1Abordagem de controle de banda com QoS na prefeitura de Ubatuba Marcelo Borges Fagundes1 Resumo Este trabalho está mostrando uma abordagem para aplicação da QoS com Controle de Banda na Prefeitura Municipal de Ubatuba podendo solucionar algumas necessidades nas redes de computadores, facilitando o seu desempenho. Neste artigo mostraremos algumas ferramentas para o controle de banda como, CBQ, HTB, Delay_Pool do SQUID. As informações contidas nestes tópicos são resumos de funcionalidades e adequações as melhores utilizações de cada ferramenta. Também iremos apresentar dois temas importantes para uma gerencia de rede de computadores. Abordaremos os principais tópicos sobre QoS e sua função dentro do tema Redes de Computadores, e resumiremos o que é controle de banda. Palavras – chave: QoS em redes, Controle de banda, Gerencia de redes, rede de computadores. Abstract This article is showing an approach for implementing of the QoS with bandwidth in City Town Hall of Ubatuba can solve some needs in computer networks, facilitating their performance. In this article we show some tools to control bandwidth as CBQ, HTB, Delay_Pool of SQUID. The information on these topics are summaries of adjustments and features the best uses of each tool. We will also present two important issues to manage a network of computers. Discuss the main topics on QoS and its role within the theme Computer Networks, and summarizes what is control of bandwidth. Key Word: QoS in networks, control bandwidth, Manages networks, computers networks. Marcelo Borges Fagundes, Bacharel em Sistemas de Informação e Tecnólogo em Produção e Multimídia pelo Centro Universitário MODULO de Caraguatatuba – SP em Dezembro de 2008. 1 2 1. Introdução Este projeto visa a apresentação de QoS (Qualidade sobre Serviço) em Redes, com uma abordagem de aplicação de controle de Banda na Prefeitura Municipal de Ubatuba, pois a mesma encontra -se utilizando uma única rede e os serviços estão centralizados em um único servidor e sem qualidade de serviço. A abordagem deste projeto é determinar a quantidade e qualidade de uso do serviço de rede, otimizando as qualidades dos serviços em uso, um melhor conhecimento sobre QoS,agilidade e melhoria do desempenho com a aplicação dos conjuntos de ferramentas utilizadas para incorporação de QoS com o Controle de Banda e solucionar e reestruturar toda rede sem QoS. A idéia deste projeto na Prefeitura Municipal de Ubatuba vem com a observação pela a falta de controle e a falta de qualidade em que há na rede. Observamos que há um trafego semi-liberado com poucas regras de controle de trafego, o funcionamento da rede em uma única classe de IP e servidores sobrecarregados na transmissão de dados. Este projeto será desenvolvido a partir em DE SOUSA, Nathan Franklin Saraiva, e será desenvolvido: Abordagem sobre a QoS e Controle de Banda,ferramentas para Controle de Banda, análise das configurações atuais na Prefeitura Municipal de Ubatuba, projeção de aplicação das ferramentas e apresentação dos resultados esperados a partir da abordagem conceitual de cada ferramenta mencionada. Iniciaremos apresentando um breve estudo sobre QoS e Controle de Banda, serão apresentadas algumas ferramentas e escolhida uma adequada para solucionar as necessidades da Prefeitura Municipal de Ubatuba e por fim uma apresentação dos motivos da escolha de certas ferramentas. Este projeto tem como objetivo proporcionar uma melhoria de controle de banda de uma rede de computadores e um aperfeiçoamento dos serviços encontrados. 2. Breve estudo sobre QoS Nos últimos anos observamos que a internet teve um grande crescimento, e tornando uma realidade e de fácil acesso para milhares de pessoas em todo mundo. E juntamente com 3 esse crescimento foram surgindo novas aplicações, em que começaram a exigir cada vez mais dos recursos da rede. Mas a internet em si não conseguiu obter uma evolução de qualidade diante desse crescimento e dessas novas aplicações, pois não oferecia uma estrutura adequada. Para se obter uma boa estrutura é necessário inserir serviços adicionais em que venha a proporcionar uma melhoria à qualidade do crescimento da internet. E com o surgimento dessa necessidade é que veio a surgir a idéia da aplicação de Qualidade de Serviço (QoS) e o Controle de banda para proporcionar uma otimização do uso de redes de computadores(não somente a internet). Podemos definir que a QoS possui dois modos que são, modo de qualidade e quantidades.E podemos encontrar estes dois modos como parâmetros de especificações da Qualidade do Serviço em IS01;Redes de Computadores e Sistemas Multimídias. De acordo com IS01 a Qos (Qualidade sobre serviço) em redes é o efeito coletivo do desempenho de um serviço, o qual determina o grau de satisfação de um usuário desse serviço[1]. E para Redes de Computadores a QoS é o desempenho de uma rede relativa às necessidades das aplicações, além de ser o conjunto de tecnologias que possibilita às redes oferecer garantias de desempenho [2]. E por fim os Sistemas Multimídias a QoS é nesse caso, qualidade de serviço é definida como representação do conjunto de características qualitativas e quantitativas de um sistema multimídia distribuído, necessário para alcançar a funcionalidade de uma aplicação[3]. Apresentaremos uma breve definição de acordo com novos pensamentos. Em que iremos mostrar alguns parâmetros da QoS qualidades dos serviços. que servirá de base para as aplicações das 2.1 - Parâmetros de QoS Segundo Quality of Service Technical White Paper - Microsoft Corporation 1999, citado por DE SOUSA, Nathan Franklin Saraiva: diferentes aplicações têm diferentes requerimentos. Aplicações geram tráfico em diferentes taxas e geralmente esperam que a rede seja capaz de transmitir o tráfego na taxa gerado por elas. Certas aplicações podem tolerar algum tipo de atraso na transmissão enquanto outras não, como é o caso das aplicações 4 multimídia. Estes requerimentos podem ser representados com esses seguintes parâmetros de QoS: Largura de banda - taxa de transmissão dos dados de uma aplicação; Atraso - tempo necessário para um pacote percorrer a rede, desde o emissor até o receptor; Jitter - variação do atraso entre pacotes consecutivos Perda(Loss) - porcentagem de perdas de pacotes. Todas esses parâmetros da QoS poderiam ser transmitidas com largura de banda requerida, com zero de atraso, zero de jitter e zero de perdas, se os recursos de rede não fossem limitadas, mas entretanto, os recursos de rede há limitações e em certas partes da rede poderemos encontrar algumas falhas para atender as requisições das aplicações pedidas pelo o seu usuário.Pois esses parâmetros da QoS são para controlar diretamente os recursos da rede para obterem uma boa qualidade do trafego das aplicações requisitada pelo o usuário. 2.2 - Aumento da Largura de Banda para Obtenção de QoS Existe um debate sobre a necessidade de QoS nas redes atuais, visto que a velocidade do meio físico, com o surgimento de novas tecnologias, está ficando geometricamente maior e atenderia todos usuários sem problemas[4]. É inegável que somente o aumento da banda não é suficiente para garantir a qualidade do serviço à aplicação, pois em se tratando de redes compartilhadas por múltiplos usuários e muitas vezes a longas distâncias, como é o caso da Internet, pode haver congestionamento, provocando atrasos inadmissíveis em certas aplicações sensíveis, como voz e videoconferência [4]. No entanto, isso só vem a ser uma solução momentânea pois não importa quanta largura de banda houver sempre surgirão novas aplicações que irão consumi-la. Um exemplo atual disso é o caso do FTP (File Transfer Protocol) que procura utilizar toda a banda disponível consumindo assim boa parte do link. Com base nisso, a Internet2 elegeu QoS com uma das suas principais prioridades, juntamente com a questão da segurança e do comércio eletrônico [5]. 5 2.3 - Falsas Idéias de QoS 1. QoS não compensa imperfeições na rede decorrentes de projetos mal feitos ou de situações extremas de congestionamento; 2. Não aumenta a largura de banda fazendo aparecer mais banda onde não existe; 3. QoS é injusta pois aumenta recursos para algumas classes de tráfego e diminui os recursos para outras; 4. Só funciona para determinados tipos de tráfego; 5. Além disso, QoS só é necessário em redes onde ocorrem congestionamento, caso contrário a sua utilização é irrelevante. 2.4 - Abordagem de aplicação de QoS Estaremos apresentando algumas abordagens para ser aplicado em um padrão de QoS mas é necessário conhecer primeiramente os Serviços Integrados (IntServ) e os Serviços diferenciados (DifServ),Pois eles são a base de uma implementação de QoS e de Controle de Banda. Serviços Integrados (IntServ) Serviço Garantido Serviço de Carga Controlada Protocolo RSVP (Protocolo de Reserva de Recursos) Problemas com IntServ Serviços Diferenciados (DiffServ) Arquitetura DiffServ Encaminhamento Expresso Encaminhamento Assegurado Analise Critica DiffServ 6 3. Controle de Banda Controle de Banda proporciona um controle gerencial sobre o trafego de rede para propiciar garantias em largura de banda para determinadas classes da rede. A partir do momento que é aplicado o controle de banda, estamos proporcionando níveis de qualidade de serviço, por isso quando falamos em controle de banda falamos de QoS. Além disso, largura de banda é um dos parâmetros de QoS. 4. Ferramentas para controle de banda 4.1 – Class Based Queueing “Classe Baseada Queueing (CBQ) é um modo de rotear a rede Queueing o método que permite o tráfego compartilhado de banda igual, após ser agrupados por turmas. As Classes podem ser baseadas em uma variedade de parâmetros, como por exemplo prioritaridade, interface,origens e destinos ou programas. CBQ - gestão de tráfego é um algoritmo desenvolvido pelo Grupo Rede de pesquisa em Lawrence Berkeley National Laboratory, como alternativa aos tradicionais roteadores baseados com esta tecnologia. Agora no domínio público como uma tecnologia aberta, CBQ é destacada pelas empresas, na fronteira das suas WANs. O usuário CBQ divide o tráfego em uma hierarquia de classes com base em qualquer combinação de endereços IP, protocolos e tipos de aplicação. Um departamento de contabilidade da empresa, por exemplo, pode não precisar do mesmo privilégios de acesso à Internet como o departamento de engenharia. Como cada sociedade está organizada de forma diferente e tem diferentes exigências políticas empresariais, é vital para a gestão do tráfego uma tecnologia que proporcione flexibilidade e granularidade em classificar os fluxos de tráfego. CBQ permite classificar o tráfego na rede de gestores de uma hierarquia multinível. Por exemplo, algumas empresas podem identificar as necessidades globais de cada departamento ou grupo empresarial, em seguida, definir as exigências de cada aplicação ou conjunto de aplicações dentro de cada departamento. Por razões arquitetônicas e de desempenho, o roteador tradicional à Base de Queueing estão limitadas a um pequeno número de turmas e permitem apenas uma classificação-dimensional. 7 CBQ opera na camada de rede IP, oferecendo as mesmas vantagens em toda e qualquer tecnologia de camada 2 é igualmente eficaz com qualquer protocolo IP como, por exemplo, Transmission Control Protocol (TCP) e User Datagram Protocol (UDP). Ele também funciona com qualquer cliente ou servidor pilha TCP/IP.”[6] 4.2 - Hierarchical Token Bucket Martin Devera o criador de HTB percebeu que o CBQ é complexo e não ajuda a otimizar em situações típicas. Com esta visão ele criou o Hiararchial Token Bucket que é uma forma mais simples de criar e aplicar as configurações de controle de banda. A HTB (Hierarchical Token Bucket - Balde de Toque Hierárquico) tem seu funcionamento com base o CBQ, mas não recorre a muitas instruções modelar. Ao invés disto, é um Token Bucket Filter com classe - daí o nome. Para conhecer um pouco mais do programa temos o site base “http://luxik.cdi.cz/~devik/qos/htb/”. 4.3 - Squid – DELAY POOLS Delay pools é uma função que existe no squid para fazer limite de banda. Uma das vantagens do Delay_Pool é sua interação no controle de banda junto aos clientes cadastrados dentro do SQUID. Onde poderíamos limitar a largura de banda por determinados grupos de acesso, e também por prioridade de grupo. O Delay_Pool funciona juntamente com as ACLs. Elas ajudam a separar e tratar determinadas configurações de acesso a web através do SQUID, no caso poderíamos criar algumas ACLs que limitasse a largura de banda através de alguns critérios. No ISP, delay_pool pode ser implementado em uma rede especial para melhorar a qualidade do serviço. Para possibilitar a configuração inicial do SQUID precisa ser configurado com a opção -- enable-delay-pools. Logo abaixo mostramos alguns comandos do delay_pool na figura 1- comandos: 8 Figura 1- comandos As informações citadas acima do comando delay_pool foram retiradas do manual do squid no site http://www.squid-cache.org acessado em 10 dez 2008. 5. Abordagem para aplicação Depois de conhecermos um pouco sobre as ferramentas citadas no capitulo quatro, podemos iniciar uma abordagem para aplicações em redes de pequeno, médio, grande porte e por fim na Prefeitura Municipal de Ubatuba. A primeira abordagem é para as redes de pequeno porte onde temos até 15 computadores, em redes pequenas não precisamos aplicar as ferramentas citadas acima, pois os roteadores já trabalham com um certo controle de CBQ, mas se nesta rede possuir algum tipo de servidor e ou algum aplicativo que consuma certa largura de banda, será necessário a aplicação de algum controlador. Então assim poderíamos aplicar o HTB em um servidor Linux junto com o IPTABLES para uma simples e fácil gerencia. Para uma abordagem em redes de media categoria onde temos de 15 a 50 computadores já há uma necessidade de controle sobre o uso da rede. Pois existirão vários serviços e aplicações transmitindo requisições de rede, fazendo que ocorra um grande fluxo de requisições nos servidores e na rede. Uma das opções é descentralizar alguns serviços, fazendo que os dados enviados a determinado computador chegue de maneira rápida e completa, isto a descentralização ajudará a processar mais rápido as informações em cada servidor dedicado. Mas para chegarmos neste nível de descentralização temos que também criar algumas configurações de controle de banda que irá nos proporcionar uma melhor gerencia sobre a rede e também irá promover uma QoS sobre redes de computadores. 9 Dentre as ferramentas citadas no capitulo quatro, podemos fazer aplicação de um conjunto de HTB, IPTABLES, SQUID sem autenticação. Este conjunto de ferramentas possui uma vantagem que é a instalação e configuração fácil e simples. Nele poderemos criar algumas QoS em determinados serviços, onde poderíamos priorizar alguns acesso de determinado serviço. Assim teríamos uma proporção de banda melhor para determinados serviços e grupos. Por fim temos a abordagem para grandes redes de computadores onde é composta por 50 ou mais computadores. Geralmente em redes de computadores grandes temos vários seguimentos, classes de IPs, serviços, entre outros fatores que influenciam em uma gerencia de banda. Para colocarmos uma melhor distribuição da banda no caso de uma grande rede, podemos utilizar um conjunto de ferramentas que ajudará bastante no controle de banda e no ganho de QoS, utilizamos então o SQUID com autenticação, IPTABLES em modo AVANÇADO, CBQ e por ultimo fator e de grande importância utilizamos a função do SQUID o Delay_Pools. Para começarmos a gerencia de controle de banda ha uma grande necessidade de trabalharmos as entradas e saídas dos dados, por isto utilizamos o IPTABLES em seu modo avançado, em que se utilizará praticamente todas as funções para gerencia dos pacotes e acessos. Depois aplicaremos junto a este serviço o CBQ que irá promover uma separação de classes e um melhor controle sobre conjunto de IPs. Outra ferramenta que será implantada é o SQUID em um servidor Dedicado, utilizaremos o Squid como modo de autenticação e controle de acesso, onde teremos varias ACLs que irão promover e ou bloquear o acesso dos usuários, ainda dentro das configurações do Squid utilizaremos a função do Delay_Pool, que é promover o controle de banda por determinado tipo de classe de grupo e também por “piscinas” de prioridade. Assim sendo podemos definir uma nova abordagem de redes para a Prefeitura Municipal de Ubatuba, pois sua rede é distribuída em uma única classe e temos vários setores onde cada setor poderia ser representado por uma classes de IPs, assim facilitaria a gerencia. Outro fator é o sobre carregamento de serviços em um único servidor, isto faz que ocorra uma grande carga de informações e estas informações leve algum tempo para ser processada e repassada (Jitter). Para solucionar a aglutinação de serviços e processos sendo executados em um único servidor, poderíamos aplicar a descentralização do serviço SQUID e IPTABLES, nisto já iríamos ganhar um bom rendimento, pois poderíamos colocar estes dois serviços mais próximos as conexões, fazendo que o atraso de resposta não ocorresse, e assim evitaríamos 10 também o Jitter que é a variação de atrasos nos pacotes. Outra configuração que se enquadraria muito bem neste caso é a aplicação do Delay_Pool mais o CBQ. Conforme mencionado em grande redes de computadores. Conclusão Como podemos observar no decorrer deste artigo que a QoS e o Controle de Banda são importantes em uma rede de computadores, pois possibilita um melhor trafego de rede e com qualidade. Em QoS podemos concluir que para termos serviços com qualidade e bom desempenho temos que fazer seleções sobre o uso e começarmos a praticar um controle com qualidade. Sobre controle de banda e suas ferramentas observamos que há uma grande necessidade deste tipo de gerencia. Uma boa ferramenta poderá ajudar a cada tipo de necessidade e ajudará no ganho de QoS em redes. Sobre o contexto de redes podemos dizer que sempre haverá a necessidade de controle e gerencia sobre redes de computadores, onde a cada dia aparece novas tecnologias e com certo peso de serviço. Assim firmamos que o uso de controladores de banda ajudará a solucionar muitos problemas de largura de banda encontrados em medias e grandes redes de computadores. Bibliografia [1] - SO/IEC DIS 13236,“Information Technology - Quality of Service – Framework”, ISO/OSI/ODP, Julho 1995. [2] - TEITELMAN, B., HANSS, T., “QoS Requirements for Internet2”, Internet2 QoS Work Group Draft, Abril 1998. [3] - VOGEL, L. A. et al., “Distributed Multimedia and QoS: A Survey”, IEEE Multimedia, Verão1995. [4] - ROESLER, Valter, QoS em Redes de Computadores, UNISINOS, UFRGS, 2001. 11 [5] – “Implantação de Controle de Banda para otimização do uso de rede de computadores através de QoS”/ Nathan Franklin Saraiva de Sousa:UFPI - FAPEPI , Ciência da Computação, 2005. [6]- Class_based_weighted_fair_queuing, Disponivel em : <http://www.cisco.com/en/US/docs/ios/12_0t/12_0t5/feature/guide/cbwfq.html > Acesso em: 19 nov. 2008. [7] - Squid 3.0 Configuration Manual, Diponivel em: <http://www.visolve.com/squid/squid30/delaypools.php> Acesso em: 09 nov. 2008.