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Universidade Federal do Espírito Santo Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço MOACIR CANELLA BORTOLOSO Dissertação de Mestrado em Informática UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPIRITO SANTO Vitória, Agosto de 2006

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Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de

Serviço

MOACIR CANELLA BORTOLOSO

Dissertação de Mestrado em Informática

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPIRITO SANTO Vitória, Agosto de 2006

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Serviço

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO

Vitória, Agosto de 2006.

Dissertação apresentada ao Programa de Mestrado em Informática da Universidade Federal do Espírito Santo como requisito parcial para a obtenção do Grau de Mestre em Informática. Orientador: Prof. Dr. Anilton Salles Garcia

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MOACIR CANELLA BORTOLOSO

COMISSÃO EXAMINADORA

__________________________________________ PROF. DR. ANILTON SALLES GARCIA, UFES Orientador

__________________________________________

PROF. DR. JOSÉ GONÇALVES PEREIRA FILHO, UFES PPGI

__________________________________________

PROF. DR. MARCOS CARNEIRO DA SILVA, FACENS

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Vitória, Agosto de 2006

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DEDICATÓRIA

Aos meus pais Paschoalino Bortoloso (in memorian) e Irene Canella Bortoloso (in

memorian) que estabeleceram os valores éticos e morais que permeiam minhas atitudes e

minha vida.

A minha esposa Gisela Menicucci Bortoloso, que sempre apóia, motiva e contribui

ativamente nos meus projetos de vida.

A minha filha Thalita Menicucci Bortoloso, pelos momentos que não pude estar

presente durante a construção desse trabalho.

Aos meus irmãos Mauro, Maurício, Mílton (in memorian) e irmãs Marília e Mauricéia

a quem trago no coração independente da distância que nos separam.

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AGRADECIMENTOS

Em primeiro lugar agradeço a Deus pela vida.

Em especial:

• Ao prof. Dr. Anilton Salles Garcia, não só como um brilhante orientador, mas

também um amigo, que soube me apoiar e orientar nos momentos de decisão

durante todo o mestrado;

• Ao prof. Dr. José Carlos Tavares da Universidade Católica de Petrópolis, pelo

incentivo e apoio durante o processo de seleção e os ensinamentos ministrados

no curso de graduação.

• Aos gerentes da GEARI, Ricardo José Passoline e Edésio Assad Medeiros, que

viabilizaram todos os esforços possíveis, cada qual em sua gestão, para

proporcionar as condições adequadas à realização do mestrado e conclusão

desse trabalho.

• A minha esposa, além de motivar, apoiar e compreender os momentos difíceis,

ainda contribuiu diretamente na elaboração do protótipo e na revisão final da

dissertação.

• A coordenadora do Mestrado em Informática da UFES Dra. Maria Cristina

Rangel, por suas ações no âmbito organizacional e o apoio nos momentos

solicitados.

• A equipe de Suporte a Rede e Produção da SEFAZ, em especial aos amigos e

companheiros de trabalho Fabio Feltmann Sampaio e Glauco de Castro

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Lacerda pelo trabalho de suporte e gerenciamento do ambiente usado como

laboratório para o estudo de caso.

• A equipe de Desenvolvimento da SEFAZ, em especial Luiz Nogueira da

Paixão Jr., Paulo César Machado Jeveaux e Julimar Parreira Cosmo que

contribuíram nos mecanismos para identificar o comportamento dos usuários

no acesso às aplicações criticas.

• Aos amigos Leonardo David Cotadini e Rafael Barbosa pelo suporte técnico e

orientação no uso da ferramenta de simulação OPNET® Modeler.

• Ao Prof. Dr. José Gonçalves Pereira Filho e Prof. Dr. Marcos Carneiro da

Silva por fazerem parte da banca examinadora dessa dissertação.

• Presto os meus sinceros agradecimentos a todos que direta ou indiretamente

contribuíram para a realização deste trabalho.

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SUMÁRIO

1 Introdução................................................................................................................. 5 2 Contextualização das Tecnologias de Comunicação para Projetos de Redes WAN 9

2.1 Introdução......................................................................................................... 9 2.2 Conceituando engenharia de tráfego. ............................................................. 12 2.3 Visão Geral das Tecnologias de Comunicação WAN com suporte ao Internet Protocol. ..................................................................................................................... 13

2.3.1 SONET/SDH .......................................................................................... 16 2.3.2 WAN baseada em Linhas Privadas ........................................................ 17 2.3.3 FRAME RELAY .................................................................................... 19

2.3.3.1 Visão básica do funcionamento Frame Relay .................................... 20 2.3.3.2 Entendo o uso de subinterfaces no Frame Relay................................ 22

2.3.4 MPLS (Multiprotocol Label Switching) ................................................ 23 2.3.4.1 Visão Geral do modo de operação do MPLS ..................................... 24 2.3.4.2 Entendendo o processo de encaminhamento ...................................... 25

2.3.5 VPN – Virtual Private Network.............................................................. 31 2.3.5.1 Visão geral VPN................................................................................. 31 2.3.5.2 Critérios para escolha de soluções...................................................... 32

2.3.6 Conclusão ............................................................................................... 32 3 Qualidade de serviço em redes multimidia............................................................. 35

3.1 Introdução....................................................................................................... 35 3.2 Redes WAN Multimídia compartilhadas com requisitos de QoS. ................. 36 3.3 Visão geral sobre os parâmetros de QoS........................................................ 40

3.3.1 Largura de Banda ................................................................................... 40 3.3.2 Atraso ..................................................................................................... 42

3.3.2.1 Atraso de transmissão......................................................................... 42 3.3.2.2 Atraso de propagação ......................................................................... 44 3.3.2.3 Atraso de enfileiramento .................................................................... 44 3.3.2.4 Atraso de comutação .......................................................................... 45

3.3.3 Variação do atraso (JITTER) .................................................................. 46 3.3.4 Perda de pacotes ..................................................................................... 47

3.4 Mecanismos e Arquitetura para suporte a QoS .............................................. 48 3.4.1 Classificação e marcação........................................................................ 49 3.4.2 Enfileiramento ........................................................................................ 50 3.4.3 Moldagem e Policiamento ...................................................................... 50 3.4.4 Controle de congestionamento ............................................................... 51 3.4.5 Eficiência do enlace................................................................................ 51 3.4.6 Controle de Admissão de Chamadas (CAC) .......................................... 52

3.5 Arquiteturas de serviços integrados e serviços diferenciados (IntServ e DiffServ) 53

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3.6 Conclusão ....................................................................................................... 57 4 Metodologia para Projetos de Redes WAN............................................................ 58

4.1 Introdução....................................................................................................... 58 4.2 Visão geral sobre projeto de rede WAN......................................................... 58 4.3 Metodologia Proposta..................................................................................... 59 4.4 Detalhamento da metodologia ........................................................................ 67 4.5 Fase Zero – Decomposição HierÁrquica........................................................ 67

4.5.1 Subsistema de Núcleo............................................................................. 70 4.5.2 Subsistema de distribuição ..................................................................... 70 4.5.3 Subsistema de acesso.............................................................................. 71

4.6 Decomposição Funcional ............................................................................... 72 4.6.1 Fase Um - Análise .................................................................................. 73 4.6.2 Fase Dois - Atividades............................................................................ 75

4.6.2.1 Análise de requisitos........................................................................... 76 4.6.2.1.1 Definição dos objetivos ................................................................ 76 4.6.2.1.2 Levantamento das necessidades ................................................... 79

4.6.2.2 Planejamento ...................................................................................... 83 4.6.2.2.1 Estabelecimento do modelo de funcionamento. ........................... 84 4.6.2.2.2 Definição da arquitetura lógica..................................................... 88 4.6.2.2.3 Critérios para definição da arquitetura lógica............................... 89 4.6.2.2.4 Caracterização de fluxo ................................................................ 92 4.6.2.2.5 Dimensionamento dos enlaces...................................................... 95 4.6.2.2.6 Outros aspectos do planejamento ................................................. 97

4.6.2.3 Simulação ........................................................................................... 98 4.6.2.3.1 Definir o objetivo e os dados necessários para simulação.......... 100 4.6.2.3.2 Caracterizando o processo de simulação .................................... 100 4.6.2.3.3 Definir os dados da simulação.................................................... 100 4.6.2.3.4 Configurar o ambiente de simulação.......................................... 101 4.6.2.3.5 Executar a simulação .................................................................. 102 4.6.2.3.6 Analisar os resultados................................................................. 102

4.6.2.4 Projeto............................................................................................... 102 4.6.2.5 Conclusão ......................................................................................... 104

5 O Protótipo ........................................................................................................... 106 5.1 Motivação ..................................................................................................... 106 5.2 Infra-estrutura de hardware e software......................................................... 107 5.3 Construção do Modelo ................................................................................. 107 5.4 Desenvolvimento do Protótipo ..................................................................... 109 5.5 Visão Dinâmica ............................................................................................ 114 5.6 Conclusão ..................................................................................................... 123

6 Estudo de Caso ..................................................................................................... 125 6.1 Visão geral da rede local SEFAZ ................................................................. 126 6.2 Fase de Pré-Requisitos ................................................................................. 126 6.3 A rede WAN - SEFAZ ................................................................................. 139 6.4 Fase Zero - Dimensão de modularização ..................................................... 140 6.5 Fase Um - Dimensão de Análise .................................................................. 152 6.6 Fase Dois - Dimensão de Atividades............................................................ 161

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6.7 Conclusão do Estudo de Caso ...................................................................... 196 7 Conclusão ............................................................................................................. 199 8 Referencias Bibliograficas.................................................................................... 202 9 Anexos .................................................................................................................. 204

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Figuras Figura [2.1] Opções de tecnologias WAN....................................................................... 14 Figura [2.2] Ilustra as conexões com linhas privadas..................................................... 18 Figura [2.3] Visão geral do funcionamento do Frame Relay ......................................... 20 Figura [2.4] Uso de subinterfaces no Frame Relay........................................................ 23 Figura [2.5] MPLS no modo Frame ............................................................................... 25 Figura [2.6] Encaminhamento IP baseado no destino .................................................... 25 Figura [2.7] Anúncio de rótulos através do LDP............................................................ 26 Figura [2.8] Anúncio de rótulos usando LDP através do roteador 3.............................. 28 Figura [2.9] Roteamento explícito ao entrar na nuvem. ................................................. 29 Figura [2.10] Roteamento explícito com o uso de classes de equivalência. .................. 30 Figura [3.1] Uma aplicação de áudio.............................................................................. 38 Figura [3.2] a) Alta flutuação. b) Baixa flutuação. [5] [12] [15].................................... 39 Figura [3.3] Classificação das aplicações....................................................................... 39 Figura [3.4] Largura de banda em sistemas ponto-a-ponto e Frame Relay [12]............ 42 Figura [3.5] Atraso de transmissão [12]. ........................................................................ 43 Figura [3.6] Atraso de enfileiramento [12]..................................................................... 45 Figura [3.7] Flutuação induzida pela rede ...................................................................... 46 Figura [3.8] Exemplo de rede com mecanismos de QoS na classificação, enfileiramento e

moldagem [12]........................................................................................................ 49 Figura [3.9] Exemplo dos tipos de compressão.............................................................. 52 Figura [3.10] QoS ponto a ponto com IntServ e DiffServ .............................................. 56 Figura [4.1] As três dimensões do projeto de redes WAN............................................. 60 Figura [4.2] Fases da metodologia para projeto de redes WAN .................................... 61 Figura [4.3] Diagrama da Fase Zero referente ao subsistema hierárquico..................... 68 Figura [4.4] Decomposição hierárquica em seis níveis.................................................. 69 Figura [4.5] Diagrama de fluxo da Fase Um. ................................................................. 73 Figura [4.6] Diagrama de fluxo da Fase Dois. ............................................................... 75 Figura [4.7] Diagrama de bloco da etapa análise de requisitos. ..................................... 76 Figura [4.8] Diagrama de bloco da etapa análise de requisitos ...................................... 84 Figura [4.9] Diagrama de bloco da atividade de simulação. .......................................... 99 Figura [5.1] Modelo ilustrativo do Sistema de Apoio a Decisão ................................. 108 Figura [5.2] Modelo de dados do Protótipo.................................................................. 111 Figura [5.3] Visão inicial do Protótipo......................................................................... 112 Figura [5.4] Telas do Protótipo .................................................................................... 113 Figura [5.5] Tela de Localidade ................................................................................... 114 Figura [5.6] Filtro inicial para gráficos de utilização ................................................... 116 Figura [5.7] Dispersão de tráfego IN e OUT da região sul........................................... 117 Figura [5.8] Tráfego IN e OUT da região Metropolitana ............................................. 118 Figura [5.9] Tráfego máximo de saída entre as localidades com CIR 256Kbps .......... 118 Figura [5.10] Desvio padrão do tráfego de IN da interface seria 0/0 referente à tecnologia

Frame Relay. ........................................................................................................ 119 Figura [5.11] Percentual de utilização de Internet como gráfico de área ..................... 120

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Figura [5.12] Análise das interfaces seriais.................................................................. 121 Figura [5.13] Lista de campos disponível no gráfico ................................................... 121 Figura [5.14] Aplicações por localidade ...................................................................... 122 Figura [5.15] Dimensionamento de largura de banda .................................................. 123 Figura [6.1] Swich central da rede corporativa SEFAZ................................................ 127 Figura [6.2] Distribuição das VLAN da redes departamentais .................................... 128 Figura [6.3] Distribuição das portas das redes departamentais e rede WAN............... 129 Figura [6.4] Switch de balanceamento de carga para aplicações WEB ....................... 130 Figura [6.5] Controle de temperatura do BigIron 8000................................................ 131 Figura [6.6] Utilização de CPU e memória diária e semanal. ...................................... 132 Figura [6.7] Utilização de CPU e memória mensal e anual ......................................... 133 Figura [6.8] Carga de utilização nas principais portas de fibra óptica. ........................ 134 Figura [6.9] Utilização de CPU e memória do switch de balanceamento de carga...... 134 Figura [6.10] Detalhes de monitoramento do servidor S3a619.................................... 138 Figura [6.11] Detalhes de monitoramento do servidor S3a620.................................... 138 Figura [6.12] Modelo lógico da rede WAN ................................................................. 140 Figura [6.13] Modelo lógico rede WAN Frame Relay – Concentrador TELEMAR... 142 Figura [6.14] Modelo lógico serial 0/0......................................................................... 143 Figura [6.15] Modelo lógico serial 0/1......................................................................... 144 Figura [6.16] Modelo lógico serial 0/2......................................................................... 145 Figura [6.17] Modelo lógico serial 0/2 continuação..................................................... 145 Figura [6.18] Modelo lógico serial 0/3......................................................................... 146 Figura [6.19] Modelo lógico segmento rede EXTERNA............................................. 147 Figura [6.20] Modelo lógico segmento rede SIAFEM................................................. 148 Figura [6.21] Modelo lógico segmento rede INTERNET............................................ 150 Figura [6.22] Modelo lógico segmento rede TC-DATA.............................................. 151 Figura [6.23] Coleta Frame-Relay de 13/04/2005 às 14:19h e 26/01/2006 às 15:37h. 154 Figura [6.24] Coleta Internet de 26/01/2006 às 14:19h e 26/01/2006 às 15:37h ......... 155 Figura [6.25] Enlace virtual de Internet - utilização semanal....................................... 159 Figura [6.26] Relação das aplicações em funcionamento e novas demandas. ............. 164 Figura [6.27] Detalhamento das localidades, enlaces e aplicações. ............................. 165 Figura [6.28] Detalhamento das demandas existentes.................................................. 166 Figura [6.29] Detalhamento das novas demandas identificadas. ................................. 168 Figura [6.30] Caracterização dos grupos de usuários por localidade ........................... 169 Figura [6.31] Comparativo Nacional de Arrecadação de ICMS .................................. 171 Figura [6.32] Monitoramento do enlace da localidade de José do Carmo - MRTG .... 173 Figura [6.33] Monitoramento do enlace da localidade de José do Carmo - Protótipo. 174 Figura [6.34] Comparação do enlace das localidades com CIR 256Kbps - Protótipo . 175 Figura [6.35] Informações da GEFAZ – NE ................................................................ 177 Figura [6.36] Latência de todos os enlaces .................................................................. 178 Figura [6.37] Gráfico percentual de utilização média para as Gerências Regionais. ... 179 Figura [6.38] Gráfico percentual de utilização média dos Postos Fiscais. ................... 179 Figura [6.39] Percentual de utilização da nuvem Frame Relay ................................... 180 Figura [6.40] Caracterização da rede WAN SEFAZ no OPNET® Modeler................. 182 Figura [6.41] Detalhamento da Grande Vitória............................................................ 183 Figura [6.42] Parâmetros da Agência Virtual............................................................... 187

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Figura [6.43] Utilização do enlace de Internet no período de 03/04/2006 a 07/04/2006.188 Figura [6.44] Comportamento dos usuários internos solicitando serviços................... 189 Figura [6.45] Comportamento dos usuários externos solicitando serviços a SEFAZ. . 190 Figura [6.46] Gerências Regionais ............................................................................... 191 Figura [6.47] Referente a região Noroeste ................................................................... 192 Figura [6.48] Referente a região Nordeste ................................................................... 193 Figura [6.49] Referente a região Sul ............................................................................ 194 Figura [6.50] Região Metropolitana ............................................................................. 195

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Tabelas Tabela [2.1] Comparativo entre as taxas de transmissão SONET/SDH e DS................ 17 Tabela [2.2] Tabela de rotas do roteador 1..................................................................... 26 Tabela [2.3] Tabela de rotas do roteador 2..................................................................... 26 Tabela [2.4] Tabela de rotas do roteador 1 após a inserção do rótulo remoto................ 27 Tabela [2.5] Tabela de rotas do roteador 2 após a inserção do rótulo remoto................ 27 Tabela [2.6] Tabela atualizada após o processo de divulgação de rotas. ....................... 28 Tabela [3.1] Atraso de transmissão ................................................................................ 43 Tabela [4.1] Caracterização dos requisitos..................................................................... 83 Tabela [4.2] Caracterização dos requisitos (continuação).............................................. 83 Tabela [4.3] Caracterização dos grupos de usuários por gerência. ................................ 85 Tabela [4.4] Caracterização dos grupos de usuários por localidade............................... 86 Tabela [4.5] Caracterização dos grupos de usuários móveis.......................................... 86 Tabela [4.6] Caracterização dos grupos de usuários externos........................................ 87 Tabela [5.1] Comparativo das características de BI e Sistemas transacionais ............. 109 Tabela [6.1] Análise de servidores corporativos de alto desempenho. ........................ 136 Tabela [6.2] Análise de servidores críticos de plataforma baixa.................................. 137 Tabela [6.3] Aplicações e serviços atuais..................................................................... 156 Tabela [6.4] Tabela do What’s UP usada no calculo da latência ................................. 177 Tabela [6.5] Perfil SIAFEM Web na Internet .............................................................. 185 Tabela [6.6] Perfil SIAFEM Web na Intranet .............................................................. 185 Tabela [6.7] Perfil Agência Virtual .............................................................................. 186 Tabela [6.8] Perfil SIT Web na WAN Frame Relay ..................................................... 186

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Lista de Acrônimos 3DES - Triple Data Encryption Standard AF – Assured Forward AS - Autonomous System AT&T - American Telephone and Telegraph ATM – Asynchronous Transfer Mode BA – Behavior Aggregate BB - Bandwidth Broker CBQ – Class Based Queuing CBR – Constraint-Based Routing CIR - Committed Information Rate CL – Controlled Load COS – Class Of Service CQ – Custom Queuing CSC – Class Selector Compliant 3DES - Triple Data Encryption Standard DES - Data Encryption Standard DSCP - DiffServ CodePoints DNS – Domain Name Service DLCI - Data-Link Control Identifier ECMP – Equal-Cost Multi-Path EGP - Exterior Gateway Protocol FEC – Forwarding Equivalence Classes FIFO - First-In-First-Out FTP – File Transfer Protocol GL – Guaranteed Load IDEA - International Data Encryption Algorithm IETF - Internet Engineering Task Force IGP – Interior Gateway Protocol IP – Internet Protocol IS-IS – Intermediate-System - to - Intermediate-System ISP – Internet Service Provider ITU-T - International Telecommunications Union - Telecommunication Standardization Sector L2TP – Layer 2 Tunneling Protocol LDAP - Lightweight Directory Access Protocol LDP – Label Distribution Protocol LPCD – LinhaPrivada de Comunicação de Dados LSA - Link State Advertisement LSDB – Link Stored DataBase LSP – Label Switching Path

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LSR – Label Switching Router LSRP – Link State Routing Protocol MD5 - Message-Digest algorithm 5 MF - Multi-Field MPLS - MultiProtocol Label Switching MRTG - Multi Router Traffic Grapher MTU - Maximum Transfer Unit MTTR – Mean Time to Repair OC - Optical Carrier OSI – Open Systems Interconnection OSPF - Open Shortest Path First PDH - Plesiochrouns Digital Hierarchy PHB - Per-Hop-Behavior PNNI – Private Network-Network Interface PPP – Point to Point Protocol PQ – Priority Queuing PSTN - Public Switched Telephone Network QoS – Quality Of Service QoSR – Quality Of Service Routing RED – Random Early Detection RDP – Remote Desktop Protocol RIP – Routing Information Protocol RSA – Rivest Shamir Adleman RSVP – Resource Reservation Protocol SLA – Service Level Agreement SLIP – Serial Line Internet Protocol SDH – Synchrouns Digital Hierarchy SHA - Secure Hash Algorithm SOA – Service Oriented Architecture SONET – Synchrouns Optical Network SPF – Shortest Path First SNMP – Simple Network Management Protocol STM – Synchronous Transport Modules TCP/IP – Transport Control Protocol / Internet Protocol TE – Traffic Engineering TOS - Type Of Service TSpec - Traffic Specification TTL – Time To Live VPN – Virtual Private Network WAN – Wide Area Network WDM – Wavelength-Division Multiplexing WINS – Windows Information Name Service WFQ – Weighted Fair Queuing WRED – Weighted Random Early Detection WRR - Weighted Round Robin

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Resumo

Este trabalho propõe e aplica uma metodologia para o desenvolvimento de projetos de

redes multimídia geograficamente distribuídas (WAN), com suporte a requisitos de qualidade

de serviços (QoS). Para facilitar a aplicação da metodologia foi implementado um protótipo

que agrega os dados principais da rede e gera as informações para o processo de simulação

utilizando-se o software OPNET® Modeler.

A metodologia visa caracterizar o ambiente tecnológico atual e as demandas futuras

em uma rede WAN, com o objetivo de atender os requisitos de negócio e maximizar a

disponibilidade da rede com a melhor relação custo versus beneficio. Focada numa visão

tridimensional, onde as dimensões de modularização, análise e atividades se relacionam de

forma evolutiva e recursiva, através de um processo que suporta o uso de iterações com

refinamentos sucessivos, identificando os subsistemas, arquiteturas, protocolos e aplicações, a

fim de permitir a adoção e uso de novas tecnologias ou parâmetros de QoS que atendam os

interesses organizacionais e a satisfação dos usuários em novos projetos.

O protótipo é usado para consolidar em um único sistema as características do

ambiente e planejar a evolução futura, provendo análises estáticas e dinâmicas, semelhante a

um sistema de BI (Business Intelligence).

Palavras chaves: Análises, Atividades, Caracterização, Modularização, Requisitos, Planejamento e Simulação.

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Abstract

This work proposes and applies a methodology for design WAN multimedia network,

with (QoS) quality of services requirements support. In order to permit the methodology

application easier, it was performed a prototype that gathers the network main data, and

generates information for the simulator process using the software OPNET® Modeler.

The methodology aims to establish the current technological environment

characteristics and the future requirements. The final purpose is to fulfill the business

requirements with maximum network availability, achieving the best costs / benefits ratio.

The methodology is aimed at a tri-dimension vision, where the modularization,

analysis and activities dimensions have relation on a progressive and recursive way. This is

achieved through a method that bears the iterations use with sequential refining, and also

identifies the subsystems, architectures, protocols and applications; in order to permit the new

technologies or QoS parameters adoption and use that corresponds to the organizational aims,

as well as the new projects users’ satisfaction.

The prototype is used for the environment characteristics consolidation in a unique

system, and also for planning the future evolution, supplying statistical and dynamical

analysis, similar a BI system (Business Intelligence).

Key words: Analysis, Characterization, Modularization, Requirements, Planning and Simulation.

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1 INTRODUÇÃO

A principal transformação no mundo da interconexão das redes, com certeza se

deve a combinação da suíte de protocolos TCP/IP (Transport Control Protocol /

Internet Protocol). Ao se pensar nisso é possível voltar à década de 70, e tentar avaliar

as evoluções ocorridas até se atingir o cenário atual.

No cenário atual, é possível perceber o ritmo acelerado das revoluções

tecnológicas e as novas tendências, que além de estimular também assustam os

profissionais ligados a redes e telecomunicações. Cabe aos envolvidos avaliar se é

possível medir a rapidez e quais são os novos produtos, tecnologias, protocolos e

métodos que serão absorvidos pelo mercado.

Todavia, se é possível atribuir tal velocidade e evolução tecnológica a algum

evento, sem sombra de duvidas este evento é a Internet. A Internet permite a interação

entre milhões de páginas “web” que abrigam textos, imagens, sons, filmes, fotos,

mapas, jogos, transações comercias e etc, permitindo a comunicação global. É na

Internet, que novos cenários são divulgados e compartilhados e o mundo “web”

estimula as pessoas a pensar em negócios de forma rápida, dinâmica e com mobilidade.

Percebe-se então a flexibilidade e a necessidade cada vez maior por serviços

variados e diferenciados, cenários fixos e móveis que são transferidos para as

residências e redes corporativas. Deve-se chamar essa mistura soluções e facilidades de

serviços multimídia.

Portanto, da mesma forma que usuários corporativos quando estão em suas redes

locais têm necessidade por serviços disponíveis na Internet, as Corporações têm

necessidade de usar a Internet para realizar suas transações comerciais e disponibilizar

seus produtos e serviços com abrangência mundial.

6

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Sendo assim, é necessário estabelecer projetos de redes WAN que contemple o

acoplamento de uma grande variedade de soluções.

Diante disso, este trabalho tem por objetivo geral apresentar uma proposta de

metodologia capaz de organizar e estabelecer os caminhos necessários e viáveis para se

projetar redes WAN com requisitos de multimídia. O foco principal do trabalho é a

metodologia e sua aplicabilidade a um cenário real, onde se faz necessário a oferta de

serviços através da Internet, como a proposta de promover a interação entre o cidadão e

a Secretaria de Estado da Fazenda Estadual do Estado do Espírito Santo.

Este trabalho tem como objetivos específicos:

• Desenvolver e aplicar uma metodologia de projetos de redes WAN a um

cenário real;

• Desenvolver um protótipo e aplicá-lo, como ferramenta no auxílio do uso

da metodologia, com a finalidade de caracterizar e aferir o parque de

tecnologia de informação que compõe a rede WAN SAFAZ no que diz

respeito aos seus enlaces de interconexão;

• Realizar simulações com o uso do OPNET® Modeler a fim de verificar o

impacto das demandas futuras no cenário atual, com a finalidade de

prover novos serviços a usuários externos e internos.

A metodologia de desenvolvimento da pesquisa se deu em três etapas distintas

que se aglutinam ao longo do trabalho. A primeira delas é relacionada ao estudo

detalhado das tecnologias e seus protocolos através das referencias bibliográficas [1],

[2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [15], [16], [20], conceitos adquiridos no decorrer do

mestrado e a implementação pratica de soluções WAN na rede SEFAZ. A segunda etapa

deu-se com o entendimento dos conceitos e mecanismos que estabelecem os padrões da

disciplina de QoS e sua relação com os contratos de SLA através das fontes [4], [5],

7

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

[11], [12], [13], [18] e [19]. A terceira etapa, considerada principal e fundamental, se

deu na busca e compreensão de metodologias para projetos de redes corporativas

usando as fontes bibliográficas [1], [4], [10], [11] e [12], e a estratificação das etapas

que dizem respeito a redes WAN. O processo de pesquisa termina com o relacionamento

dos conceitos, tecnologias, requisitos de QoS atrelados a uma metodologia que seja

capaz de permitir analisar e compreender redes WAN Multimídia.

Os resultados esperados com este trabalho, dizem respeito a avaliar a

metodologia proposta como um caminho no desenvolvimento de projetos de redes

WAN multimídia, verificar se o protótipo é um instrumento facilitador na aplicação da

metodologia e na consolidação dos dados obtidos e ainda extrair dos processos de

simulação as respostas pertinentes ao crescimento proposto na oferta de serviços.

A dissertação encontra-se dividida em sete capítulos, sendo o primeiro esta

introdução, que enfatiza a necessidade de uma metodologia que suporte os projetos de

redes WAN, sua aplicabilidade e seus resultados.

O segundo capítulo apresenta uma visão geral de algumas tecnologias de

comunicação com suporte ao IP Internet Protocol, e enfatiza os conceitos que são

necessários para o entendimento de engenharia de tráfego.

O terceiro capítulo descreve os parâmetros e mecanismo de QoS necessários

para se prover soluções em redes multimídia. Além disso, faz uma breve análise das

arquiteturas usadas no estabelecimento de serviços integrados e diferenciados.

O quarto capítulo é o principal desta dissertação, e apresenta detalhadamente a

metodologia proposta para projetos de redes WAN. A metodologia é descrita em três

fases e seu ponto principal é permitir o uso de iterações sucessivas e recursivas com

objetivo de mapear as necessidades tecnológicas e restrições de negócio. Para facilitar

8

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

seu uso foi desenvolvido um protótipo que é parte integrante desta dissertação, presente

no capítulo 5.

O quinto capítulo detalha o Protótipo como um sistema de apoio a decisão para

projetos redes de telecomunicações. Este protótipo deve ser entendido como um

sistema híbrido com funções típicas de um sistema transacional e funções típicas das

ferramentas de apoio a tomada de decisões. Está focado em auxiliar o processo de

consolidar as informações de redes e infra-estrutura de tecnologia da informação,

através da análise dinâmica de todos os dados, com a possibilidade de gerar relatórios

gerencias para facilitar o desenvolvimento de projetos de redes de telecomunicações.

O sexto capítulo representa a aplicabilidade da metodologia com o estudo de

caso da Rede WAN SEFAZ. Descreve as fases pertinentes à metodologia e os

resultados obtidos. Destaca-se neste capítulo as análises dinâmicas permitidas com o

uso do protótipo e as simulações extraídas do OPNET® Modeler.

O sétimo capítulo contém as conclusões deste trabalho, sendo apresentada uma

sugestão para a evolução do protótipo.

Para finalizar o trabalho, é incorporado um CD-ROM contendo os anexos e

arquivos referentes ao protótipo e as simulações no formato do OPNET® Modeler com

seus relatórios principais.

9

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

2 CONTEXTUALIZAÇÃO DAS TECNOLOGIAS DE

COMUNICAÇÃO PARA PROJETOS DE REDES WAN

2.1 INTRODUÇÃO

A demanda por serviços IP nas redes WAN (Wide Area Networks) e a evolução

da tecnologia proporcionam um novo paradigma para aplicações multimídia

distribuídas. Cada vez mais existe a necessidade de serviços com acesso a recursos

compartilhados em redes WAN. No entanto, além dessa necessidade, os usuários

também exigem os mesmos requisitos de qualidade encontrados nas redes LAN. Faz-se

necessário adotar soluções tecnológicas que permitam desempenhos idênticos ao se

executar as aplicações em rede locais e ter a confiabilidade como uma das metas mais

importantes, com o objetivo de suportar o negócio a ser trafegado na rede [4].

A imensa variedade de combinações tecnológicas torna a tarefa de projetar e

analisar redes WAN extremamente complexa [1] [6]. Contudo, não é possível

considerar como trivial prover serviços para aplicações telemáticas1 distribuídas,

principalmente aplicações multimídia em tempo real, como vídeo sob demanda,

videoconferência, voz sobre IP, computação em grupo de trabalho (controle de fluxo de

trabalho, tele-medicina e etc..), mantendo as exigências de QoS (Quality of Service) em

conformidade com níveis de serviços contratuais (SLA – Service Level Agreement) bem

definidos [6] [11].

Portanto, combinar recursos computacionais com um conjunto de

especificações, que garantam os serviços oferecidos, atendendo os requisitos

necessários “fim a fim”, é vital para o sucesso dos projetos de redes WAN.

1 Ciência que trata da manipulação e utilização da informação através do uso combinado de computador e meios de telecomunicação.

10

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Diante disso, é preciso adotar soluções que atendam a todos os subsistemas que

compõem o ambiente a ser considerado, e permitir analisar, especificar e implementar,

as arquiteturas internas, topologias, tecnologias de comunicação de dados, protocolos de

comunicação, e demais fatores que permeiam o projeto [1] [5] [11].

Neste cenário, torna-se claro a importância do protocolo IP (Internet Protocol),

como o ponto de convergência das tecnologias de redes, e suas limitações, fruto de sua

simplicidade original, que limitam a implementação de QoS nativo nas redes baseadas

neste protocolo. Assim sendo, a correta combinação de tecnologias nas camadas

adjacentes à camada de rede é fundamental devido às características do IP, dentre as

quais pode-se citar:

• O serviço é definido como um sistema de transmissão sem conexão, BE

(Best-effort) melhor esforço e não-confiável [2] [5] [15] [16];

• O serviço é conhecido como não-confiável devido a entrega não ser

garantida [15] [16];

• O serviço é denominado sem conexão porque cada pacote é enviado de

forma independente dos outros [2] [8];

• O serviço utiliza transmissão do tipo BE (melhor esforço), porque o

software de interligação de redes faz uma série de tentativas para

entregar os pacotes [2] [3];

• Não existe nenhum tipo de classificação, priorização e reserva de

recursos, nativos do protocolo IP [5] [11] [12];

• O roteamento é implícito, onde cada pacote é inspecionado e analisado

individualmente em cada nó de roteamento, acarretando uma sobrecarga

na transmissão dos mesmos [11] [14].

11

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Dito isto, é necessário compreender os mecanismos que permeiam as tecnologias

e protocolos destinados a projetos de redes WAN baseados no IP, que é o objeto de

estudo deste capítulo.

12

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

2.2 CONCEITUANDO ENGENHARIA DE TRÁFEGO.

Antes de apresentar as principais tecnologias de redes WAN é preciso entender o

que é congestionamento ou, de uma forma geral, quais os mecanismos necessários para

adequar-se ao crescimento e expansão da rede. Neste aspecto é necessário compreender

a diferença entre engenharia de tráfego e engenharia de rede.

A primeira pode ser entendida como a manipulação da rede para se ajustar ao

seu tráfego, ao passo que a segunda é a manipulação do tráfego para se ajustar à rede

[14]. A engenharia de tráfego não deve ser vista como uma linha reta e determinística,

principalmente no que se refere a Internet ou na grande maioria das redes IP. O tráfego

IP não tem um comportamento previsível e a rede não pode ser atualizada com rapidez

suficiente. Eventos repentinos no aumento da quantidade de tráfego, chamados de

rajadas, podem mudar radicalmente o comportamento do tráfego ao ponto de exceder

todas as previsões feitas. Portanto, é preciso adotar mecanismos para se obter a

resiliência necessária nas redes IP com a finalidade de minimizar o impacto com

variação do tráfego, minimizar o atraso em circuitos e maximizar o throughput de

circuitos WAN.

Ao se interconectar redes IP através de um protocolo de roteamento padrão, é

possível que a melhor rota fique congestionada ou com alta demanda, enquanto outras

rotas podem não ser usadas. Protocolos de roteamento do tipo IGP (Internal Gateway

Protocol) geralmente determinam suas rotas baseados em métricas que podem variar

desde um simples salto, ou mesmo envolvendo um conjunto de métricas como: a largura

de banda, confiabilidade do enlace, saltos, atraso e a própria topologia da rede.

Independente do protocolo de roteamento usado, geralmente os pacotes usam o mesmo

caminho para ir de um nó a outro da rede e é possível ter rotas secundárias que nunca

13

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

são usadas. A engenharia de tráfego, deve ser entendida como a arte de movimentar o

tráfego de modo que o tráfego de um enlace congestionado seja movido para a

capacidade não usada do outro enlace [6] [14]. A engenharia de tráfego, de forma

alguma, deve ser pensada como uma solução somente em função do congestionamento,

mas também como ferramenta de QoS, capaz de permitir as concessionárias de serviços

de telecomunicações usar caminhos secundários para atender requisitos necessários da

aplicação, ou ainda prover serviços diferenciados aos usuários. Esta percepção é um

caminho viável para projetos de redes WAN compartilhadas com vistas à redução dos

custos [6] [9].

Diante disso, é possível identificar que a engenharia de tráfego não está

dependente de ferramentas, e sim de um completo entendimento e caracterização do

tráfego, requisitos das aplicações e necessidades dos usuários.

A seguir é apresentada uma visão das principais tecnologias de comunicação em

redes WAN, com ênfase as tecnologias usadas no estudo de caso e tendências futuras.

2.3 VISÃO GERAL DAS TECNOLOGIAS DE COMUNICAÇÃO WAN

COM SUPORTE AO INTERNET PROTOCOL.

Na maioria das implementações de uma rede WAN, a confiabilidade é a meta

mais importante [1], devido ao fato de ser a parte principal do backbone de interconexão

de redes. Recursos de comunicação de longa distância são caros e a tarefa de projetar

redes WAN redundantes para maximizar a disponibilidade pode ser totalmente inviável.

Porém, não prever redundância pode tornar a WAN não funcional e, por conseguinte,

pode acarretar em desastre para o negócio que ela suporta. Diante disso, é necessário

estimar o custo do tempo de parada sempre que houver impacto nos negócios e para

tanto é preciso conhecer as tecnologias e suas características com o objetivo de

14

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

combinar soluções, a fim de se obter redundância adequada que suporte o negócio com

parâmetros tecnológicos e financeiros viáveis.

Todavia, os mecanismos que atualmente são usados para garantir transmissões

bem sucedidas podem se tornar obsoletos e serem substituídos por outros capazes de

reduzir ou até mesmo eliminar as falhas [16].

Atualmente é possível identificar dois tipos de conexões disponíveis para

interconexão das redes WAN. As conexões baseadas em linhas dedicadas e as conexões

comutadas. Além disso, também é possível variar a partir da camada física com o uso de

fibra óptica, cabo metálico, ondas de rádio até as demais camadas para se obter a

solução de conectividade ideal. No entanto, é imperativo avaliar as características

tecnológicas e parâmetros como latência, volume de tráfego, compatibilidade com

padrões de sistemas legados, simplicidade e facilidade, como condicionantes

fundamentais na tomada de decisão. A figura [2.1] ilustra as opções de tecnologias

WAN, onde se destaca o MPLS devido ao fato de seu acoplamento tanto nas soluções

WAN dedicadas como também nas soluções comutadas.

Figura [2.1] Opções de tecnologias WAN

15

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Este trabalho não pretende detalhar as opções de comutação por circuito como

solução para backbones WAN. Porém, é factível o seu uso para prover redundância no

caso de falhas dos enlaces entre os subsistemas de distribuição e acesso.

Com o intuito de esclarecer as opções de conexão WAN são apresentadas as

tecnologias identificadas na figura [2.1].

As linhas privadas T1 e E1 e suas variantes são facilidades amplamente usadas

que permitem a configuração de redes privadas para transportar dados de toda uma

organização [16]. “A terminologia T1, é um produto do sistema de transporte T, foi

definida originalmente pela AT&T (American Telephone and Telegraph) e descreve a

multiplexação de 24 canais separados sobre um sinal digital de banda larga único de

1,544Mbps” [1] [5] [8] [13]. O serviço T1 é usado na Austrália, Japão, Canadá e

Estados Unidos. O Brasil usa a terminologia E1, a mesma adotada na Europa, América

do Sul, África, partes da Ásia e México. O serviço E1, definido pelo CEPT (Committee

of European Postal and Telephone), fornece suporte a 30 canais de 64Kbps e mais 2

canais de controles, cada um com 64Kbps, o que resulta uma largura de banda agregada

2,048Mbps [1] [5] [8] [11] [13] [15]. As facilidades T1 e E1 são baseadas na

transmissão sinais digitais sobre enlaces metálicos (cabeamento de cobre) [1] [5] [8]

[13]. As tecnologias baseadas em cabos de cobre dominaram o cenário até a

disseminação dos enlaces ópticos, quando surge em cena o padrão SONET (Sinchrouns

Optical Network) que, além de apresentar diversas vantagens sobre os meios físicos

metálicos, é também visto como um caminho para atenuar os problemas causados por

incompatibilidades entre os sistemas Americano e Europeu [8] [13].

A seguir são apresentadas algumas das principais tecnologias que suportam as

redes WAN.

16

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

2.3.1 SONET/SDH

O SONET e o SDH são padrões internacionais da camada física que

proporcionam uma especificação para a transmissão digital de alta velocidade via fibra

óptica. [8] [11]. O primeiro é uma interface de transmissão óptica originalmente

proposta pela BellCore divisão da Bell Telephone Company e padronizada pelo ANSI

(American National Standards Institute) [15] [16]. O segundo é uma versão compatível

chamada de Synchrouns Digital Hierarchy [16], padronizado pelo ITU-T (International

Telecommunications Union - Telecommunication Standardization Sector).

Desenvolvido depois do SONET, o SDH incorporou as funcionalidades do primeiro [8]

[11] [15] [16]. O padrão SONET inclui o nível de transporte óptico (OC-n) e o nível de

sinal de transporte síncrono (STS-n). O STS representa sinais elétricos em fios, e seu

equivalente óptico é expresso em taxas OC (Optical Carrier). O SDH pode ser

considerado uma evolução das tecnologias PDH (Plesiochrouns2 Digital Hierarchy) [8]

[11] [13] e seus quadros são representados pelo termo STM (Synchrouns Transport

Modules) que descreve o módulo de transporte síncrono e seus níveis [8] [11]. As

facilidades do SONET/SDH têm vantagem em relação aos padrões metálicos, questões

como alocação de largura de banda e configurações dinâmicas são recursos necessários

e presentes transmissão nos dois padrões. Desconsiderando pequenas diferenças, o SDH

é essencialmente é idêntico ao SONET, a partir da taxa OC-3, eles são virtualmente

idênticos [8] [11] [13] [15]. Como serviços de transporte podem servir as redes MAN e

WAN, e proporcionar taxas de transmissões que atendem a um simples enlace WAN ou

até mesmo um backbone metropolitano de alta velocidade. As principais tecnologias de

rede incluindo ATM, FDDI, SMDS, ISDN e suas variantes são suportadas pelos padrões

SONET/SDH.

17

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

A tabela [2.1] faz um comparativo entre as taxas de linha SONET/SDH e os

canais digitais.

Comparação entre as Taxas de Transmissão em linha SONET/SDH e DS

OC-n STS-n STM-n Mbps No. Canais

DS-0

No. Canais

DS-1

No. Canais

DS-3

OC-1 STS-1 - 51,84 672 28 1

OC-3 STS-3 STM-1 155,52 2.016 84 3

OC-9 STS-9 STM-3 466,56 6.048 252 9

OC-12 STS-12 STM-4 622,08 8.064 336 12

OC-18 STS-18 STM-6 933,12 12.096 504 18

OC-24 STS-24 STM-8 1.244,16 16.128 672 24

OC-36 STS-36 STM-12 1.866,24 24.192 1.008 36

OC-48 STS-48 STM-16 2.488,32 32.256 1.344 48

OC-96 STS-96 STM-32 4.976,64 64.512 2.688 96

OC-192 STS-192 STM-64 9.953,28 129.024 5.376 192

Tabela [2.1] Comparativo entre as taxas de transmissão SONET/SDH e DS.

2.3.2 WAN baseada em Linhas Privadas

A WAN, baseada em LPCD (Linhas Privadas de Comunicação de Dados), como

são chamadas no Brasil as linhas privadas, é um método consolidado e bastante usado

nas interconexões de redes em áreas geograficamente amplas. São intensamente usadas

com taxas que atingem altas velocidades [1] [5] [11] [13]. É possível encontrar

velocidades OC-48 (2.4Gbps) na interligação de backbone empresarias, ou mesmo

velocidades maiores em muitas concessionárias de serviços de telecomunicações. Nas

conexões em LPCD, é necessário uma porta do roteador dedicada para cada conexão,

2 Plesio vem do grego e significa “quase” [13]. Portanto, uma tecnologia quase síncrona.

18

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

em conjunto com uma CSU/DSU3 (Channel Service Unit and Data Service Unit)[1] [8],

bem como um circuito dedicado, geralmente no padrão T ou E contratado com provedor

de serviços de telecomunicações. A figura [2.2] ilustra essa conexão.

Figura [2.2] Ilustra as conexões com linhas privadas

Ao se pensar na arquitetura, fica evidente que para projetar uma rede WAN

totalmente redundante é preciso uma estrutura em malha completa o que pode tornar o

projeto extremamente caro. Não obstante, pode-se adotar outras arquiteturas e usar as

tecnologias remotas para prover redundância dos enlaces mais críticos. Ao se adotar

linha dedicada é preciso estabelecer métodos de encapsulamento. Os métodos de

encapsulamento disponíveis para uso em LPCD são originalmente derivados do SDLC

(Synchronous Data Link Connection) [1] [2] [3]. Além do SDLC são usados outros

mecanismos e o mais comum é o PPP (Point to Point Protocol). O PPP trata-se de um

padrão aberto. Sendo assim, permite interconectar redes com fabricantes distintos e

aceita vários protocolos na camada de rede, inclusive o IP, IPX, AppleTalk e o DECnet

[5] [8] [15] [16].

Nos projetos de redes WAN deve-se considerar a confiabilidade da rede da

concessionária, especialmente ao se projetar enlaces de núcleo. Em muitos casos, é

conveniente negociar um contrato de nível de serviço SLA (Service Level Agreement)

3 O conjunto CSU e DSU são os equipamentos que monitoram as anomalias elétricas e regeneram o sinal no padrão T. Conjunto semelhante é usado no padrão E, sendo chamado de CSU/NTU.

19

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

com base nos requisitos de negócio. É importante considerar o uso de linhas privadas na

composição de projetos de redes WAN e entender seus critérios de seleção de largura de

banda, arquitetura e métodos de encapsulamento.

2.3.3 FRAME RELAY

O Frame Relay é amplamente utilizado pelas concessionárias de serviços de

telecomunicações [1] em muitas conexões de redes empresarias de grande porte.

Consolidado pelo mercado é um padrão internacional do ITU-T (International

Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Sector) e ANSI

(American National Standards Institute) [1] [7]. Define o processo de enviar dados

sobre uma rede pública de telecomunicações, sendo usado principalmente no tráfego de

dados.

É definido como um serviço de suporte ao modo de pacotes orientado a conexão,

prestado por redes de suporte que oferecem interface de acesso Frame Relay a terminais

de usuários [7] [8]. Sendo considerado uma das opções mais populares, se caracteriza

numa tecnologia de chaveamento de pacotes desenvolvida para solucionar problemas de

comunicação que até o momento de sua padronização os outros protocolos não haviam

resolvido [7].

Baseia-se no princípio de que os sistemas físicos de transmissão modernos são

confiáveis e têm pouco ruído e na redução do overhead4. Em comparação com os

projetos baseados em linhas dedicadas, o Frame Relay permite uma melhor relação

custo beneficio, mantendo a mesma taxa de transferência da informação com custos

operacionais mais baixos [1].

4 bits extras que são adicionados e que não se constituem em informação útil para o usuário

20

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

O Frame Relay foi planejado como uma alternativa eficaz em termos de custos a

projetos WAN ponto a ponto baseado em linhas dedicadas [1] [7].

2.3.3.1 Visão básica do funcionamento Frame Relay

Pode-se considerar um protocolo síncrono por natureza e baseado no conceito de

chaveamento por pacotes, pois carrega endereços de origem e destino. Usa a

multiplexação estatística que permite múltiplos assinantes compartilhem o mesmo

enlace [6] [7].

Para não sobrecarregar os enlaces, é deixado por conta dos nós terminais as

tarefas de controle de fluxo, detecção do erro, sequenciamento de quadros e

confirmações [7]. Estas tarefas são realizadas geralmente em roteadores de borda,

ficando os comutadores da nuvem livres para realizar de forma rápida e eficaz o

estabelecimento e a manutenção das conexões virtuais. A figura [2.3] permite uma visão

do funcionamento e suas características.

Figura [2.3] Visão geral do funcionamento do Frame Relay

21

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Inicia-se o entendimento do funcionamento do Frame Relay com sua unidade

típica de serviço o PVC (Permanent Virtual Circuits). O PVC é um enlace de dados não

confiável identificado por um identificador de conexão a enlace de dados DLCI (Data-

link Connection Identifier) [1] [7]. Os DLCIs são endereços de circuitos virtuais

designados aos PVCs pelos provedores de serviços de telecomunicações que têm

importância local, o que significa que seus valores não são exclusivos na WAN [1].

O contrato de DLCI entre o cliente e a concessionária especifica o CIR

(Commited Information Rate) que deve ser fornecido pela concessionária. Deve-se,

entender o CIR como a taxa em que as portas de entrada e de saída transferem

informações em condições normais e garantidas pela concessionária [20]. Todo o fluxo

de dados acima do CIR é marcado como elegível para descarte DE (Discard Eligible)

pelo comutador da nuvem [1] [7] [20]. Caso exista congestionamento da nuvem os

pacotes marcados como DE são descartados antes do tráfego não marcado [1] [7] [13]

[20].

Os DLCIs têm 10 bits de comprimento, o que traduz 1024 circuitos virtuais

possíveis. Porém, só é permitido usar 922, pois 32 circuitos são reservados para tarefas

variadas, por exemplo, o controle de chamada. Fora da nuvem, os DLCIs representam o

número de porta do nó terminal da rede destinatária, e mantém uma tabela cruzada que

mapeia DLCI da porta para um endereço de rede especifico.

Pode-se designar os DLCIs de duas formas diferentes devido ao seus escopo e

abrangência. São designados de forma local quando dizem respeito apenas às UNI (User

Network Interface) e tem abrangência somente no roteador de borda e de forma global o

qual identifica o mesmo DLCI independente do nó de comutação ou nó de borda.

Embora o endereçamento global simplifique a manutenção dos DLCIs, possui o

22

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

agravante de reduzir consideravelmente o número de DLCIs disponíveis para uso, já que

nenhum DLCI poderá ser reutilizado por redes diferentes.

Resumindo, a transferência de dados na rede Frame Relay envolve

primeiramente o estabelecimento de uma conexão lógica entre os nós de origem e de

destino e a designação de um DLCI único para a conexão. Após esta etapa os quadros

de dados são então transferidos pela rede, com cada quadro contendo o DLCI

designado.

2.3.3.2 Entendo o uso de subinterfaces no Frame Relay

O recurso de subinterface diz respeito à capacidade de encaminhar tráfego para

várias interfaces lógicas que representam a mesma interface física [1] [6] [7] [20]. Este

recurso é conhecido também como virtual circuit routing, onde cada PVC mapeia uma

rede ou sub-rede diferente. O resultado é que o Frame Relay passa a funcionar como

diversos enlaces ponto a ponto evitando o transtorno ao se usar os mecanismos de

divulgação e manutenção da rotas dos protocolos de roteamento tais como: RIP

(Routing Information Protocol) e OSPF (Open Shortest Path First). A figura [2.4]

exemplifica o modelo básico do uso de várias subinterfaces associada à interface serial

0 (S0) no protocolo Frame Relay.

23

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [2.4] Uso de subinterfaces no Frame Relay

2.3.4 MPLS (Multiprotocol Label Switching)

A comutação de rótulos multiprotocolo MPLS é uma técnica padronizada pelo

IETF (Internet Engineering Task Force) que estabelece regras para comutação de

pacotes através da inserção de labels, ou seja, rótulos nos pacotes, combinando algumas

propriedades dos circuitos virtuais com a flexibilidade das redes baseadas em

datagramas. A idéia original tem por objetivo melhorar a velocidade de

encaminhamento de pacotes e a razão entre o preço e a largura de banda. O MPLS

acabou não oferecendo grandes melhorias nessas áreas [14], pelo fato de seu rótulo ser

composto por 20 bits, e uma pesquisa de rótulos pode não ser significativamente mais

rápida do que uma pesquisa a um endereço IP de 32 bits [5]. Portanto, é possível

imaginar que a velocidade de encaminhamento não é o seu principal motivador, a não

ser que essa pesquisa não precise ser realizada por cada nó da rede. No roteamento

tradicional de datagramas, quando um roteador recebe um pacote, ele deve examinar o

endereço destino no cabeçalho IP do pacote, verificar se existe uma rota e encaminhar o

24

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

pacote para o próximo nó da rede. Caso não exista uma rota o pacote é descartado. Esse

processo é repetido para cada roteador da rede até que o pacote chegue a seu destino.

Ao se pensar somente na melhoria entre analisar o rótulo ao invés do IP, o MPLS pode

não seduzir os engenheiros de redes ao seu uso. Contudo, uma visão mais profunda

permite compreender qual é a verdadeira proposta com a comutação de rótulos. A

comutação de rótulos possibilita o desacoplamento entre roteamento e encaminhamento,

onde se verificam as seguintes melhorias:

• Permite encaminhar pacotes IP ao longo de rotas pré-estabelecidas que

não necessariamente combinem com as rotas estabelecidas pelos

protocolos de roteamento [6] [9] [14];

• Permite capacidades IP em dispositivos que não tem a capacidade de

encaminhar datagramas IP pelo modo normal [4] [9].

2.3.4.1 Visão Geral do modo de operação do MPLS

Basicamente o MPLS possui o módulo Frame e o módulo célula. No modo

Frame, um cabeçalho de rótulo é inserido entre o encapsulamento da camada 2 e o

cabeçalho IP da camada 3 conforme a figura [2.5]. Um pacote pode ter vários rótulos,

transportados chamados de pilha de rótulos. A pilha de rótulos é um conjunto de um ou

mais rótulos em um pacote [6] [14] [15].

25

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [2.5] MPLS no modo Frame

Já no modulo célula, que funciona os LSR (Label switch router) ATM, e seu

plano de controle são valores VPI/VCI trocados entre LSR ATM. Pode-se dizer que ao

usar a sinalização ATM, o MPLS identifica seu rótulo nos campos VPI/VCI de uma

célula [6] [9] [14]. Assim sendo, quando os valores VPI/VCI são preparados nos LSR

ATM, que se comportam como comutadores ATM tradicionais, e enviam uma célula

com base nos valores de entrada e na informação da porta de entrada do comutador de

entrada na nuvem.

2.3.4.2 Entendendo o processo de encaminhamento

No MPLS o encaminhamento é feito basicamente de duas formas:

• Encaminhamento baseado no destino;

• Encaminhamento baseado no roteamento explícito.

No encaminhamento baseado no destino é alocado um rótulo para cada prefixo

em sua tabela de roteamento e, a seguir, é divulgado o rótulo e o prefixo para os

roteadores vizinhos. Este processo, chamado de anúncio, é transportado no LPD (Label

Distribution Protocol). A figura [2.6] e seu detalhamento ilustram o processo de

divulgação de rótulos baseado no destino.

Figura [2.6] Encaminhamento IP baseado no destino

Passo 1 – Suponha que um pacote destinado ao host 10.1.1.15 chegue ao

roteador R1.

26

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

No roteamento tradicional as tabelas de rotas de cada roteador são consultadas

para determinar por qual interface deverá ser encaminhado o pacote conforme tabela

[2.2] para o roteador 1 e tabela [2.3] para o roteador 2.

TABELA ROUTER 1

...

010.3.3

010.1.1

InterfacePrefixo

TABELA ROUTER 1

...

010.3.3

010.1.1

InterfacePrefixo

Tabela [2.2] Tabela de rotas do roteador 1

TABELA ROUTER 2

...

010.3.3

110.1.1

InterfacePrefixo

TABELA ROUTER 2

...

010.3.3

110.1.1

InterfacePrefixo

Tabela [2.3] Tabela de rotas do roteador 2

A figura [2.7] indica a direção feita na divulgação dos rótulos via LDP

Figura [2.7] Anúncio de rótulos através do LDP

27

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Após a divulgação cada vizinho adiciona em sua tabela uma nova coluna e os

rótulos aprendidos, este novo rótulo geralmente é conhecido como rótulo “remoto”, ou

rótulo “out” de saída. As tabelas [2.4] e [2.5] indicam o processo.

...

16010.3.3

15010.1.1

RótuloRemoto

InterfacePrefixo

TABELA ROUTER 1

...

16010.3.3

15010.1.1

RótuloRemoto

InterfacePrefixo

TABELA ROUTER 1

Tabela [2.4] Tabela de rotas do roteador 1 após a inserção do rótulo remoto.

...

010.3.316

110.1.115

InterfacePrefixoRótulo

TABELA ROUTER 2

...

010.3.316

110.1.115

InterfacePrefixoRótulo

TABELA ROUTER 2

Tabela [2.5] Tabela de rotas do roteador 2 após a inserção do rótulo remoto.

Da mesma forma como o roteador 2 anunciou o seu rótulo para o seu vizinho

interligado a sua interface de entrada, o roteador 3 divulga para o roteador 2 seus rótulos

usando o LDP e novamente se têm a alteração nas tabelas de endereçamento. A figura

[2.8] ilustra o processo.

28

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [2.8] Anúncio de rótulos usando LDP através do roteador 3.

Após a divulgação do novo rótulo, a tabela do roteador 2 é atualizada, como

demonstra a tabela [2.6].

30110.1.115

010.3.316

...

RótuloRemoto

InterfacePrefixo

TABELA ROUTER 2

Rótulo

30110.1.115

010.3.316

...

RótuloRemoto

InterfacePrefixo

TABELA ROUTER 2

Rótulo

Tabela [2.6] Tabela atualizada após o processo de divulgação de rotas.

Observa-se, que o encaminhamento do pacote de agora em diante é feito apenas

examinando o rótulo, sem precisar examinar o endereço IP de destino. Portanto, é

substituída a pesquisa realizada no endereço IP por uma pesquisa de rótulos. Este

processo em alguns casos pode ser eficiente se este mecanismo for usado para dar um

tratamento diferenciado aos pacotes que são analisados pelos protocolos de roteamentos

tradicionais.

O encaminhamento baseado no roteamento explícito possui características

semelhantes a opção de roteamento IP na origem [4] [5] [6] [9] [14] [15]. O principal

atrativo para a distinção é que normalmente não é a origem real do pacote que escolhe a

rota, e sim, um comutador ou roteador na rede de serviços [14]. Dessa forma, pode-se

29

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

disponibilizar QoS para aplicações que necessitem de requisitos semelhantes, sem

alterar o roteamento padrão [14]. Esta característica pode ser considerada como um

mecanismo de engenharia de tráfego e difere essencialmente do procedimento anterior,

devido ao fato da escolha do caminho ser determinada. Portanto, não se usa o caminho

aprendido através do protocolo de roteamento, que em alguns caso pode estar

congestionando.

A figura [2.9] ilustra o processo no qual o administrador da rede estabelece um

caminho configurando as rotas estaticamente, como por exemplo, LSR 1-LSR 2-LSR 3-

LSR 5.

LSR2 LSR3

LSR6

LSR4

MPLS Domain

Router1NetworkA

Router2 NetworkB

LSR1LSR5

LSR2 LSR3

LSR6

LSR4

MPLS Domain

Router1NetworkA

Router2 NetworkB

LSR1LSR5

Figura [2.9] Roteamento explícito ao entrar na nuvem.

Toda a comunicação entre a rede A e a rede B é feita passando pelo caminho

estabelecido ao se ingressar no LSR1.

A principal diferença do encaminhamento explícito para o encaminhamento

baseado no destino é a possibilidade de evitar os caminhos normais aprendidos pelos

algoritmos de roteamento [6] [9]. Logo, ao se usar esse método é possível garantir uma

quantidade de recursos suficientes disponíveis para atender as demandas expostas sobre

todos os nós da rede. O controle exato dos caminhos por onde o tráfego flui é uma peça

fundamental da engenharia de tráfego [9]. No caso de falhas, este método reduz

consideravelmente o tempo gasto para “re-rotear” pacotes, já que outras rotas podem ser

30

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

previamente configuradas a fim de solucionar o problema. Outro fator é oferecer um

mecanismo de QoS através da configuração das classes de equivalência de envio, que

são configuradas nos LER, conforme figura [2.10].

As classes de equivalência de envio representam as facilidades de um grupo que

possuem os mesmos requisitos de transporte, de tal forma que os pacotes são tratados da

mesma forma durante o envio entre origem e destino. O LSR constrói uma tabela de

encaminhamento, chamada de LIB (Label Information Base), que serve para determinar

como os pacotes devem ser encaminhados no interior da rede. A figura [2.10]

exemplifica as classes de estabelecimento, de acordo com legenda abaixo:

LSR2 LSR3

LSR6

LSR4

MPLS Domain

Router1NetworkA

Router2 NetworkB

LSR1LSR5

LSR2 LSR3

LSR6

LSR4

MPLS Domain

Router1NetworkA

Router2 NetworkB

LSR1LSR5

Figura [2.10] Roteamento explícito com o uso de classes de equivalência.

Os pacotes com destino a rede B que saem da rede A são enquadrados em uma

das classes de equivalência de acordo com o requisito da aplicação. Independente da

base de classificação, todos os pacotes classificados para a mesma FEC recebem o

mesmo tratamento, que pode estar relacionado a adoção de um caminho, ou ainda

receber um tratamento especial no núcleo da rede MPLS.

Baixa latência

Exigência de alta largura banda

Alta confiabilidade

31

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

O MPLS atualmente é visto como uma solução concorrente e/ou integrante as

redes Frame Relay e ATM, sendo usado tanto como recurso no estabelecimento do QoS

como também no controle de congestionamento.

2.3.5 VPN – Virtual Private Network

As redes virtuais privadas (VPN), surgiram comercialmente em meados 1990,

com os provedores de serviços de telecomunicações ofertando serviços de linhas

privadas Frame Relay e PVCs ATM para interligação de escritórios remotos as empresas

[14]. Portanto, as VPN são consideradas uma solução viável para se interligar redes ou

sub-redes privadas a outras redes. Atualmente, consideram-se as soluções com o uso

VPN um recurso adicional para se prover um meio redundante no caso de falhas através

de uma rede pública, com suporte a canais seguros e virtualmente dedicados [9].

2.3.5.1 Visão geral VPN

Uma VPN deve ser considerada como um conjunto de redes privadas

interconectadas por circuitos/canais virtuais suportados normalmente por redes públicas,

como, por exemplo, a Internet [5] [11] [15].

Recomenda-se o uso das VPNs na interligação de LANs constituintes da mesma

Intranet e também na interligação WAN de forma a constituir ambientes de

Intranet/Extranet em substituição às linhas dedicadas cujo custo pode ser mais elevado

[11]. É uma tecnologia que complementa o uso de outras tecnologias provendo:

segurança, capacidade de dar suporte a um espaço de endereçamento sobreposto, e

conectividade segura através da Internet [9].

32

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

2.3.5.2 Critérios para escolha de soluções

Na adoção de soluções tecnológicas para a implementação de redes virtuais

privadas, é preciso se ater a critérios de segurança, desempenho e gestão, em

conformidade com as normas e padrões de mercado. Em termos de segurança, diversos

aspectos devem ser considerados. A confidencialidade deve ser garantida por

encriptação e/ou tunelamento, usando no primeiro caso mecanismos de encriptação

comprovados (DES, 3DES, RSA, IDEA) e no segundo normas como IPSec ou L2TP [6]

[9] [11]. Além disso, é necessário mecanismos de integridade usando algoritmos de

hashing5 como SHA ou MD5 e autenticação e controle de acesso como LDAP [5] [15].

Além de critérios de segurança deve-se considerar também as questões de desempenho,

e a possibilidade de se estabelecer reserva de banda e/ou métodos de prioridades para as

sessões de VPN com o intuito de garantir um nível de serviço adequado.

Na adoção de qualquer solução que contemple o uso de VPN é preciso permitir a

gestão, configuração e flexibilidade para as definições de regras/métodos de segurança,

de modo que possa suportar uma grande variedade de políticas de uso, não sendo a

plataforma uma limitação nas interligações com seu uso.

2.3.6 Conclusão

Ao se pensar em tecnologias para projeto de redes WAN é necessário avaliar um

conjunto de soluções, tanto no que diz respeito aos subsistemas de acesso, de

distribuição e núcleo. Existe uma diversidade de soluções técnicas fora do âmbito deste

trabalho que se deve analisar quando se pretende obter um projeto de redes WAN.

Dentre as quais, é possível destacar as tecnologias móveis e os mecanismos de

multiplexação por divisão de freqüência usado nas redes ópticas.

33

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

A convergência das redes tradicionais para uma rede de serviços em virtude da

utilização do protocolo IP já não é mais questionada e sim um fato consumado. As

componentes físicas baseadas no cabeamento de fibra óptica e no uso das tecnologias

SONET/SDH e os métodos de multiplexação por divisão de freqüência, associados aos

protocolos Frame Relay e ATM, usados amplamente pelas concessionárias de serviços

de telecomunicações para tráfego voz e dados, integram um novo cenário na

interligação de redes WAN.

O IP é o agente principal dessa integração e sem dúvida o elemento fundamental

para fornecimento de serviços.

Por outro lado, o tráfego de voz tradicional vem sendo colocado a prova através

da imposição por parte do mercado no uso da tecnologia de VoIP (Voice over Internet

Protocol) voz sobre IP e o uso das aplicações de multimídia em especial as aplicações

com requisitos exigentes, também chamadas de aplicações de tempo real ou

intolerantes, que cada vez mais atraem um maior número de usuários e permitem os

mais variados tipos de aplicações, que vão desde o ensino a distancia com dados, áudio

e vídeo, telemedicina e videoconferência.

Se já não bastasse a competição das aplicações, o aumento acentuado no número

de usuários acarreta num aumento considerável do consumo de banda e a conseqüência

disso pode ser o congestionamento da rede ou de parte dela.

Este cenário faz com que a engenharia de tráfego passe a ser uma pedra

fundamental nos projetos de redes WAN com requisitos de Multimídia.

Diante disso, surgem novos mecanismos, dentre os quais se destaca o MPLS,

como um acoplamento as tecnologias existentes, tendo como objetivo evitar o

5 Algoritmo de hashing é um método de encriptar dados que visa manter privacidade dos mesmos.

34

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

congestionamento, prover QoS, e permitir o balanceamento do tráfego, sem contudo

mudar radicalmente as soluções existentes em funcionamento.

35

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

3 QUALIDADE DE SERVIÇO EM REDES MULTIMIDIA

3.1 INTRODUÇÃO

Quando se ouve falar em QoS é possível imaginar algum tipo de mecanismo que

se pode ativar nos equipamentos de redes de telecomunicações para melhorar o

desempenho e permitir um tráfego diferenciado. Porém, QoS não é, e nem deve estar

relacionado somente a rede de telecomunicações ou demais segmentos.

Qualidade de Serviço deve tratar dos níveis de desempenho que se deseja obter

para um determinado serviço ou aplicação, seja este um serviço contratado e/ou

disponibilizado aos usuários, com o objetivo de garantir que estes usem os serviços

dentro de parâmetros bem estabelecidos, onde requisitos mínimos e máximos possam

ser estabelecidos por mecanismo de software ou hardware, ou através de contratos de

níveis de serviços SLA (Service Level Agreement). Os contratos de SLA devem exigir

que o provedor de serviços garanta os parâmetros estabelecidos e o não cumprimento

desse acordo implica em penalidades contratuais.

Portanto, torna-se claro, que QoS é relacionado a forma como se deve prover ou

garantir o uso de recursos dentro de faixas estabelecidas que atendam as necessidades

do usuário o os requisitos do negócio. Pode-se perguntar: qual a necessidade disso? A

necessidade deve-se ao fato de “como alocar recursos de forma eficaz e imparcial entre

uma coleção de usuários concorrentes” [4]. O problema da alocação de recursos,

também não é um problema exclusivo das redes de telecomunicações, mas sem sombra

de dúvidas é visível nas redes, pelo fato das redes terem vários usuários compartilhando

roteadores e/ou switches interligados através dos enlaces. Quando estes recursos estão

disponíveis sempre que se precisa, não necessita, ou pelo menos parece que não, de

mecanismos para garantir a boa utilização. Porém, quando os pacotes transmitidos nos

36

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

enlaces passam a aguardar a sua vez nos “buffers” dos roteadores para terem o direito

de trafegarem pela rede, pelo fato de haver muitos pacotes disputando o mesmo enlace,

e quando esse “buffer” já não suporta a quantidade de pacotes que chegam, os “buffers”

estouram e seus pacotes precisam ser descartados. Quando este fenômeno se torna

comum, pode-se considerar que o seguimento de rede está congestionado.

Nas redes de telecomunicações, alocar recurso é uma tarefa primordial, a

competição por largura de banda é um clássico exemplo da batalha por utilização de

recurso. Ao se colocar uma carga que exceda a largura de banda disponível para um

determinado enlace, a rede pode reagir descartando os pacotes ou criando uma fila na

memória em um determinado nó6 da rede. Os pacotes que aguardam na fila terão um

atraso maior para ir de um nó para outro do que os que passaram pelo enlace antes do

seu congestionamento. Quando existe uma variação no atraso desses pacotes, diz-se

que ocorreu um jitter.

Diante disso, QoS para redes, de forma geral, pode ser entendido como sendo a

capacidade de usar os recursos das redes, mantendo níveis de desempenho que atendam

as exigências das aplicações, levando em conta os requisitos dos usuários e ainda

habilidade em “manipular largura de banda, atraso, jitter e perdas de pacotes” [6].

3.2 REDES WAN MULTIMÍDIA COMPARTILHADAS COM

REQUISITOS DE QOS.

Antes de entender os parâmetros e os mecanismos de QoS com vistas a uma

melhor distribuição dos recursos é necessário compreender o que é uma Rede WAN

Multimídia compartilhada.

6 Nó – Elemento ativo de rede. Geralmente um roteador ou switch.

37

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Esta rede em especial deve ser capaz integrar e prover recursos de áudio, vídeo,

imagem, e dados em tempo real, através de seus nós de comutação de pacotes atendendo

aos requisitos das aplicações e necessidades dos usuários em cada sub-rede. Um enlace

WAN compartilhado pode, em alguns momentos, ter um fluxo individual, ou seja, uma

transferência de dados de caráter individual e contínuo, ou um conjunto de fluxos

agregados que se deve entender como sendo um agrupamento de dois ou mais fluxos

que compartilham um mesmo enlace [4] [11] [12] [14].

A questão que permeia o uso dessa rede deve-se a inteligência que precisa ser

aplicada para prover o recurso requerido num enlace compartilhado, dentro dos

parâmetros exigidos pela aplicação, e em conformidade com o modelo de tráfego

previamente definido e priorizado, onde requisitos de aplicações semelhantes podem ser

diferentes para cada usuário da mesma rede. Sendo assim, o projeto de Redes WAN

Multimídia compartilhadas com requisitos de QoS “é semelhante a construção de uma

casa, na qual necessitamos de ferramentas específicas, materiais específicos, projeto

arquitetônico e muito trabalho na modelagem do tráfego” [12].

Ao se estabelecer QoS é necessário levar em consideração não somente os

requisitos da aplicação e sim a associação desses requisitos para as diversas sub-redes e

seus usuários que estão compartilhando os nós e seus enlaces. Todavia, pode-se pensar

que a solução para o problema seja alocar banda acima do necessário, através do uso de

métodos de multiplexação, ou até mesmo na alteração do enlace físico com o uso da

fibra óptica. Percebe-se, que ao se adotar este método resolve-se grande parte dos

problemas, mas de certo não é suficiente, pois algumas aplicações não necessitam

somente de largura de banda.

Diante do exposto, torna-se claro, necessário e imprescindível classificar e

entender os requisitos de cada aplicação e como agrupá-las eficazmente.

38

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Basicamente é possível classificar as aplicações telemáticas em dois tipos [5]

[11]: tempo real e não de tempo real. As de tempo não real, também chamadas de

aplicações de “dados tradicionais ou elásticas” são as principais aplicações

encontradas nas redes de dados, sendo as mais populares e conhecidas, tais como:

Telnet, FTP, correio eletrônico, navegação na Web e assim por diante. São chamadas de

elásticas por serem capazes de se “esticar” muito bem se houver atrasos, mas podem ser

intolerantes a perdas se não existir mecanismo capaz de corrigir um bit danificado [5].

Antes de classificar as aplicações de tempo real, é necessário entender o

exemplo de uma transmissão áudio figura [3.1].

Figura [3.1] Uma aplicação de áudio

A figura [3.1] ilustra dados gerados pela coleta de amostras em um microfone e

sua digitalização usando um conversor analógico digital (A→ D). As amostras digitais

são colocadas em pacotes, que são transmitidos pela rede e recebidos na outra ponta.

No receptor deve-se reproduzir os dados na mesma taxa que foram coletados. Se os

dados chegam depois do seu tempo de reprodução apropriado, seja por atrasos na rede,

descarte de pacotes, ou retransmissão posterior, eles são basicamente inúteis. Um modo

de solucionar o problema ilustrado parte do uso de mecanismos para certificar que todas

as amostras levam exatamente o mesmo tempo para atravessar a rede da origem ao

destino. Portanto, é necessário usar mecanismos que permitam o controle de flutuação

ou de variação do atraso (jitter) nas aplicações de áudio e vídeo, com a finalidade de

tornar constante e viável o valor médio escolhido para aplicação [4] [5] [11] [12] [15]

[18] [19].

39

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

A figura [3.2] ilustra um modelo de flutuação alto e baixo, onde se deve procurar

um intervalo médio aceitável que elimine ou reduza a variação no atraso. Neste caso,

um jitter elevado, na qual alguns pacotes demoram 20ms e outros 30ms para chegar,

resulta em uma qualidade irregular do som.

Figura [3.2] a) Alta flutuação. b) Baixa flutuação. [5] [12] [15]

Assim sendo, é possível classificar as aplicações de tempo real como: tolerante e

intolerantes no que diz respeito a perdas de dados, e ainda as tolerantes por sua

adaptabilidade, ou seja, as que podem se adequar a uma quantidade de retardo dos

pacotes e/ou a taxas de transmissão. A figura [3.3] é usada para melhor esclarecer o que

foi dito.

Figura [3.3] Classificação das aplicações

40

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Diante disso é necessário adotar mecanismos de suporte a QoS com abrangência

de atuação nos subsistema de núcleo, distribuição e acesso da rede WAN, visando dessa

forma, garantir os requisitos solicitados através dos usuários em conformidade com uma

tabela de serviços, onde o QoS não foi determinado somente pela característica da

aplicação, mas em conformidade com a prioridade do tráfego em função do negócio.

A seguir é apresentada uma visão geral sobre os parâmetros de QoS,

mecanismos e protocolos.

3.3 VISÃO GERAL SOBRE OS PARÂMETROS DE QOS

Nas redes, em geral, existem parâmetros de desempenho que dependendo da

aplicação são mais sensíveis que outros. É importante saber que a melhoria de um

parâmetro num determinado fluxo de dados pode resultar na degradação do parâmetro

para outros fluxos, logo, “diferentes tipos de tráfego requerem diferentes características

de performance das redes” [5] [11] [12]. Considere uma aplicação de transferência de

arquivo tradicional, onde é necessário garantir o throughput, mas o atraso de um

simples pacote não produz efeito significativo. Diante disso, torna-se claro a

importância de entender os parâmetros de QoS e associá-los as aplicações, e, sempre

que possível avaliar o impacto de seu uso.

Basicamente são considerados os seguinte fatores como parâmetros de QoS:

largura de banda, atraso, variação do atraso (jitter) e perda de pacotes [1] [4] [5] [6]

[11] [12] [15] [18] [19].

3.3.1 Largura de Banda

A largura de banda também chamada de bandwidth é dada como sendo a

quantidade de bits que pode ser transmitidos pela rede em certo período de tempo [4]

41

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

[5]. Na maioria das vezes a largura de banda é expressa em bits por segundo (bps) [4]

[5] [11] [12] [15].

É possível tratar a largura de banda de uma rede como um todo. Porém, para o

caso especifico de QoS é necessário ser preciso, e focalizar a largura de banda em um

único enlace físico, ou em um canal lógico de processo a processo.

Atualmente, no nível físico, a largura de banda é constantemente melhorada

devido a grande variedade de tecnologias que permitem aumentar a capacidade das

redes significativamente [1] [11] [12] [14]. Todavia, por melhor que seja a tecnologia

no nível físico, não existe garantia de que surtos instantâneos e repentinos de aumento

do tráfego (rajadas) podem ocorrer.

Em QoS, o impacto do atraso para a largura de banda da rede é importante e

deve ser conhecido com o objetivo de se evitar uma situação de congestionamento e

ainda permitir o desenvolvimento de projetos de redes de alto desempenho.

Em sistemas com a tecnologia LPCD ou ponto-a-ponto, a largura de banda

coincide com a própria velocidade de transmissão do enlace, ou com o “clock rate”

responsável pelo sincronismo da transmissão no meio físico. Nas redes Frame Relay a

velocidade de transmissão do enlace pode ser maior que a largura de banda contratada

[7]. “As redes Frame Relay, oferecem recursos básicos de QoS e controle de

congestionamento, devido a sua implementação simplificada da tecnologia de circuitos

virtuais, e sua simplicidade a tornou extremamente popular [5]”.

A figura [3.4] esclarece os dois sistemas.

42

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [3.4] Largura de banda em sistemas ponto-a-ponto e Frame Relay [12].

É possível observar o CIR como sendo um túnel dentro da nuvem, na qual suas

extremidades possuem enlaces locais diferenciados (Access Rate) entre o R3 e o

roteador R4, para o caso dos roteadores R1 e R2 a largura de banda é a taxa de

transmissão do próprio enlace.

3.3.2 Atraso

Outro fator que se considera como medida de desempenho, e por conseqüência

parâmetro de QoS, é o atraso (também chamado de latência ou retardo). Este fator

corresponde ao tempo gasto para uma mensagem atravessar da ponta de uma rede a

outra. [5] [11] [12] [18] [19]. Na maioria das vezes os pacotes passam por uma série de

roteadores ao longo do trajeto entre a origem e o destino. Durante o percurso e

principalmente nos nós de comutação de pacotes, a rede insere atrasos dos mais

variados.

A seguir são apresentados os atrasos de transmissão, propagação, enfileiramento

e comutação.

3.3.2.1 Atraso de transmissão

É o tempo requerido para transmitir todos os bits do pacote pelo enlace [12]

[18]. Este parâmetro depende do tamanho do pacote e da velocidade de transmissão de

43

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

cada enlace [4] [11] [12] [19]. O seu valor pode ser obtido através da razão do (número

de bits do pacote/velocidade do enlace de transmissão). A figura [3.5] é usada a seguir

para melhor entendimento.

Figura [3.5] Atraso de transmissão [12].

Considere um pacote de 125 bytes enviado a partir do host Hannah com destino

ao server 1. É possível a partir da rede local avaliar o atraso de transmissão em cada

segmento de enlace.

Local Velocidade (bps) Atraso (ms)

Rede Local 100.000.000 0,01

Enlace 3 56.000 17,85

Enlace 4 128.000 7,81

Enlace 5 512.000 1,95

Enlace 6 1.500.000 0,65

Tabela [3.1] Atraso de transmissão

Percebe-se, que o atraso do pacote na rede local é insignificante para a grande

maioria das aplicações. No entanto, para aplicações sensíveis a este parâmetro, os

enlaces da rede WAN onde os valores são inferiores a 128Kbps podem comprometer

significativamente o comportamento da aplicação. Neste caso, enquadram-se as

44

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

aplicações que necessitam de variação constante, geralmente do tipo interativas e com

atraso inferior a 10 ms, geralmente, onde existe a combinação de transmissão de voz,

imagem e dados.

3.3.2.2 Atraso de propagação

O atraso de propagação pode-se definir como a quantidade de tempo específica

que um sinal gasta ao se propagar de uma ponta a outra do enlace [4] [5] [18]. Esse

atraso ocorre porque um bit em um fio não pode viajar mais rápido do que a velocidade

da luz. Se a distância entre dois pontos é conhecida pode-se calcular o atraso em função

da velocidade da luz. Portanto, concluí-se que este atraso depende basicamente da

extensão do enlace. No entanto, é importante ressaltar que o bit pode viajar por

diferentes meios físicos, onde a luz também viaja por diferentes velocidades. Os

parâmetros a seguir caracterizam valores da velocidade da luz em alguns meios de

transmissão:

No vácuo 3,0 × 108 m ⁄ s

No cabo de cobre 2,3 × 108 m ⁄ s

Na fibra 2,0 × 108 m ⁄ s

Diante disso, pode-se concluir que o atraso de propagação não depende da

velocidade de transmissão do enlace e nem do tamanho do pacote, o que torna essa

parcela do atraso total praticamente constante para um determinado enlace [8] [12].

3.3.2.3 Atraso de enfileiramento

Entende-se como sendo o tempo que o pacote espera por sua vez para ser

transmitindo dentro de um nó da rede [4] [12] [19]. Ao se analisar o roteador R1 da

figura [3.5], é possível imaginar que se este roteador já possui pacotes para serem

transmitidos a R2 e recebe um novo pacote em direção ao server 1, este novo pacote

45

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

deve aguardar a sua vez para ser transmitindo, neste caso pode ocorrer o atraso de

enfileiramento.

Normalmente isto ocorre quando o roteador ou switch já possui pacotes em

processo de transmissão. Sendo assim, os pacotes que chegam aguardam a sua vez em

uma fila de espera para serem transmitidos.

Esse tempo pode atingir valores elevados quando o tráfego for intenso e o enlace

de saída for de baixa velocidade [12].

A figura [3.6] mostra como exemplo o roteador R1 que possui 4 pacotes de 1500

bytes na fila de espera para serem enviados ao server 1. Se um quinto pacote chega com

destino a R2, este permanece na fila por aproximadamente 856 ms. Este tempo é

estimado, levando-se em conta que não exista atraso de propagação, e que o enlace de

56Kbps entre R1 e R2 esteja desocupado.

Figura [3.6] Atraso de enfileiramento [12].

3.3.2.4 Atraso de comutação

O atraso de comutação também chamado de atraso de processamento é o tempo

gasto pelo roteador ou comutador para examinar o cabeçalho do pacote na porta de

entrada e determinar a rota de saída [4] [5] [12]. É possível atribuir a este atraso o tempo

necessário para verificar a ocorrência de erros de bits durante a transmissão do pacote.

Após o processamento, o equipamento direciona o pacote para a porta de saída, e

neste caso não contabiliza o tempo de espera nas filas.

46

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Em roteadores esse atraso pode variar de acordo com tamanho da sua tabela de

rotas e o protocolo de roteamento. Em redes onde o protocolo de roteamento armazena

toda a tabela de endereçamento de seus vizinhos esse tempo tende a ser mais alto do que

quando se usa protocolos de roteamentos baseados na abstração ou topologia da rede.

3.3.3 Variação do atraso (JITTER)

Deve-se entender Jitter ou flutuação, como sendo a variação do atraso sofrida

pelo pacote na chegada ao seu destino [5] [11] [12] [15] [18] [19]. Sabe-se que a rede

sofre vários atrasos que podem não ter o mesmo comportamento durante a transmissão

entre a origem e o destino o que resulta na variação dos atrasos. Essa variação

geralmente não é introduzida em um único enlace físico, mas pode acontecer quando os

pacotes experimentam diferentes retardos de enfileiramento em uma rede de comutação

de pacotes com múltiplos saltos [12]. Na figura [3.7] os pacotes partem da origem com

um espaçamento constante e no destino chegam de forma variada. Pode-se observar que

em alguns casos não é necessário eliminar esta flutuação, mas pode ser preciso

determinar o quanto existe [5] [15].

Figura [3.7] Flutuação induzida pela rede

47

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Portanto, é factível adotar mecanismos que solucione esta flutuação. Para isso

cabe determinar os limites superiores e inferiores que um pacote pode sofrer no seu

atraso para um determinado destino, sempre em conformidade com os requisitos

necessários para aplicação [4] [5] [11] [12] [15].

3.3.4 Perda de pacotes

A perda de pacotes representa o número de pacotes que foram transmitidos na

rede, mas não alcançaram seu destino em um determinado período de tempo [18]. Essa

perda se dá em função do descarte sofrido pelos pacotes nos roteadores por

congestionamento ou erro.

A maioria dos autores afirma que a perda de pacotes ocorrida por erros de bit é

relativamente pequena algo em torno de 10-9 [8] [11] [12] [15]. Entretanto, a maior parte

das perdas se dá em decorrência do congestionamento nos “buffers” dos roteadores.

Nesse caso não é admitido o armazenamento de novos pacotes devido suas filas estarem

cheias

Algumas aplicações são mais tolerantes a perdas que outras devido ao protocolo

de transporte utilizado e a seus próprios requisitos. As aplicações de áudio e vídeo são

menos tolerantes, devido a sua característica em possuir requisitos críticos de

temporização, onde um tempo adicional para a recuperação e retransmissão não seria

viável.

Conclui-se que vários parâmetros interferem na qualidade do tráfego, e,

conseqüentemente, no desempenho da aplicação e satisfação do usuário. Mecanismos

para oferecer QoS podem atuar como medidas a fim de solucionar os problemas citados.

Porém, é preciso ter a certeza de que para cada parâmetro que influencia nos requisitos

48

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

da aplicação existe no mínimo um mecanismo a ser adotado e este pode ser aplicado

tanto nas aplicações, como nos subsistemas de acesso ou núcleo da rede.

A seguir são apresentados alguns mecanismos de suporte a QoS.

3.4 MECANISMOS E ARQUITETURA PARA SUPORTE A QOS

De um modo geral, a escolha da arquitetura permite o uso de um conjunto de

mecanismos com o intuito de prover suporte a QoS. Estes mecanismos dizem respeito

aos métodos que são usados com o objetivo de minimizar o impacto dos parâmetros de

QoS em algumas aplicações.

Sabe-se que uma solução para minimizar os períodos instantâneos de aumento

de tráfego para garantir a largura de banda é certamente alocação de mais banda, a fim

de se antecipar a estes períodos de alta demanda. Entretanto, além de ser

economicamente inviável, isto não resolve todos os problemas quando o assunto diz

respeito a redes com características diferentes de tráfego. Na verdade, aumentar a

largura de banda é uma forma de contornar o problema de maneira deselegante, no

melhor dos casos o problema somente foi remediado.

É necessário adotar métodos de suporte a QoS que possibilitem o uso do enlace

de forma eficiente [12]. Neste cenário, métodos mais elegantes, como o uso de técnicas

de compressão e controle de admissão de chamadas com o objetivo de permitir que a

rede aceite ou não novos estabelecimentos de chamadas, ou ainda garantir a reserva de

banda através do uso de múltiplas filas com prioridade são sem dúvidas mais viáveis.

49

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

3.4.1 Classificação e marcação

Consiste basicamente em diferenciar um pacote do outro examinando os campos

do seu cabeçalho [4] [5] [12] [15]. Após a classificação, este mecanismo pode marcar

um pacote em uma classe diferente de outro. O processo de classificar e marcar

simplifica o uso dos outros mecanismos de QoS, tais como: enfileiramento, moldagem,

policiamento.

A grande maioria dos mecanismos de QoS necessita da classificação. Portanto, é

possível considerá-la como um pré-requisito para os outros mecanismos, não

importando se a classificação foi executada nos equipamentos de redes (router e

switchs), ou durante a análise dos pacotes marcados que passam pela rede. A figura

[3.8] exemplifica o seu uso.

Figura [3.8] Exemplo de rede com mecanismos de QoS na classificação, enfileiramento

e moldagem [12].

É possível observar na figura [3.8] que os pacotes são previamente classificados

ao passar pela interface de entrada no roteador R3. Os pacotes que possuem requisitos

iguais são alocados nas classes apropriadas para pertencerem à mesma fila. Logo a

50

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

seguir os mecanismos de moldagem atribuem para cada classe um padrão de tráfego e,

assim, são encaminhados a rede da concessionária de serviços de comunicação.

3.4.2 Enfileiramento

Mecanismos de enfileiramento ou escalonamento têm a função organizar os

pacotes mediante as informações especificas do fluxo de tráfego que determina como o

pacote deve ser tratado na fila [4] [5] [12] [15] [18] [19]. Estes também são

responsáveis por reorganizar os pacotes quando ocorre o congestionamento. A

implementação e seu uso pode ocorrer tanto na interface de entrada como na interface

de saída do roteador e/ou comutador. Existem vários métodos de prover QoS baseados

no enfileiramento e na sua grande maioria todos suportam algum tipo de classificação

prévia dos pacotes, número máximo de filas, número máximo de classes e o de

algoritmo propriamente dito [5] [12].

3.4.3 Moldagem e Policiamento

São mecanismos que se completam e provêm duas diferentes funções. As

funções são relacionadas em determinar e monitorar o padrão de tráfego enviado e

recebido em uma rede WAN. Geralmente este mecanismo é implementado entre o

roteador de borda e a concessionária de serviços de comunicação [6] [12].

A moldagem é relacionada à taxa média da transmissão dos dados enquanto o

policiamento consiste no monitoramento do tráfego [4] [12]. Este mecanismo auxilia no

contrato de acordo de serviço, pois na moldagem pode-se determinar o padrão do

tráfego que será inserido na rede da concessionária e com o policiamento monitorar e

garantir a qualidade do tráfego que é enviado.

51

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Segundo [12], estas ferramentas usam um algoritmo similar ao “token buckets”

(balde de símbolos) que permite economia até o tamanho máximo do balde (n) , o que

significa que rajadas de até (n) pacotes podem ser enviadas simultâneamente provendo

um volume máximo de (n) pacotes no fluxo de saída, o que permite responder as

rajadas repentinas de forma eficiente [5] [12].

3.4.4 Controle de congestionamento

São mecanismos que propiciam o uso de QoS com o objetivo de evitar que

ocorra o congestionamento [12]. A idéia principal é monitorar o tamanho das filas antes

que elas fiquem cheias evitando assim que ocorra o descarte dos pacotes.

Basicamente são usadas duas estratégias. Uma delas é o envio de pacotes TCP

para rede sem reserva prévia e depois reagir aos eventos ocorridos. Caso ocorra perda

excessiva de pacotes os mecanismos reduzem o fluxo de envio, colocando assim menos

tráfego na rede. A outra é aumentar o tamanho das filas o que conseqüentemente evita a

perda de pacotes, mas na média aumenta o atraso na fila [5] [12].

3.4.5 Eficiência do enlace

Basicamente refere-se aos mecanismos de compressão e fragmentação dos

pacotes, com o objetivo de reduzir o uso de largura de banda. A compressão pode ser

feita no cabeçalho do pacote chamada de header compression, ou no pacote

propriamente dito payload compression que se refere à porção do quadro que inclui os

dados e cabeçalho. A figura [3.9] ilustra o método.

52

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [3.9] Exemplo dos tipos de compressão.

O mecanismo de fragmentação se destina a resolver o problema ocasionado em

decorrência da interligação das redes WAN através de enlaces de diferentes larguras de

banda e/ou devido à própria arquitetura das redes interconectadas. Seu uso é

recomendado para alocar banda de forma eficiente durante o fluxo de dados. A

fragmentação oferece um meio no qual os pacotes são fragmentados e remontados para

seguir o fluxo durante a comunicação [4] [5] [12]. Geralmente, este é o método que se

usa para compatibilizar diferentes MTU (Maximum Transfer Unit) dos pacotes entre os

nós de interligação.

3.4.6 Controle de Admissão de Chamadas (CAC)

É basicamente a decisão em se admitir ou não um novo fluxo [4] [5] [12] [15].

Quando um novo fluxo deseja receber um determinado nível de serviço, este

mecanismo examina a solicitação de tráfego para decidir se o serviço pode ou não ser

fornecido levando em conta os recursos atualmente disponíveis, sem fazer com que

qualquer fluxo previamente admitido receba um pior serviço do que havia solicitado [5].

É o método que estende a capacidade dos outros mecanismo de QoS, e permite

53

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

assegurar que um tráfego de voz sobre um enlace de rede não sofra atraso, jitter ou

perda de pacotes quando houver aceitação de outro tráfego de voz [12].

O Controle de Admissão de Chamadas preserva a qualidade das conversações de

voz que já se encontram estabelecidas e rejeita uma nova admissão caso não exista

recurso de rede disponível para permitir a aceitação da nova chamada. [12]. O sucesso

no mecanismo de CAC depende de se entender e avaliar os recursos disponíveis de

largura de banda. Portanto, um processo de engenharia e modelagem do tráfego deve ser

realizado na rede como um todo, principalmente para determinar se a rede é

genuinamente VoIP, ou uma rede mista onde existe uma ligação com a rede publica de

telefonia comutada PSTN (Public Switched Telephone Network).

3.5 ARQUITETURAS DE SERVIÇOS INTEGRADOS E SERVIÇOS

DIFERENCIADOS (INTSERV E DIFFSERV)

Percebe-se, que é fundamental adotar um modelo de serviço mais rico, que possa

atender as necessidades de qualquer aplicação com os mecanismos mencionados e

permita fugir do modelo herdado em decorrência do uso do protocolo IP baseado em

apenas uma classe (BE). Portanto, é preciso encontrar um modelo de várias classes de

serviço, onde cada uma atenda as necessidades de um conjunto de aplicações fim a fim

para uma rede IP multimídia.

De uma forma geral, estas classes se dividem em duas categorias [4]:

Técnicas minuciosas, que oferecem QoS a aplicações ou fluxos individuais.

Técnicas grosseiras, que oferecem QoS a grande classes de dados ou tráfego

agregado.

Na primeira encontra-se o “Integrated Services”, moldado na reserva de recursos

onde estes são aprovisionados em função de pedidos QoS feitos pela aplicação em

54

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

acordo com a política de gerenciamento da banda de rede [19]. Esta arquitetura

conhecida como IntServ foi desenvolvida no IETF e normalmente está associada com

RSVP Resource ReSerVation Protocol. O projeto do IntServ foi desenvolvido para

atender vários tipos de aplicações com requisitos diferenciados e é amparado pelas

componentes de classes de tráfego e controle de tráfego.

As classes de tráfego são relacionadas aos parâmetros que envolvem os serviços

de melhor esforço (BE), carga controlada e carga garantida. O controle de tráfego diz

respeito aos parâmetros de controle de admissão e classificação do pacote.

O componente de melhor esforço é a classe de tráfego geral, que não específica

nenhum comprometimento e controle de admissão [4]. O serviço de carga controlada

atende as necessidades das aplicações tolerantes e adaptáveis. Foi desenvolvido com a

finalidade de minimizar o atraso dos pacotes e garantir a entrega bem sucedida de uma

porcentagem bastante alta de pacotes [4] [5] [12] [18].

O serviço de carga controlada (CL- Controlled Load) está diretamente

relacionado com a especificação do tráfego que se obtém através das “TSpec” (Traffic

Specification) que tem a função de transportar as informações sobre a taxa de dados

através do uso algoritmo “token buckets” (balde de símbolos) [4] [12] [18]. O objetivo

do serviço de carga controlada é simular uma rede altamente carregada para as

aplicações que solicitam serviço. Este usa algum mecanismo de enfileiramento para

isolar o tráfego da carga controlada do restante e também algum mecanismo de controle

de admissão para limitar a quantidade total do tráfego de forma que a carga seja mantida

razoavelmente baixa ao longo da transmissão.

Com o objetivo de atender o tráfego das aplicações intolerantes, exigentes

principalmente no que diz respeito a atrasos de pacotes, foi desenvolvido a classe de

serviço de carga garantida [4] [11] [12] [18] [19]. Esta classe garante que o atraso

55

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

máximo que qualquer pacote experimenta tem um valor especifico [4]. Sendo assim, a

aplicação pode definir o tempo previsto de reprodução de modo que nenhum pacote

chegue depois do termino da reprodução [12]. Os pacotes que chegam adiantados

devem ser armazenados em “buffers” a fim de adequar seus tempos aos valores

previamente especificados. O serviço “GL–Guaranteed Load” (carga garantida) oferece

garantia rígida sobre largura de banda, variação do atraso e atraso [4] [12]. Porém, nas

aplicações intolerantes é necessário também adotar outros mecanismos, tais como: o

controle de admissão, classificação e marcação de pacotes.

Diante deste cenário, surge o RSVP (Resource ReSerVation Protocol) com idéia

de prover os serviços determinados pela arquitetura IntServ sem prejudicar a robustez

das redes não orientadas as conexões. O RSVP é o protocolo de reserva de recursos que

descreve uma série de classes de serviços [4] [5] [12] [19].

Na segunda categoria, encontram-se os serviços diferenciados “Differentiated

Services”. Normalmente chamado de “DiffServ”, tem como princípio a alocação de

recursos a um pequeno número de classes. Basicamente o tráfego da rede é classificado

e os recursos de rede são divididos de acordo com critérios de políticas de administração

de largura de banda [12] [17]. Para prover QoS os mecanismos de classificação dão

tratamento preferencial a aplicações com requisitos mais exigentes e cujo tráfego é

classificado e identificado como de maior demanda, em relação aos outros. Este fato faz

com que alguns autores usem o termo de “priorização”.

O modelo DiffServ aloca recursos a um pequeno número de classes, e em alguns

casos sua idéia é bastante simples ao ponto de dividir o serviço apenas em duas classes.

A primeira classe baseada no modelo de melhor esforço e uma segunda chamada de

diferenciada, que alguns autores atribuem como sendo um serviço “premium” [4].

Portanto, é necessário marcar os pacotes “premium” para diferenciá-los dos antigos

56

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

baseados no melhor esforço. Ao contrário da arquitetura IntServ que usa o protocolo

RSVP para avisar aos roteadores que algum pacote foi enviado com um requisito de

qualidade diferente, ou seja, “premium”, a arquitetura DiffServ considera um modelo

mais simples, onde os pacotes “premium” se identificam para os roteadores na sua

chegada com o uso de apenas um simples “bit” no cabeçalho do pacote para determinar

se é ou não um pacote “premium”, sendo este um pacote que requer um tratamento

diferenciado. Algumas questões permeiam a arquitetura DiffServ, como por exemplo:

De quem é a responsabilidade da marcar o bit diferenciado? Em quais circunstâncias é

marcado esse bit? O que o roteador deve fazer ao ler o bit marcado?

São perguntas que têm respostas definidas pela arquitetura, e seus mecanismos

não fazem parte do âmbito desse trabalho. Porém, um fato importante é que estes dois

grupos de protocolos de QoS não são mutuamente exclusivos, eles são complementares

conforme ilustra a figura [3.10].

Figura [3.10] QoS ponto a ponto com IntServ e DiffServ

A figura [3.10], ilustra uma maneira de estabelecer QoS nos projetos com o uso

IntServ e DiffServ. Percebe-se a possibilidade do uso das arquiteturas em conjunto, de

forma a acomodar diferentes exigências operacionais em diferentes contextos de redes

[4] [17].

57

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

3.6 CONCLUSÃO

Pelo exposto, é nítido que os parâmetros de QoS afetam o comportamento de

todas as aplicações, sejam elas tradicionais ou de tempo real, intolerantes ou tolerantes

adaptáveis ou não. É necessário adotar um método associado a um ou mais mecanismos

de QoS, e que este método permita o uso das principais arquiteturas IntServ e DiffServ

com o objetivo de garantir e prover os requisitos exigidos pelas aplicações, a fim de

tornar as redes WAN Multimídia um meio de alocação de recursos que satisfaça as

necessidades dos usuários.

É imperativo deixar claro que existe um vasto caminho sendo explorado, tanto

no que diz respeito a adoção como na melhoria dos protocolos existentes. No entanto, o

uso de QoS é fundamental nos projetos de redes WAN compartilhadas, principalmente

pela característica do IP.

58

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

4 METODOLOGIA PARA PROJETOS DE REDES WAN

4.1 INTRODUÇÃO

A metodologia para projeto de redes WAN, pressupõe um conjunto de passos

necessários para se realizar a compreensão detalhada do ambiente de redes,

independentemente do seu tamanho e dispersão geográfica.

Analogamente aos projetos de sistemas de informação (SI), os projetos de redes,

em geral, devem possuir as etapas clássicas de um projeto de SI com algumas

modificações e/ou adaptações. As etapas ou fases clássicas como: definição de

requisitos, especificação, implementação e testes, são adequadas com o objetivo de

suportar questões de desempenho, disponibilidade, segurança, suporte a fluxo de dados,

avaliação das tecnologias e tipos de infra-estrutura física que suporte o projeto.

Qualquer projeto de redes de telecomunicações de médio e grande porte, de média ou

alta complexidade, exige que se adote uma abordagem estruturada, definida em forma

de etapas ou fases, suportada por um conjunto de metodologias e padrões

mercadológicos, atendendo aos requisitos dos usuários, aplicações e serviços, em

consonância com o nível de serviço desejado (SLA).

4.2 VISÃO GERAL SOBRE PROJETO DE REDE WAN

O projeto de redes WAN discute os aspectos que permeiam a identificação,

compreensão e tarefas referentes às redes geograficamente distribuídas. Estes são

aspectos básicos obtidos através da análise contínua e atividades recursivas relacionadas

ao ambiente WAN. Fazem parte deste cenário as condicionantes que dizem respeito ao

negócio suportado pela rede, o entendimento dos subsistemas que a compõe, as

necessidades e características dos usuários e a característica do tráfego. Uma das

premissas fundamentais é que “em projetos de redes WAN, a confiabilidade é, com

59

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

freqüência, a meta mais importante. No entanto, questões como latência e

disponibilidade também são essenciais” [1]. Em resumo, se a WAN parar, quantos

usuários não poderão trabalhar e quanto dinheiro será perdido? No entanto, os recursos

WAN são caros e o projeto de uma rede totalmente redundante com a finalidade de

maximizar a disponibilidade pode ser inviável. Logo, a idéia de se aplicar uma

metodologia é permitir projetar redes WAN para os casos onde não há rede, ou

existindo a rede em operação, ser capaz de identificar se a infra-estrutura atual atende

aos requisitos de negócio, e, sempre que possível, maximizar a disponibilidade com a

melhor relação custo versus beneficio.

4.3 METODOLOGIA PROPOSTA.

A metodologia proposta é baseada na decomposição hierárquica dos sistemas de

comunicação em vários subsistemas e na decomposição funcional que será o conjunto

de análise e atividades envolvidas em cada um dos subsistemas de comunicação. Este

método possui três dimensões, sendo a primeira relacionada à decomposição

hierárquica, denominada modularização, a segunda e a terceira são relacionadas à

decomposição funcional e são as dimensões de análise e atividades respectivamente. A

idéia de dimensão está associada à inter-relação entre o processo de decomposição

hierárquica e funcional, onde estas dimensões se completam num plano tridimensional.

Este método é semelhante ao utilizado nos projetos de redes corporativas, com a

diferença de que não são avaliados os componentes da LAN, ou seja, backbone vertical,

horizontal ou campus, nem os servidores ou ativos de redes locais. Parte-se do

pressuposto que a LAN é capaz e/ou está dimensionada para suportar o tráfego de dados

e prover a segurança necessária dentro do seu espectro de abrangência. Caso haja

alguma dúvida relacionada à capacidade da LAN em suportar o novo tráfego da rede

60

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

WAN, deve ser feita uma análise da rede corporativa, que não é objeto deste trabalho,

mas a metodologia é a mesma com a inclusão das componentes anteriores.

O projeto de redes WAN é focado nas tecnologias de comunicação e protocolos

que permitem a distribuição do tráfego multimídia em uma ampla área geograficamente

distribuída.

A figura [4.1] ilustra as três dimensões, que na verdade é uma parte do projeto

global de rede corporativa. Ela permite uma visão das componentes de cada dimensão e

facilita o processo de entendimento da metodologia, ao tornar possível visualizar as

combinações entre as componentes de cada dimensão.

Subsistema de acesso

Subsistema de distribuição

Subsistema de núcleo

Modularização

Atividades

Análise

Aplicações

Tecnologia

Arquitetura

Gestão

Segurança

Equipamento

Requ

isito

sPl

anej

amen

to

Proj

eto

Sim

ulaç

ão

Figura [4.1] As três dimensões do projeto de redes WAN

A figura [4.1] possibilita, por exemplo, avaliar a componente requisitos da

dimensão de atividades relacionada à componente aplicação da dimensão de análise

versus a componente subsistema de núcleo na dimensão de modularização, ou ainda,

verificar que tecnologia da dimensão de análise deve ser avaliada para atender as

61

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

necessidades do subsistema de acesso na inclusão de uma nova aplicação. Os

relacionamentos entre as componentes devem seguir uma ordem, mas o processo de

recursividade permite recorrer a dimensões anteriores sempre que se fizer necessário.

Elementos não inclusos nesta figura dizem respeito à parte relativa a aspectos físicos e

lógicos referentes às redes LAN que não é objetivo deste trabalho

A metodologia proposta, ilustrada na figura [4.2], pressupõe uma visão macro

das fases que são utilizadas para a definição das dimensões de modularização e análise e

um detalhamento obtido com o processo de iterações recursivas na dimensão de

atividades. É claro que, como em todo o processo recursivo, o número de iterações pode

ser maior ou menor em decorrência do domínio e conhecimento nas dimensões de

modularização e análise.

Figura [4.2] Fases da metodologia para projeto de redes WAN

A metodologia, vista de forma macro, se baseia na avaliação do núcleo da rede

Corporativa na fase de Pré-requisito e na aplicação de 3 (três) fases que caracterizam o

Projeto de Redes WAN, descritos da seguinte forma:

62

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Pré-Requisito: É a primitiva básica que deve avaliar a “saúde” do núcleo da

rede Corporativa e estando satisfatória, passa-se a implementação das fases relativas ao

projeto de redes WAN. Esta fase deve ser considerada como uma “pré-fase”, onde se

analisa os equipamentos ativos de rede e servidores que se integram a rede WAN na

prestação de serviços e/ou segurança, tais como: concentrador central, concentrador de

servidores, ativos de balanceamento de carga, servidores de aplicação, equipamentos de

segurança (Firewall, IPS e IDS), servidores de Internet/Intranet entre outros. A etapa

deve ter inicio com a caracterização dos equipamentos envolvidos, seguido pelo

monitoramento e avaliação, de tal forma que seja permitido afirmar se esses

equipamentos são capazes de suportar a nova demanda que será inserida com a entrada

da rede WAN. Para a obtenção das análises é necessário o uso de ferramentas de

monitoramento e caracterização do tráfego, capazes de medir os parâmetros de

utilização de CPU e memória, número de sessões ativas de usuários nos servidores e

demais parâmetros que possibilitem uma precisa avaliação. São identificados os

seguintes passos:

Passo 1: Identificar o que existe em funcionamento e será objeto de integração

com a rede WAN;

Passo 2: Identificar o grau de criticidade, dificuldade de parada, complexidade

técnica e disponibilidade dos equipamentos envolvidos;

Passo 3: Monitorar e avaliar os resultados dos equipamentos;

Passo 4: Identificar se os parâmetros atuais atendem as demandas futuras com a

integração da rede WAN;

Passo 5: Identificar se a infra-estrutura atual atende e suporta as demandas que

serão inseridas com a rede WAN.

63

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Caso os resultados dos passos descritos não sejam satisfatórios é necessário um

projeto de redes Corporativas, o qual não pertence ao escopo deste trabalho. Contudo,

na observância dos resultados satisfatórios passa-se as fases posteriores, com inicio a

seguir na Fase Zero.

Fase Zero: É o ponto de partida para identificar os subsistemas que

correspondem à rede WAN. O resultado desta fase é focado em infra-estrutura de

comunicação e usa-se como ferramental de apoio um conjunto de entrevistas junto a

equipe de TI (Tecnologia da Informação) que permita identificar a estrutura de

comunicação, topologia adotada, e as facilidades que devem ser implementadas nos

equipamentos de comunicação. Nesta fase são identificados os seguintes passos:

Passo 1: Identificar os subsistemas;

Passo 2: Identificar as componentes de comunicação;

Passo 3: Identificar a topologia usada em cada subsistema;

Passo 4: Identificar e quantificar os enlaces suportados em cada subsistema;

Passo 5: Identificar os protocolos que suportam a infra-estrutura de

telecomunicações.

Fase Um: Tem como objetivo fazer um levantamento das principais aplicações e

serviços suportados pela infra-estrutura de comunicação. O resultado esperado é a

definição das aplicações, serviços, as tecnologias de comunicação, arquitetura de

protocolos, equipamentos de comunicação, gestão e segurança para cada um dos

subsistemas, com objetivo de suportar o negócio e as demandas dos grupos de usuários.

Neste momento os passos são identificados de forma macro não sendo necessário

detalhamento aprofundado. O objetivo da dimensão de análise é conhecimento do todo,

sem levar em consideração os detalhes, e para tanto são feitas entrevistas junto aos

gestores das áreas de negócio e TI com a finalidade de determinar o entendimento sob

64

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

ponto de vista de cada um dos envolvidos no processo. Fazem parte da Fase Um os

seguintes passos:

Passo 1: Definir as aplicações;

Passo 2: Identificar as tecnologias de comunicação necessárias para suportar

as aplicações;

Passo 3: Identificar a arquitetura de protocolos necessária para suportar as

aplicações;

Passo 4: Identificar os equipamentos de comunicação necessários ao suporte

das aplicações;

Passo 5: Identificar um conjunto de procedimentos para garantir a segurança

da aplicação;

Passo 6: Identificar um conjunto de procedimentos que possibilite a gestão

das aplicações e meios de comunicação.

Ao final da Fase Um são avaliados os dados obtidos. Sendo estes considerados

como suficientes, passa-se então para a Fase Dois. Todavia, na observância de dados

insuficientes deve-se retornar a Fase Zero, caracterizando assim, o processo de iteração

sucessiva. Segue-se então o processo a partir da Fase Zero e os passos anteriores são

reavaliados a fim de se obter precisão das informações.

Fase Dois: Nesta fase são caracterizados todos os detalhamentos referentes às

fases anteriores de forma precisa e aprofundada. É explorado o processo tridimensional

ilustrado na figura [4.1], onde as dimensões de modularização, análise e atividade são

relacionadas com cruzamento dos detalhes obtidos nas fases anteriores e os

complementos requeridos pela definição dos objetivos e levantamento das necessidades

para obtenção do projeto. O processo de coleta das informações é feito com auxílio de

ferramentas de monitoramento, análise de tráfego, inventário, sniffers, entre outros, que

65

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

permitam identificar as aplicações e comparar os resultados obtidos com os

levantamentos identificados nas fases anteriores. A Fase Dois é composta pelas etapas

de análise de requisitos das aplicações, planejamento da rede, simulação computacional

e elaboração do termo de referência, sendo descritos os seguintes passos para cada

etapa:

Etapa análise de requisitos:

Passo 1: Identificar o que já existe em funcionamento, e seus parâmetros

de disponibilidade, grau de criticidade, fator de simultaneidade;

Passo 2: Identificar os serviços que devem ser suportados pela infra-

estrutura;

Passo 3: Identificar de forma clara os locais onde se deve ter infra-

estrutura de acesso, distribuição e núcleo;

Passo 4: Identificar as características pertinentes de cada local, bem como

seus parâmetros de disponibilidade e grau de criticidade;

Passo 5: Identificar se a infra-estrutura atual atende as necessidades

futuras.

Etapa de planejamento:

Passo 1: Estabelecimento do modelo de funcionamento;

Passo 2: Definir a arquitetura lógica;

Passo 3: Definir os critérios da arquitetura lógica;

Passo 4: Caracterização do fluxo individual;

Passo 5: Caracterização do fluxo agregado;

Passo 6: Definir o dimensionamento dos enlaces, e seus parâmetros de

disponibilidade, latência e grau de criticidade;

66

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Passo 7: Definir se outros aspectos que impactam no planejamento e

quais são.

Etapa de simulação:

Passo 1: Definir os objetivos da simulação;

Passo 1: Caracterizar o processo de simulação;

Passo 2: Definir os dados para o processo de simulação;

Passo 3: Configurar o ambiente de simulação;

Passo 4: Executar as simulações;

Passo 5: Analisar os resultados da simulação;

Etapa de Projeto:

Passo 1: Elaboração do documento final.

A Faze Dois é sem dúvida a mais trabalhosa. Nela são feitas os detalhamentos

referentes as análises das fases anteriores. Estes detalhamentos dizem respeito aos

aspectos críticos das aplicações e dos enlaces de comunicação. Nesta fase existe a

relação entre aplicação detalhada na Fase Um, adicionando agora os aspectos como:

tamanho do objeto, fator de disponibilidade, grau de criticidade e fator de

simultaneidade, grupos de usuários, etc. Este processo também ocorre para os enlaces

de comunicação onde são adicionados os critérios de disponibilidade, grau de

criticidade, latência e demais aspectos a fim de garantir a relação entre aplicações,

enlaces e grupos de usuários de forma a possibilitar a continuidade do negócio. A Fase

Dois é onde o processo de iteração recursiva se torna mais necessário ocorrendo

praticamente em todos os passos e podendo retornar tanto a Fase Zero quanto a Fase

Um. A seguir é feito o detalhamento da metodologia para seu melhor entendimento.

67

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

4.4 DETALHAMENTO DA METODOLOGIA

Inicia-se analisando a dimensão de modularização que deve suportar o processo

de decomposição hierárquica, minimizando a interdependência entre vários

subproblemas. Este processo pode ser obtido através de uma solução global, evolutiva,

concebida da integração de soluções parciais encontradas para cada um dos

subproblemas [11].

O projeto de redes WAN deve partir de uma definição clara dos objetivos e

serem conduzidos utilizando um método que suporte iterações com refinamentos

sucessivos, estabelecendo em cada etapa a ação necessária que atenda aos requisitos

pré-estabelecidos, levando-se em conta a relação entre o custo, funcionalidade e o

objetivo a ser alcançado.

A metodologia para projeto de redes WAN deve, em primeiro lugar, definir os

módulos resultantes de uma decomposição hierárquica de forma macro. Porém, nada

impede que, caso existam dados detalhados referentes aos subsistemas, e estes estejam

disponíveis, usá-los reduzirá significativamente o número de iterações.

4.5 FASE ZERO – DECOMPOSIÇÃO HIERÁRQUICA

A Fase Zero classifica os módulos da decomposição hierárquica em vários

subsistemas de comunicação, em função da infra-estrutura, dimensão, abrangência

geográfica e os requisitos de negócio. Após a decomposição dos subsistemas, deve-se

estabelecer uma nova análise em cada módulo onde são definidos os requisitos

funcionais chamados de decomposição funcional [11], que fazem parte da dimensão de

análise. Nesta dimensão deve-se estabelecer uma visão global, desde as aplicações,

serviços de comunicação, infra-estrutura física, protocolos e tecnologias de

comunicação. Por fim, é analisada a dimensão atividades, onde são definidos os

68

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

objetivos, requisitos, necessidades, os grupos de usuários, etc, cada qual, associada a

uma atividade específica dessa dimensão.

A figura [4.3], ilustra, por meio de um diagrama de fluxo, a Fase Zero da

metodologia.

Figura [4.3] Diagrama da Fase Zero referente ao subsistema hierárquico.

O modelo de decomposição hierárquica não é uma novidade, e sim um modelo

utilizado por vários fabricantes (CISCO, FOUNDRY, NORTEL, etc.) [1] [11] [13], com

o objetivo de adequar seus equipamentos aos requisitos de cada nível. Poder-se-ia então

perguntar: O que muda? Na verdade, o que muda ou difere são as adequações ou

subdivisões em função das mudanças tecnológicas existentes, da complexidade do

projeto, e do nível de redundância adequado para suportar o negócio. Essas mudanças

tendem a tornar as ferramentas muito simplistas ou desatualizadas, não sendo capazes

de suportar novos protocolos e novas exigências de mercado.

O modelo adotado é composto por 3 (três) subsistemas de comunicação,

abrangendo as componentes WAN correspondendo a diferentes níveis hierárquicos,

segundo uma topologia em árvore normalmente adotada na implementação de projetos

de redes [1] [11] [13]. O modelo consiste dos subsistemas de núcleo, de distribuição e

de acesso, tendo cada um dos subsistemas suas funções especificas e bem definidas,

num projeto hierárquico de rede WAN. Alguns autores se diferenciam na maneira de

chamar os processos derivados na decomposição hierárquica, sendo em alguns casos

encontrados como 3 (três) níveis ou camadas. É adotada neste trabalho a nomenclatura

69

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

usada em [11]. Cada subsistema tem função própria, independentes em termos de

finalidade em relação aos demais subsistemas do modelo hierárquico e, por conseguinte,

deve ser possível a integração entre níveis com o objetivo de complementar e suportar

os requisitos do sistema de comunicação [1]. É importante ressaltar que em projetos de

redes WAN de pequeno porte esta estrutura poderá aparecer de forma simplificada, em

virtude da tecnologia adotada e de um pequeno número de pontos de comunicação.

Todavia, ao contrário de projetos de pequeno porte, projetos de abrangência

intercontinental podem adotar soluções com múltiplos subsistemas de núcleo,

hierarquicamente dependentes, primeiro ao nível intercontinental, depois ao nível

continental, em seguida ao nível nacional e finalmente ao nível regional [11]. A Internet

serve como objeto dessa ilustração, onde fica claro identificar os vários níveis citados

anteriormente devido a sua complexidade. A figura [4.4] descreve o modelo hierárquico

completo incorporando as componentes LAN e WAN.

Figura [4.4] Decomposição hierárquica em seis níveis

70

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

A seguir são descritas as características de cada subsistema e suas funções em

relação ao modelo.

4.5.1 Subsistema de Núcleo

Corresponde ao nível hierárquico onde é realizada a interligação do conjunto dos

nós principais de uma infra-estrutura (nós de core e/ou concentradores centrais da rede

WAN), incluindo todos os equipamentos ativos de rede e os circuitos necessários a

interligação. Este subsistema é responsável por fornecer transporte remoto adequado

entre sites geograficamente distantes, conectando um número de sub-redes entre si em

uma WAN corporativa. Geralmente, neste subsistema não existe hosts e os serviços são

contratados de um prestador de serviços de telecomunicações, sendo tipicamente

serviços de conectividade T1/E1, T3/E3, OC-12, Frame Relay, MPLS, ATM, SDH,

MetroEthernet e assim por diante.

Em virtude da sua importância é preciso que seu projeto contemple caminhos

redundantes, de forma que a rede possa resistir a falhas de circuitos individuais e

continuar funcionando. O compartilhamento da carga e a convergência rápida de

protocolos de roteamento são, em geral, aspectos importantes do projeto [1]. Os

recursos comumente encontrados neste subsistema dizem respeito, principalmente, aos

mecanismos de enfileiramento abordados no capítulo 3 e as tecnologias de redes WAN

abordadas no capítulo 2.

4.5.2 Subsistema de distribuição

Corresponde ao segundo nível hierárquico das componentes WAN, no qual estão

englobadas as ligações dos subsistemas de acesso até um dos nós do subsistema de

71

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

núcleo [11]. É responsável por conectar diversas redes em um ambiente de rede de

campus, tipicamente baseada em FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet ou ATM.

A principal função deste nível está atrelada às interfaces/subinterfaces de ligação

dos nós de acesso (uplink) aos nós de core, que inclui o backbone da rede campus e

todos os seus roteadores de conectividade. A política de rede é tipicamente função desse

nível, abrangendo os seguintes aspectos:

• Convenções de nomenclatura e numeração da rede;

• Segurança de rede para acesso aos serviços;

• Segurança de rede para padrões de tráfego por meio da definição dos

protocolos de roteamento e suas métricas;

Os dispositivos deste nível atuam como ponto de concentração para muitos dos

locais de sua camada de acesso, o que facilita o isolamento de problemas, devido

à modularidade da rede.

4.5.3 Subsistema de acesso

O subsistema de acesso é, de um modo geral, uma sub-rede LAN, tipicamente

Ethernet que fornece aos usuários acesso local a serviços de rede. Neste nível são

encontrados os equipamentos e os circuitos de comunicação com o exterior da LAN e o

equipamento onde terminam estes circuitos do lado da MAN ou WAN (nós de acesso).

A finalidade deste nível é permitir uma conectividade do subsistema de acesso

ao subsistema de núcleo, passando por uma conexão com o subsistema de distribuição

e/ou conectando diretamente ao subsistema de núcleo, no caso de redes menores. Este

nível está associado às ações de segmentação de rede lógica, isolamento do tráfego

através de broadcast com base no grupo de trabalho ou no endereçamento local e a

distribuição de serviço entre várias CPUs.

72

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Após a decomposição hierárquica, como já dito, deve-se analisar cada um dos

subsistemas, o que é chamado de decomposição funcional.

Na decomposição funcional, são abordadas as dimensões de análise e atividades

que irão delinear todo o processo a ser mapeado através um método que suporte

iterações com refinamentos sucessivos, tendo como objetivo refinar o projeto até atingir

a solução que suporte o tamanho do negócio a ser alcançado.

4.6 DECOMPOSIÇÃO FUNCIONAL

Neste passo são especificadas as fases que permearão todo o projeto de redes

WAN, traduzindo ao final deste capítulo na metodologia proposta e adotada no estudo

de caso, para projetos e análise de redes WAN Multimídia.

73

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

4.6.1 Fase Um - Análise

A seguir é iniciada a Fase Um referente a dimensão de análise conforme figura

[4.5].

Figura [4.5] Diagrama de fluxo da Fase Um.

Esta fase diz respeito à dimensão de análise e está interligada com alguns

aspectos vistos ao longo desse trabalho, principalmente no que diz respeito ao capítulo

2, que reflete as tecnologias comunicação, engenharia de tráfego e arquiteturas de

protocolos. Esta dimensão deve ser vista inicialmente de forma top-down [11], para

caracterização das aplicações, tecnologias de comunicação e arquitetura de protocolos e

em seguida deve-se utilizar uma abordagem bottom-up [11], que permeia os aspectos

relativos à especificação dos equipamentos de comunicação, os aspectos relativos à

segurança e gestão.

Concretamente são utilizados os seguintes métodos de análise:

• Definição das aplicações – Esta etapa da análise visa identificar,

localizar e caracterizar os parâmetros de funcionamento das

74

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

aplicações necessários nos vários níveis hierárquicos de infra-

estrutura;

• Tecnologias de comunicação – Esta etapa da análise deve resultar na

identificação das tecnologias de comunicação necessárias em cada um

dos subsistemas hierárquicos [11], que suportem os requisitos

definidos para as Aplicações, bem como na definição dos circuitos de

comunicação necessários em cada um dos subsistemas;

• Arquitetura de protocolos – Esta etapa da análise visa identificar os

protocolos que deverão ser habilitados em cada um dos subsistemas, a

fim de suportarem os requisitos solicitados pelas aplicações;

• Aspectos de gestão – Nesta etapa são relacionados os requisitos de

gestão da infra-estrutura em todas as suas componentes hierárquicas

[11];

• Aspectos de segurança – Esta etapa da análise resulta na

caracterização dos aspectos relativos à resiliência, redundância,

integridade, confiabilidade e demais fatores nos diversos níveis de

comunicação;

• Equipamentos de comunicação – Esta etapa descreve as componentes

de comunicação necessárias a suportar os requisitos de aplicação e

arquitetura de protocolos identificados anteriormente.

75

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

4.6.2 Fase Dois - Atividades

Esta fase corresponde a dimensão de atividades e está baseada no encadeamento

de etapas relacionadas entre si conforme figura [4.6].

Figura [4.6] Diagrama de fluxo da Fase Dois.

As etapas a serem analisadas são, na verdade, um agrupamento de atividades

extraídas da metodologia de projetos de sistema de informação, dada a proximidade e a

relação entre as metodologias de desenvolvimento de software (análise de requisitos,

especificação, implementação, testes e etc...) e projetos de sistemas tradicionais de

telecomunicações, onde as tecnologias para tráfego de voz se assemelham e/ou se

completam para o tráfego de redes multimídia. Esta associação não se dá apenas na

condição de projeto, mas também na relação entre o software desenvolvido (aplicação)

com seus requisitos, objetivos e necessidades, mas também nas condições de tráfego da

própria aplicação como desempenho, orientada a conexão ou não, necessidade de

redundância de enlaces, etc.

76

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

A seguir são descritas as etapas da dimensão atividades começando pela análise

de requisitos até se atingir a atividade de simulação.

4.6.2.1 Análise de requisitos

A definição de requisitos é sem dúvida uma das principais atividades no

processo de concepção de uma rede WAN [11]. A análise de requisitos tem por objetivo

aferir os resultados dos levantamentos feitos nas fases anteriores e gerar novos subsídios

necessários para a definição do projeto. Nesta etapa são avaliados os seguintes

requisitos: objetivos relacionados às metas, restrições do negócio e, principalmente,

necessidades dos usuários internos e externos da rede WAN. A figura [4.7] apresenta o

detalhamento do diagrama de bloco referente a esta etapa.

Figura [4.7] Diagrama de bloco da etapa análise de requisitos.

4.6.2.1.1 Definição dos objetivos

Como não poderia deixar de ser, um projeto de redes WAN raramente encontra a

situação ideal, ou seja, representado através de uma infra-estrutura concebida desde sua

raiz, planejada sem preocupação de integrações ou evoluções futuras, capaz de absorver

todos os sistemas em funcionamento e necessidades dos usuários em

informação/comunicação/conectividade. Na verdade, o que geralmente se encontra é

uma estrutura que não atende a contento todas as necessidades atuais e precisam de

77

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

atualizações tecnológicas para prover novas demandas de negócio ou requisitos de

comunicação. Portanto, é fundamental levar em conta todas as condicionantes

resultantes da avaliação dos sistemas em uso, dos investimentos já realizados, das novas

demandas, dos quais resulta num conjunto adicional de restrições que serão

consideradas nas atividades de planejamento e projeto. Assim sendo, a primeira tarefa

no processo de concepção do projeto de redes WAN deve ser a definição das condições

iniciais para o processo de levantamento e definição dos requisitos. Nesta etapa é

importante que os objetivos sejam estabelecidos de forma clara e que exista um

mecanismo de validação evitando retornos sucessivos as este passo.

As questões cabíveis nesta etapa poderão ser colocadas de forma macro como a

seguir e estabelecidas e validadas através de refinamento sucessivo.

Devem ser consideradas, por exemplo, as seguintes questões:

• O que já existe em funcionamento?

• Quais serviços devem ser suportados pela infra-estrutura?

• Em que locais é necessário ter infra-estrutura de acesso, de distribuição

e/ou núcleo?

• Quais as características pertinentes de cada local?

• A infra-estrutura atual atende as necessidades futuras?

A primeira questão permite identificar os sistemas existentes, que têm influência

no sistema de comunicação e servem de ponto de partida para a caracterização

do tráfego atual. Nesta etapa, são definidos os grupos de usuários por sistemas e

serviços, bem como o mapeamento de todos os equipamentos e circuitos que

venham a fazer parte ou interagir com o novo projeto. Este mapeamento deverá

ser claro o suficiente de forma a se identificar as sub-redes existentes

78

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

(endereçamento e nomenclatura), as tecnologias de comunicação utilizadas, e

uma possível prospecção tecnológica.

A segunda questão permite a caracterização das principais motivações para a

concepção e entendimento da infra-estrutura e prospecção futura. Deve-se

abordar questões como acesso a servidores de arquivos, aplicações, serviços de

voz, serviços de vídeo, serviços com requisitos especiais que necessitem de um

QoS rígido, comunicação entre usuário, correio eletrônico e etc. Nesta etapa não

se justifica haver um rigor na precisão, nem tampouco a preocupação com

detalhes de protocolos e arquitetura de suporte, mas sim o agrupamento de

usuários em função dos serviços pretendidos.

A terceira questão visa o entendimento de cada local como um ponto onde a rede

WAN deverá interconectar ou ser interconectada. Nesta etapa, são definidos os

elementos necessários a prover subsídio que determine ou oriente o subsistema

ao qual se está trabalhando. Deve-se considerar se o ponto definido é

simplesmente um subsistema de acesso, fim de linha para uma sub-rede, ou um

subsistema de distribuição capaz de conectar vários subsistemas de acesso, ou

até mesmo um subsistema de núcleo que possibilite resiliência à rede WAN.

A quarta questão é fundamental para se avaliar as tecnologias que possibilitem a

comunicação da rede WAN. Nesta etapa deve-se deixar claro que tecnologias

estão disponíveis para serem usadas, seja por necessidade do(s) grupo(s) de

usuários daquela região, seja por condicionantes relativas ao meio ambiente,

relevo, interferência, ruídos e/ou até mesmo devido à criticidade do negócio

naquele ponto.

Por fim, a ultima questão é respondida depois de simular a expansão da rede

atual, seja por motivo de acréscimo de usuários, seja por engajamento de novas

79

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

aplicações, seja pela necessidade de atualização no protocolo de comunicação,

seja por demanda de novos serviços (voz sobre IP, vídeo sobre demanda, vídeo

conferência...) seja pela integração com novos parceiros e fornecedores para

atender ao negócio ou até mesmo a união destes e outros fatores pertinentes ao

projeto.

4.6.2.1.2 Levantamento das necessidades

Nesta etapa, o objetivo é a caracterização das necessidades para obtenção de

uma lista de requisitos que será o ponto de partida das atividades de planejamento do

projeto.

É parte desta etapa a caracterização das necessidades de comunicação dos

grupos de usuários, bem como suas relações e impacto com negócio. Estes grupos de

usuários devem ser definidos por afinidade, que resultará em número igual de grupos de

requisitos. Novamente apresenta-se uma visão macro que em seguida é delineada na

tabela [4.1] de caracterização dos requisitos do projeto.

Concretamente, são analisados os seguintes grupos de requisitos:

• Funcionalidade – São atribuídos os aspectos relativos a análise das

funcionalidades, ou seja, à caracterização dos serviços que devem ser

suportados pela infra-estrutura de comunicação em função do grupo de

usuários, suas necessidades relativas às aplicações e a sua inserção no

contexto da organização;

• Abrangência – Devem ser considerados os pontos de acesso,

distribuição e núcleo que proverá serviços de comunicação por toda a

rede WAN. Sua caracterização define os requisitos para a localização

dos pontos de acesso (postos de trabalho, filiais, lojas, etc.) que

80

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

indicarão a interconexão da WAN às sub-redes (Intranet), acesso a

outras organizações e acesso a Internet;

• Qualidade – São considerados os aspectos relativos à qualidade de

serviços que deverá ser suportada pela infra-estrutura;

• Segurança – São caracterizadas as necessidades de segurança aos

serviços de comunicação. Os requisitos desta etapa dizem respeito com

os aspectos de autenticação, integridade e controle de acesso relativo aos

serviços identificados;

“O projeto de segurança é um dos aspectos mais importantes do

desenvolvimento de redes corporativas, especialmente à medida que

mais empresas acrescentam conexões para internet e extranet ás suas

inter-redes. Uma meta global que a maioria das empresas tem é a de que

os problemas de segurança não devem prejudicar a capacidade da

empresa para administrar seus negócios”[13].

• Disponibilidade – São caracterizadas as necessidades de confiabilidade,

redundância, capacidade de recuperação e resiliência dos serviços de

comunicação. Ainda que estes aspectos tenham relação com segurança,

devem ser tratados à parte, devido a relevância no projeto. Alguns

autores consideram a confiabilidade uma das metas mais importantes do

projeto de redes WAN, devido sua importância na conectividade inter-

redes [1]. Porém, é preciso sempre ter em conta que uma rede totalmente

redundante para maximizar a disponibilidade pode não ser viável

economicamente. A disponibilidade necessita ser expressa como uma

porcentagem de tempo de atividade por ano, mês, semana, dia ou hora

em comparação com o tempo total referente a esse período [11];

81

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

• Escalabilidade – Este aspecto visa o levantamento das necessidades e a

definição dos requisitos relativos à evolução das tecnologias de

comunicação. Num projeto de redes WAN pode-se, por exemplo, não

usar a facilidade de voz sobre IP, mas é importante que ao dimensionar a

infra-estrutura de comunicação esta facilidade seja considerada de modo

a permitir a sua inclusão quando necessário. É primordial que tal

previsão não tenha um impacto significativo nos custos do projeto,

todavia esta flexibilidade garantirá longevidade ao projeto;

• Interoperabilidade – Neste item são definidos os requisitos de

compatibilidade com os sistemas de informação e de comunicação

existentes e a migração desses sistemas para uma nova solução. Não é

possível fazer uma previsão em longo prazo, visto que novas

arquiteturas, tanto no que diz respeito ao desenvolvimento de sistemas

como também no que diz respeito à comunicação estão sendo colocadas

à prova diariamente. Existe uma grande tendência para que as novas

soluções sejam desenvolvidas na direção de padrões abertos não

proprietários e possam ser utilizadas em vários dispositivos com suporte

a mobilidade, tráfego de imagens e voz;

• Gestão – São identificados os requisitos correspondentes à

caracterização das necessidades de manutenção, atualização e gestão da

infra-estrutura em cada um dos subsistemas. Cabe à gestão detectar

problemas, monitorar o comportamento do tráfego, controlar e

identificar dados dos dispositivos, contabilizar e alocar a utilização de

custos de usuários da rede WAN, planejar mudanças e verificar se os

níveis de SLA estão sendo garantidos conforme contratado;

82

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

• Custos – Deve ser identificado o conjunto de restrições resultantes da

análise dos requisitos de custo e benefícios voltados para o negócio da

empresa. Essa abordagem deve ser feita de forma top-down, avaliando

sob o ponto de vista da alta direção da empresa, descendo aos grupos de

usuários, aplicações e importância das interligações nos diversos pontos

de acesso;

“Analisar os objetivos do negócio é crucial para o sucesso do projeto,

devemos ter a capacidade de ver o retorno do investimento (ROI), para

tanto, um estudo de viabilidade é fundamental” [13].

A seguir são apresentadas as tabelas [4.1] e [4.2] destinadas a caracterização

dos requisitos típicos com a finalidade de facilitar o levantamento dos aspectos

citados anteriormente.

Requisitos Questões Outras informações

Funcionalidade Grupos de usuários por afinidades? Caracterização dos grupos? Suporte a aplicações tradicionais? Quais as mais importantes? Suporte a voz, vídeo e imagens? Em quais pontos acesso da WAN? Suporte para aplicações multimídia? Quais aplicações?

Quais locais? Suporte a novas aplicações? Quais?

Quais os locais? Outras funcionalidades necessárias? Quais?

Quais locais? Abrangência Localização dos postos de trabalho? Identificar os pontos de interseção das

tecnologias LAN e WAN. Necessidade de acesso remoto? Onde? Necessidade de acesso a outras entidades? Quais?

Qual tecnologia de comunicação? Outras necessidades de abrangência? Quais? Qualidade Suporte as aplicações best-effort? Quais as mais importantes?

Quais requisitos de qualidade? Suporte as aplicações adaptativas? Quais?

Quais locais? Quais requisitos de qualidade?

Suporte as aplicações continuous-mídia? Quais? Quais locais? Quais requisitos de qualidade?

Segurança Garantia de confidencialidade? Que aplicações? Garantia de autenticação? Que aplicações? Garantia de integridade? Que aplicações? Controle de acesso? Onde? Outras necessidades de segurança? Quais?

83

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Tabela [4.1] Caracterização dos requisitos

Requisitos Questões Outras informações

Disponibilidade Qual o nível de disponibilidade? Alto, Médio ou Baixo.

Onde?

Aplicações críticas para o negócio? Quais? Quais são os horários críticos?

Tempo tolerável entre falhas? Quanto? Tempo tolerável para reparo? Quanto? Outras necessidades de disponibilidade? Quais? Escalabilidade Previsão de crescimento da organização? Detalhamento Previsão de evolução no uso de serviços? Detalhamento Crescimento no grupo de usuários por

aplicação? Quantos? Quais aplicações?

Previsão de crescimento no número de usuários por período de 12 meses.

Quantos?

Outras necessidades de escalabilidade Quais? Interoperabilidade Sistemas de informação existentes Caracterização Sistemas de comunicação existentes Caracterização Sistemas a substituir ou migrar Caracterização Outras necessidades de interoperabilidade Quais? Gestão Necessidades de gestão central e/ou remota? Quais?

Em que pontos da WAN? Necessidades da equipe de gestão? Quais? Outras necessidades identificadas Quais? Custo Qual o orçamento destinado ao projeto? Definir. Existe limitação nos gastos? Quais? Necessário contabilizar custos por usuários? Para quais serviços? É necessário definir custo/benefício por

aplicação e/ou pontos de acesso? Quais? Onde?

Outros requisitos de custo? Quais?

Tabela [4.2] Caracterização dos requisitos (continuação)

4.6.2.2 Planejamento

Esta atividade tem como objetivo o modelo de funcionamento da infra-estrutura

de comunicação voltado para a caracterização das aplicações, localização dos usuários e

seus protocolos, bem como a definição da arquitetura lógica voltada para o

estabelecimento da estrutura hierárquica que corresponde ao dimensionamento das

necessidades nos tráfegos para os fluxos individuais das aplicações e das necessidades

na agregação de fluxos. Os resultados obtidos nesta etapa fornecem os subsídios

84

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

necessários para a posterior especificação do projeto. A figura [4.8] apresenta o

detalhamento do diagrama de bloco referente a esta etapa.

Figura [4.8] Diagrama de bloco da etapa análise de requisitos

4.6.2.2.1 Estabelecimento do modelo de funcionamento.

O modelo de funcionamento ou modelo funcional é obtido inicialmente na

dimensão de análise para as aplicações e arquitetura de protocolos, sendo definidos os

grupos de usuários com a mesma afinidade.

O modelo deve ser iniciado caracterizando os grupos de usuários por sua

localização na infra-estrutura, serviços de comunicação e requisitos das aplicações.

Deve-se caracterizar todos os tipos de usuários que vão utilizar a infra-estrutura de

comunicações para efetuar as trocas de informações dentro da organização e com

organizações parceiras (clientes, fornecedores e prestadores de serviços), utilizando a

mesma rede ou através de outros serviços de comunicação. A seguir são ilustrados, com

auxilio de tabelas, possíveis formas de se analisar grupos de usuários por diversos

fatores:

85

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

A tabela [4.3] serve de exemplo para a caracterização dos grupos de usuários por

gerência.

ID Grupo

Descrição No

Local Aplicação Protocolo Tipo Tráfego

Destino Tráfego

ID Destino

G1 Gerência Administrativa

50 Sede E-mail TCP/IP BE Servidor de e-mail Sede.

SwzXY1

Serviços Web Intranet

TCP/IP BE Servidor Web

SwzXY2

Gateway Internet TCP/IP BE Firewall Proxy

SwzXY3

Arquivos TCP/IP BE Servidor Arquivos

SwzXY4

Banco de dados TCP/IP BE Servidor MS-SQL

SwzXY5

Aplicações tradicionais TCP/IP BE Servidor Enterprise

SwzXY1

Voz PPCA CM Sede Vídeo conferencia TCP/IP AD Sede Outras TCP/IP BE Vários Vários

Tabela [4.3] Caracterização dos grupos de usuários por gerência.

86

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

A tabela [4.4] serve de exemplo para a caracterização dos grupos de usuários por

localidade.

ID Grupo

Descrição No

Local Aplicação Protocolo Tipo Tráfego

Destino Tráfego

ID Destino

G2 a G7

Filiais 05 X 30

Filiais E-mail TCP/IP BE Servidor de e-mail Sede.

SwzXY1

Serviços Web Intranet

TCP/IP BE Servidor Web

SwzXY2

Gateway Internet TCP/IP BE Firewall Proxy

SwzXY3

Arquivos TCP/IP BE Servidor Arquivos

SwzXY4

Banco de dados TCP/IP BE Servidor MS-SQL

SwzXY5

Aplicações tradicionais

TCP/IP BE Servidor Enterprise

SwzX10

Voz PPCA CM Sede Vídeo conferencia TCP/IP AD Sede Várias (TCP/IP) TCP/IP BE Vários SwzXY1

Tabela [4.4] Caracterização dos grupos de usuários por localidade.

A tabela [4.5] descreve como exemplo a caracterização dos grupos de usuários

móveis.

ID Grupo

Descrição No

Local Aplicação Protocolo Tipo Tráfego

Destino Tráfego

ID Destino

G8 Usuários Móveis

50 Externo E-mail TCP/IP BE Servidor de e-mail Sede.

SwzXY1

Serviços Web Intranet

TCP/IP BE Servidor Web

SwzXY2

Gateway Internet TCP/IP BE Firewall Proxy

SwzXY3

Aplicações tradicionais

TCP/IP BE Servidor Enterprise

SwzX10

VPN TCP/IP BE Servidor VPN

SwzXY3

Servidor de Acesso Remoto

TCP/IP BE RAS RwzX01

Tabela [4.5] Caracterização dos grupos de usuários móveis.

87

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

A tabela [4.6] descreve como exemplo a caracterização dos grupos de usuários

externos.

ID Grupo

Descrição No

Local Aplicação Protocolo Tipo Tráfego

Destino Tráfego

ID Destino

G9 A G19

Organizações Parceiras

10 X 4

Externo Serviços Web Intranet

TCP/IP BE Servidor Web

SwzXY2

Gateway Internet TCP/IP BE Firewall Proxy

SwzXY3

VPN TCP/IP BE Servidor VPN

SwzXY3

Aplicações tradicionais

TCP/IP BE Servidor Enterprise

SwzX10

G20 Usuários Internet Privado

40 Externo Internet TCP/IP BE Servidor Web

SwzXY2

VPN TCP/IP BE Servidor VPN

SwzXY3

G21 Usuários Internet Publico

* Externo Internet TCP/IP BE Servidor Web

SwzXY2

Tabela [4.6] Caracterização dos grupos de usuários externos

Nas tabelas anteriores é possível identificar os grupos de usuário (ID), a sua

descrição, a quantidade usuários, a sua localização na infra-estrutura, aplicações

utilizadas, protocolos utilizados para prover suporte as aplicações, tipos de tráfego

gerados pelas aplicações (BE – best-effort, AD - tráfego adaptativo e CM – tráfego

continuos-media), o destino do tráfego e o nome do host responsável por processar as

requisições. Para as aplicações de videoconferência o tráfego gerado pode ser

considerado como ponto-a-ponto. É adotado o termo genérico “várias TCP” para os

serviços e/ou aplicações que complementam as necessidades dos usuários no sistema de

comunicação, seja para prover resolução de nomes como DNS (Domain Name Service),

seja para gerência dos equipamentos via SNMP (Simple Network Management

Protocol) e demais serviços que são transparentes para os usuários. Como pode ser

observado não existe necessidade do serviço ser suportado por apenas um host físico,

88

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

porém algumas considerações devem ser feitas para não comprometer a segurança da

infra-estrutura.

A caracterização dos grupos de usuários, dos serviços de comunicação, dos

sistemas externos à infra-estrutura permite a elaboração do modelo de funcionamento

onde são identificadas as várias fontes e destinos de tráfego e dos fluxos existentes entre

elas [11]. A forma e a facilidade como são caracterizados os grupos de usuários depende

do que se pretende analisar e qual o tipo de tecnologia disponível. Nos modelos

apresentados foram utilizados formulários simples. Porém, para um processo melhor

qualificado recomenda-se que essas informações fiquem disponíveis em uma base de

dados. A forma de apresentação e formatação deve atender as necessidades de cada

projeto. Para facilitar o trabalho de identificação e a obtenção de uma análise mais

apurada foi elaborado um protótipo de sistema, descrito no capítulo 5, que facilita a

análise e compreensão do cenário estudado.

4.6.2.2.2 Definição da arquitetura lógica.

A proposta inicial da arquitetura lógica da rede WAN é obtida através dos passos

anteriores com aplicação direta de alguns critérios genéricos de dimensionamento das

tecnologias de comunicação para redes WAN [1].

Portanto, tendo em vista os dados obtidos referentes a localização e o número de

nós em cada nível, tecnologias disponíveis para interligação, características das

aplicações, protocolos utilizados, decisões pertinentes às funções de gestão, e

principalmente pela análise de custo em função da distancia, é possível utilizar algum

modelo semelhante para a definição inicial da arquitetura lógica. Ao se aplicar o

processo de iterações sucessivas na definição inicial, com o uso de novas

condicionantes como, por exemplo, QoS, SLA, novos requisitos de aplicações, aumento

no número de usuários, seja com o auxilio de ferramentas de simulação ou até mesmo

89

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

com testes de estresse, é estabelecido o processo que possibilita que cada solução

resultante do processo possa ser novamente avaliada até se obter uma versão satisfatória

dos requisitos definidos.

No projeto de redes WAN a abrangência geográfica, volume de tráfego,

confiabilidade e resiliência exigida, podem determinar como serão distribuídos os

subsistemas. Devem ser respondidas questões como: Teremos só um subsistema de

núcleo ou vários? Os pontos de distribuição também terão servidores (gestão, aplicação,

correio, proxy, firewall etc...)? O subsistema de distribuição terá apenas nós de

roteamento e comutação? Qual deverá ser a cobertura exigida pelo subsistema de

acesso? Ao se obter respostas a essas e outras questões é que se consegue uma análise

correta e adequada do que se pretende no projeto. Respondidas as questões anteriores é

fundamental analisar e verificar a infra-estrutura disponível pelas prestadoras de

serviços de telecomunicações. Na maioria das vezes as prestadoras de serviços suportam

uma grande gama de soluções para os grandes centros urbanos e uma precária solução

para os pontos distantes dos grandes centros. No Brasil, isso possui o agravante devido

sua grande expansão geográfica e a concentração de distribuição de renda nas principais

capitais.

Essas questões sugerem a mais uma subdivisão na atividade de planejamento,

que tem como objetivo estabelecer quais os critérios devem ser considerados na

definição de uma arquitetura lógica.

4.6.2.2.3 Critérios para definição da arquitetura lógica.

Como foi possível observar, a definição da arquitetura para projetos de redes

WAN não pode ser baseada apenas em critérios de ordem tecnológica, mas também

num conjunto de fatores adicionais de ordem econômica, funcional e políticos. Cabe ao

projetista e sua equipe conhecer os demais critérios com objetivo de auxiliar ou adequar

90

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

à solução tecnológica que melhor se adere ao negócio. A seguir são apresentadas

algumas considerações acerca destes critérios:

• Critérios de ordem econômica – Neste critério é avaliado o ROI (Return

Over Investment) na utilização de níveis hierárquicos, utilização de

multiplexação e enlaces redundantes por caminhos físicos ou tecnologias

distintas. É importante considerar questões como:

o Deve-se utilizar vários enlaces de longa distância ou introduzir

pontos de distribuição visando à redução do somatório das

distâncias;

o Avaliar as tecnologias que permitem a redundância de um

determinado enlace considerado crítico.

Estes aspectos podem sempre impactar num plano emergencial. Assim

sendo, é importante definir o que realmente deverá ser suportado. Neste

caso, por muitas vezes, não é necessário que se tenha redundância para

todas as aplicações, mas somente daquelas onde o nível de serviço é mais

exigente ou crítico para o negócio;

• Critérios de ordem tecnológica – Da ampla gama de soluções

tecnológicas disponíveis para a definição dos subsistemas de

comunicação, é necessário selecionar as mais adequadas a cada situação

concreta que atendam aos requisitos pré-definidos [11]. As tecnologias

para projetos de redes WAN utilizadas neste trabalho foram apresentadas

no capítulo 2, sendo dado mais ênfase as tecnologias Frame-Relay e

MPLS devido ao fato de convergirem para o objeto do estudo de caso;

• Critérios de ordem funcional – Este critério refere-se ao modelo

funcional definido para infra-estrutura. Concretamente deverá ser feita a

91

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

análise dos fluxos identificados, localização dos grupos de usuários, dos

serviços de comunicação e interfaces com os sistemas externos [11]. Ao

se avaliar o modelo ideal é importante levar em conta os aspectos de

disponibilidade e controle de tráfego e, quando viável, fazer uso de

pontos de agregação intermediários com vistas a redução dos pontos de

falha e possível redundância entre nós vizinhos, como possibilidade de

roteamento alternativo, ou na adesão de soluções de engenharia de

tráfego priorizando ou adicionando rotas por aplicação e/ou serviços que

fogem as rotas padrões. Neste critério são relacionados também os

aspectos referentes à gestão da infra-estrutura, que para uma rede WAN

pequena pode ser feita do subsistema de núcleo de forma centralizada, e

no caso de redes maiores pode-se optar pela descentralização das tarefas

de gestão em cada nó de distribuição. Porém, ao se optar por gerência

descentralizada faz-se necessário analisar o custo não só com relação à

infra-estrutura adicional, mas também em virtude de manter uma equipe

adicional para gestão. No mercado existem várias ferramentas para a

gestão remota, distribuição de software e demais atividades à distância.

Cabe ao projetista e sua equipe dimensionar este tráfego na elaboração

do projeto;

• Critérios de ordem política, administrativa e estratégica – Geralmente

não considerados formalmente nos projetos, são certamente decisivos,

podendo significar no seu sucesso ou fracasso. Aspectos como: opiniões

tendenciosas; comprometimentos com certos fornecedores de tecnologia;

relações entre grupos envolvidos no projeto; fracassos passados

envolvendo projeto semelhante e/ou até mesmo a interconexão de outro

92

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

“site”; identificar os gerentes mais e menos comprometidos; identificar

se alguém deseja que o projeto fracasse; quem poderá ter seu emprego

ameaçado devido à nova tecnologia, protocolo, sub-rede e qual é a

tolerância a risco na empresa são muitas vezes determinantes no

estabelecimento e execução do projeto.

Um ponto de acesso ou até mesmo um nó de núcleo, seja para conectar

uma filial dentro das organizações privadas ou a inclusão de um novo

parceiro externo ao negócio, pode ser o ponto fundamental na aderência

do projeto como um todo.

Mesmo sendo difícil sua justificativa em termos técnicos, não entender

esses aspectos políticos/administrativos da situação do negócio pode

comprometer todo o projeto.

4.6.2.2.4 Caracterização de fluxo

Como foi dito anteriormente, a engenharia de tráfego está presente no projeto de

redes WAN devido ao fato de ser fundamental o dimensionamento do tráfego

multimídia sobre um determinado enlace.

O dimensionamento deste tráfego é feito sob a arquitetura lógica, partindo da

identificação dos requisitos de qualidade exigidos por cada aplicação ou conjunto de

aplicações e da caracterização de seu fluxo durante a elaboração do seu modelo de

funcionamento [11].

A caracterização dos fluxos das aplicações deve ocorrer individualmente quando

se está analisando o tráfego de saída e interno de um determinado subsistema de acesso,

considerado como tráfego “stub area”[1] ou tráfego fim linha e de forma agregada

quando são analisadas as demandas por requisições a servidores e nas interligações dos

subsistemas de distribuição aos subsistema de núcleo;

93

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

• Caracterização de fluxos individuais – A caracterização do fluxo deve ser

baseada nos parâmetros de QoS discutidos no capítulo 3. Para algumas

aplicações esta caracterização não apresenta dificuldades uma vez que

suas características e requisitos são bem definidos, como no caso da

aplicações chamadas de continuos-media ou aplicações de tempo real

intoleráveis, o que não acontece nas aplicações adaptativas, também

conhecidas como aplicações de tempo real toleráveis e, sobretudo, nas

aplicações best-effort, também conhecidas como elásticas ou

tradicionais. Basicamente, para esses tipos de aplicações não existem

valores determinados para os parâmetros de caracterização de fluxos de

tráfego, mas intervalos dentro dos quais as aplicações apresentam um

comportamento dentro do esperado [11][13]. Portanto, definir estes

intervalos para as aplicações tradicionais é uma tarefa relacionada a

extrair dos usuários a resposta às seguintes perguntas:

Quais os tempos de resposta ótimos para cada uma das

aplicações?

Quais os tempos toleráveis para cada uma delas?

Como é o seu comportamento para acessar e interagir com

a aplicação?

É evidente que são questões subjetivas e cada usuário entrevistado

poderá responder segundo sua expectativa. Porém, se a equipe envolvida

no projeto conhece bem a aplicação e/ou tem experiência com aplicações

semelhantes pode estimar os requisitos necessários. Outro ponto

importante para aplicações tradicionais é o tamanho dos blocos de dados

trocados em cada transação, entre as entidades envolvidas.

94

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Além da entrevista, caso já exista o tráfego da aplicação, pode-se usar

métodos de análise de tráfego utilizando ferramentas do tipo sniffer,

“escuntando” o tráfego ponto a ponto e comparando com valores ideais,

ou ainda se utilizar de ferramentas de simulação, a fim de obter maior

precisão dos valores. Um ponto fundamental da análise é avaliar os

intervalos de utilização considerados como normal ou média e ainda a

exceção considerando também o tráfego de pico oriundo de rajadas ou

utilização excepcional.

No que diz respeito às aplicações adaptativas existe um conhecimento

preciso dos parâmetros ótimos, visto que são aplicações de mídia

contínua, mas seu funcionamento é prejudicado em função do seu tráfego

transcorrer em sistemas de comunicação que não podem dar garantia

estrita de níveis de QoS. Esta situação passa a ser uma vertente em

projetos de redes WAN em virtude da expansão das aplicações de vídeo,

áudio, videoconferência e voz, ganharem espaço nas redes IP. No

momento, a aplicação mais utilizada e prevista na maioria dos projetos,

seja de forma definida com seu tráfego previsto ou em da exigência de

suporte a utilização futura, é VoIP (Voice over Internet Protocol). A

garantia de parâmetros estritos de QoS a fluxo de informações, implica

num sistema de comunicação que suporte reserva de recurso sob uma

rede TCP/IP, que como visto no capítulo 3 não é possível com a maioria

das tecnologias;

• Caracterização de fluxos agregados – Esta caracterização pode ser

entendida como o agrupamento das necessidades individuais com

objetivo de se dimensionar os enlaces entre os subsistemas de acesso e o

95

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

subsistema de núcleo. Basicamente são utilizadas duas abordagens,

sendo uma analítica, baseada na adoção de modelos matemáticos de alta

complexidade e sua precisão influenciada pelas simplificações

necessárias para sua aplicabilidade no mundo real. Concretamente ainda

são utilizadas as distribuições de Poisson, herdadas dos modelos

baseados nos sistemas de telecomunicações clássicos para a análise de

tráfego de voz, e também a adoção de modelos mais elaborados, como o

de Markov e fractais utilizados no estudo de filas para tráfegos de

comportamento e demanda imprevisível [10]. A outra abordagem

consiste na utilização de ferramentas de simulação de tráfego. Este tipo é

muito útil na validação das técnicas analíticas e também devido à

possibilidade de obter vários cenários alternativos, o que possibilita

verificar o modelo proposto no projeto sob o prisma de várias

tecnologias. Neste processo, entender e caracterizar o tráfego são

aspectos fundamentais para a validação de qualquer estudo de avaliação

de desempenho [10], o que representa um passo importante no ajuste,

adequação e análise de tráfego para projetos de redes WAN.

Devido a sua importância o processo simulação é considerado como uma das

etapas da dimensão de atividades, e é visto antes da execução da atividade de

Projeto. Caso o processo de simulação impacte na revisão do planejamento, é

necessário haver um processo de recorrência a atividade de planejamento.

4.6.2.2.5 Dimensionamento dos enlaces

Após a conclusão das etapas anteriores e ainda na atividade de planejamento é

necessário o dimensionamento dos enlaces de interconexão. Para tanto, é necessário

identificar os parâmetros de qualidade tratados no capítulo 3 e estabelecer um conjunto

96

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

de passos que viabilize a sua definição para cada local de convergência e agregação de

fluxos. No caso de existência de uma rede WAN com tráfego consolidado, é preciso

realizar a coleta por um período de tempo a ser determinado pelo projetista e sua equipe

levando em consideração sua experiência e conhecimento da rede WAN e suas

aplicações. A seguir é proposta uma seqüência de atividades, que devem ser verificadas

de forma iterativa com intuito de viabilizar este processo:

• Iniciar o dimensionamento caracterizando os parâmetros largura de

banda, atrasos, jitter e perdas de pacotes. Para as aplicações tradicionais

do tipo TCP/IP (best effort) determinar largura de banda baseada na

utilização média e máxima, não sendo preciso considerar o parâmetro

jitter. No caso de aplicações de tempo real tolerantes e intolerantes

determinar a largura de banda baseada na utilização média e todos os

demais parâmetros QoS;

• Nos subsistema de distribuição e núcleo utilizar o somatório dos fluxos

para os enlaces que usam tecnologias de agregação;

• Nas tecnologias que utilizam comutação de circuitos virtuais, optar por

realizar a caracterização do tráfego nas interfaces do roteador de núcleo

e/ou distribuição;

• No caso de tecnologias que permitem utilização de fluxo agregado, usar

o somatório da utilização média como primeira estimativa para

dimensionar a largura de banda e, se possível, contratar um percentual de

banda excedente para o tráfego oriundo de surtos instantâneos e

repentinos (rajadas);

97

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

• Caso não seja economicamente viável dimensionar os enlaces para

suportar a totalidade dos fluxos nominais, devem ser introduzidas

restrições que limitem o número máximo de fluxos ativos [1] [11];

• Ao concretizar a estimativa de tráfego para cada enlace, somar uma

margem para crescimento futuro, obtida através das análises anteriores,

de forma a ajustar o tráfego futuro.

Nos processos onde existe simulação é provável retornar a etapa de

dimensionamento dos enlaces para realizar as adequações necessárias.

4.6.2.2.6 Outros aspectos do planejamento

Os aspectos anteriores são de suma importância para o dimensionamento da rede

WAN, mas não são os únicos que devem ser considerados no planejamento.

A compreensão das metas e das restrições do negócio do cliente é um aspecto

importante e deve fazer parte da etapa de planejamento do projeto de redes WAN.

Deve-se considerar também as questões de disponibilidade e ter sempre a idéia

que “rede disponível, não é rede ligada e sim os serviços e aplicações disponíveis de

acordo com o que foi contratado, ou especificado” [13]. Portanto, o tempo médio entre

falhas (MTBF – Mean Time Between Failure) e o tempo médio para reparo (MTTR –

Mean Time to Repair) devem ser monitorados e identificados independente de suas

aplicações e serviços. No caso onde o serviço de rede WAN é mantido por empresa

prestadora de serviços de telecomunicações, é preciso haver uma aferição dos serviços

entregues pela empresa, com os parâmetros obtidos pela equipe de gestão.

Aspectos que dizem respeito a endereçamento, encaminhamento e nome dos

hosts, deve ser objeto do planejamento no intuito de viabilizar e facilitar alterações

futuras.

98

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Quando são analisadas redes de média e grande complexidade o tráfego

acrescido pela distribuição de endereçamento de hosts, endereçamento de gateway,

endereçamento de serviços de resolução de nomes, pode compensar significativamente

em virtude da flexibilidade e expansão da rede. Porém, é importante levar em

consideração que o endereçamento não planejado pode levar ao caos, devido a

complexidade na interconexão com outras empresas.

4.6.2.3 Simulação

Nesta atividade são utilizadas regras para definir o comportamento e o impacto

de novas demandas ao projeto. A atividade de simulação tem como objetivo

fundamental realizar os testes necessários para a inclusão de novas demandas, que

podem ser: aplicações, acréscimo de usuários e/ou alterações nos perfis dos objetos das

aplicações em funcionamento. Nesta atividade é necessário que se adotem regras para

definir ou prever o comportamento do simulador a fim de evitar distorções elevadas em

relação ao cenário real. Também se deve obter regras com objetivo de gerar um

conjunto de parâmetros com o intuito de tornar previsíveis os critérios de

comportamento do simulador. Ao se conhecer os critérios de comportamento é possível

modelar uma massa de dados que aplicada ao simulador produz cenários próximos a

realidade. Este processo torna a simulação uma atividade difícil, sendo assim, é

importante aferir e incorporar dados que reproduzam uma situação se não real, o mais

próximo possível da realidade. É comum “escutarmos” por muitas vezes frases do tipo:

É impossível simular o tráfego da minha rede! O tráfego atual mudará completamente e

não faz sentido simular! Os parâmetros da nova aplicação são totalmente diferentes! A

simulação não se traduz em dados coerentes! Essas e muitas afirmações do gênero são

rebatidas através de vários estudos que revelam inclusive as propriedades de auto-

similaridade [10] entre as aplicações de redes LAN, WAN e Internet, que são validadas

99

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

com o auxilio de processos matemáticos inclusos em softwares de simulação. Já é

possível encontrar nos softwares destinados a esta atividade, processos que obedecem a

conceitos matemáticos definidos e provados cientificamente, como no caso do

OPNET® Modeler, usado como ferramenta de simulação no estudo de caso.

A simulação é um processo bastante útil na validação das técnicas analíticas e

também devido à possibilidade de obter vários cenários alternativos, o que possibilita

verificar o modelo proposto no projeto sob o prisma de várias tecnologias. Nas

ferramentas de simulação ainda é possível carregar no modelo analisado o tráfego real

como background e simular o impacto das novas demandas sob o tráfego existente.

A figura [4.9] tem como finalidade principal facilitar o entendimento do

processo de simulação.

Figura [4.9] Diagrama de bloco da atividade de simulação.

100

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

4.6.2.3.1 Definir o objetivo e os dados necessários para simulação

A finalidade desta etapa é definir os objetivos que se pretende obter no processo

de simulação. Esses objetivos tendem a influenciar de forma significativa o esforço e

custo do processo, como, por exemplo:

• Determinar a capacidade dos enlaces de comunicação;

• Caracterizar o número máximo de usuários simultâneos;

• Que cenários se deve simular;

• Identificar os possíveis gargalos na infra-estrutura de comunicação;

• Identificar o impacto do aumento de usuários na latência dos enlaces;

• Determinar qual a capacidade do concentrador central.

Inúmeras são as possibilidades que se podem extrair num processo de simulação.

O importante é definir o objetivo de maneira clara para que os resultados obtidos

satisfaçam as necessidades do projeto.

4.6.2.3.2 Caracterizando o processo de simulação

Essa etapa consiste em determinar que tipo de infra-estrutura faz parte do

processo, ou seja, equipamentos de comunicação, dispersão geográfica da rede,

subsistemas existentes, protocolos de comunicação/aplicação que estão presentes no

modelo, e também qual a característica da demanda a ser simulada. É parte dessa etapa,

entender com o máximo de precisão possível a natureza do processo a ser simulado.

4.6.2.3.3 Definir os dados da simulação

Nessa etapa, é preciso definir os requisitos dos dados da demanda a ser simulada

de forma a refletir a uma situação próxima o bastante da realidade. Basicamente, deve-

se caracterizar o comportamento dos usuários, gerar scripts que representem o

comportamento dos usuários incluindo o “tempo de pensar”[10], ou seja, a diferença

101

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

operacional de um usuário em detrimento a outro para acessar uma determinada

aplicação. A partir deste passo deve-se criar os cenários que combinem os diferentes

grupos de usuários e executá-los no processo de simulação. Neste momento podem ser

criadas classes de usuários que caracterizam cenários diferentes como, por exemplo, um

grupo de usuários que acesse a nova aplicação a cada dois minutos, outro grupo que

acessa a cada sete minutos e assim por diante.

4.6.2.3.4 Configurar o ambiente de simulação

A configuração do ambiente é o processo de instalar ferramentas de simulação e

preparar os cenários que se deve simular. Este processo é bastante trabalhoso pelo fato

de que os cenários devem refletir a realidade do que se pretende analisar. No caso

particular onde a análise é uma nova aplicação sem consolidação dos dados a serem

carregados no simulador é possível utilizar o conceito de auto-similaridade para

aplicações. Neste processo é possível adotar parâmetros de aplicações semelhantes

como dados de entrada. No caso onde existem parâmetros bem definidos como:

tamanho padrão do objeto, tamanho máximo do objeto, número de usuários

simultâneos, número de requisições por período de tempo, protocolos e etc, é mais

provável que o processo de simulação reflita um cenário próximo da realidade. Portanto,

para a solução da simulação resultar em cenários coerentes é importante que os dados

sejam reais e não intuitivos. “O uso de ferramentas automatizadas no processo de

simulação e testes mede a qualidade e o tempo de resposta das aplicações que serão

alcançados no ambiente real” [10]. É importante usar o processo de simulação para

minimizar os erros e evitar o risco de desastres ocasionados pelo acréscimo de usuários

ou adoção de novas aplicações. No processo de configuração do ambiente é necessário o

envolvimento de diversos profissionais de Tecnologia da Informação (TI) pelo fato de

ser necessário a união de parâmetros de aplicação, redes, infra-estrutura de

102

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

equipamentos (processador, memória e etc.), segurança a fim de reduzir o impacto na

continuidade do negócio.

4.6.2.3.5 Executar a simulação

A execução deve ser conduzida por uma equipe com supervisão de um gerente e

é necessário aferição continua dos resultados obtidos. É necessário documentar os

resultados e qualquer discrepância entre os resultados esperados precisa ser consolidada.

O processo de consolidar os dados obtidos com os dados reais é necessário para

verificar se não existem distorções na simulação. Ao termino da simulação é

recomendável uma descrição detalhada do procedimento com vistas a sua reprodução.

4.6.2.3.6 Analisar os resultados

Nesta etapa é necessário identificar possíveis gargalos que possam ocorrer. A

equipe envolvida no processo deve ser capaz de oferecer um diagnóstico detalhado

certificando que os resultados obtidos estejam coerentes. No caso de insatisfação dos

resultados é possível recomendar uma nova simulação com novas especificações. Um

dos principais objetivos da simulação é recomendar ações para resolver os problemas

encontrados, e evitar que estes se reproduzam no cenário real, ou seja, quando a nova

demanda entrar em produção. Através da simulação é possível entender os pontos fracos

e remover uma série de inconsistências que possam ser reproduzidos em produção.

4.6.2.4 Projeto

Nesta atividade é especificado o documento completo focado na síntese da

solução pretendida, parâmetros de SLA e nos requisitos para a contratação e

implementação da solução.

Este documento deve refletir os resultados das etapas anteriores de forma geral,

e estar organizado de forma a facilitar um entendimento claro da especificação.

103

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Sua elaboração não exige uma estrutura rígida. Portanto, pode ser construído de

várias formas diferentes e é importante que esteja organizado de forma a facilitar uma

compreensão rápida do projeto e suas etapas. Geralmente é adotado o modelo utilizado

pela organização para os demais projetos, variando apenas no método de aquisição, ou

seja, através de uma contração, processo de licitação publica ou carta convite.

A seguir, é proposto um modelo para elaboração do documento em cinco partes,

sendo uma delas um conjunto de anexos, dedicados aos seguintes aspectos:

• Descrição dos aspectos administrativos e contratuais – Esta parte deve

ser elaborada pela equipe administrativa, financeira e jurídica da

organização responsável em solicitar os documentos comprobatórios

necessários e os parâmetros legais de contratação;

• Detalhamento do ambiente – Esta parte é destinada à caracterização geral

do ambiente, consistindo na identificação sumária dos locais onde deve

ser incorporada a infra-estrutura do projeto e as interfaces com os demais

sistemas de comunicação. Esta parte está relacionada à dimensão de

atividades, principalmente no que diz respeito à análise de requisitos e

planejamento;

• Especificação dos equipamentos – Esta parte é destinada à especificação

completa do ponto de vista funcional e concreta em termos de

configurações pretendidas. Deve ser baseada em padrões abertos e não

proprietários, de tal forma que possam ser atendidos por diversas marcas

e fabricantes de tecnologia, excetuando os casos onde exista apenas uma

tecnologia e/ou fabricante capazes de satisfazer a funcionalidade

pretendida. Mesmo neste caso é importante que o uso de tecnologias

104

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

proprietárias tenha sido avaliado anteriormente na dimensão de

atividades;

• Especificação das condições de instalação e teste – Nesta parte deverão

ser descritos os procedimentos gerais para a instalação e testes, sendo

detalhados os aspectos que possam gerar dúvidas. É importante deixar

claro todos os procedimentos de testes e configuração dos equipamentos

baseados nas recomendações e nomenclaturas utilizados pelos órgãos

responsáveis, delineando claramente até que ponto vai a responsabilidade

da prestadora de serviço;

• Anexos (referente a tabelas de pontos de acesso, nível de serviço e

orçamento) – Anexo ao documento são incluídos os elementos que dizem

respeito a localização dos subsistemas de núcleo, distribuição e de acesso

com suas respectivas características como largura de banda, velocidades

dos enlaces, latência, níveis de serviço e demais informações que possam

auxiliar o processo de instalação. Diagramas das arquiteturas lógica e

física da rede WAN ilustram os vários níveis hierárquicos e as ligações

entre os pontos de acesso aos demais níveis. Por fim, deve haver a

inclusão de uma tabela com orçamento médio com o intuito de

parametrizar os valores do projeto.

4.6.2.5 Conclusão

A metodologia proposta é suportada por um conjunto de atividades que tem

como objetivo principal a decomposição hierárquica e a decomposição funcional

apoiadas por um processo de iterações sucessivas, a fim de caracterizar os subsistemas

resultantes e as aplicações que impactam diretamente no negócio envolvido. A

metodologia visa externalizar a existência da rede WAN para suportar as novas

105

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

demandas, o que evita que o projeto seja baseado em decisões tomadas somente na

intuição, que de certo é altamente perigoso para a continuidade do negócio.

A metodologia permite combinar os vários aspectos analisados no decorrer deste

trabalho de forma a obter soluções viáveis para projetos de redes WAN.

A proposta metodológica foi apresentada quatro etapas que resumidamente

significam:

• Pré-Requisito – Identifica e avalia os equipamentos e aplicações do

núcleo da rede LAN;

• Fase Zero - identifica os subsistemas que pertencem a rede WAN;

• Fase Um – identifica as principais aplicações e serviços suportados pela

infra-estrutura de comunicação.

• Fase Dois – identifica e caracteriza todo o detalhamento referente as

fases anteriores, com o uso da recursividade.

Portanto, o resultado esperado é a obtenção de um projeto onde os riscos são

mitigados através do uso dos processos descritos em cada uma das fases.

106

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

5 O PROTÓTIPO

5.1 MOTIVAÇÃO

Ao avaliar a aplicabilidade da metodologia proposta, percebe-se que várias são

as fases onde o uso de entrevistas como ferramenta de apoio se faz necessário. As

tabelas de coletas de informações sugeridas no capitulo 4, destinadas a facilitar e apoiar

as entrevistas junto aos gestores de negócio e/ou TI, bem como os usuários envolvidos

no processo, sem dúvida são muito úteis, pois possibilitam conhecer e identificar as

particularidades dos cenários atuais e futuros. Entretanto, esse processo pode gerar um

grande volume de informação, que em alguns momentos podem ser coincidentes e

repetitivas.

Controlar, manipular e organizar papéis e seus relacionamentos não é uma tarefa

muito fácil. O uso de planilhas eletrônicas e arquivos texto adotados em outros trabalhos

do gênero, de certo modo facilitam essa tarefa, mas não é o melhor caminho,

principalmente em se tratando de ambientes complexos.

Além das fases onde a entrevista é a ferramenta indicada, é preciso também que

informações estáticas sejam relacionadas com informações dinâmicas coletadas a partir

de ferramentas de monitoramento, análise de tráfego, software de inventário e outras

fontes de dados, que possivelmente estão dispersas ou desorganizadas, não sendo

aproveitadas adequadamente para a tomada de decisão.

Diante disso, é fácil identificar que uma base de informações para a tomada de

decisão nos projetos de redes de telecomunicações é um caminho viável e indicado.

Logo, o Protótipo, é um sistema de apoio a decisão para projetos redes de

telecomunicações, e deve ser entendido como um sistema híbrido com funções típicas

107

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

de um sistema transacional e funções típicas das ferramentas de Business Intelligence7,

com o objetivo de auxiliar no processo de consolidar as informações, além de permitir

gerar relatórios e análises dinâmicas de toda a infra-estrutura necessária para projetos de

redes de telecomunicações.

5.2 INFRA-ESTRUTURA DE HARDWARE E SOFTWARE

A escolha da infra-estrutura foi associada à necessidade de que a base de

informação deve ser usada pelo projetista em todas as fases pertinentes a metodologia

proposta. Por conseguinte, a solução adotada tem como premissa atender a aspectos

como: facilidades operacionais, mobilidade e transporte, usabilidade simples, interface

amigável com o usuário, possibilitar efetuar pequenas modificações em campo, apoiar a

tomada de decisões complexas, permitir trabalhar interativamente nas consultas e

gráficos dinâmicos, tornado-se assim, um facilitador durante o estudo de caso.

Diante disso, o protótipo foi desenvolvido usando o sistema gerenciador de

banco de dados Microsoft® Office Access 2003, instalado em um notebook com

processador AMD® TurionTM64, com cache 1MB L2, clock de 1,6GHz, 1 GB de

memória RAM DDR, executados no sistema operacional Microsoft® Windows®XP.

5.3 CONSTRUÇÃO DO MODELO

O protótipo foi modelado de forma híbrida, voltado para as análises de tendência

e agregação típicas das soluções de BI (Business Intelligence) e das transações

individuais típicas de sistemas transacionais. Dessa forma, é possível entender que a

implementação das tabelas no banco de dados possui características da modelagem

dimensional, geralmente desnormalizadas, grandes e centrais que dizem respeito ao

7 No contexto em questão BI pode ser entendo como a capacidade analítica das ferramentas que integram em um só lugar todas as informações necessárias ao processo decisório.

108

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

negócio que se pretende analisar, chamadas de tabelas “Fato”, e outras estruturadas que

atendem a terceira forma normal chamadas de tabelas de “Dimensão”. Esse esquema é

conhecido como “Snowflake”, uma variação do modelo “Estrela”. O modelo

“Snowflake” é geralmente implementado em soluções onde são usados banco de dados

relacional que permitem construir análises multidimensionais, caracterizando dessa

forma uma solução ROLAP (Relational - On Line Analytical Processing).

Além da modelagem híbrida, é possível identificar, como ilustra a figura [5.1],

outro ponto comum do protótipo com as soluções de BI. Este diz respeito à integração

entre as ferramentas de apoio e o protótipo.

Figura [5.1] Modelo ilustrativo do Sistema de Apoio a Decisão

A figura [5.1] ilustra a integração das ferramentas de gerenciamento, inventário,

análise, monitoração de tráfego e os processos de ETL (Extract Transform Load),

responsáveis pela limpeza, transformação e carga dos dados oriundos das fontes de

apoio.

A tabela [5.1] descreve outros aspectos que podem caracterizar a solução

híbrida.

109

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

PROTÓTIPO

Características de BI Características Transacionais

Orientado a um determinado assunto Seus dados podem ser alterados

Permite a integração com fontes de dados externas

Pode ou não representar um longo período de tempo

Algumas tabelas não estão normalizadas As tabelas devem estar normalizadas

A estrutura de uso é intuitiva Não é caro, pelo fato de ser destinado a um projeto e não a um processo

Permite previsões e análise de tendência Em alguns casos, não permite visão multidimensional dos dados

Permite construir cenários a partir de uma consulta ou gráfico

Emite relatórios típicos de sistemas transacionais.

Tabela [5.1] Comparativo das características de BI e Sistemas transacionais

Como é possível observar, o modelo foi construído no intuito de possibilitar o

processamento de análises e suportar o processamento de transações operacionais. Este

tipo de abordagem se faz presente nos sistemas transacionais modernos e nas

ferramentas de desenvolvimento, que permitem extrair conhecimento ao se avaliar uma

coletânea de dados, para predizer ou identificar um comportamento durante um

determinado período.

5.4 DESENVOLVIMENTO DO PROTÓTIPO

O protótipo foi desenvolvido inicialmente para consolidar os dados que ficam

dispersos nos diversos bancos de dados das ferramentas de gerenciamento e coleta de

dados. Assim sendo, é possível associar as tabelas de Coleta e IP aos aspectos

pertinentes as tabelas “Fato” e as tabelas Organização, Localidade, Regionalidade,

Tecnologia, Interfaces, Disponibilidade aos aspectos pertencentes às tabelas de

“Dimensão”. As demais tabelas pertencentes ao sistema são de características típicas de

sistemas transacionais, excetuando a tabela padraoTXT que pode ser entendida como

componente do processo de limpeza e carga dos dados. Assim, as duas tabelas “Fatos”

110

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

propostas têm como incumbência representar o tráfego multimídia diário e as

componentes de TI, e as seis tabelas de “Dimensão” as análises que podem ser

efetuadas sobre eles e seus relacionamentos. Este protótipo trata das questões

relacionadas a redes de telecomunicações e pode ser entendido como um Data Mart8

que lida com as questões de eficiência dos enlaces e suas aplicações e serviços. É

cabível e indicado propor novos Data Mart que contemple a adição de valores

financeiro e de custo aos produtos e processo, de tal forma, que se permita responder a

perguntas do tipo: Qual é o impacto financeiro de parada de um enlace de uma

determinada localidade? Qual o custo em se aumentar à disponibilidade de um enlace

ou aplicação considerada criticas? Qual o valor agregado ao adicionar QoS por

serviços?

Além das questões expostas, o modelo foi dimensionado para avaliar um cenário

de redes de telecomunicações durante um período inferior a 180 dias, onde o banco de

dados Microsoft® Office Access 2003 atendeu satisfatoriamente as expectativas.

As tabelas do protótipo são populadas com dados reais, coletados durante as

fases da metodologia, e suas análises e facilidades podem ser observadas no capítulo

referente ao estudo de caso.

A figura [5.2] apresenta um modelo global das tabelas e seus relacionamentos.

8 Data Marts – É um subconjunto de uma Data Warehouse, voltado para uma determinada função, assunto ou área de negócio.

111

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [5.2] Modelo de dados do Protótipo

O modelo da figura [5.2] representa todas as suas tabelas e seus

relacionamentos. Sua finalidade é permitir aos projetistas de redes de telecomunicações

o domínio de toda a infra-estrutura de TI, e ainda, identificar características pertinentes

à disponibilidade, grau de criticidade, dificuldade de parada das aplicações, enlaces,

localidades e organizações distintas. O modelo proposto permite a análise de redes

WAN multimídia compartilhadas por diversas organizações distintas, sendo possível

submeter consultas agregadas ou individuas. A figura [5.3] ilustra uma visão inicial do

protótipo.

112

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [5.3] Visão inicial do Protótipo

A figura [5.3] além de ilustrar as funções primárias do sistema, mostra também

que o sistema gerenciador de banco de dados deve ter as funções de tabela dinâmica e

gráfico dinâmico habilitadas. A seguir, são ilustradas algumas telas do protótipo e a

parte de funcionalidade gráfica e dinâmica do ambiente.

A figura [5.4] ilustra as telas de endereçamento IP, característica de

disponibilidade e regionalidade.

113

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [5.4] Telas do Protótipo

A figura [5.4] permite uma visão de fatores diferenciados, ou seja, a parte de

endereçamento IP ilustra um conjunto de informações referente a uma localização

específica e nela são cadastradas informações referentes à tecnologia do enlace,

latência, velocidade nominal, velocidade contratada, tipo de interface associada e o

endereçamento IP WAN. Já as telas de Disponibilidade e Regionalidade indicam fatores

que são associados às aplicações, enlaces e localidade. Estes fatores irão compor no

futuro um instrumento decisivo no processo dinâmico, sendo possível avaliar, por

exemplo, todos os enlaces com velocidade contratada de 256Kbps de CIR, com

disponibilidade de 99,80%, que estão localizados na região Sul e Metropolitana.

A figura [5.5] ilustra o cadastro de localidades.

114

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [5.5] Tela de Localidade

A figura [5.5] ilustra as componentes descritas na figura [5.4] e seu

relacionamento com a Tela de Localidades, onde é possível destacar a relação entre a

regionalidade, disponibilidade entre outros. É fácil identificar que os aspectos

relacionados nesse momento são estáticos e dizem respeito a sistemas transacionais.

Porém, quando o relacionamento entre as componentes são executadas com apoio de

ferramentas dinâmicas, dentro de uma mesma consulta, podendo alterar a maneira de

visualizar ou identificar diversos fatores, torna-se claro, que dizem respeito à facilidade

das ferramentas dinâmicas.

5.5 VISÃO DINÂMICA

O protótipo foi desenvolvido para refletir um cenário real, identificado a partir

da aplicação da metodologia para projetos de redes WAN multimídia. Diante disso, essa

seção tem como premissa básica mostrar a flexibilidade da ferramenta para facilitar as

pesquisas e análises dos dados coletados durante sua implementação.

115

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Nessa seção, são exemplificadas as combinações entres tabelas dimensões

Organização, Localidade, Regionalidade, Tecnologia, Interfaces e Disponibilidade e as

tabelas Fatos IP e Coleta que representa as componentes de TI com o seu tráfego

durante um período. Com base na combinação dessas informações, é possível ao

projetista e sua equipe decidir as ações que devem ser tomadas, na adoção de uma nova

tecnologia, na redistribuição do tráfego, na identificação de um problema, etc. Perguntas

do tipo: Qual a dispersão do tráfego dos enlaces com CIR de 128Kbps da região Sul?

Qual o tráfego IN e OUT dos enlaces que pertencem à região Metropolitana? Qual o

tráfego máximo de saída entre as localidades com CIR 256Kbps? Qual o desvio padrão,

do tráfego de IN relativo a uma determinada localidade, que usa tecnologia Frame

Realy, com CIR 256Kbps, na interface serial 0/0, do roteador Telemar com

disponibilidades inferior a 99,80% ?

Várias são as perguntas que podem ser feitas e respondidas com o uso do

protótipo. Entretanto, é necessário estar capacitado a analisar as informações geradas no

sistema, pois pode ser preciso realizar questionamentos mais aprofundados antes de

extrair conclusões sobre a situação. A seguir são respondidas as perguntas feitas no

decorrer desta seção, a partir de um primeiro filtro como ilustra a figura [5.6].

116

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [5.6] Filtro inicial para gráficos de utilização

A figura [5.6] ilustra o ponto de partida para responder todas as perguntas

anteriores. É possível observar que o período contempla o intervalo entre os dias

15/10/2006 a 15/11/2006 das 10:00h as 12:00h. Assim sendo, todas as análises a seguir

são feitas neste período escolhido aleatoriamente a título de exemplificar o protótipo.

A pergunta, “Qual a dispersão do tráfego dos enlaces com CIR de 128Kbps da

região Sul?”, feita anteriormente pode ser encontrada ao se usar os seletores indicados

na figura [5.7]. Esta etapa facilita a percepção do relacionamento entre as tabelas Fatos

e Dimensões. Os seletores podem ser adicionados, retirados, trocados de posição no

gráfico, sem que exista a necessidade de gerar uma nova consulta. Todo o processo é

dinâmico e interativo.

117

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [5.7] Dispersão de tráfego IN e OUT da região sul.

Com a simples modificação dos seletores pode ser respondida a pergunta “Qual

o tráfego IN e OUT dos enlaces que pertencem à região Metropolitana?”, como ilustra a

figura [5.8].

Seletores

118

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [5.8] Tráfego IN e OUT da região Metropolitana

Prosseguindo o processo de alterar os seletores é possível responder as demais

perguntas como demonstra as figuras [5.9] e [5.10].

Figura [5.9] Tráfego máximo de saída entre as localidades com CIR 256Kbps

119

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Na figura [5.10] é feita a análise referente ao desvio padrão do tráfego de entrada

referente à nuvem serial 0/0, para as localidade com CIR de 256Kbps.

Figura [5.10] Desvio padrão do tráfego de IN da interface seria 0/0 referente à

tecnologia Frame Relay.

Com a finalidade de exemplificar o protótipo como ferramentas de apoio à

decisão são mostradas a seguir outras combinações com a retirada do tráfego médio e a

inclusão do tráfego percentual no enlace de Internet, mostrado sob um gráfico de área

“3D” empilhado.

120

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [5.11] Percentual de utilização de Internet como gráfico de área

Para finalizar os exemplos referentes a versatilidade e flexibilidade das análises,

é ilustrado com o auxilio da figura [5.12] e [5.13] a retirada do seletor de “localidade” e

em seus lugar é arrastado o seletor de interfaces e regionalidade com o objetivo de

proporcionar outras análises e ainda como estão disponíveis os campos para a inclusão

ou modificação das análises.

121

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [5.12] Análise das interfaces seriais

A figura [5.12] possibilita verificar como a utilização do tráfego IN esta

distribuída entre as nuvens Frame Relay.

Figura [5.13] Lista de campos disponível no gráfico

122

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

A figura [5.13] mostra a lista de campos disponíveis para serem usados como

componentes das áreas do gráfico, e ainda uma visão por regionalidade para nuvem

Frame Relay. É importante salientar que todas as análises são feitas a partir de uma

única consulta.

Além da versatilidade dinâmica que diz respeito às ferramentas de SAD

(Sistemas de Apoio a Decisão), existe uma variedade de relatórios estáticos típicos dos

sistemas tradicionais que suportam a tomada de decisão e são ilustrados nas figuras

[5.14] e [5.15].

Figura [5.14] Aplicações por localidade

A figura [5.14] apresenta um relatório das aplicações que são executadas em

cada localidade e suas características principais, como disponibilidade da localidade por

período, velocidade nominal e velocidade contratada, latência e endereçamento na rede

WAN.

123

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

A figura [5.15] ilustra o relatório de largura de banda por aplicação que é

baseado numa observação estática, levando em consideração alguns parâmetros típicos

ou estimados por aplicação.

Figura [5.15] Dimensionamento de largura de banda

Como é possível observar nessa seção, várias são as formas de apresentação do

protótipo e cabe ao usuário decidir a melhor forma de apresentar uma ou um conjunto

de análises.

5.6 CONCLUSÃO

É fácil observar que o protótipo não se trata de uma ferramenta específica de BI

e nem tampouco um sistema transacional. Algumas facilidades podem e devem ser

incorporadas ao protótipo e uma delas pode ser o Analysis Services componente do

Microsoft® SQL Server 2000, que possibilita usar as operações de drill-down, drill-up,

slice and dice, além de incorporar novos Data Marts pertinentes a outras áreas de

124

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

negócio. Todavia, o protótipo atende a necessidade de manipular um conjunto de dados

a respeito da área de Tecnologia de Informação e dar aos gestores, projetistas e

engenheiros de redes de telecomunicações uma forma de obter informações relevantes,

em tempo hábil, sistematizadas e organizadas para possibilitar análises referentes à

infra-estrutura que suporta as redes de telecomunicações. Entretanto, o sistema proposto

não dá a resposta para os problemas, mas sim, gera informações sobre o comportamento

da infra-estrutura de TI durante um período de tempo. Essa é a proposta da ferramenta,

um sistema de apoio à tomada de decisão, que permita ao tomador de decisão avaliar as

informações e aplicá-las à Metodologia para projetos de redes WAN Multimídia agindo

de forma coerente e eficaz e não esquecendo em hipótese alguma que: O fundamental

em qualquer ferramenta de apoio a tomada de decisão é o ser humano, capaz de pensar e

minimizar os problemas, revertendo condições adversas ao transformar informações em

ações que auxiliem o melhor uso da infra-estrutura analisada.

125

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

6 ESTUDO DE CASO

No intuito de validar o que foi apresentado nos capítulos 4 e 5, foi usado para

efeito estudo de caso a rede WAN da Secretaria Estadual da Fazenda do Espírito Santo

– SEFAZ-ES.

A SEFAZ foi criada pela lei 2413 em 20.06.1969 e tem como finalidade ser uma

Instituição Financeira de âmbito Estadual, especializada em operações de médio e longo

prazo, mediante a aplicação de recursos próprios e de terceiros.

Sua missão é “Ser o principal agente de desenvolvimento do Estado do Espírito

Santo, viabilizando investimentos que gerem emprego, renda e competitividade da

economia”.

A administração da rede WAN SEFAZ é de responsabilidade da GEARI –

Gerência de Arrecadação e Informática, mas propriamente da SUINF – Subgerência de

Informática que tem como missão “promover o desenvolvimento e a modernização,

aliado a constante busca de soluções adaptadas aos novos tempos, mercados,

tecnologias e desafios”.

A abrangência da rede WAN SEFAZ proporciona um objeto de estudo bastante

interessante, não só pela sua dispersão geográfica com pontos de presença na maior

parte do Estado do Espírito Santo, mas também pela característica das informações de

negócio trafegadas pela rede.

Sua finalidade principal é prover recursos de conectividade de dados para acesso

aos sistemas corporativos, serviços WEB, correio eletrônico e demais serviços

pertinentes ao negócio da SEFAZ.

126

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

6.1 VISÃO GERAL DA REDE LOCAL SEFAZ

É importante ressaltar que o domínio total das características da rede LAN é

parte fundamental para o sucesso do dimensionamento e projeto da rede WAN, pois de

nada adianta um projeto WAN feito se o tráfego gerado não poderá ser suportado pela

rede LAN ou um de seus componentes.

Antes de detalhar o ambiente de estudo propriamente dito, é necessário

descrever o backbone da rede LAN, suas principais conexões e servidores críticos como

indica a Fase de Pré-Requisitos.

6.2 FASE DE PRÉ-REQUISITOS

Essa fase tem a finalidade de garantir e verificar a capacidade da rede LAN para

suportar o tráfego oriundo da rede WAN.

As figuras [6.1] a [6.4] ilustram o backbone principal da rede LAN, configurado

no swich central BigIron 8000 do fabricante Foundry Networks, com capacidade para

suportar 256Gbp, o qual não apresenta utilização superior a 5%. Também são analisados

os switch’s departamentais ou secundários destinados à segmentação do tráfego das

VLANS de servidores e as VLANS das redes de acesso do prédio principal.

Além de atuar de forma significativa nas conexões principais do backbone LAN

este equipamento tem um papel fundamental na camada de núcleo da rede corporativa

devido não só a sua função nativa de comutação dos segmentos, mas também por ter

incorporado em seu kernel a facilidade de roteamento IP a partir da origem, uma das

funcionalidades vista no capítulo 3 para suporte ao tráfego TCP/IP.

127

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [6.1] Swich central da rede corporativa SEFAZ

A figura [6.1] destaca as conexões principais do switch de núcleo ou central

BigGIron 8000 aos switch’s de servidores e serviços. Indica o uso de VLAN’s para o

switch W3a004 FastIron para os servidores instalados na rede interna. No caso do

switch W3a007 estão disponibilizados os serviços oferecidos a parceiros e outros

órgãos. A segurança é feita com o uso de VLAN’s, autenticação e VPN.

128

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [6.2] Distribuição das VLAN da redes departamentais

A figura [6.2] destaca as conexões do switch de núcleo ou central aos switch’s

departamentais ou de borda usando um backbone de fibra óptica com o uso de VLAN’s

conforme indicado.

129

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [6.3] Distribuição das portas das redes departamentais e rede WAN

A figura [6.3] destaca o uso de VLAN’s nas portas FastEthernet para os

servidores Enterprise que executam os serviços críticos dos sistemas corporativos.

130

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [6.4] Switch de balanceamento de carga para aplicações WEB

A figura [6.4] destaca o uso das funcionalidades da camada 7 do modelo OSI

permitidas no switch ServerIron. No caso as configurações dizem respeito ao

balanceamento de carga para os servidores da Internet.

O objetivo da Fase de Pré-Requisitos é avaliar os principais ativos da rede local

e sua conectividade, demonstrar quais são os equipamentos que estão envolvidos no

projeto de redes WAN e que podem sofrer impacto, comprometendo a “saúde” da rede

131

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

local. Essa análise visa avaliar se a rede local é capaz de suportar os principais serviços

oferecidos na rede WAN e a capacidade de garantir a ausência de gargalo no tráfego da

rede local. Caso houvesse dúvidas relativas à capacidade dos equipamentos

responsáveis pelo backbone local dever-se-ia fazer uma análise desse segmento,

tornando assim, não mais um trabalho de rede WAN e sim de rede Corporativa.

Com a finalidade de corroborar com o que foi dito, são utilizadas as figuras [6.5]

a [6.10] geradas com o uso do software CACTI versão 0.8, distribuído gratuitamente no

site http://www.cacti.net. Os gráficos gerados com o CACTI têm como objetivo

apresentar uma análise do switch central da rede BigIron e do switch de balanceamento

de carga ServerIron, levando em conta componentes do hardware, utilização de

memória, utilização de processamento e ainda as cargas nos principais segmentos do

backbone local. A escolha dos equipamentos deve-se a criticidade do tráfego suportado.

Figura [6.5] Controle de temperatura do BigIron 8000.

132

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

A figura [6.5] demonstra a temperatura diária e semanal do equipamento BigIron

responsável na interligação da rede LAN e WAN. É possível observar que a temperatura

se mantém constante e abaixo do limite de atenção que é 45 graus.

Figura [6.6] Utilização de CPU e memória diária e semanal.

A figura [6.6] demonstra a utilização de CPU e memória diária e semanal do

equipamento BigIron responsável na interligação da rede LAN e WAN. É possível

observar que a utilização máxima de memória está abaixo de 5% . Portanto, é possível

concluir que não existe gargalo no equipamento de núcleo.

133

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [6.7] Utilização de CPU e memória mensal e anual

Percebe-se que a mesma análise pode ser aplicada a figura [6.7] que demonstra a

utilização de CPU e memória diária e semanal do equipamento BigIron responsável na

interligação da rede LAN e WAN. É possível observar que a utilização máxima de

memória está abaixo de 5% . Portanto, é possível concluir que não existe gargalo no

equipamento de núcleo.

134

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [6.8] Carga de utilização nas principais portas de fibra óptica.

A figura [6.8] representa e comprova a disponibilidade dos enlaces de fibra que

correspondem a 1Gbps. A carga máxima usada é em torno de 1Mbps.

Figura [6.9] Utilização de CPU e memória do switch de balanceamento de carga.

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Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

A figura [6.9] faz referência ao switch de balanceamento de carga para os

servidores de Internet e portal de Finanças. Percebe-se que o nível de utilização de

memória e CPU é baixo e suporta várias conexões por segundo.

Além de analisar os ativos de rede local deve-se ter uma visão dos principais

servidores que são utilizados pelos grupos de usuários e determinar o grau de

criticidade, complexidade técnica e dificuldade de parada de cada um dos servidores

antes de se iniciar o projeto da rede WAN. Esta análise visa identificar possíveis

problemas no caso de mudança de tecnologia, pois qualquer alteração que possa

inviabilizar o negócio deve ser apontada no inicio do projeto de redes WAN.

As seguir é expressa a visão geral dos principais servidores corporativos da rede

local, sendo a tabela [6.1] referente a equipamentos com alto poder de processamento

baseados em processadores RISC. O equipamento Enterprise SUN modelo E10K é um

servidor multiprocessado podendo em sua capacidade total atingir 64 processadores e

64GB de memória RAM. Neste equipamento é executado o Sistema para Administração

Financeira para Estados e Municípios – SIAFEM, responsável pelo orçamento e

finanças do Estado. Já a tabela [6.2] refere-se a equipamentos considerados de baixa

plataforma sendo configurados com no máximo 2 processadores CISC e 2GB de

memória RAM. Estes servidores são usados para atender os serviços de correio

eletrônico, serviços de Internet, serviços de entrega de declarações, soluções de

segurança, banco de dados, e demais aplicações que apóiam o negócio da SEFAZ. No

intuito de classificar os equipamentos são considerados os valores 3, 2 e 1 para os itens

de criticidade, complexidade técnica e dificuldade de parada significando

respectivamente os índices alto, médio e baixo.

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Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Aplicação Servidor Tipo de Servidor Criticidade Complexidade Técnica

Dificuldade de Parada Pontuação

S.I.T. SEFAES1 Unisys LIBRA 3 3 3 27 SIAFEM S3A651 SUN E10K - Domínio 1 3 3 3 27 ORACLE - Data Base S3A652 SUN E10K - Domínio 2 2 3 3 18 ORACLE – AS S3A653 SUN E10K - Domínio 3 2 3 3 18

Tabela [6.1] Análise de servidores corporativos de alto desempenho.

137

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Aplicação Servidor Tipo de Servidor Criticidade Complexidade Técnica

Dificuldade de Parada Pontuação

MS SQL 2000 S3A602 Dell PowerEdge 2400 3 3 3 27 T.E.D. - DIA/DS – FTP S3A610 Dell PowerEdge 1400 3 3 3 27 ISA Server S3A613 HP Proliant ML 350 G3 3 3 3 27 Exchange 5.5 S3A614 Dell PowerEdge 2400 3 3 3 27 WEB - FTP 1 S3A619 Dell PowerEdge 2400 3 3 3 27 WEB - FTP 2 S3A620 Dell PowerEdge 2400 3 3 3 27 BrighStor (Backup) S3A626 Dell PowerEdge 1400 3 3 3 27

Expand T.E.D. - Validação DIEF S3A630 Dell PowerEdge 2400 3 3 3 27

eTrust Firewall 1 S3A631 Dell PowerEdge 1400 3 3 3 27

APPLINX 1 S3A636 Itautec InfoServer 3030 3 3 3 27 APPLINX 2 S3A637 Itautec InfoServer 3030 3 3 3 27 Active Directory – DNS S6B01 Dell PowerEdge 1400 3 3 3 27 IIS, FTP – SINTEGRA S3A605 Dell PowerEdge 1400 3 3 2 18

Active Directory – DNS S3A606 HP Proliant ML 350 G3 3 2 3 18

Active Directory – DNS S3A607 Dell PowerEdge 2400 3 2 3 18

DNS (Internet) - NAI WebShield SMTP Gateway S3A608 Dell PowerEdge 1400

3 2 3 18 CleverPath Portal (Finanças) S3A618 Itautec InfoServer 3030 2 3 3 18 MS Proxy 2.0 S3A603 Dell PowerEdge 1400 2 2 3 12 Servidor de Arquivos S3A604 Dell PowerEdge 1800 SC 2 2 3 12 EAE - Control Center S3A623 Dell PowerEdge 2400 2 2 3 12

TNG Control Center S3A628 IBM Netfinity 5000 2 3 2 12

TNG 3 (Remote Control para Win9x) S3A633 Dell PowerEdge 1400

2 3 2 12

TNG 1 (Unicenter TND) S3A634 HP Proliant ML 350 G3 2 3 2 12 TNG 2 (Software Delivery, Remote Control e Asset Management) S3A635 HP Proliant ML 350 G3 2 3 2 12

DESENVOLVIMENTO WEB S3A640 Dell PowerEdge 1400 2 3 2 12

Gerência dos No-Breaks, What's UP Gold, MRTG, Syslog, FTP, RAS S3A601 Dell PowerEdge 1400

2 2 2 8

Web-mail S3A609 Dell PowerEdge 1400 2 2 2 8

WINS Primário e DHCP S3A611 Dell PowerEdge 1400 2 2 2 8 WINS Secundário S3A615 Dell PowerEdge 1400 2 2 2 8

E-Trust Antivirus e LPD Server S3A616 Dell PowerEdge 1400 2 2 2 8

WSUS S3A617 Compaq Proliant ML 350 2 2 2 8 eTrust Firewall 2 S3A621 Dell PowerEdge 2400 2 2 2 8 eTrust IDS S3A622 Dell PowerEdge 1800 SC 2 2 2 8

Servidor de Arquivos Fiscalização S3A629 Dell PowerEdge 2400 2 2 2 8

Tabela [6.2] Análise de servidores críticos de plataforma baixa

138

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Além de uma avaliação analítica os equipamentos críticos são monitorados via

software de gerência, de forma a garantir uma solução pró-ativa na prevenção de falhas.

As figuras [6.10] e [6.11] ilustram o nível de monitoramento dos servidores de

Internet S3a619 e S3a620 balanceados com a utilização do switch serveriron citado no

decorrer deste capítulo.

Figura [6.10] Detalhes de monitoramento do servidor S3a619.

Figura [6.11] Detalhes de monitoramento do servidor S3a620.

As figuras [6.10] e [6.11] demonstram que os equipamentos estão estáveis em

todas as análises. Porém, por se tratar de equipamentos servidores de serviços e

139

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

aplicações críticas na Web é necessário manter um controle diário e quando preciso

limitar o numero de conexões por segundo no IIS (Internet Information Server).

6.3 A REDE WAN - SEFAZ

Com o propósito de validar a metodologia descrita no capítulo 4, é feito um

estudo aplicado à rede WAN SEFAZ, com a finalidade de verificar a possibilidade de

incremento de novas funcionalidades à rede WAN.

Atualmente a rede é usada exclusivamente para tráfego de dados que, de certa

forma, atende satisfatoriamente o seu propósito, ou seja, servir como rede de acesso aos

sistemas e serviços corporativos destinados a este tráfego. Diante do volume de tráfego

estimado entre a sede (subsistema de núcleo) e os pontos de acesso (subsistema de

acesso) a solução adotada baseia-se na utilização de 04 (quatro) enlaces Frame Relay de

2Mbps, que são analisados como quatro nuvens distintas, perfazendo uma largura de

banda de 8Mbps. Além da nuvem Frame Relay, são usados enlaces do tipo LPCD para

conexões IP com as demais redes e Internet através de roteadores de núcleo.

Porém, a adoção de novas tecnologias é cada vez mais percebida pelos usuários

que ouvem falar de soluções de voz sobre IP, vídeo conferência, vídeo sobre demanda e

começam a questionar a possibilidade de usar tais serviços na rede atual, ou até mesmo

a gerar novas demandas em processos antigos até então não percebidos. É possível citar

como exemplo a necessidade específica do tráfego de imagem referente às notas fiscais

entre os postos fiscais e o prédio sede.

Esta versatilidade de novos serviços com características distintas em uma rede

tipicamente IP, passa então a ser analisada e os projetistas, administradores e

responsáveis pelas redes devem estar à frente, refletindo sobre a possibilidade em

utilizar a capilaridade atual avaliando o incremento do novo tráfego, seu impacto nos

140

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

serviços atuais e também as necessidades de QoS para os serviços multimídia que são

incorporados nesse novo cenário.

Isto posto, é apresentado uma exposição do modelo lógico atual aplicando a

metodologia proposta.

6.4 FASE ZERO - DIMENSÃO DE MODULARIZAÇÃO

O processo de modularização inicia-se com o entendimento da figura [6.12]

cujas principais características são descritas a seguir para melhor entendimento e

compreensão da arquitetura lógica e aplicação da metodologia.

Figura [6.12] Modelo lógico da rede WAN

A figura [6.12] caracteriza o modelo lógico da rede WAN que é o objeto

principal da aplicação da metodologia descrita no capítulo 4.

141

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

O estudo tem como ponto de partida o segmento considerado como

“concentrador” que corresponde ao roteador concentrador Frame Relay denominado de

roteador TELEMAR, devido o fato da administração, configuração e reparo ser de

responsabilidade desta operadora de serviços de telecomunicações. A rede WAN Frame

Relay é mantida dentro de parâmetros de nível de serviço (SLA), através de um contrato

de prestação de serviços de telecomunicações em vigor desde 2004.

Seguindo a metodologia descrita no capítulo 4, é preciso iniciar o processo

identificando a dimensão de modularização que é responsável pela decomposição

hierárquica. Neste item, são tratados os níveis hierárquicos adotados pela rede WAN

Frame Relay que são visíveis a SEFAZ por características contratuais.

Com o intuito de não incorrer em erros na obtenção dos parâmetros referentes à

nuvem Frame Relay são utilizados os valores divulgados pela operadora para perda de

pacotes e disponibilidade da nuvem que são de 10-6 e 99,99% respectivamente.

A figura [6.13] auxilia a compreensão do modelo lógico do concentrador em

questão, de tal maneira que facilita a análise e a caracterização das interligações.

142

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [6.13] Modelo lógico rede WAN Frame Relay – Concentrador TELEMAR

A figura [6.13] descreve as 4 (quatro) nuvens Frame Relay que permitem a

ligação do prédio sede da SEFAZ às localidades onde existem postos, agências e

gerências regionais distribuídas no Estado do Espírito Santo.

Como se pode observar o concentrador é composto de quatro interfaces WAN

do tipo serial com velocidade de 2048 Kbps, cada uma identificada pela operadora

através de um circuito virtual. Essas interfaces caracterizam quatro nuvens distintas.

O modelo hierárquico da rede WAN Frame Relay é composto pelos três

subsistemas descritos na metodologia, sendo considerado o concentrador 172.17.0.5/16

como o subsistema de núcleo da rede, descrevendo uma topologia estrela estendida,

sendo monitorado pela SEFAZ com a utilização do protocolo SNMP através de uma

comunidade de leitura. Logo a seguir, se identifica a nuvem Frame Relay, como sendo o

subsistema de distribuição que não é visível a SEFAZ em termos de monitoramento. No

143

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

entanto, para efeito de QoS, são considerados os parâmetros divulgados pela operadora.

Por fim, são apresentados os roteadores fim de linha ou stub area compondo o

subsistema de acesso. Estes são monitorados pela SEFAZ também com o uso do

protocolo SNMP através de uma comunidade SNMP de leitura.

As figuras [6.14] a [6.18] exemplificam o modelo com seus respectivos pontos

de acesso, endereçamento de sub-rede e parâmetros referentes à tecnologia Frame

Relay.

Figura [6.14] Modelo lógico serial 0/0

A figura [6.14] detalha a nuvem Frame Relay do subsistema de núcleo

conectada através da serial 0/0 aos subsistemas de acesso usando o conceito de

subinterfaces Frame Relay definido no capítulo 2.

144

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [6.15] Modelo lógico serial 0/1

A figura [6.15] detalha a nuvem Frame Relay do subsistema de núcleo

conectada através da serial 0/1 aos subsistemas de acesso usando o conceito de

subinterfaces Frame Relay definido no capítulo 2.

145

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [6.16] Modelo lógico serial 0/2

Figura [6.17] Modelo lógico serial 0/2 continuação

146

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

As figuras [6.16] e [6.17] detalham a nuvem Frame Relay do subsistema de

núcleo conectada através da serial 0/2 aos subsistemas de acesso usando o conceito de

subinterfaces Frame Relay definido no capítulo 2.

Figura [6.18] Modelo lógico serial 0/3

A figura [6.18] detalha a nuvem Frame Relay do subsistema de núcleo

conectada através da serial 0/3 aos subsistemas de acesso usando o conceito de

subinterfaces Frame Relay definido no capítulo 2.

Dando continuidade ao processo de identificação da rede WAN, é feita a análise

da dimensão modularização para os demais enlaces da rede. Sendo adotada como ponto

de partida a ilustração a figura [6.12]. Este processo é repetido para todos os

agrupamentos lógicos e físicos, de tal forma que ao final é identificado todo o

arcabouço da rede WAN, o qual é denominado de backbone WAN SEFAZ.

147

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [6.19] Modelo lógico segmento rede EXTERNA

A figura [6.19] detalha os enlaces ponto a ponto com o uso de LPCD ao

concentrador central no prédio sede. As redes externas são interligadas e os serviços

disponibilizados usam mecanismo de criptografia.

A figura [6.19] representa o modelo hierárquico da rede WAN externa. Neste

modelo pode-se identificar apenas dois dos subsistemas descritos na metodologia, sendo

o subsistema de núcleo e o subsistema de acesso. O subsistema de núcleo agrupa as

conexões LPCD no roteador R3a604 que é monitorado e mantido pela SEFAZ. Neste

tipo de conexão não se tem o subsistema de distribuição, pois todos os pontos de acesso

das redes externas estão conectados diretamente ao roteador R3a604. O subsistema de

acesso é geralmente de responsabilidade dos parceiros ou da própria concessionária de

serviço de telecomunicações. Em todos os enlaces é habilitado o protocolo SNMP para

gerência dos links o que facilita o gerenciamento e permite análises futuras.

148

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

A seguir é analisado o segmento da rede WAN que corresponde ao tráfego

gerado pelo SIAFEM (Sistema Administrativo e Financeiro para Estados e Municípios),

que possui característica própria de autenticação e endereçamento devido à rede

“legada” ser baseada em conexões seriais assíncronas e também na inclusão de

roteadores através de LPCD para os novos acessos. Semelhante ao segmento da rede

WAN externa, identifica-se também os subsistema de núcleo e acesso, sendo o

subsistema de acesso de responsabilidade de terceiros e operadoras de

telecomunicações. Já o subsistema de núcleo é agrupado e mantido pela SEFAZ com o

uso do switch central ou de núcleo da rede LAN.

A figura [6.20] ilustra as conexões do segmento da rede WAN em questão.

Figura [6.20] Modelo lógico segmento rede SIAFEM

O segmento descrito na figura [6.20] representa a WAN da rede SIAFEM é um

dos cenários da simulação, pois o sistema SIAFEM atual tem um tráfego médio por

fluxo individual é de 4Kbps e está sendo adequado para o padrão WEB com tráfego

149

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

previsto para 80Kbps por fluxo individual. No novo sistema o tráfego é desviado para

Internet, sendo preciso simular o impacto deste no enlace de Internet.

O segmento de rede Internet é o próximo a ser analisado para efeitos de

modularização.

Atualmente este segmento é extremamente importante para a SEFAZ, visto que

todas as declarações e recebimentos de impostos utilizam este enlace. Outro ponto

importante é a demanda crescente na proposta de um governo cidadão, onde a inclusão

social estará presente e a meta é colocar à disposição do cidadão uma gama cada vez

maior de serviços, evitando assim o deslocamento do cidadão às agências e postos de

atendimento, facilitando o acesso à informação.

Esta meta já é uma realidade e deve-se ampliar em 2007. Os sistemas

corporativos estão sendo migrados ou ajustados para a plataforma WEB, o que tende

significativamente a aumentar o tráfego de dados, não só pelo novo modelo de

aplicação, mas também por uma demanda reprimida em serviços disponíveis aos

cidadãos.

150

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

A figura [6.21] ilustra este segmento.

Figura [6.21] Modelo lógico segmento rede INTERNET

Neste segmento é considerado apenas o subsistema de núcleo, referente ao

roteador R3a603 pertencente a SEFAZ e o subsistema de distribuição que diz respeito a

nuvem IP Internet da PRODEST (Empresa de Processamento de Dados do Governo do

Estado), já que o subsistema de acesso é a própria Internet e sua estimativa é

fundamentada nas aplicações existentes e prospecção futura. Como todos os demais

enlaces que compõem a rede WAN SEFAZ, estes também são monitorados com SNMP,

sob dois enlaces LPCD e uma análise sob o enlace virtual com encapsulamento

multilink PPP (Point-to-Point).

Para finalizar a análise referente à dimensão de modularização, é analisado o

segmento da rede WAN denominado TC-DATA que corresponde ao roteador R3a602

caracterizando o subsistema de núcleo, e os enlaces com a rede SINTEGRA e acesso ao

servidor Mainframe na PRODEST caracterizando os subsistemas de acesso. No enlace

151

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

da PRODEST ocorre a integração dos sistemas corporativos legados da plataforma

grande porte Unisys onde predomina os processos em batch e acesso on-line aos

sistemas dessa categoria, como exemplo: o sistema do DETRAN-ES (Departamento

Estadual de Trânsito do Estado do Espírito Santo) e SIT (Sistemas de Informações

Tributárias) responsável por consolidar a arrecadação do Estado. Já o enlace Frame

Relay SINTEGRA caracteriza um ponto de presença da rede RIS (Rede Integrada

Sintegra) para as aplicações de caráter da receita estadual e fiscalização em todo o

território nacional. Para estes enlaces são abstraídos os parâmetros referentes ao

subsistema de distribuição. A figura [6.22] ilustra este segmento.

Figura [6.22] Modelo lógico segmento rede TC-DATA

Finalizado o processo de modularização que corresponde à decomposição

hierárquica, deve-se partir para a etapa de decomposição funcional que corresponde a

Fase Um e Fase Dois respectivamente. Estas fases caracterizam as dimensões de análise

e atividades, sendo a primeira uma visão geral das características referentes às

152

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

aplicações da rede WAN e a segunda um detalhamento dos requisitos, planejamento,

simulação e, por fim, o projeto.

6.5 FASE UM - DIMENSÃO DE ANÁLISE

Na dimensão de análise o processo tem inicio identificando as aplicações

utilizadas pelos os usuários da rede WAN e suas características gerais, bem como as

novas demandas externadas pelos usuários.

Em virtude da característica de processamento centralizado na rede corporativa e

o tráfego atual ser convergente no protocolo IP, as aplicações atuais possuem

características bastante semelhantes o que facilita a identificação e agrupamento. No

entanto, as novas demandas manifestadas pelos usuários e a necessidade de

disponibilizar informações através da Internet para os contribuintes e órgãos da

administração direta e indireta prospectam um novo cenário atrelado à necessidade de

uma nova modalidade de tráfego de imagem e voz.

O método usado na análise para identificação das aplicações atuais foi a coleta

de tráfego com o auxilio de mecanismo de probe durante os últimos 10 meses com

refinamentos sucessivos com objetivo de melhor caracterizar o tráfego. Já para as novas

demandas foram realizadas entrevistas com os representantes dos grupos de usuários

por áreas de negócio e também a compreensão do planejamento de informática da

GEARI (Gerência de Arrecadação e Informática).

O fato deste trabalho estar em conformidade com o planejamento e ações de

informática no âmbito Estadual contribui de forma significativa na identificação das

futuras aplicações e seus requisitos.

Na coleta de dados se observa um comportamento padrão durante os meses.

Todavia, foi necessário um processo de análise e refinamento sucessivo para identificar

153

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

o tráfego indeterminado, mostrado na figura [6.23] como others. O refinamento é usado

para reduzir essa amostragem com o intuito de se obter um entendimento melhor das

aplicações. É importante ressaltar que no processo de análise a identificação foi

necessária devido ao fato desse tráfego indeterminado ser bastante representativo, mas,

quando diluído sob os protocolos e serviços identificados esse tráfego não mudou o

conhecimento a respeito da rede WAN SEFAZ. As figuras [6.23] e [6.24] fazem

referência às aplicações coletadas sob o segmento rede WAN Frame Relay e Internet

utilizando o mecanismo de probe no roteador concentrador.

Ao se observar as figuras [6.23] e [6.24], verifica-se que com o detalhamento de

outros e o correto mapeamento das aplicações à ferramenta de probe é de suma

importância para caracterizar as aplicações. O seu uso facilitou estimar os valores e

percentuais de utilização.

154

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [6.23] Coleta Frame-Relay de 13/04/2005 às 14:19h e 26/01/2006 às 15:37h

155

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [6.24] Coleta Internet de 26/01/2006 às 14:19h e 26/01/2006 às 15:37h

156

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

No cenário atual foram identificadas as seguintes aplicações e serviços conforme

ilustra a tabela [6.3], baseada no capítulo 4 para caracterização do seu tipo.

Aplicação Tipo Protocolo

SIT - Sistema de Informações Tributárias Tradicional TCP/IP

SIAFEM – Sistema de Administração e Finanças

para Estados e Municípios.

Tradicional TCP/IP

E-mail (Serviço de correio eletrônico) Tradicional TCP/IP

Internet/Intranet/Extranet (Serviços Web) Tradicional TCP/IP

FTP (Transferência de arquivos) Tradicional TCP/IP

Banco de dados (MS-SQL e Oracle) Tradicional TCP/IP

Outras aplicações Tradicional TCP/IP

Tabela [6.3] Aplicações e serviços atuais

Como dito anteriormente, neste momento não há preocupação com os detalhes

das aplicações. O refinamento deste faz parte da dimensão de atividades no que diz

respeito à caracterização dos requisitos e modelo de funcionamento. Na tabela [6.3] são

definidas as principais aplicações e utilizou-se o termo “outras aplicações” para

enquadrar as aplicações necessárias para o funcionamento do sistema de comunicação

de dados como um todo. Nesta categoria ou classe de aplicações é possível citar os

serviços de DNS, SNMP, WINS, RDP e outros que garantem o suporte necessário para o

pleno funcionamento do sistema de comunicação.

Além de determinar as aplicações com o uso do processo definido

anteriormente, foram feitas reuniões com os gestores e identificadas novas demandas

que dizem respeito às áreas de Arrecadação, Fiscalização, Finanças e Contabilidade.

157

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

No que diz respeito às reuniões com os grupos gestores, foi identificada a

necessidade de aplicações mais amigáveis e com acesso através da Internet/Intranet o

que torna as informações mais acessíveis a usuários internos e externos. Neste aspecto

define-se como prioridade a migração dos sistemas SIT, que diz respeito ao grupo de

Arrecadação, e SIAFEM, para os grupos de Finanças e Contabilidade, que atualmente

são suportados pelo protocolo TCP/IP como um serviço TELNET.

A diretiva da GEARI é migrar estes sistemas legados para sistemas baseados em

serviços WEB na plataforma JAVA com objetivo de usar uma arquitetura orientada a

serviços SOA.

Para o grupo de fiscalização foram identificadas novas aplicações como

transferência de imagens através de FTP para os documentos escaneados nos postos

fiscais, serviços de telefonia IP e aplicação de vídeo e áudio para o serviço de CITV

(Circuito interno de TV) de alguns postos e agências regionais.

Todo este processo é caracterizado a posteriori na dimensão de atividades onde

são mostradas as tabelas de requisitos das aplicações e seus protocolos.

Referente às tecnologias de comunicação, a SEFAZ se utiliza de conexões

Frame-Relay e LPCD. As duas tecnologias são amplamente utilizadas em muitas

interconexões de redes empresarias de grande, médio e pequeno porte e fizeram parte do

estudo descrito no capítulo 2.

Até outubro de 2003 a rede WAN SEFAZ era baseada em conexões do tipo

LPCD com a manutenção e configuração dos roteadores pertencendo a SEFAZ, o que

por muitas vezes gerava um transtorno em manter equipamento e/ou pré-partes

disponíveis para substituição. Neste modelo de rede WAN não eram estabelecidos

níveis de serviço, pois a operadora de serviços de telecomunicações não dispunha deste

tipo de contrato para tecnologia LPCD. Portanto, não era possível argumentar e nem

158

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

solicitar da operadora um tempo médio de reparo entre falhas MTTR (Mean Time to

Repair) para o atendimento nos momentos de parada de algum enlace da rede WAN.

Diante deste cenário a SEFAZ optou em utilizar uma arquitetura WAN

comutada por pacotes a partir de 2004, para parte da sua rede WAN, prevendo uma

economia financeira, redução de latência e um contrato diferenciado com níveis de

serviços estabelecidos.

A nova tecnologia foi usada no concentrador (roteador TELEMAR) conforme

ilustrado anteriormente na dimensão de modularização, e neste segmento foram

definidos as DLCI e CIR para cada enlace. Este segmento de rede WAN foi

interconectado aos demais enlaces de conexões dedicadas ponto a ponto para alguns

subsistemas de acesso.

O enlace de Internet que compõe a rede WAN tem uma característica própria, é

interconectado através das interfaces SLIP (Serial Line Internet Protocol) de 2Mbps

com agrupamento utilizando multilink PPP a rede da PRODEST, responsável em prover

este serviço para os órgãos da administração direta. Para efeitos de análise de utilização

foram feitas coletas individuas sob as seriais como é mostrado na dimensão de

atividades e coleta sob o agrupamento chamado de enlace virtual, caracterizando assim

um enlace de 4Mbps para os estudos de análise e simulação de tráfego. A figura [6.25]

ilustra uma análise semanal de alguns períodos utilizando o MRTG com ferramenta de

coleta.

159

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [6.25] Enlace virtual de Internet - utilização semanal.

Ainda no que diz respeito a tecnologia de comunicação é feita uma análise das

possibilidades em virtude da nova demanda de tráfego, o que faz parte de uma das

etapas da Faze Dois no que se refere à análise de requisitos.

Como se pode perceber a tecnologia de comunicação atual é bastante simples

devido ao fato das aplicações não terem parâmetros estabelecidos de nível de serviço e

controle de QoS, como vistos no capítulo 3. Entretanto, a partir da nova demanda

identificada e a disponibilidade por parte das operadoras de novas tecnologias,

processos de revisão contínua devem ser feitos no intuito de melhor adequar as soluções

de mercado com necessidades dos usuários.

No que diz respeito aos protocolos identificados, é possível observar a

convergência IP presente na rede WAN SEFAZ, fato comum nos projetos atuais. As

160

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

aplicações de tráfego de voz e videoconferência atualmente convergem para a suíte

TCP/IP e se somam às aplicações tradicionais (tráfego de dados) o que permite a

integração independente da tecnologia utilizada na camada de enlace ou física.

Referente a projetos futuros, a permanência do IP é esperada devido ao

acréscimo de novos serviços de vídeo e voz sobre IP. Porém, uma análise de inclusão de

mecanismos de QoS e/ou alteração na camada de enlace vem sendo pensada pela equipe

de projeto da SEFAZ e faz parte de uma das etapas da dimensão de atividades onde é

previsto a simulação da rede atual utilizando MPLS como mecanismo de engenharia e

controle de tráfego.

Na gestão, atualmente existe um estado de alerta no que diz respeito à

manutenção e gerência para evitar surpresas que possam comprometer o negócio da

SEFAZ. Para novos projetos com inclusões de aplicações de voz e imagem este cenário

deve ser alterado e uma gestão pró-ativa faz parte da visão da equipe de suporte a redes

da SEFAZ, onde uma das etapas é a adequação de um novo projeto de redes WAN que

contemple requisitos de QoS e parâmetros de SLA atrelados a controles de SLM,

suportados por metodologias e software de gerência de redes LAN e WAN.

O aspecto de segurança é uma preocupação constante devido à rede WAN

SEFAZ contemplar informações de caráter fiscal, mas em virtude da característica de

processamento centralizado no prédio sede esta tarefa é mais fácil de ser realizada do

que se houvesse processamento distribuído nos subsistemas de distribuição ou acesso. A

segurança está atrelada aos processos de gestão e manutenção da rede e algumas

premissas como autenticação dos usuários, softwares de firewall e detectores de intrusão

são utilizados nos segmentos e suas interligações. As interconexões com a rede WAN

Externa e segmentos com parceiros são obrigatoriamente através de um firewall. Já no

161

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

que diz respeito às aplicações com acesso através da Internet é exigido o uso de SSL

(Secure Socket Layer) e também em muitos casos a adoção de mecanismos de VPN.

No que diz respeito a resiliência e disponibilidade da rede WAN a equipe de

suporte e projeto de redes já contempla a visão de soluções para manter a

disponibilidade dos enlaces críticos para as aplicações críticas. A visão de desigualdade

dos enlaces para o negócio já é contemplada por todos da equipe e alguns subsistemas

de acesso são identificados com sendo mais importantes do que outros em determinados

momentos e para determinadas aplicações, o que ajuda a projetar uma visão de nível de

serviço diferenciada.

6.6 FASE DOIS - DIMENSÃO DE ATIVIDADES

Como foi dito no capítulo 4, a análise de requisitos é a primeira etapa no

processo de concepção de uma rede WAN. Inicia-se o processo pela definição dos

objetivos e a seguir as demais etapas, passando pela atividade de planejamento,

simulação e por último finalizar esta dimensão com a atividade de projeto.

A partir de agora os entendimentos referentes à rede WAN SEFAZ se tornam

mais fáceis em virtude do conhecimento adquirido nas dimensões anteriores, e os

processos a seguir podem ser vistos como um refinamento das dimensões anteriores. É

importante ter em foco que toda vez que se pensar em um novo projeto ou

adequação/evolução de um processo/sistema, deve-se partir do conhecimento da

situação atual e do negócio que é suportado por ela, a fim de não inviabilizar o negócio.

A dimensão de atividades não é trivial e pode ser classificada como a fase mais

trabalhosa de todo o projeto, devido a uma infinidade de questões que diariamente

impactam sob ambiente a ser analisado. As decisões não podem ser tomadas baseadas

na intuição, pois isto é altamente perigoso e um conjunto de parâmetros estatísticos

162

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

devem ser tratados e aferidos regularmente para o sucesso do projeto. Portanto, a

definição das condições iniciais para o processo de levantamento e definição dos

requisitos foi elaborada de forma clara e baseada nas aplicações consideradas como

criticas para os usuários e principalmente para negócio da SEFAZ.

Visando obter maior transparência e mitigar os riscos, foi usado o protótipo de

sistema descrito no capítulo 5, a fim de consolidar o conhecimento da estrutura de

comunicação atual e padronizar as informações coletadas por diversas ferramentas

distintas com propósito de responder se não todos, mas os principais questionamentos

sugeridos no capítulo 4, servindo também de base de conhecimento para projetos

futuros.

Este protótipo é a principal ferramenta na consolidação das análises,

caracterização das aplicações, requisitos de tráfegos e entendimento do ambiente WAN

da rede SEFAZ. Elaborado, em principio, para facilitar a análise das informações de

coleta dos enlaces, obtidas no uso do MRTG (Multi Router Traffic Grapher), o protótipo

teve como objetivo refinar os dados de coletas expurgando os registros onde não havia

informações de utilização e também facilitar a geração dos gráficos de utilização por

período, roteador, data, hora, localidades e interfaces, a fim de extrair possíveis

distorções obtidas pelo MRTG nos horários onde não havia funcionamento das sub-

redes geralmente acarretando em distorções nas médias obtidas. Mais tarde, tornou-se

uma ferramenta de padronização, agrupamento e consolidação de informações com

intuito de através de uma única ferramenta identificar os principais dados para apoio a

tomada de decisão para projeto de redes WAN. O protótipo é descrito no capítulo 5

onde sua funcionalidade e aplicabilidade estão bem detalhadas.

Além do protótipo, foi utilizado um conjunto de ferramentas de apoio, tais

como: planilhas, softwares de captura e/ou análise de tráfego e simuladores com a

163

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

finalidade de reduzir os obstáculos que permeiam a análise de dispositivos físicos. A

idéia principal é manter uma base de informações o mais próximo possível da realidade

evitando possíveis distorções e incoerências, facilitando a definição dos objetivos,

levantamento das necessidades, agrupamento de usuários, perfil de utilização e

caracterização do tráfego.

Na definição dos objetivos inicia-se respondendo às questões propostas no

capítulo 4 que fazem referência à identificação dos sistemas existentes, serviços

suportados pela infra-estrutura e locais de acesso que exercem impacto no sistema de

comunicação. Para responder a essa questão são consideradas as aplicações mais usadas

pelos usuários e as aplicações que realmente impactam no negócio da SEFAZ. É

importante esta divisão para se identificar a finalidade e como os usuários estão fazendo

uso de seus equipamentos. Essa resposta foi obtida através da caracterização de tráfego

utilizando ferramentas de probe para estimar o percentual de tráfego sob os serviços

usados pelas localidades com fluxo em direção a SEFAZ e vice versa nos últimos 12

(doze) meses e associá-lo ao cadastro detalhado da distribuição de equipamentos,

caracterização das aplicações e a inserção de novas demandas no protótipo. A figura

[6.26] traduz a visão necessária que responde a esta pergunta.

164

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [6.26] Relação das aplicações em funcionamento e novas demandas.

A seguir deve-se identificar a infra-estrutura dos locais para os subsistemas de

acesso, de distribuição e núcleo e as características de cada localidade. Esta informação

foi citada anteriormente quando se fez o entendimento do cenário na dimensão de

modularização na Fase Zero usando as figuras [6.12] a [6.22], e agora é acrescentado à

figura [6.27] com o detalhamento das localidades, características dos enlaces e

características das aplicações.

165

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [6.27] Detalhamento das localidades, enlaces e aplicações.

A próxima questão é como responder a seguinte pergunta: “A infra-estrutura

atual, atende as necessidades futuras?”. Para tanto, deve-se ter domínio das aplicações

atuais, avaliar as que mais impactam no tráfego e consolidar os seus requisitos através

de análise e caracterização do tráfego. A figura [6.28] auxilia na análise.

166

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [6.28] Detalhamento das demandas existentes

As figuras [6.27] e [6.28], extraídas do protótipo, traduzem uma visão das

aplicações existentes e características da localidade Posto Fiscal José do Carmo. Dessa

forma, foi ampliado o conhecimento obtido até então, que era apenas referente a

tecnologia de comunicação, velocidade da porta e CIR. Contudo é preciso prosseguir

como uso da metodologia e caracterizar o tráfego e o dimensionamento da largura de

banda de cada localidade que faz parte da atividade de planejamento. Usando o

protótipo é possível extrair várias informações através de relatórios ou consultas, com a

finalidade de analisar os itens da metodologia.

Além disso, é preciso identificar as novas demandas com seus requisitos e perfis

de utilização o que não é uma tarefa trivial. Na maioria dos casos esses parâmetros são

estimados intuitivamente o que pode acarretar em informações incorretas. Essas

167

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

informações por muitas vezes não levam em consideração a demanda reprimida e/ou, o

não entendimento real do comportamento do tráfego.

A fim de facilitar o entendimento das novas demandas, deve-se fazer a divisão

por classes de aplicação levando-se em conta a característica, perfil do tráfego e seus

requisitos. Seguindo o que foi visto no capítulo 3 as aplicações foram divididas em duas

classes: aplicações tradicionais e aplicações de tempo real.

Nas aplicações tradicionais tem-se:

• Aplicações homologadas em funcionamento parcial.

• Aplicações em fase de homologação e testes.

• Aplicações em desenvolvimento.

• Aplicações de transferência de imagens estáticas com a utilização de

FTP.

Nas aplicações de tempo real tem-se:

• Circuito interno de TV

• Voz sobre IP

Relativos a estas aplicações foram coletados os parâmetros de tamanho do objeto

(taxa nominal e taxa máxima), perfil de utilização, grupos de usuários, grau de

criticidade, disponibilidade, fator de simultaneidade, taxa de compressão e estimativa de

usuários simultâneos, diferindo apenas na forma como precisar os dados e o

comportamento da aplicação. Nas aplicações em funcionamento parcial os parâmetros

são reais, pois a aplicação já está consolidada e em funcionamento parcial. Logo, os

parâmetros são amostras coletadas de usuários finais. Nas aplicações em fase de

homologação esses parâmetros são próximos da realidade, mas ainda sujeitos a

alteração e foram coletados dos usuários que estão utilizando a aplicação em fase de

testes e homologação e, por fim, para as aplicações em desenvolvimento onde os

168

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

parâmetros estimados são baseados na auto-similaridade entre as aplicações e auto-

similaridade no comportamento do usuário. O conceito de auto-similaridade pode ser

usado em virtude do ambiente de produção e o tamanho estimado do objeto ser

conhecido com precisão, pois na nova aplicação a funcionalidade foi mantida,

modificando apenas a interface com o usuário. Já nas demais aplicações alguns

parâmetros foram estimados e outros estão baseados em padrões consolidados pelo

mercado. Estas análises estão cadastradas e disponíveis no protótipo como mostra a

figura [6.29].

Figura [6.29] Detalhamento das novas demandas identificadas.

Após a consolidação das informações anteriores é aplicado um processo de

simulação, objeto de estudo da atividade de simulação. Este processo também dever ser

considerado como um refinamento sucessivo, método relatado no capítulo anterior.

Seguindo a metodologia evolui-se na dimensão de atividades para a etapa de

planejamento que é iniciada com estabelecimento do modelo de funcionamento que

169

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

envolve a caracterização dos grupos de usuários, caracterização dos fluxos e

dimensionamento dos enlaces de comunicação. Nestas etapas também são utilizadas as

ferramentas mencionadas anteriormente. A figura [6.30], extraída do protótipo,

exemplifica uma das formas de caracterizar os grupos de usuários, outras análises

podem ser vista no capítulo 5. O objetivo da caracterização dos usuários é levantar a

demanda de cada localidade por aplicação e a quantidade de usuários para cada

aplicação. No estudo de caso as aplicações foram cadastradas levando-se em

consideração as mais importantes na visão do negócio da SEFAZ, as mais utilizadas

pelos usuários e as que exercem impacto significativo no tráfego de dados. As demais

aplicações que proporcionam a comunicação e alguns serviços para os usuários estão

cadastradas como “várias TCP/IP” e correspondem a serviços de comunicação ou

integração, tais como: DNS, WINS, RDP e etc..

Figura [6.30] Caracterização dos grupos de usuários por localidade

170

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Na etapa de planejamento deve ser possível fazer análise de grupo de usuários

por diversas formas distintas como visto no capítulo 4. Na figura [6.30] foi

caracterizado grupos de usuários por localidade, mas com a utilização de consultas e

relatórios do protótipo é permitido fazer filtros de diversas formas distintas tais como:

por aplicações, por novas demandas, tipo de tráfego e etc.

Ainda na atividade de planejamento é que são estabelecidos os critérios para a

definição da arquitetura lógica. Como descrito no decorrer deste trabalho, critérios de

ordem econômica e política impactam nos critérios de ordem tecnológica e de ordem

funcional. O investimento a ser feito em TI deve estar em consonância com o negócio

suportado. Portanto, no protótipo é incluída a disponibilidade requerida por cada

localidade num período de tempo. Este dado tem como objetivo estabelecer a

importância diferenciada entre os enlaces e no caso de falha indicar o tempo ideal para

sua recuperação. Como exemplo, é citado o enlace de Internet que para SEFAZ é de

suma importância em virtude de que a maior parte do recolhimento de ICMS e entrega

de declarações econômicas-fiscais trafegam através do mesmo. A figura [6.31] mostra

um estudo comparativo Nacional da Arrecadação de ICMS que corrobora com a

criticidade devido o valor arrecadado para o Estado do ES. Portanto, é necessário

investir numa infra-estrutura adequada que reduza ou elimine a falha do enlace de

Internet, no período recolhimento ou entrega de declarações.

171

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [6.31] Comparativo Nacional de Arrecadação de ICMS

A seguir evolui-se para a caracterização de fluxo no qual a utilização de software

de coleta de dados e software de monitoramento dos enlaces permite estabelecer, se não

todos, os principais parâmetros de QoS de cada aplicação. Parâmetros como utilização,

perda de pacotes e latência dos enlaces são monitorados diariamente e cadastrados no

protótipo. No caso da utilização dos enlaces os dados são importados do MRTG para o

protótipo com o objetivo de expurgar os valores nulos que implicam na distorção das

médias e avaliar as informações de cada localidade estabelecendo um comparativo entre

a utilização dos enlaces. O protótipo permite uma análise estatística e histórica e os

softwares de monitoramento uma análise dinâmica. A latência é obtida com o uso do

software What’s UP Gold utilizado na SEFAZ. É necessário avaliar as informações

extraídas do monitoramento para validar e consolidar as informações através de seus

históricos. Ao se utilizar as ferramentas de monitoramento é preciso ter cuidado para

não avaliar errôneamente as informações que algumas vezes podem induzir ao erro.

Na caracterização do fluxo a decisão de quais equipamentos e subsistemas

monitorar foi relativamente fácil pelo fato das demandas serem concentradas no prédio

172

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

sede, de tal forma, que o subsistema de núcleo detém todas as informações que

satisfazem a análise. Esta facilidade possibilita que as análises de fluxo individual e

fluxo agregado sejam possíveis de realizar no equipamento concentrador, variando

apenas o método em decorrência da tecnologia.

No estudo de caso SEFAZ, além do detalhamento do tráfego foram importadas

cargas semanais dos logs do MRTG para o protótipo, com a finalidade de expurgar as

inconsistências e facilitar o processo de análises. Todos os dados adquiridos referentes

às interfaces, localidades, aplicações e enlaces são concentrados no protótipo e

validados junto às ferramentas especificas de coletas.

Portanto, garantir uma análise coerente, eliminar os erros, analisar as “rajadas”

que distorcem significativamente o volume de tráfego é uma tarefa fundamental.

Diante disso, é apresentada a análise da localidade PF José do Carmo (Posto

Fiscal José do Carmo), que permite a fiscalização na fronteira dos Estados do RJ e ES

24 horas por dia. O posto fiscal de José do Carmo é considerado de extrema importância

para o negócio da SEFAZ em virtude do transito de veículos de carga em direção ao

Estado do Espírito Santo.

As figuras [6.32] a [6.34], têm como objetivo realizar um comparativo entre os

gráficos do MRTG e os gráficos do protótipo, para o referido enlace, que utiliza a

tecnologia Frame Relay com velocidade de 384Kbps e CIR de 256Kbps.

173

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [6.32] Monitoramento do enlace da localidade de José do Carmo - MRTG

A figura [6.32] ilustra análise de tráfego na ferramenta MRTG para a localidade

citada. No entanto é preciso fazer algumas observações:

• A direção do fluxo de saída parte do subsistema de núcleo em direção ao

subsistema de acesso e o sentido contrário é considerado como fluxo de

entrada;

• É possível observar que a utilização média do fluxo de saída anual,

mensal, semanal e diária está na faixa de 6,5%, 13%, 23% e 22%

respectivamente;

• A alteração de tráfego característico de rajadas está presente em todas

imagens;

• A interface gráfica do MRTG é bastante amigável e satisfatória e

transmite uma visão do enlace privilegiada.

É fácil de perceber que os valores e a visualização do MRTG são bastante

satisfatórios, mas pode ser preciso uma análise mais detalhada e crítica, sendo

174

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

necessário verificar a integridade dos dados. É imperativo adotar métodos que facilitem

o manejo dos dados obtidos da coleta do MRTG com finalidade de “purificar” os dados,

realizar análises e exportá-los para processos posteriores de simulação. Em [17], foi

escolhido para tratamento, purificação dos dados e elaboração de novos gráficos o

Microsoft® Office Excel. Todavia, é possível constatar que as planilhas se tornam

inadequadas nos grandes volumes de dados. Neste caso é aconselhável o uso de

ferramentas baseadas em banco de dados que permite o armazenamento de dados para

análises e comparativos históricos. Associado ao sistema de banco de dados, existe

várias ferramentas de análises dinâmicas, capazes de facilitar a elaboração de relatórios

e gráficos. O protótipo, se mantém estável mesmo com uma base de 530000 registros na

tabela principal que se referente ao período de janeiro a abril de 2006.

Figura [6.33] Monitoramento do enlace da localidade de José do Carmo - Protótipo

A figura [6.33] ilustra a análise detalhada do gráfico de utilização do posto fiscal

José do Carmo combinando parâmetros que vão desde o período (23/03/2006 a

175

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

27/03/2006), intervalo de horas (09:00 as 16:30) e novas métricas estatísticas como, por

exemplo, o desvio padrão médio de tráfego de pico no período. Como pode ser

verificado, o fato de carregar os dados para um sistema de banco de dados permite obter

visões detalhadas e comparativas. No enlace citado, é possível observar através da

figura [6.32] uma rajada no tráfego em direção ao posto fiscal no intervalo das 23:00h

do dia 26/03/2006 às 06:00 do dia 27/03/2006. Este período pode ser detalhado com as

análises dinâmicas, com o objetivo de verificar a influência da rajada na média mensal e

anual, a fim de apoiar a tomada de decisões.

A figura [6.34] apresenta uma análise onde são comparados os enlaces do Postos

fiscais Zito Pinel, José do Carmo e Eber Figueiredo no horário da rajada.

Figura [6.34] Comparação do enlace das localidades com CIR 256Kbps - Protótipo

O objetivo de analisar atentamente a figura [6.34] é verificar o intervalo

mencionado e comparar o comportamento do tráfego da interface Serial 0/0 da nuvem

Frame Relay para os enlaces que têm CIR 256Kbps e estão em funcionamento 24horas

176

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

por dia. Portanto, ao se analisar a figura [6.34] é possível observar que a rajada não

ocorre em todos os enlaces da nuvem o que permite dizer que não se trata de um

comportamento padrão. Diante disso, parte-se então para investigar a anomalia com o

uso de outras ferramentas a fim de determinar o ocorrido. Fica claro, que tal conclusão

não pode ser obtida ao se avaliar as imagens do MRTG.

Por conseguinte, ter as facilidades de importar, exportar, selecionar, comparar,

consolidar, e remover os períodos que prejudicam e/ou propiciam entendimento é

fundamental na elaboração de novos projetos.

É visto que várias são as análises possíveis com o uso do protótipo. Porém, é

necessário que fique claro que o protótipo é apenas uma ferramenta de análise aos

moldes das ferramentas usadas na tomada de decisão como os BI (Business

Intelligence), onde existem os processos de ETL (Extract Transform Load) e as análises

dinâmicas.

Todavia, fazendo analogia aos sistemas transacionais e ferramentas de BI, é

necessário adoção dos softwares de monitoramento on-line para alimentar o protótipo,

assim como, é necessário os sistemas transacionais para alimentar os BI.

Como mencionado no capítulo 4 o processo de caracterização do tráfego não se

limita apenas na utilização do enlace, mas também no entendimento e caracterização

das aplicações. O processo de caracterizar a aplicação é apresentado a seguir na etapa de

simulação, onde também são levadas em conta outras facilidades do protótipo como a

exportação do tráfego dos enlaces para as ferramentas de simulação. Com o propósito

de validar o que foi proposto, são apresentadas a seguir, figuras e tabelas referentes aos

softwares de coleta on-line para corroborar com o que foi descrito.

177

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

A tabela [6.4] ilustra as informações exportadas do software What’s UP.

Name Type # Polls % Responded

% Missed

Down time Period #

Alerts Avg

delay Min

delayMax

delay

Linhares ICMP 1657265 99.62% 0.38% 105:24:00 28634:39 414 21 0 4344S.G.Palha ICMP 1637320 99.49% 0.51% 140:07:00 28634:39 1144 34 15 5125GEFAZ-M (V.Velha) ICMP 348954 99.47% 0.53% 30:50:00 6414:32:00 136 16 8 744Tribunal Justiça ICMP 363444 99.44% 0.56% 34:01:00 6656:23:00 112 4 1 1960Colatina ICMP 1655927 99.39% 0.61% 168:28:00 28634:39 519 27 15 5234D.Martins ICMP 1657261 99.33% 0.67% 186:21:00 28634:39 709 22 15 1625Cariacica ICMP 1657266 99.30% 0.70% 192:02:00 28634:39 995 28 15 1875Cachoeiro ICMP 1656752 99.15% 0.85% 235:10:00 28634:39 414 32 0 5297Banestes ICMP 1652387 99.09% 0.91% 251:40:00 28634:39 5224 2 0 1504Castelo ICMP 1638171 99.02% 0.98% 267:01:00 28634:39 530 41 15 3421Amarílio Lunz ICMP 1656715 99.01% 0.99% 274:43:00 28634:39 2364 59 15 4953Alegre ICMP 1656778 98.92% 1.08% 298:11:00 28634:39 1504 37 15 3531B.S.Franc. ICMP 1656716 98.87% 1.13% 311:09:00 28634:39 1940 35 13 4469SIARHES ICMP 378735 98.68% 1.32% 83:33:00 6911:41:00 96 37 2 5127Vitória ICMP 1657272 98.50% 1.50% 415:38:00 28634:39 760 27 0 5188Arquivo Geral ICMP 1652362 98.26% 1.74% 479:57:00 28634:39 1801 22 0 3922José do Carmo ICMP 1593832 98.26% 1.74% 461:38:00 28634:39 2071 47 15 1813H.CAPAAC ICMP 860544 98.21% 1.79% 256:36:00 15121:04 1152 63 31 1563Serra ICMP 1657268 98.17% 1.83% 505:41:00 28634:39 1491 31 15 5312V.Velha ICMP 1657267 97.92% 2.08% 575:11:00 28634:39 2020 28 15 4187RuralBank ICMP 1594006 97.77% 2.23% 591:07:00 28634:39 1347 26 0 3131Mimoso ICMP 1656752 97.69% 2.31% 638:25:00 28634:39 1522 41 15 4031ALES ICMP 1322635 97.69% 2.31% 508:30:00 22880:04 1320 49 31 3894

Tabela [6.4] Tabela do What’s UP usada no calculo da latência

No protótipo pode se obter essa informação em vários relatórios conforme as

figuras [6.35] e [6.36].

Figura [6.35] Informações da GEFAZ – NE

178

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [6.36] Latência de todos os enlaces

No processo de ETL as informações da tabela [6.4] são usadas para o parâmetro

de latência e aferidas corretamente. A latência para o What’s UP é contada como o

tempo de ida e volta de um ping padrão, no caso do protótipo esse valor é calculado

para cada enlace partindo da ponta A para a ponta B e vice versa, ou seja, o tempo de

ida e volta dividido por dois.

Para finalizar a etapa de caracterização e análise de tráfego são mostrados os

cenários que ilustram a facilidade do protótipo em múltiplas análises dinâmicas, o que

prova a versatilidade e potencialidade ao se obter análises comparativas com o intuito

de aferir a causa de um tráfego destoante do perfil normal da rede. As análises que se

seguem foram feitas a partir de um único cenário inicial que diz respeito ao período de

13 de março a 17 de março nos horários de 09:00 as 16:00.

No gráfico da figura [6.37] são analisadas as gerências regionais com CIR de

256Kbps.

179

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [6.37] Gráfico percentual de utilização média para as Gerências Regionais.

Altera-se apenas a localidade e faz-se possível a visão dos Postos Fiscais.

Figura [6.38] Gráfico percentual de utilização média dos Postos Fiscais.

180

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Pode-se ainda, com o primeiro filtro, analisar as interfaces ao invés das

localidades o que permite avaliar o tráfego das nuvens Frames Relay a partir da

concentradora. A figura [6.39] ilustra esta análise.

Figura [6.39] Percentual de utilização da nuvem Frame Relay

Portanto, pode-se perceber que uma grande quantidade de análises são possíveis

com o objetivo de avaliar a “saúde” dos enlaces para adição de novas aplicações ou

serviços, e o próximo passo é avançar na Fase Dois em direção a atividade de

simulação.

A atividade de simulação é crucial no processo para adesão de novas soluções e

serviços como o objetivo de validar a nova carga de tráfego sobre os enlaces. Todavia, a

sua implementação requer alguns cuidados como foi explicado durante o capítulo 4.

No estudo de caso são definidos cenários que se pretende obter com o acréscimo

de serviços e a inclusão de novas aplicações na rede WAN SEFAZ. Neste processo é

181

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

preciso certa cautela, tanto no que diz respeito às análises quanto a construção dos

cenários com o objetivo de verificar o impacto na rede WAN.

Como definido na atividade de simulação é necessário primeiro definir o

objetivo, que para o estudo de caso diz respeito avaliação dos enlaces da rede WAN

SEFAZ. Sendo assim, o processo inicia-se com a construção topológica da rede WAN,

usando o software OPNET® Modeler, detalhe referente ao produto podem ser

encontrados no site www.opnet.com.

O software permite um modelo próximo a realidade, em virtude de ter uma base

de informações dos principais fabricantes, no que diz respeito a equipamentos

(roteadores, comutadores, servidores), protocolos, topologia de redes físicas e lógicas

que são consideradas necessárias para a configuração do ambiente. Além dessas

características ainda é possível usar os principais métodos matemáticos nos processos

de simulação.

Inicia-se o processo com o retrato fiel dos equipamentos e a estrutura de

distribuição de acordo com o que foi visto no decorrer do trabalho. A configuração do

modelo usado no simulador é bastante próxima da realidade da rede SEFAZ.

A figura [6.40] caracteriza a rede WAN onde são respeitados o número de

usuários e os roteadores usados no subsistema de núcleo e acesso.

182

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [6.40] Caracterização da rede WAN SEFAZ no OPNET® Modeler

A nuvem Internet é configurada de forma a representar o enlace virtual de

4Mbps, onde a fonte geradora de tráfego é descrita pelo grupo “Usr_Internet” para as

aplicações com esse perfil de tráfego. As nuvens Frame Relay representam o tráfego da

rede WAN que descreve as aplicações e serviços internos da rede. Na concentração de

pontos próximos a Capital são configurados os equipamentos das redes Externas,

SIAFEM e os enlaces que pertencem à região da grande Vitória e adjacências. Na

configuração de cada nuvem ou sub-rede são mantidos os parâmetros de latência da

nuvem e dos enlaces. Já os equipamentos são do mesmo fabricante e os modelos

idênticos ao da rede real. O objetivo é avaliar se os enlaces suportam o novo tráfego, de

tal forma, que os cenários são detalhados com este intuito. A figura [6.41] representa

um “zoom” da região da grande Vitória.

183

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Figura [6.41] Detalhamento da Grande Vitória

Na sede da SEFAZ são configurados os equipamentos servidores de aplicação,

servidores Web e os equipamentos concentradores (switch BigIron 8000 e os roteadores

Cisco).

Diante disso, já é possível descrever alguns cenários:

1. Grupo Um: Aplicação SIT e SIAFEM Web – Este cenário descreve um

modelo de aplicação com acesso a paginas Web, desenvolvidas em

JAVA, com acesso dos usuários passando por servidores de

Internet/Intranet e servidores de aplicação com TomCat e servidor Web

Apache. Neste cenário o tamanho da pagina varia entre 30 a 80 Kbytes

para o SIT e 15 a 50Kb para o SIAFEM.

2. Grupo Dois: SIAFEM-Web na Internet – Este cenário tem como objetivo

transferir os usuários 90 usuários da rede Externa para a Internet e ainda

184

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

prover o serviço para mais 210 usuários. Portanto, é simulado o acesso

de 300 usuários. Em caso de viabilidade, não é necessário manter os

contratos referentes ao aluguel dos enlaces LPCD com a operadora de

serviço de telecomunicações. O parâmetro referente às paginas Web são

os mesmos do Grupo Um.

3. Grupo Três: Agência Virtual e SIAFEM Web – Este cenário acrescenta

ao Grupo Dois uma nova aplicação com estimativa de acesso de 5000

usuários através da Internet, quando a aplicação estiver em pleno uso.

Para este cenário são previstas várias rodadas de simulação com o

acréscimo crescente de usuários.

4. Grupo 4: Circuito Interno de TV – Este cenário acrescenta a rede WAN

Frame Relay o tráfego de vídeo dinâmico para alguns pontos de acesso.

Neste caso é acrescido ao Grupo Um este tráfego e analisado

comportamento e acomodação do novo tráfego na nuvem.

Antes de apresentar algumas simulações é necessário caracterizar o processo e

os detalhes das novas aplicações, com o objetivo de entender as etapas que antecedem

as rodadas de simulação, promover o entendimento dos gráficos e as análises geradas no

simulador.

No OPNET® Modeler, são feitas as cargas com os dados referente ao tráfego

atual dos enlaces de cada subsistema de acesso e núcleo, exportados a partir do

protótipo, e usados com a finalidade de acoplar o volume de tráfego das novas

aplicações ao volume de tráfego atual.

A exportação do tráfego médio de entrada e saída nos concentradores centrais se

deu para cada hora no período de 03/04/2006 a 07/04/2006, no horário das 09:00 às

17:00 horas, para todos os enlaces WAN e de Internet. Portanto, as aplicações são

185

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

simuladas em 40 horas sob o tráfego de background no período mais crítico. Além do

tráfego de background, compõem o cenário o comportamento dos usuários na nova

aplicação SIAFEM Web em fase de homologação e estima-se o tráfego do SIT Web e

Agência Virtual com adoção dos conceitos de auto-similaridade. Para todos os cenários

são avaliados os casos pessimista, realista e otimista.

As tabelas [6.5] e [6.6] demonstram o comportamento dos usuários da aplicação

SIAFEM Web durante 10 dias úteis no horário da 9:00 as 17:00. São caracterizados os

acessos dos usuários, para que seja possível considerar os casos pessimista, realista e

otimista. Esse dado se obtém com o controle dos mecanismos de gets e post incorporado

na aplicação http. Esse controle demonstra a necessidade do trabalho em conjunto entre

as equipes de projeto, desenvolvimento e infra-estrutura. Os valores são os parâmetros

configurados no simulador para as requisições às paginas web no processo de

simulação, variando apenas o número de usuários e o tamanho do objeto Web através

do uso de distribuição exponencial.

SIAFEM WEB - Perfil dos usuários da Internet Perfil Ranking (Média/Usuário) Tempo Req/Seg Req/Minuto Req/Hora

Pessimista 10 362,40000 288000 794,7019868 13:14 0:13Médio 50 188,16667 288000 1530,558016 25:30 0:25Otimista 100 50,80000 288000 5669,291339 94:29 1:34

Tabela [6.5] Perfil SIAFEM Web na Internet

SIAFEM WEB - Perfil dos usuários da Intranet Perfil Ranking (Média/Usuário) Tempo Req/Seg Req/Minuto Req/Hora

Pessimista 10 2250,70000 288000 127,9601902 2:7 0:0Médio 50 629,14000 288000 457,7677464 7:37 0:0Otimista 100 322,33000 288000 893,494245 14:53 0:0

Tabela [6.6] Perfil SIAFEM Web na Intranet

Aplica-se o mesmo método para a caracterização das aplicações da Agência

Virtual e SIT Web. A diferença fundamental é que estas aplicações ainda não estão em

fase de homologação. Portanto, o comportamento dos usuários foi estimado através do

número de requisições feitas pelos usuários ao SIT modo texto, isolando apenas o

186

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

tráfego que será transferido para Internet com o uso da Agência Virtual. As aplicações

são semelhantes ao SIAFEM Web, pois a plataforma de desenvolvida é a mesma.

Alguns parâmetros são modificados como o número de usuários e o tamanho das

paginas Web. A Agência Virtual tem como um de seus objetivos reduzir o número de

consultas feitas pelos contribuintes nas Gerências Regionais e Agências da Receita

Estadual – ARE, distribuídas em todo o território do Estado do ES. A aplicação é um

passo para o Governo Cidadão com a finalidade de permitir acesso a informações

através da Internet. As tabelas [6.7] e [6.8] representam o número de requisições por

segundo ao sistema atual.

AGÊNCIA VIRTUAL Perfil Ranking (Média/Usuário) Tempo Req/Seg Req/Min Req/Hora

Pessimista 100 507,80000 288000 567,15242 9:27 0:0 Realista 150 417,46667 288000 689,87544 11:29 0:0 Otimista 188 76,59574 288000 3760,00000 62:39 1:2

Tabela [6.7] Perfil Agência Virtual

SIT Web - Sistema de Informações Tributárias Perfil Ranking (Média/Usuário) Tempo Req/Seg Req/Min Req/Hora

Pessimista 100 1128,00000 288000 255,31915 4:15 0:0 Realista 150 712,80000 288000 404,04040 6:44 0:0 Otimista 300 510,00000 288000 564,70588 9:24 0:0

Tabela [6.8] Perfil SIT Web na WAN Frame Relay

Pode-se perceber certa semelhança no comportamento dos usuários mesmo com

a diferença das aplicações. Porém, o que determina se a rede atual tem capacidade para

suportar o tráfego ou não é o processo de simulação. Os parâmetros são necessários para

possibilitar aplicar a dinâmica do simulador no uso das distribuições de freqüência.

No estudo de caso foi adotada a distribuição exponencial, pelo fato de ser um

método já consolidado e seguro, mas é perfeitamente possível a adotar outras

distribuições.

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A seguir são apresentadas algumas análises com o detalhamento da configuração

usada no OPNET® Modeler.

A figura [6.42] detalha os parâmetro das configurações no OPNET® Modeler

para a aplicação Agencia Virtual. A figura [6.42] ilustra na indicação a distribuição de

freqüência, o cenário pessimista e como é atribuído o valor 567,15 segundos e o valor

na variação da pagina (30 e 80 Kb) para as rodadas de simulação.

Figura [6.42] Parâmetros da Agência Virtual

O primeiro exemplo a ser mostrado diz respeito ao enlace virtual de Internet. O

objetivo é avaliar se é possível incluir as novas aplicações sem comprometimento de

desempenho. Para tanto é verificado o comportamento do enlace atual no período, e este

mesmo período é carregado no simulador como tráfego de background. A figura [6.43]

extraída do protótipo demonstra a “saúde” do enlace.

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Figura [6.43] Utilização do enlace de Internet no período de 03/04/2006 a 07/04/2006.

É possível observar que a utilização se apresenta bastante acentuada nas

solicitações feitas pelos usuários internos a Internet. Porém, percebe-se que o enlace

ainda permite um crescimento de tráfego de aproximadamente 1Mbps. No entanto, o

tráfego IN, em direção a SEFAZ, se comparado ao trafego OUT é bastante inferior, pois

o número de aplicações oferecidas no site ainda não é relevante. As figuras [6.44] e

[6.45] têm com objetivo demonstrar o comportamento do enlace quando as aplicações

da Agência Virtual e SIAFEM Web estiverem em produção.

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Figura [6.44] Comportamento dos usuários internos solicitando serviços.

A figura [6.44] representa o comportamento dos usuários internos solicitando

serviços na Internet. Percebe-se que este tráfego não será afetado, dado que a curva

manteve-se idêntica ao tráfego atual.

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Figura [6.45] Comportamento dos usuários externos solicitando serviços a SEFAZ.

A figura [6.45] demonstra que a nova demanda para o cenário realista não é

suportada pelo enlace atual, de tal forma que se faz necessário contratar com a

operadora de aumento na largura de banda do enlace.

Além de analisar o enlace de Internet, foram executados os cenários referentes

ao enlace WAN Frame Relay. A figura [6.46] apresenta o tráfego atual referente às

gerências regionais onde os enlaces têm CIR 256Kbps. Esse tráfego será submetido ao

acréscimo de tráfego de uma nova aplicação desenvolvida em JAVA com o framework

ApplinX.

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Figura [6.46] Gerências Regionais

Para este cenário foram realizadas as simulações com a migração do Sistema de

Informações Tributárias que atualmente tem objetos em torno de 4 Kbytes. A nova

aplicação está sendo desenvolvida na plataforma Web com seus objetos variando de 30

a 50 Kbytes.

As figuras [6.47] a [6.50] apresenta o impacto da nova aplicação nos enlaces.

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Figura [6.47] Referente a região Noroeste

A figura [6.47] corresponde a região Noroeste que compreende a gestão das

Agências da Receita Estadual de Colatina, Barra de São Francisco, Nova Venécia, Santa

Teresa e São Gabriel da Palha e os postos fiscais da região. Percebe-se, ao se analisar a

figura, que para os casos pessimista e realista o CIR de 256Kbps não será suficiente.

Portanto, neste caso, por se tratar de uma aplicação crítica deve-se contratar um CIR

384 Kbps.

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Figura [6.48] Referente a região Nordeste

A figura [6.48] corresponde a região Nordeste que compreende a gestão das

Agências da Receita Estadual de Linhares, Aracruz e São Mateus e os postos fiscais da

região. Percebe-se, ao se analisar a figura que para todos os casos a capacidade do

enlace permanece suficiente.

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Figura [6.49] Referente a região Sul

A figura [6.49] corresponde a região Sul que compreende a gestão das Agências

da Receita Estadual de Cachoeiro de Itapemirim, Mimoso do Sul, Castelo, Alegre e Iúna

e os postos fiscais da região. Percebe-se, ao se analisar a figura, que para o caso

pessimista o CIR de 256Kbps não será suficiente. Porém, neste caso, aconselha-se aferir

a ferramenta de simulação, com uma nova carga de dados, a partir do protótipo e

referente a 15 dias úteis no horário das 09:00 as 17:00h. Executar uma nova rodada de

simulação referente a este período com o novo tráfego de background.

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Figura [6.50] Região Metropolitana

A figura [6.50] concentra a gestão das Agências Regionais da região da grande

Vitória. Esta gerência possui CIR de 512Kbps e percebe-se, que em alguns casos o CIR

atual já não suporta o tráfego. Neste caso é aconselhável a contração de um CIR que

suporte a demanda e esteja de acordo com o contrato que no caso permite um aumento

de 256Kbps.

Para finalizar, outros cenários podem ser vistos no capítulo 5 e testados com o

uso da ferramenta que segue no anexo B.

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6.7 CONCLUSÃO DO ESTUDO DE CASO

O capítulo atual apresenta parte dos resultados e análises obtidas a partir da

aplicação da metodologia proposta. O objetivo principal visa demonstrar que a

metodologia é funcional e um método real para orientar os projetistas de redes a

desenvolver seus projetos de forma organizada e orientada a mitigar os riscos.

Destacam-se nesse capitulo o uso do protótipo e as simulações executadas para

as novas demandas. A seguir é apresentada uma síntese com as observações necessárias:

• Relativo ao protótipo destaca-se:

o Ser o instrumento facilitador para aplicar a metodologia

proposta;

o Possibilitar análises comparativas e dinâmicas a partir de uma

única consulta, permitindo avaliar e evoluir de um primeiro

cenário vários outros com inúmeras situações;

o Consolidar e caracterizar a infra-estrutura de redes WAN

SEFAZ;

o Ser um único ponto de acesso na obtenção das informações da

estrutura das sub-redes e as características de tráfego, críticidade

das aplicações e disponibilidade dos enlaces;

o Constatar que os enlaces atendem e suportam a demanda atual.

• Relativos as simulações destaca-se:

o A eficiência e facilidade do uso da ferramenta na configuração

de vários cenários no processo de simulação;

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Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

o Constatar que o cenário de migração do SIT na Intranet sob a

rede Frame Relay não gera impacto sobre os enlaces atuais;

o Constatar que o cenário de migração do SIAFEM Web não gera

impacto nos enlaces atuais da rede Externa;

o Constatar que somente a transição do SIAFEM Web para

Internet não gera impacto sobre este enlace;

o Constatar que não é possível colocar em produção a aplicação da

Agência Virtual sob o enlace de Internet atual, sendo necessário

atualizar este enlace em aproximadamente duas vezes o valor

atual;

o Constatar que o cenário com o somatório do SIT Web mais o

tráfego de imagens dinâmicas do Circuito Interno de TV não é

suportado para os enlaces atuais dos postos fiscais.

Durante o estudo de caso foi possível interceder para melhorar as aplicações que

estavam sendo desenvolvidas na SEFAZ com parâmetros inadequados. Este processo se

deu na Fase Dois da metodologia, quando foi necessário caracterizar as aplicações Web

(SIAFEM e Agência Virtual). Estas aplicações tinham o parâmetro de tamanho do

objeto definido em 80 Kbytes fixo, de tal forma que, se colocadas em produção, a

maioria dos enlaces não iriam suportar o tráfego.

Diante disso, foi necessário adequar a aplicação para que este parâmetro variasse

entre 15 Kbytes a 50 Kbytes, o que permitiu manter o cenário atual da rede WAN para

vários enlaces.

Portanto, conclui-se que vários cenários foram “construídos” para oferecer uma

maior amplitude de análise. Assim, foi possível analisar as aplicações e seus impactos

sobre os enlaces de utilização.

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Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Para finalizar permite-se dizer que o uso da metodologia, apoiada por

ferramentas adequadas, seja na coleta de dados e/ou nas análises e demais processos, é

perfeitamente viável e pode ser utilizada não só para redes WAN, mas em qualquer

projeto de redes Corporativa.

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7 CONCLUSÃO

Com a elaboração dessa dissertação, foi possível constatar, e comprovar, o quão

complexo é a tarefa de projetar redes WAN Multimídia.

Esse fato motiva a busca por uma metodologia, que é de suma importância, no

intuito de permitir e orientar os caminhos a serem trilhados na proposta de soluções

coerentes.

Durante a pesquisa foi possível perceber que não existe um consenso definido a

cerca de uma metodologia padrão. As metodologias existentes por muitas vezes se

perdem em complexas possibilidades. Tal fato, não facilita e nem estimula os projetistas

a usá-las.

Pode-se comprovar este fato através de conversas com gestores de TI que

preferem por muitas vezes superestimar soluções que certamente não irão garantir o

funcionamento adequado da rede.

Outro ponto observado é que não pode, e nem deve, haver distância entre o

desenvolvedor de aplicações e os gestores de redes, sejam elas LAN’s ou WAN’s. As

redes precisam adequar-se às aplicações e necessidades dos usuários, o que só é possível

com a perfeita integração entre as equipes e domínio do ambiente. É possível afirmar

que as redes devem ser “inteligentes” para suportar e adequar-se aos novos tráfegos.

Esses fatores motivaram o trabalho onde a peça chave e fundamental da

metodologia é tornar o ambiente claro e totalmente conhecido, evitando ao máximo o

uso da intuição.

A metodologia permite isso através de suas fases, pelo fato de usar uma

abordagem recursiva, onde a recursividade pode ocorrer a qualquer momento e em

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Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

qualquer fase. Este fato possibilita ao projetista retroceder de uma fase para outra até

que se tenha o ambiente completamente mapeado.

No intuito de aplicar a metodologia, foi desenvolvido um protótipo que permite

que as análises do ambiente sejam armazenadas e aferidas no decorrer do processo.

A validação dessa metodologia foi feita através de um estudo de caso, onde a

mesma foi aplicada a rede WAN SEFAZ, com o intuito de mapear todas as aplicações e

caracterizar o tráfego de todos os enlaces pertencentes a rede WAN.

Pode-se comprovar o sucesso não só da metodologia, mas também do protótipo

ao se extrair informações através de análises comparativas e decisivas para auxiliar a

tomada de decisões.

É claro que para o sucesso da metodologia é necessário um monitoramento

constante da rede, possibilitando, assim, a percepção de variações destoantes de tráfego.

Ao se usar a metodologia, não se obtém somente o mapeamento da rede para se

definir o projeto, mas adquire-se um processo de monitoramento e gerenciamento pró-

ativo, possibilitando a consolidação das informações no protótipo, para que seja

possível predizer o comportamento da rede na inclusão de uma nova aplicação ou diante

de tráfego intenso.

Destaca-se neste trabalho o protótipo de apoio a tomada de decisões descrito no

capítulo 5 e a fase Dois, onde os processos de identificação, caracterização e aferição

através da simulação permitiram obter o impacto real das novas demandas nos enlaces

atuais.

É claro que o assunto é bastante amplo e várias são as possibilidades de

trabalhos futuros. Uma sugestão é o desenvolvimento a partir do protótipo de uma

ferramenta computacional capaz de implementar a metodologia em sua totalidade.

201

Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

Sugere-se neste caso a adoção de padrões abertos e mecanismos que permitam a

interação com sistemas tradicionais que coleta de dados e análise de tráfego.

Ainda no tocante a melhoria e aperfeiçoamento do protótipo, é possível

recomendar que este tenha agentes para se comunicar com sistemas de inventário, de tal

forma, que a informação do parque de TI seja absorvida pela ferramenta de forma

dinâmica.

Sugere-se uma evolução que já está sendo trabalhada para incluir as simulações

no protótipo com a finalidade de comparar vários cenários simulados com cenários reais

dinamicamente.

Finaliza-se este trabalho com a certeza do aprendizado adquirido e que é preciso

adotar métodos e mecanismo de projetos.

Para a SEFAZ, fica o mapeamento total de sua rede WAN, e a possibilidade de se

obter novas simulações, com a inclusão de parâmetros e modelos de distribuição de

freqüência, não utilizados neste trabalho.

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Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

8 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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[4] Chowdhury, Dhiman D. “Projetos Avançados de Redes IP” Editora Campus Ltda 2002.

[5] Davie, Bruce S. and Peterson, Larry L. “Computer Networks” Elsevier Science 2003.

[6] Davie, Bruce S. and Yakov Eekhter “MPLS: Technology and Applications” Editora Morgan Kaufmann.

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[9] Guichard, Jim and Pepelnjak, Ivan “MPLS and VPN Architectures”, Cisco Press 2002.

[10] Menascé, Daniel A e Almeida, Virgilio A. F “Planejamento de Capacidade para serviços WEB”, Editora Campus Ltda 2003.

[11] Monteiro, Edmundo e Boavida Fernando “Engenharia de Redes Informáticas” Editora de Informática LDA , Agosto de 2000.

[12] Odom, Wendell and Cavanaugh, Michael J. “IP Telephony Self-Study CISCO DQoS”, Cisco Press 2004.

[13] Oppenheimer, Priscilla “Projeto de redes Top-Down” Editora Campus Ltda 1999.

[14] Osborne, Eric e Simba, Alay “Engenharia de tráfego com MPLS” Editora Campus Ltda 2003.

[15] Tanenbaum, Andrew S. “Redes de Computadores” 4ª. Edição, Editora Campus Ltda 2003.

[16] Stallings, William “Redes e Sistemas de Comunicação”5ª Edição, Editora Campus Ltda 2005.

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Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de Serviço

[17] Gimenez, Edson Josias Cruz “Metodologia Pragmática para Avaliação de Desempenho e Planejamento de Capacidade em Redes de Computadores” Santa Rita do Sapucaí 2004. Dissertação de Mestrado. Instituto Nacional de Telecomunicações.

[18] Melo, Edison Tadeu Lopes ”Qualidade de Serviço em Redes IP com DiffServ: Avaliação através de Medições” Florianópolis 2001. Dissertação de mestrado. Universidade Federal de Santa Catarina.

[19] Fonseca, Jose Luiz Álvares “Aplicações Multimídia de Tempo Real” Niterói 2001. Dissertação de mestrado. Universidade Federal Fluminense.

[20] Cisco Systems “Building Cisco Remote Access Network” Cisco Training and Certification, Editora Cisco Systems, Inc. 2002.

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9 ANEXOS

[A]. O protótipo com os dados coletados durante o período do estudo de caso.

[B]. Os arquivos referentes ao projeto da simulação e seus relatórios.

Observação: Por se tratar de um volume grande de informação estes anexos

serão entregues a banca examinadora em CD-ROM e ao PPGI na versão definitiva da

dissertação. Caso algum membro da banca deseje receber é só solicitar que os mesmos

serão enviados através do correio.

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