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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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Requisitos de Qualidade de Serviço
Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN
Multimídia com Suporte a Requisitos de Qualidade de
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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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
COMISSÃO EXAMINADORA
__________________________________________
PROF. DR. ANILTON SALLES GARCIA, UFES
Orientador
__________________________________________
PROF. DR. JOSÉ GONÇALVES PEREIRA FILHO, UFES
PPGI
__________________________________________
PROF. DR. MARCOS CARNEIRO DA SILVA, FACENS
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO 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
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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VITÓRIA
2006
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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Requisitos de Qualidade de Serviço
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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Requisitos de Qualidade de Serviço
6.7 Conclusão do Estudo de Caso ...................................................................... 196
7 Conclusão ............................................................................................................. 199
8 Referencias Bibliograficas.................................................................................... 202
9 Anexos.................................................................................................................. 204
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Requisitos de Qualidade de Serviço
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2006
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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Requisitos de Qualidade de Serviço
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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Requisitos de Qualidade de Serviço
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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VITÓRIA
2006
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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VITÓRIA
2006
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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Requisitos de Qualidade de Serviço
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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Requisitos de Qualidade de Serviço
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Requisitos de Qualidade de Serviço
VITÓRIA
2006
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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Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a
Requisitos de Qualidade de Serviço
VITÓRIA
2006
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.
5
Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a
Requisitos de Qualidade de Serviço
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 telemáticas
1
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 (Plesiochrouns
2
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/DSU
3
(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 overhead
4
. 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
Rótulo
Remoto
InterfacePrefixo
TABELA ROUTER 1
...
16010.3.3
15010.1.1
Rótulo
Remoto
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
...
Rótulo
Remoto
InterfacePrefixo
TABELA ROUTER 2
Rótulo
30110.1.115
010.3.316
...
Rótulo
Remoto
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
Router1
Network
A
Router2
Network
B
LSR1
LSR5
LSR2 LSR3
LSR6
LSR4
MPLS Domain
Router1
Network
A
Router2
Network
B
LSR1
LSR5
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
Router1
Network
A
Router2
Network
B
LSR1
LSR5
LSR2 LSR3
LSR6
LSR4
MPLS Domain
Router1
Network
A
Router2
Network
B
LSR1
LSR5
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
hashing
5
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 nó
6
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 × 10
8
m ⁄ s
No cabo de cobre 2,3 × 10
8
m ⁄ s
Na fibra 2,0 × 10
8
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
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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
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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
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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 N
o
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 N
o
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 N
o
Local Aplicação Protocolo Tipo
Tráfeg
o
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 N
o
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 Intelligence
7
,
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
®
Turion
TM
64
, 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 Mart
8
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.
135
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.
136
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
delay
Max
delay
Linhares
ICMP 1657265 99.62% 0.38% 105:24:00 28634:39 414 21 0 4344
S.G.Palha
ICMP 1637320 99.49% 0.51% 140:07:00 28634:39 1144 34 15 5125
GEFAZ-M (V.Velha)
ICMP 348954 99.47% 0.53% 30:50:00 6414:32:00 136 16 8 744
Tribunal Justiça
ICMP 363444 99.44% 0.56% 34:01:00 6656:23:00 112 4 1 1960
Colatina
ICMP 1655927 99.39% 0.61% 168:28:00 28634:39 519 27 15 5234
D.Martins
ICMP 1657261 99.33% 0.67% 186:21:00 28634:39 709 22 15 1625
Cariacica
ICMP 1657266 99.30% 0.70% 192:02:00 28634:39 995 28 15 1875
Cachoeiro
ICMP 1656752 99.15% 0.85% 235:10:00 28634:39 414 32 0 5297
Banestes
ICMP 1652387 99.09% 0.91% 251:40:00 28634:39 5224 2 0 1504
Castelo
ICMP 1638171 99.02% 0.98% 267:01:00 28634:39 530 41 15 3421
Amarílio Lunz
ICMP 1656715 99.01% 0.99% 274:43:00 28634:39 2364 59 15 4953
Alegre
ICMP 1656778 98.92% 1.08% 298:11:00 28634:39 1504 37 15 3531
B.S.Franc.
ICMP 1656716 98.87% 1.13% 311:09:00 28634:39 1940 35 13 4469
SIARHES
ICMP 378735 98.68% 1.32% 83:33:00 6911:41:00 96 37 2 5127
Vitória
ICMP 1657272 98.50% 1.50% 415:38:00 28634:39 760 27 0 5188
Arquivo Geral
ICMP 1652362 98.26% 1.74% 479:57:00 28634:39 1801 22 0 3922
José do Carmo
ICMP 1593832 98.26% 1.74% 461:38:00 28634:39 2071 47 15 1813
H.CAPAAC
ICMP 860544 98.21% 1.79% 256:36:00 15121:04 1152 63 31 1563
Serra
ICMP 1657268 98.17% 1.83% 505:41:00 28634:39 1491 31 15 5312
V.Velha
ICMP 1657267 97.92% 2.08% 575:11:00 28634:39 2020 28 15 4187
RuralBank
ICMP 1594006 97.77% 2.23% 591:07:00 28634:39 1347 26 0 3131
Mimoso
ICMP 1656752 97.69% 2.31% 638:25:00 28634:39 1522 41 15 4031
ALES
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 0:13
Médio 50 188,16667 288000 1530,558016
25:30 0:25
Otimista 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 0:0
Médio 50 629,14000 288000 457,7677464
7:37 0:0
Otimista 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.
187
Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a
Requisitos de Qualidade de Serviço
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.
188
Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a
Requisitos de Qualidade de Serviço
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.
189
Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a
Requisitos de Qualidade de Serviço
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.
190
Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a
Requisitos de Qualidade de Serviço
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.
191
Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a
Requisitos de Qualidade de Serviço
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.
192
Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a
Requisitos de Qualidade de Serviço
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.
193
Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a
Requisitos de Qualidade de Serviço
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.
194
Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a
Requisitos de Qualidade de Serviço
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.
195
Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a
Requisitos de Qualidade de Serviço
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.
196
Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a
Requisitos de Qualidade de Serviço
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;
197
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.
198
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.
199
Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a
Requisitos de Qualidade de Serviço
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
200
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.
202
Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a
Requisitos de Qualidade de Serviço
8 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
[1] Birkner, Matthew H. “Cisco Internetwork Design” Cisco Press and Pearson
Education 2000
[2] Comer, Douglas E. “Internetworking with TCP/IP” Vol. 1 Prentice-Hall, Inc 1995.
[3] Comer, Douglas E. and Stevens David L. “Internetworking with TCP/IP” Vol. 2
McKinsey & Company, Inc 1997.
[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.
[7] Enne, Antonio Jose Figueiredo. “Frame Relay – Redes, Protocolos e Serviços”Axcel
Books do Brasil Editora Ltda 1998.
[8] Gallo, Michel A. e Hancock, William M. “Comunicação entre computadores e
tecnologias de rede” Editora Thomson Learning Ltda.
[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.
203
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.
204
Proposta de Metodologia para Projeto de Redes WAN Multimídia com Suporte a
Requisitos de Qualidade de Serviço
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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