Medição de Desempenho de Redes WAN: Conceitos e Técnicas Este trabalho tem por objetivo fornecer conceitos fundamentais relacionados às redes LAN (local area network) e WAN (wide area network). Alexandre Carlos Bruscato Nasceu em Curitiba, PR, em 30 de dezembro de 1973. Graduado em Engenharia Elétrica pela Pontifícia Universidade Católica do Paraná em 2000. Em sua experiência profissional, trabalhou na Furukawa S/A, na Alonet S/A (posteriormente Net2phone - respondendo por pontos de presença no Brasil e exterior). Atualmente trabalha para a Brasil Telecom, atuando como Engenheiro de Telecomunicações no Centro de Operação e Manutenção de Comunicação de Dados, trabalhando na gerência das redes ATM e Frame relay) e segurança do backbone IP da Brasil Telecom no Paraná. Amilton Carlos Rattmann Natural de Curitiba, PR, nasceu em 27 de Novembro de 1968. Técnico em Eletrônica formado em 1987 pelo Centro Federal de Educação Tecnológica do Paraná - CEFET-PR e graduado em Engenharia Elétrica em 2000, também pelo CEFET-PR. Especialista em Telecomunicações em 2001 pela Pontifícia Universidade Católica do Paraná (PUC-PR), defendendo o tema: Segurança na Internet. Cursando Mestrado em Telemática no Centro Federal de Educação Tecnológica do Paraná (CEFET PR). Trabalhou inicialmente na Equitel (grupo Siemens) e na BrasilSat. Iniciou na área de Comunicação de Dados em 1994, quando ingressou na Embratel. Atualmente trabalha na Brasil Telecom, na Operação e Manutenção da área de dados, com gerência de redes WAN e Internet. 1
Antonio Carlos Pinho Nasceu em Santa Catarina em 19 de Outubro de 1965. Formado em engenharia elétrica pela Universidade Federal de Santa Catarina em 1991, concluindo o mestrado em 1994 e o doutorado em 1998. É professor do Departamento Acadêmico de Eletrotécnica do CEFET-PR desde 1999. Sua área de pesquisa no mestrado foi relacionada ao cálculo de campos elétricos em linhas de transmissão em 2D e acoplamento de dispositivos eletromagnéticos em 3D com circuitos de alimentação no doutorado. Ambos concluídos na UFSC. Atualmente desenvolve trabalhos na área de compatibilidade eletromagnética em sistemas eletroeletrônicos e em métodos numéricos em cálculo de campos eletromagnéticos. Gianfranco Muncinelli Engenheiro Eletricista pela Universidade Federal de Santa Catarina, em 1995. Recebeu o título de Especialista em Engenharia Elétrica, concentração em Concepção e Análise de Dispositivos Eletromagnéticos, na mesma Universidade, em 1999. Especialista em Moderna Gestão Empresarial, também pela Universidade Federal de Santa Catarina, em 2000. Especialista em Telecomunicações pela Pontifícia Universidade Católica do Paraná em 2002. Mestre em Ciências pela Universidade Tecnológica Federal do Paraná (ex CEFET-PR), área de concentração em Telemática, cujo tema da dissertação foi Aplicação do Método das Linhas de Transmissão (TLM) no Estudo de Distúrbios Não Contínuos em Linhas Digitais Assimétricas de Assinante (ADSL), em 2006. Trabalhou na NET Florianópolis, operadora de TV a Cabo, com aspectos técnicos relacionados à TV a Cabo e Cable Modem. Trabalhou na Brasil Telecom no início da implantação de sistemas ADSL em Curitiba, PR, na operação da planta. Ainda em Curitiba, atuou como Coordenador do Centro de Operação e Manutenção de Comunicação de Dados (falha, desempenho, configuração e segurança) de redes de Comunicação de Dados (IP, determinísticas, frame relay, X-25 e internet) do Paraná. Atualmente continua na Brasil Telecom como Coordenador do Grupo de Suporte Nível 1 (First Call Resolution) de clientes Corporativos de Comunicação de Dados, no Centro Nacional de Operação, em 2
Florianópolis, SC. É Professor Titular na UnC Fundação Universidade do Contestado, ministrando aulas para Engenharia de Telecomunicações e Instrutor III no Centro de Tecnologia em Automação e Informática - CTAI/SENAI, ministrando aulas para a Especialização em Redes Corporativas: Gerência, Segurança e Convergência IP e para a Graduação em Tecnologia em Sistemas de Telecomunicações. Publicou diversos artigos, relacionados a TV a Cabo, ADSL, Teoria da Informação e Comunicação de Dados, em revistas especializadas nacionais e em conferências de âmbito nacional e internacional. Interesses: Comunicação de Dados, Teoria da Informação, ADSL, Cable Modem, TV a Cabo, ITIL, Project Management e Gestão de Empresas de Telecomunicação. Categoria: Banda Larga Nível: Introdutório Enfoque: Técnico Duração: 15 minutos Publicado em: 11/07/2005 3
Medição de Desempenho de Redes WAN: Introdução As redes de computadores são uma realidade na vida dos dias de hoje. Voz, vídeo, dados convencionais, dados em tempo real (dados expressos) são transmitidos por estas redes, tornando os usuários cada vez mais dependentes da disponibilidade destes recursos. Expressões como disponibilidade, contratos de SLA (service level agreement) e desempenho fazem parte das conversas de administradores de rede. Todo profissional de redes de computadores certamente já ouviu e se questionou a respeito da qualidade de sua rede. Perguntas como: "a minha rede é rápida?", "porque a rede está tão lenta hoje?", "como posso saber se a minha rede tem bom desempenho?", fazem parte do cotidiano deste profissional. Porém, o desconhecimento de métodos de medição e monitoramento do desempenho da rede, faz com que nem todos consigam argumentar em face destas perguntas e afirmações. Este trabalho tem por objetivo fornecer conceitos fundamentais relacionados às redes LAN (local area network), e WAN (wide area network), familiarizando o leitor e criando um background de conhecimento necessário para a compreensão dos assuntos abordados na seqüência. 4
Medição de Desempenho de Redes WAN: Definição de Performance de Rede Informalmente, a definição mais difundida de performance da rede está diretamente relacionada à sua velocidade. Ou seja, uma rede é tão rápida quanto menor for o tempo gasto para que se efetue uma transação particular da rede, ou quão rápido eu consigo fazer um download de um determinado arquivo. A medida do tempo gasto por uma consulta, download ou transação, certamente nos indica a velocidade da rede, o que é uma boa forma de se ter uma referência, mas a velocidade não é tudo. De nada adianta ter uma rede extremamente veloz se a mesma suporta apenas uma transação ou download por vez. A habilidade da rede de suportar múltiplas transações simultâneas, e que incluem grandes volumes de dados, deve ser levada em conta quando se mede a carga e o desempenho da rede. Mas isso ainda não é tudo, quando colocamos aplicações real-time, como voz e vídeo sobre uma rede de dados, necessitamos que a rede trabalhe com um baixo delay fim-a-fim, e também pouca variação na sua latência (jitter), que são parâmetros que também afetam o desempenho. Adicionalmente, medições de desempenho devem também incluir a taxa de pacotes descartados, a quantidade de pacotes enviados, a taxa de perda, o modo como os pacotes são reordenados e como é tratado o enfileiramento de pacotes nas interfaces. Para um melhor entendimento dos métodos de análise de desempenho de rede, o prévio conhecimento de alguns protocolos de rede é necessário. Desta forma faremos um breve comentário a respeito de alguns deles a seguir: SNMP (Simple Network Management Protocol). Este protocolo foi desenvolvido na década de 80, inicialmente, para integrar a gerência de diferentes tipos de rede com um design simples e que causasse pouco estresse na rede. O SNMP opera na camada de aplicação, usando a camada de transporte do protocolo TCP/IP, podendo ignorar o hardware de rede das camadas inferiores. Além disso, ele pode controlar quaisquer dispositivos da rede e não apenas o que tem conexão com sua rede física, pois utiliza o protocolo IP. Ainda, utiliza a arquitetura cliente-servidor, onde possui dois elementos principais: o agente e o gerente (o agente é o servidor e o gerente é o cliente). O agente é um programa que roda em cada um dos nós da rede monitorados ou gerenciados, fornecendo uma interface de todos os parâmetros de sua configuração. Estes parâmetros são armazenados em uma estrutura de dados chamada MIB (Management Information Base) (este é o lado do servidor). O gerente é o software que roda na estação de gerenciamento da rede e sua regra é contatar os diferentes agentes rodando na rede para coletar os valores armazenados na sua base interna (na MIB) (este é o lado do cliente). Existe um comando especial no SNMP chamado trap que permite que um agente envie dados não solicitados pelo gerente, para informa-lo dos seus eventos, como erros, shutdowns, alarmes, etc. ICMP (Internet Control Message Protocol). O IP (Internet Protocol) não foi projetado para ser absolutamente confiável, então. Propôs-se um protocolo de mensagens de controle para fornecer um retorno sobre os problemas na comunicação. Este protocolo é o ICMP (que continua não garantindo que o datagrama será entregue ou a mensagem de controle retornará). 5
O ICMP utiliza o suporte básico do IP como se fosse um protocolo de nível superior, entretanto, o ICMP atualmente é parte integrante do IP e deve ser implementado por todo módulo IP. Mensagens ICMP são enviadas em diversas situações: quando um datagrama não pode alcançar seu destino, quando o gateway não tem capacidade de buffer suficiente para encaminhar o datagrama e quando o gateway pode direcionar o host para enviar o tráfego por um caminho mais curto. 6
Medição de Desempenho de Redes WAN: Tipos de Redes WAN Existem diversos tipos de tecnologia que podem ser utilizadas para interligar duas ou mais LANs, formando uma WAN. Vamos chamar cada tecnologia de "rede". Estatísticas Redes deste tipo baseiam-se na multiplexação estatística, associada a uma garantia mínima de tráfego, onde diferentes canais de comunicação compartilham os recursos físicos e a capacidade de transmissão, ocupando-os dinamicamente em função da demanda e da garantia mínima (por isso é chamada de rede estatística). É muito utilizada, pois além do custo ser menor em relação às redes determinísticas, permite que múltiplos fluxos de dados circulem através da mesma interface de acesso, reduzindo o número de CPEs (customer premise equipment) necessários para compor a rede. O protocolo mais comum relacionado a este tipo de redes é o frame relay, cuja tecnologia possui algumas nuances que devem ser explicitadas. Deve ser observado no projeto da rede e na contratação junto à operadora, que o tráfego médio requerido deve ser considerado, e não o de pico, pois o tráfego é descontínuo, irregular e com rajadas. Há dois parâmetros que devem ser considerados por circuito virtual permanente: Committed Information Rate (CIR), que é o volume mínimo de informação que a rede se compromete a transmitir (que corresponde ao tráfego normal ou médio da rede). O segundo parâmetro é a Exceeded Informantion Rate (EIR), que é a quantidade de informação que excede o CIR contratado e que a rede é capaz de transmitir, e que depende diretamente da ocupação estatística dos canais virtuais que compartilham o meio. Freqüentemente, no dia a dia de uma grande operadora, situações de dimensionamento inadequado destes parâmetros são confundidas com desempenho ruim da rede. Os tempos de latência serão diretamente influenciados pelo dimensionamento do CIR e EIR. Determinísticas As redes determinísticas oferecem circuitos dedicados, especializados e exclusivos, ponto a ponto e ponto multiponto, transmitindo sinais digitais entre endereços preestabelecidos; este tipo de serviço ficou muito conhecido pela sigla SLDD (Serviço por Linha Dedicada Digital, as conhecidas LPs - linhas privadas). Ao contrário das redes estatísticas, baseadas em multiplexação estatística, nas redes determinísticas a alocação de time slots é exclusiva daquele circuito, não cabendo problemas de latência, pois a latência inserida pelos elementos de rede é muito pequena (na ordem de 0,5 ms). Existe compatibilidade com aplicações sensíveis a baixo retardo, adequando-se a protocolos antigos, que não aceitam atraso. Como o recurso não é compartilhado, a latência será constante e previsível. ATM 7
ATM (Asynchronous Transfer Mode) é uma tecnologia projetada para preservar a qualidade de serviço (QoS) de múltiplos tipos de tráfego transportados em apenas um link ou em uma rede completa. Ou seja, é uma tecnologia de transmissão e comutação de dados que pode ser utilizada em aplicações de utilização variada (voz, vídeo, dados, dados expressos). Seu princípio de funcionamento baseia-se na multiplexação de células de 53 bytes pela camada física; estas células são divididas em um header (cabeçalho) de 5 bytes e os restantes 48 bytes são para informação do sistema usuário (payload). O header contém informações de roteamento, controle de fluxo e controle de erro, como pode ser visto na figura 1. Figura 1: Header de uma célula ATM. Fonte: CREARE Engenharia. Note-se que o payload do ATM é equivalente a cerca de 90,6 % da célula - o restante é cabeçalho. Por desconhecimento, atribui-se a esta característica da tecnologia, um desempenho questionável da rede. ADSL O ADSL (asymmetric digital subscriber line) é uma tecnologia usada inicialmente para acesso a internet, mas atualmente também vêm sendo aplicada a interligação de LANs. Esta tecnologia utiliza-se basicamente do ATM como forma de transmissão, porém, seu desempenho é menor, devido aos elementos de rede inseridos, como os DSLAM (digital subscriber line access multiplexer) e terminadores ATM. Dessa forma a latência é incrementada. Além deste fato, a assimetria da capacidade de upload e download, características da tecnologia, também são itens que geram confusão. 8
Medição de Desempenho de Redes WAN: Medindo Performance Usando SNMP O SNMP é o protocolo de comunicação padrão dos dispositivos de rede, integrado até em ambientes heterogêneos. Com suas múltiplas aplicações, fornece informações reais e confiáveis sobre as funcionalidades e desempenho da rede. Leituras cíclicas, a um intervalo de tempo adequado, sobre uma determinada variável da MIB, podem obter um histórico do comportamento desta variável. Estas informações guardadas durante o decorrer do dia, fornecerão um perfil de comportamento diário desta variável. Guardada durante a semana, mês ou ano, fornecerão informações relativas ao comportamento geral desta variável, sua tendência de crescimento, valores máximos e mínimos, variações sazonais, etc. Ao se comparar o perfil desta variável com o perfil de comportamento de outras variáveis relevantes da MIB e com informações de outros elementos da rede, obtém-se o perfil geral de tráfego, de perdas de resposta da rede, as tendências de crescimento, momentos de sobrecarga e principalmente em quais pontos isto ocorre. Figura 2: Exemplo de monitoração utilizando SNMP. O aplicativo utilizado deve coletar e interpretar as informações de forma adequada. Esta é uma das formas mais disseminadas de monitoramento e medição de desempenho de redes de comunicação de dados. Não é possível, entretanto, obter todas as informações necessárias para uma análise de rede apenas pela MIB. Os valores relativos à transmissão e recepção de pacotes e bytes, descartes, erros, ocupação de CPU, tempo de funcionamento contínuo (uptime) são obtidos diretamente da MIB. Taxa de erros e de ocupação de banda são obtidos indiretamente da MIB. Valores relacionados com tempo (delay, jitter e round-trip) e caminhos entre pontos, não são obtidos pela MIB. Nestes casos utilizam-se outros mecanismos. Usando Ping O comando ping (packet internetwork groper) é um dos métodos mais comuns para testar a acessibilidade aos dispositivos de rede. Ele utiliza uma série de mensagens de eco de ICMP (Internet Control Message Protocol) para determinar: se o host remoto está ativo ou inativo, se houve perda de pacotes e qual é o delay na comunicação com este host. 9
O ping envia um pacote de requisição de eco e espera pela resposta. O comando obteve sucesso se a requisição de eco chega ao destino e se o destino é capaz de mandar a requisição de eco de volta dentro de um tempo pré-determinado chamado de timeout. Alguns cuidados devem ser tomados na interpretação dos resultados do ping. Por ser o método mais difundido para teste de conectividade, é também o que gera maior confusão na sua interpretação. Quando há resposta para as requisições, pode-se concluir que: a máquina destino está razoável grau de funcionamento, capaz de interpretar e responder às requisições adequadamente; que o roteamento de ida e roteamento de volta estão perfeitamente funcionais; tempo de resposta está baixo e não há perdas. Porém, quando o resultado não é o esperado, é que surgem algumas confusões. Muitas arquiteturas de roteadores de alto desempenho, possuem um mecanismo de rápida de comutação para pacotes de dados, deixando para o processamento central responder e encaminhar pacotes de controle, como mostrado na figura 3. Ainda, a atividade de controle, pode ficar retardada para que o equipamento atenda às requisições funcionais do sistema, mais prioritárias. Desta forma, o comportamento do tráfego ICMP pode não seguir o comportamento do tráfego de dados. Sempre que os buffers de transmissão dos roteadores estiverem com valores considerados perigosos, haverá descarte de pacotes, para que seja assegurada a integridade do sistema. Naturalmente, descartar algumas informações de controle pode ser menos crítico do que descartar pacotes de dados. Nesta situação haveria novamente um comportamento diferenciado entre o fluxo de dados e o fluxo ICMP, na rede. A ausência de resposta também pode levar a equívocos, pois muitos equipamentos possuem a resposta ao ICMP desabilitada, para reduzir a possibilidade de incidentes de segurança. Equipamentos de segurança, como firewalls, que bloqueiam o ICMP deles próprios e dos equipamentos protegidos. Evidentemente, é possível através do ping (tomando os cuidados mencionados acima), encontrar vários problemas de conectividades, para os quais o comando é adequado: erros de roteamento; interfaces caídas; existência de filtros; problema relacionado com ARP (address resolution protocol); alto tempo de atraso (delay) e sobrecarga em conexões ( links). Em resumo, com o comando ping (e também com o comando traceroute) obtém-se o RTT (round-trip time), que é o tempo para enviar um pacote de requisição de eco e o tempo para tê-lo de volta. Dessa forma, é possível ter uma idéia do delay no link, porém, sem precisão suficiente para ser uma medida absoluta de performance. Infelizmente, grande parte dos profissionais do mercado interpreta o ping como sendo esta medida absoluta. Há de se levar em conta que um roteador é um dispositivo projetado para rotear pacotes. A capacidade de recepção de pacote de requisição de eco e resposta, é oferecida como um serviço do tipo best-effort. Para as mesmas condições de WAN, se for iniciado algum tipo de processo no router que requeira grande capacidade processamento, o RTT pode ser incrementado! 10
Figura 3: Caminho do ping. Usando Traceroute O traceroute utiliza os recursos do ICMP para mapear o caminho seguido pelos pacotes de dados. A cada salto do caminho, é registrado o valor do tempo de resposta (RTT - round-trip time) e de que equipamento partiu a resposta a esta requisição ICMP. Desta maneira, pode-se determinar a variação de delay e inferir-se sobre a carga ou distâncias (comprimentos físicos) das conexões, pelo aumento parcial do tempo de resposta do salto. É possível também determinar caminhos ou acessos redundantes, entre saltos, através de um mesmo caminho. Portanto, o traceroute é uma excelente ferramenta para determinação de falhas e desempenho. Entretanto, alguns cuidados devem ser tomados na sua interpretação. Conexões com velocidades diferentes de acesso, possuem perfis diferentes de resposta à sobrecarga. O gráfico da figura 4 mostra o tempo de atraso pela ocupação, para conexões de diferentes velocidades: Figura 4: Tempo de atraso X ocupação (simulação do delay). Percebe-se que em uma conexão E1 o tempo de resposta é gradativamente incrementado. Em velocidades mais elevadas, começa-se a perceber o aumento de degradação muito próximo ao 100% de utilização. Portanto, o fato do traceroute detectar bons tempos de RTT, pode não significar que a rede esteja bem adequada. Pode estar a beira do inicio dos problemas que afetam o QoS (Quality of Service). Usando Analisadores de Protocolo 11
Informações de natureza diferentes podem exigir tratamentos diferenciados. O tratamento dado a pacotes de informações SNMP, FTP (file transfer protocol) e VoIP (Voice Over IP), devem ser bem diferentes a fim de atender os critérios de QoS para cada serviço. Mas, como determinar efetivamente o tipo de tráfego esta ocupando a banda das conexões de rede, e que volumes de dados cada tipo de tráfego representa? Os analisadores de protocolo são uma boa resposta para isto. É possível determinar quais protocolos estão envolvidos, sua relação de empilhamento e as quantidades e tamanhos dos pacotes transmitidos e recebidos. Estes dados fornecem as informações necessárias para a determinação de regras de acomodação e priorização de tráfego e determinação do tamanho de cada fila. Outros recursos adequados para este tipo de análise são os sniffers. Estes proporcionam uma leitura bastante precisa do tráfego de pacotes nas das redes locais, que são, entretanto, extensos. Para reduzir e otimizar a análise, estabelecem-se armadilhas ou filtros para as interfaces de redes locais dos roteadores de saída, capturando-se apenas os dados relevantes para este tipo de análise. A partir desta captura a análise é semelhante à realizada pelo analisador de protocolos. 12
Medição de Desempenho de Redes WAN: Ofensores Problemas na LAN Talvez algum leitor desavisado questione: "se quero medir o desempenho de uma rede WAN, o que a LAN tem a ver?", a resposta é simples: tudo, de nada adianta ter uma WAN perfeita, com baixa taxa de erro e delay se a minha LAN é deficiente. LAN é um acrônimo para local area networks, ou seja, redes locais. Neste tipo de rede, o protocolo mais utilizado é o Ethernet, que tradicionalmente é executado a 10 Mbps, mas o Fast Ethernet (100 Mbps) e mais recentemente o Gigabit Ethernet (1000 Mbps) são tecnologias que já estão sendo utilizadas em larga escala e estão suplantando a base instalada de Ethernet a 10Mbps. Cerca de 80 % do tráfego gerado em uma rede fica restrito à LAN, o que faz que a mesma seja de suma importância na análise do desempenho. O Ethernet é a tecnologia LAN mais empregada devido ao seu baixo custo e simplicidade. A maior desvantagem do Ethernet, é que ele se baseia no esquema CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) que, em condições de alto tráfego, ocasiona uma rápida degradação na largura de banda. O CSMA/CD também é associado à criação dos domínios de colisão, que é um conceito exclusivo do ambiente Ethernet. O uso de detecção de colisão para controlar o acesso de mídia constitui a maior desvantagem deste protocolo. A medida que o tráfego na mídia compartilhada aumenta, a taxa de colisão também aumentará, ou seja, as colisões provocam uma redução na largura de banda utilizável, pois os dados que colidiram, precisarão ser retransmitidos quando o Ethernet estiver disponível para transmissão novamente. Colisões são eventos normais em Ethernet, mas um número excessivo delas diminuirá a largura de banda a uma fração de 35% a 40% dos hipotéticos 10 Mbps. Esta redução na largura de banda pode ser reduzida utilizando-se segmentação da rede através de switches ou roteadores. Além dos problemas característicos das tecnologias de LAN, outros aspectos devem ser levados em conta para que se possa obter um melhor desempenho de uma rede LAN, são o hardware e o software das estações de clientes e dos servidores, requisitos de largura de banda do backbone, o cabeamento, o gerenciamento da rede e protocolos de rede envolvidos. Também afetarão o desempenho os equipamentos de rede, como hubs, switches e roteadores que devem ser configurados para trabalhar em níveis adequados de processamento e memória, respeitando as características de hardware e software de cada equipamento. Outro aspecto que afeta diretamente o desempenho da LAN é o dimensionamento inadequado da mesma, Freqüentemente, no momento do projeto da LAN, o administrador de rede preocupa-se com aspectos importantes como máquinas, servidores, cabeamento estruturado e sistemas de gerenciamento, mas acaba por cascatear hubs para poder atender todos os clientes. É claro que em pouco tempo a rede torna-se lenta, pois acabam por criar um único domínio de colisão e 13
broadcast que acaba por afetar a rede como um todo. Quando isto acontece, não raro, a primeira providência a ser tomada é a substituição dos hubs por switches, que acaba por segmentar os domínios de colisão e broadcast. Problema resolvido? Na verdade não. Surpreendentemente, muito embora haja segmentação de domínios e minimização de colisões, a sensação de lentidão da rede permanece. Uma solução simples é a substituição dos hubs por switches, porém, cria-se um novo problema. Como geralmente se conecta o uplink e as portas de acesso do hub a uma mesma velocidade (exemplo: 100 Mbps), acaba por se criar um gargalo, uma vez que a largura de banda da saída do switch é a mesma de qualquer porta naquele barramento. O melhor a se fazer é configurar a porta de uplink do switch com uma velocidade superior ao das portas de acesso, por exemplo: uplink a 100 Mbps e acessos a 10 Mbps, ou uplink a 1000 Mbps (1Gbps) e acessos a 100 Mbps, como mostrado na figura 5. Problemas na WAN Figura 5: Configuração de cascata de switches. Cada tecnologia utilizada para interconectar duas LANs possui suas vantagens e desvantagens, ou seja, aplicações específicas. O conhecimento de cada tecnologia e de cada método de medição é fundamental para a perfeita interpretação dos dados obtidos. A transmissão de dados sempre implica em informações de controle (identificação dos canais lógicos, FCS - frame check sequence, etc), cujo tipo e tamanho varia conforme o protocolo utilizado, ou seja, a capacidade nominal do link de comunicação de dados inclui implicitamente esta carga de controle. Em resumo, um link de 2Mbps não tem realmente 2Mbps de banda útil. A tecnologia frame relay é derivada diretamente do protocolo X.25 (o qual não citamos neste trabalho, por estar em franco desuso para links WAN), onde há uma robustez considerável, onde não ocorre descarte de frames em camadas de nível superior (aplicativos) devido à falha física. Nas redes disponibilizadas via frame relay (descritas no item 3.1), o descarte de frames pode ocorrer mesmo nas camadas mais baixas (afetando as camadas superiores), sendo diretamente influenciado pelos valores de EIR e CIR e pelo comportamento dinâmico dos circuitos que compartilham o mesmo canal virtual de transmissão. Na interpretação do throughput temos que levar em conta alguns aspectos. Calculando o throughput para 14
frames de 1500 bytes (MTU - maximum transmission unit - típico), onde temos 5 bytes de controle (header, FCS e flag), pode-se atingir um desempenho máximo teórico, para as condições acima, de 99.66%. Exemplificando, No caso específico de circuitos de comunicação de dados provisionados via rede ATM, existem freqüentes interpretações errôneas por parte dos usuários no que diz respeito à banda útil. Conforme consta do item 3.3, o ATM possui um header (cabeçalho) de cerca de 9,4%. Dessa forma, numa visão simplista (sem considerar byte de flag e fragmentação) para um link ATM de 2048 kbps (2Mbps), a banda útil máxima obtida será de cerca de 1855,5 kbps. Não há nenhuma perda e sim, uma característica da tecnologia. Tabela 1: Comparativo de rendimento teórico de links WAN (por protocolo). Rendimento Máximo Teórico (%) X.25 (pacote de 128 bytes) 93,75 85,84 Frame relay (MTU 1500 bytes) 99,66 98,76 ATM (por célula) 88,88 (atm puro) 82,30 (AAL 5) Rendimento - pacote 400 bytes (%) A tabela 1 exemplifica valores de rendimento máximos teóricos para payload de dados padrão de cada protocolo e para uma amostra para pacotes de 400 bytes (média típica de aplicativos de tráfego IP). Problemas na Internet Não é do escopo deste trabalho abordar a internet. Até agora tratamos de redes ditas fechadas, ou privadas, cuja topologia é diferente. Porém, é interessante citar que o desempenho da internet está atrelado (além dos fatores citados até então) também às condições do servidor/roteador destino das requisições. Suponhamos dois websites: um website conhecido e que possua um grande número de acessos simultâneos; o outro website é desconhecido e com uma taxa baixa de acessos simultâneos. Se os dois possuírem a mesma infra-estrutura (mesmo tipo de servidor, mesmo roteador, mesmo tipo de link, mesma velocidade de link, etc), é notável que o website conhecido possuirá desempenho menor que o outro. 15
Medição de Desempenho de Redes WAN: Aspectos Físicos Além dos aspectos mencionados, o desempenho da rede é afetado diretamente pela infraestrutura de instalação do site. Itens como conectorização, aterramento e qualidade de energia dos dispositivos que fazem parte desta rede devem ter instalação e manutenção adequadas. Não é do escopo deste trabalho abordar estes assuntos, porém, fica a lembrança de sua importância. 16
Medição de Desempenho de Redes WAN: Conclusões A velocidade de um link de comunicação de dados nem sempre é o fator determinante para que o desempenho da rede seja adequado. Para que a rede tenha seu desempenho ótimo, é necessário um conhecimento profundo da tecnologia utilizada, tanto no momento do projeto (para que não se incorra em erros de dimensionamento), quanto no momento da operação (na interpretação dos parâmetros de acompanhamento). Apresentamos diversos métodos para medição de desempenho, sendo que todos têm seu valor e aplicabilidade. Porém, é fundamental conhecer cada método profundamente e interpretá-lo de maneira adequada. Para cada tipo de situação há um contexto e uma determinada interpretação. A interpretação errônea pode levar a caminhos indesejados, confusos e, muitas vezes, onerosos. As redes de computadores são ferramentas de trabalho que estão associadas diretamente à capacidade de gerar retorno às empresas. Dessa forma, a sua disponibilidade, desempenho e utilização são preponderantes no retorno do investimento feito nas redes e no uso que se faz delas para o negócio da empresa como um todo. Uma rede funcionando de forma adequada certamente otimizará os recursos e reduzirá os custos de operação e de novas implantações e ampliações. Referências [1] ALENCAR, MARCELO SAMPAIO DE. Telefonia Digital. São Paulo: Érica, 1998. [2] BOGGS, DAVID R.; MOGUL, JEFFREY C.; KENT, CHRISTOPHER A.. Measured Capacity of an Ethernet: Myths and Reality. WRL Research Report 88/4. Proceedings of the SIGCOMM '88. September, 1988. [3] CISCO SYSTEMS. Simple Network Management Protocol. www.cisco.com (Acesso em 9/12/2003). [4] CISCO SYSTEMS. Understanding the Ping and Traceroute Commands. www.cisco.com (Acesso em 13/10/2003). [5] CISCO SYSTEMS. Using the traceroute Command on Operating Systems. www.cisco.com (Acesso em 13/10/2003). [6] COMER, DOUGLAS E.. Redes de Computadores e Internet. Porto Alegre: Bookman, 2001. [7] COMER, DOUGLAS E.. Interligação em Rede com TCP/IP. Vol. 1. Rio de Janeiro: Campus, 1998. [8] HELD, GILBERT. Comunicação de Dados. Rio de Janeiro: Campus, 1999. [9] HUSTON, GEOFF. Measuring IP Networks. Cisco Systems. Internet Protocol Journal. Vol. 6 no 1. March, 2003. [10] RFC 792 - Internet Control Message Protocol. [11] SPURGEON, CHARLES E.. Ethernet: O G uia Definitivo. Rio de Janeiro: Campus, 2000. 17
[12] TANEMBAUM, ANDREW S.. Redes de Computadores. Rio de Janeiro: Campus, 1997. 18
Medição de Desempenho de Redes WAN: Teste seu Entendimento 1. Quais são os tipos básicos de redes WAN? Estáticas e Dinâmicas; Seriais e Paralelas; Estatísticas e Determinísticas. 2. Qual método não podemos utilizar para medição de performance? Analisador de Protocolo; Analisador de Espectro; Ping; SNMP; Traceroute 3. O que significa SNMP? Security Is Not My Problem; Simple Network Management Protocol; Send Network Message Protocol. 19