IP-Usuário, sendo a última utilizada no ambiente em questão. O GnuGK é a fonte das informações dos objetos que estão sendo desenvolvidos, mas como ele não possui suporte à SNMP, faz-se necessário uma ferramenta de coleta para a obtenção dos dados. De acordo com a Recomendação H.323 [ITU-T H.323], um gatekeeper deverá prover os seguintes serviços: tradução de endereço, controle de admissão, controle de banda passante, gerenciamento da zona administrativa, sinalização de controle das chamadas, autorização de chamadas, gerenciamento da banda passante e gerenciamento das chamadas. 3.3.1 Implementação dos agentes O agente estendido está sendo desenvolvido como um subagente, em linguagem C, que é a linguagem nativa do NET-SNMP e sua API. O subagente funciona como uma aplicação conjunta com o agente extensível. As requisições de informações dos objetos que chegam ao agente extensível são repassadas ao subagente e este envia tais informações de volta ao agente. Toda a comunicação entre agente e subagente ocorre intermediada pelo protocolo AgentX [IETF-RFC 2741]. Este protocolo faz parte da implementação do framework AgentX do NET-SNMP, que foi criado com o intuito de ser o framework padrão para o desenvolvimento de agentes SNMP extensíveis. A estrutura básica do código, criada a partir da definição ASN.1 das MIBs Gatekeeper e Ras, foi gerada através da ferramenta mib2c que é fornecida junto com o pacote NET-SNMP. O acesso à base de dados ocorre através de chamadas à biblioteca de acesso nativa do MySQL, e os dados são processados por estruturas de dados geradas pela mib2c. O agente e o subagente estão na mesma máquina do gatekeeper - GnuGK.
Rev. Cient. Fac. Lourenço. Filho - v.4, n.1, 2005 47 3.3.2 Implementação da ferramenta de coleta Este módulo está sendo desenvolvido em PHP. Os dados do analisador de pacotes tethereal, versão modo texto do Ethereal, e da ferramenta de análise de qualidade de chamadas são armazenados em arquivos de texto. Estes arquivos são processados pela ferramenta de coleta de forma a extrair os dados relevantes para as MIBs e suas extensões. Os dados extraídos são armazenados na base de dados MySQL através da interface de comunicação nativa do PHP. Esta ferramenta localiza-se na mesma máquina onde estão os outros elementos do ambiente gerência. O tethereal captura os pacotes do barramento do gatekeeper retornando, através de filtros, somente os pacotes H.225, H.245, Q.931, RTP e RTCP. Os dados coletados pelo tethereal são armazenados no formato PDML (Packet Details Markup Language), um formato de dados baseado em XML para visualização de detalhes dos dados dos pacotes [Ethereal]. Conclusão Este artigo apresentou uma proposta de implementação de um agente extensível NET- SNMP, baseado na MIB ITU-T H.341 RAS e Gatekeeper. Este agente monitora o gatekeeper e as chamadas por ele gerenciadas. Também faz parte deste trabalho a extensão da MIB RAS, através das informações sobre qualidade de chamada, obtidas pela ferramenta de medição de avaliação de qualidade de chamada baseada no Modelo E estendido. A implementação do agente é baseada no modelo de gerência SNMP, o qual contém as entidades: gerente, agentes e objetos gerenciados. Os agentes estão divididos entre agentes extensíveis e agentes estendidos, pois o gatekeeper não possui suporte ao SNMP, e por isso é necessária a inclusão do agente extensível (compatível com SNMP), que faz a interface entre o gerente e o agente estendido (que contêm a base de informação de gerência - MIB). O agente estendido obtém informações através do MySQL. O BD recebe as informações referentes à sinalização H.323 (obtidas através das chamadas gerenciadas pelo GK) coletadas e filtradas pelo Ethereal. Como trabalho futuro pode-se implementar os outros módulos da MIB H.341, permitindo assim um melhor monitoramento e controle das entidades H.323. Outro trabalho interessante
48 Rev. Cient. Fac. Lour. Filho - v.4, n.1, 2005 seria aplicar gerenciamento de segurança de controle de acesso às entidades H.323. Também fica como sugestão futura a criação de uma ferramenta de gerência pró-ativa que notificará o gerente da rede sobre algo que esteja comprometendo o bom funcionamento da mesma, pois, em se tratando de voz sobre IP, é muito importante a rede estar sempre disponível. Management of Gatekeeper and calls in a VoIP environment using objects of a ITU-T MIB H.341 extension Abstract: Monitoring the calls controlled by a gatekeeper in a voice over IP (VoIP) environment has great importance to get information about those calls on the network. The obtained information will be valuable to detect any problem that may occur during the call. ITU-T standardized MIB H.341 contains groups of objects that provide management and monitoring of VoIP calls. This article proposes an agent that implements the H.341 MIB (RAS and Gatekeeper) for call management with use of a gatekeeper in a voice over IP environment. Key-words: Voice over IP, Gatekeeper, Agent, MIB, Management. Referências BALBINOT, R. et al. Voz sobre IP - Tecnologia e Tendências, In: Minicurso em 19 a 23 de maio de 2003, In: XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores, Anais da SBRC 03:, Natal - RN, Brasil, 2003, p. 321-360. COMBS, G. Ethereal. Disponível em: http://www.ethereal.com. Acesso em novembro de 2004. CARVALHO, L. S. G. Implementação do Modelo E para Avaliação Objetiva da Qualidade da fala em Redes de Comunicação VoIP. 2004. Dissertação (Mestrado em Redes de Computadores), Universidade Federal do Amazonas UFAM. COSTA, J. C. P. de A. Implementação e Gerência de uma Arquitetura de Voz sobre IP. 2003. Dissertação (Mestrado em Redes de Computadores), Universidade Federal do Rio de Janeiro UFRJ.
Rev. Cient. Fac. Lourenço. Filho - v.4, n.1, 2005 49 DAVID, F. Ferramenta de Monitoração Ativa e Passiva para Avaliação da Qualidade de Redes VoIP. 2003. Dissertação (Mestrado em Redes de Computadores), Universidade Federal do Rio de Janeiro UFRJ. Gnugk. Disponível em: http://gnugk.org. Acesso em agosto de 2003. HERSENT, O.; GUIDE, D.; PIERRE PETIT, J. Telefonia IP Comunicação Multimídia Baseada em Pacotes. Addison-Wesley, 2002. ITU-T Rec. H.248.1 Gateway Control Protocol. Revisada em março. 2002. ITU-T Rec. H.323. Packet-based multimedia communications systems. Maio.1999. ITU-T Rec. H.341. Multimedia management information base. Maio 1999. LUSTOSA, L. C. G. et al. Utilização do Modelo E para avaliação da qualidade da fala em sistema de comunicação baseados em voz sobre IP. In: 22º Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores. Anais da SBRC 04, Gramado - RS, Brasil, 2004. MAURO, D. R.; SCHMIDT, K. SNMP Essencial. Campus, 2001. MySQL Network. Disponível em: http://www.mysql.com. Acesso em setembro de 2004. Net-SNMP. Disponível em: http://www.net-snmp.org. Acesso em outubro de 2004. Openh323 Project - CallGen323 - H.323 call generator. Disponível em http://www.openh323.org. Acesso em setembro de 2004. OpenH323 Project. Disponível: http://www.openh323.org. Acesso em julho de 2004. IETF: RFC 2543. SIP: Session Initiation Protocol. Disponível em: http://www.ietf.org/rfc/rfc2543.txt?number=2543. Acesso em agosto de 2004. IETF: RFC 2741. Agent Extensibility (AgentX) Protocol. Disponível: http://www.ietf.org/rfc/rfc2741.txt?number=2741. Acesso em novembro de 2004 IETF: RFC 3550. RTP: A Transport Protocol for Real-Time Applications. Disponível em: http://www.ietf.org/rfc/rfc3550.txt. Acesso em novembro de 2004. STALLINGS, W. SNMP, SNMPv2, SNMPv3 and RMON1 and 2. Addison-Wesley, 1999. Ana Flávia Marinho de Lima 1 Analista de Sistemas pela UNIVERSO Universidade Salgado de Oliveira/RJ, 2000. Especialista em Redes de Computadores e Sistemas Distribuídos pelo CEFET/RJ, 2001. Mestranda no DETI - Projeto de Voz sobre IP da Rede Nacional de Ensino e Pesquisa - RNP/UFC. Professora do Curso de Ciências da Computação da Faculdade Lourenço Filho -FLF, ministrando as disciplinas: Lógica Matemática, Redes de Comp., Téc. de Programação I e Arq. de Computadores.
50 Rev. Cient. Fac. Lour. Filho - v.4, n.1, 2005 Artigos: ICT2005 International Conference Telecommunications, SBRC2005 WGRS Workshop de Gerência e Operação de Redes e Serviços, ISCC2005-10th IEEE Symposion on Computers and Comm. e LANOMS2005-4th Latin American Network Operations and Management Symposium. e-mail: anaflavia@deti.ufc.br Francisco Raphael Ribeiro 1 Graduando em Ciências da Computação pela Universidade Federal do Ceará Bolsista da UFC e da Rede Nacional de Ensino e Pesquisa, 2003-2004. Trabalhos de Iniciação Científica nas áreas de Softwares Educativos, Agentes Móveis, Gerência e Voz sobre IP. É co-autor de 3 artigos aceitos em congressos nacionais e internacionais. e-mail: francisco.raphael@gmail.com José Neuman de Souza 1,2 Doutor em Informática pela Universidade de Paris VI (Pierre et Marie Curie), França, 1994. Coordenador Geral de 02 (duas) conferências internacionais IEEE/IFIP realizadas em Fortaleza (ICT'2004 e MMNS'2000). Editor de 03 livros publicados pela Springer Verlag na série Lecture Notes in Computer Science (LNCS). Membro de comitês de programa de várias conferências internacionais e nacionais. Representante brasileiro no IFIP/TC6 (communication systems). Membro permanente dos colegiados dos programas de pós-graduação (mestrado e doutorado) PPGETI e MDCC na UFC. Vários trabalhos publicados e 12 dissertações de mestrado orientadas e defendidas com sucesso. 01 tese de doutorado co-orientada e defendida com sucesso. e-mail: neuman@ufc.br 1 Departamento de Engenharia de Teleinformática (DETI) Universidade Federal do Ceará (UFC) Caixa Postal 6007-60.755-640 - Fortaleza-CE-Brasil. 2 Departamento de Computação (DC) Universidade Federal do Ceará (UFC) 60.455-760 - Fortaleza-CE-Brasil