Guia de experimento III

Introduo ao uso do OPNET Modeler

1 Objetivos

1.1 Objetivo Geral

Introduzir conceitos bsicos da ferramenta de simulao OPNET Modeler.

1.2 Objetivos Especficos

Aps este experimento, o aluno estar apto a:

Construir um cenrio de escritrio no OPNET Modeler; Realizar configuraes bsicas de dispositivos virtuais; Configurar um fluxo VoIP entre terminais; Configurar topologias; Adquirir dados atravs das ferramentas de coleo de estatsticas; Realizar simulaes e alterar suas configuraes; Configurar redes sem fio; Configurar trilhas de mobilidade.

2 Materiais Necessrios

Servidor do LTCON; e 01 Computador.

3 Programas Necessrios

Para o uso desse guia, so necessrios os seguintes programas:

OPNET Modeler um simulador de redes de computadores com ou sem fio, instalado no servidor do LTCON; SO Windows c/ Acesso Remoto sistema operacional com ferramenta de acesso remoto, que permite o usurio acessar o servidor do LTCON sem precisar se conectar diretamente; TeamViewer (opcional) software de acesso remoto, no caso da ferramenta padro do Windows no estiver funcionando; Bloco de Notas programa padro instalado no Windows, para acesso dos dados recuperados; MS Excel parte do pacote Office, usado para montar os grficos dos dados adquiridos.

4 Introduo Terica

4.1 OPNET Modeler

A OPNET foi uma empresa criada em 1986 por Marc e Alain Cohen na cidade de Bethesda, Maryland, nos Estados Unidos da Amrica. Uma companhia de software que prestava servios de administrao de desempenho para aplicaes de redes de computadores, ela se tornou pblica em 2000 e desde ento se expandiu para vrios estados do pas, com escritrios internacionais em outros cinco pases, alm de diversos consultores na sia e Amrica Latina, inclusive no Brasil. A empresa foi comprada pela Riverbed em 2012, que a adquiriu por aproximadamente 1 bilho de dlares.

O software OPNET Modeler constitui um conjunto de tecnologias e modelos virtuais para o desenvolvimento de simulaes de redes de computadores e comunicaes mveis. Ao modelar diversos tipos de tecnologia de redes (incluindo VoIP, TCP, OSPFv3, MPLS, IPv6, etc.), o Modeler coleta dados de uma rede e os disponibiliza ao usurio em tela, o que permite ao mesmo avaliar e comparar diversos tipos de redes de computadores diferentes, em mltiplos cenrios e ensaios.

H trs mdulos do programa, sendo que dois deles esto disponibilizados para os alunos no servidor do LTCON (o Modeler e o Wireless Suite):

4.1.1 Modeler

A base do programa OPNET, que permite ao usurio a anlise de redes de computadores, alm do projeto de cenrios reais em ambientes de escritrio, locais e at internacionais.

4.1.2 Wireless Suite

Uma expanso do Modeler, a Wireless Suite adiciona dispositivos mveis, obstculos e canais de desvanecimento, o que torna anlises mais complexas e com mais resultados.

4.1.3 Wireless Suite for Defense

Criada para necessidades de segurana em redes de computadores, especialmente para empresas de segurana, organizaes paramilitares e militares, o Wireless Suite for Defense inclui protocolos de segurana atuais para implementaes em arquiteturas que envolvem guerra ciberntica em redes de computadores (Network-Centric Warfare).

5 Passo a Passo

Neste experimento sero usados alguns conhecimentos sobre VoIP e redes de computadores que importante que os alunos estejam cientes: comunicaes VoIP, protocolos TCP, congestionamento, entre outros.

5.1 Acesso ao servidor

Para iniciar o OPNET Modeler, necessrio acessar o servidor do LTCON. Um monitor, mouse e teclado conectados diretamente no servidor podem ser usados. No caso de um computador distante, possvel usar o acesso remoto de rea de trabalho de duas maneiras: pelo Acesso Remoto do Windows ou pelo TeamViewer.

5.1.1 Acesso Remoto de rea de Trabalho do Windows

possvel acessar a Conexo de rea de Trabalho Remota, uma ferramenta do prprio sistema operacional Windows, atravs do Menu Iniciar Todos os Programas Acessrios, como ilustrado na Figura 1.

Figura 1 Caminho de acesso da rea de Trabalho Remoto.

Uma nova janela ser aberta, como ilustrado na Figura 2. Nesta janela ser pedido, a princpio, apenas o nome ou o endereo IP do computador que pretende acessar remotamente. J que o servidor do LTCON possui um IP fixo, basta inserir o seguinte endereo:

Computador: 10.0.55.35

Depois clique em conectar.

Figura 2 Janela de Conexo de rea de Trabalho Remota.

Aps alguns momentos (no mximo 10 segundos), o programa retornar um de dois resultados: A rea de trabalho remota no pode se conectar, o que indica que h algum tipo de problema (seja bloqueio do servidor ou a comunicao no est feita corretamente); ou o pedido de confirmao de Conta e Senha, que devem ser fornecidos pelo professor.

Se tudo ocorreu corretamente, pule para o passo 5.2. Caso contrrio, tente a alternativa do TeamViewer no passo 5.1.2.

5.1.2 TeamViewer

O TeamViewer um programa que realiza conexo remota e precisa estar instalado no computador. Sua tela inicial ilustrada na Figura 3.

Na janela inicial sero mostrados vrios dados, como descritos na Tabela 1.

Tabela 1 Dados da janela inicial do TeamViewerSua IDO nmero de identificao que o computador usa atravs do servidor do TeamViewer. Atravs dessa ID possvel acessar remotamente seu computador, caso tenha habilitado a opo.

SenhaA senha de sua ID para acesso remoto.

ID de parceiroA ID do computador que pretende acessar remotamente.

ModoH duas opes: Controle Remoto, que para ter acesso rea de trabalho do computador que quer acessar; e a Transferncia de Arquivo, caso queira apenas enviar dados a uma pasta pr-determinada daquele computador.

Figura 3 Janela inicial do TeamViewer.

Para acessar, preciso inserir a ID do servidor do LTCON, que pode ser conseguida com o professor. Ao clicar no boto Conexo ao parceiro, outra pequena janela surgir pedindo a senha do computador, tambm cedida pelo professor.

Diferente do acesso remoto do Windows, o TeamViewer possui uma janela e velocidade de conexo reduzidas. No entanto, ele ideal para quando acesso direto est indisponvel.

5.2 Comunicao VoIP

Antes de iniciar o cenrio de Comunicao VoIP, necessrio compreender o funcionamento inicial do Servidor do LTCON e do OPNET Modeler.

5.2.1 Acessando o servidor LTCON

Seja pela Conexo de Acesso Remoto do Windows (Item 5.2.1) ou pelo TeamViewer (Item 5.2.2), a tela inicial do servidor do LTCON ser como ilustrada na Figura 4. Aps alguns minutos sem ser usado, o LTCON trava a tela e exige que o usurio digite Ctrl+Alt+Delete para acessar os perfis.

Observao: Atravs do TeamViewer, a funo Ctrl+Alt+Delete no funcionar normalmente. No entanto, h uma opo no topo da tela (como mostrado na Figura 4) para usar essa funo.

Figura 4 Janela inicial do servidor LTCON.

Aps acessar a lista de perfis, selecione o que teve a senha cedida pelo professor. No se preocupe se o TeamViewer estiver lento, ele funciona dessa maneira.

5.2.2 Configurao inicial do Modeler

Aps a inicializao do perfil, voc precisa iniciar o OPNET Modeler. Para isso, v no menu Iniciar Todos os Programas OPNET Modeler 17.5 (ou alguma verso mais recente) OPNET Modeler 17.5 (64-bit). A janela inicial do OPNET Modeler ser aberta (Figura 5).

Para criar um novo projeto, v em File New. Ser aberta uma outra janela com uma lista de opes (a padro sendo Project). Selecione Project e clique em OK. Aps alguns segundos, uma nova janela ser aberta pedindo detalhes do novo projeto.

Para esses experimentos de ensino, o projeto (Project Name) ser chamado de Tutorial. Mantenha o Scenario Name idntico (no ser necessrio alter-lo agora) e mantenha a caixa Use Startup Wizard when creating new scenarios selecionada. Clique em OK.

Uma janela de topologia ser aberta. Para esse cenrio, no usaremos nenhum modelo, ento selecione Create empty scenario (o padro) e clique no boto Next.

Figura 5 Janela inicial do OPNET ModelerA prxima janela determinar a escala. possvel ter os seguintes nveis de escala num projeto de redes:

World: Indica que voc usar o planeta como base. Enterprise: Uma empresa, ou seja, vrios blocos como locais. Campus: Universidades e institutos educacionais. Office: Escritrios e outros ambientes de rede pequenos. Logical: Usar apenas um ambiente lgico para os recursos. Choose from maps: D a opo de selecionar alguns mapas pr-existentes.

Selecione Office e clique em Next. Mantenha a caixa Use metric units marcada, para o uso do sistema mtrico de unidades.

A prxima janela indicar os tamanhos e as unidades. Mantenha 100 e 100 em cada um (um ambiente de 100 metros quadrados) e clique em Next.

Essa janela indicar as tecnologias que pretende utilizar. Como no ser utilizado nenhum tipo de tecnologia em especial (como ZigBee, por exemplo), apenas clique em Next.

A ltima janela mostrar uma reviso de todos os dados selecionados at o momento (escala, tamanho, tecnologias e mapas). Se no houver nenhum problema, clique em Finish. Caso contrrio, repita os passos e pressione Back para retornar s janelas anteriores.

Uma nova janela (Figura 5) ser aberta. o ambiente de desenvolvimento do Modeler. A Object Palette Tree estar aberta tambm, e l ser de onde sero retirados os dispositivos utilizados no cenrio.

Figura 5 Janela de desenvolvimento do Modeler

5.2.3 Configurao de cenrio

Para o cenrio de Comunicao VoIP, sero utilizados os componentes da Tabela 2:

Tabela 2 Componentes virtuais do cenrio Comunicao VoIPethernet_wkstnUma estao de trabalho (terminal) que simular um telefone IP, encontrado pelo caminho Node Models\Fixed Node Models\By Name\Ethernet.

ethernet4_slip4_srp_routerUm roteador do fluxo VoIP, encontrado pelo caminho Node Models\Fixed Node Models\By Name\Ethernet.

1000BaseXEnlace duplex de 1 gigabit, encontrado pelo caminho Link Models\Duplex Link Models\By Name\1000BaseX

ip_voice_traffic_flowFluxo de dados IP que simular uma comunicao VoIP, encontrado pelo caminho Demand Models\By Name\IP.

Alm dos caminhos, possvel encontrar os dispositivos atravs da busca no Object Palette. A Figura 6 ilustra o cenrio da Comunicao VoIP. A linha pontilhada vermelha representa o fluxo de dados.

Figura 6 Cenrio Comunicao VoIP

O objetivo desse cenrio analisar os dados transferidos de um TIP a outro. Para construir o cenrio, necessrio colocar os dispositivos (arrastando-os ou com duplo clique no Object Palette) no ambiente de desenvolvimento.

Inclua o ip_voice_traffic_flow por ltimo. Aps colocar e conectar todos os dispositivos e enlaces, conecte o ip_voice_traffic_flow do TIP 1 diretamente ao TIP 2 (sem passar pelo roteador). Para encerrar o fluxo, clique com o boto direito e selecione Abort Demand Definition. Seu cenrio deve estar similar ao ilustrado na Figura 7.

Figura 7 Cenrio montado de Comunicao VoIP

Agora necessrio definir as opes de cada componente. Clique com o boto direito no fluxo VoIP e selecione Edit Attributes. Uma nova janela ser aberta, como ilustrado na Figura 8.

No valor de Traffic (bits/seconds) h NONE, o que indica que no h nenhum fluxo de dados passando. preciso alterar isso, clicando em NONE e depois em Select. Uma janela ser aberta, com uma lista de fluxos padronizados de voz. Selecione GSM_bps e depois clique em OK. Clique em OK mais uma vez para confirmar as alteraes do fluxo.

Figura 8 Definio de atributos do fluxo VoIP.

Clique com o boto direito no dispositivo node_2 e, em seguida, em Choose Individual DES Statistics. Uma nova janela ser aberta, que tem funo de selecionar as estatsticas transportadas do cenrio. Como foi criado um fluxo de dados VoIP baseado em GSM (24200 bits/segundo) at o final da simulao, necessrio criar uma estatstica para saber se a comunicao foi bem sucedida.

V em Node Statistics, depois em Ethernet e selecione Traffic Received (bits/second). Clique em OK para fechar a seleo de estatsticas. V no menu DES Configure/Run Discrete Event Simulation ou simplesmente digite Ctrl+R. A janela DES mostrar vrios dados, como ilustrado na Figura 9. A Tabela 3 descreve os dados dessa janela.

Mantenha essas caractersticas padronizadas e clique em Run. Alguns momentos depois, os resultados da simulao sero mostrados.

Clique em Results Browser e uma nova janela abrir, com trs sees. A superior indica os projetos simulados e seus respectivos cenrios. A inferior indica as estatsticas coletadas dos projetos/cenrios selecionados. A terceira mostra os resultados das estatsticas selecionadas.

Tabela 3 Dados da janela de simulao.DurationA durao total da simulao e sua escala (segundos, minutos, horas, dias...).

SeedO nmero de valores por ponto para gerao aleatria.

Values per statisticA quantidade de valores por ponto de estatstica.

Update intervalA quantidade de eventos necessria para atualizar o andamento da simulao.

Simulation KernelA dedicao de recursos para determinar a velocidade da simulao.

Figura 9 Janela de simulao.

Marque a caixa da estatstica Traffic Received (bits/sec) e o resultado ser mostrado (Figura 10). Observe que os primeiros segundos so nulos: isso uma medida de segurana do programa para a estabilizao dos protocolos, portanto os primeiros 96 segundos so desconsiderados.

Apesar de ter colocado um fluxo contnuo de dados GSM, o retorno foi uma curva aleatria. Isso pode significar vrias coisas, desde problemas de rede, simulao de dificuldades, aleatoriedade de dados e congestionamento.

Figura 10 Resultados da simulao de Comunicao VoIP.

5.2.4 Coleta de dados

Voc pode usar os dados indicados pela Figura 10 do jeito que esto. No entanto, possvel extrair os dados para um arquivo de texto. No canto inferior direito da tela de resultados, clique em Show. Na janela que aparecer, clique com o boto direito sobre o grfico e selecione Export Graph Data to Spreadsheet.

Os dados do arquivo foram extrados para um arquivo de texto na pasta op_admin\tmp em Meus Documentos. Selecione os ltimos arquivos modificados e abra o arquivo de texto. De l, voc pode pegar as estatsticas numricas e copiar para um arquivo Excel, criando um grfico estilizado ao seu gosto.

Observao: Lembre-se que o OPNET Modeler usa a notao cientfica da lngua inglesa, ou seja, usa pontos ao invs de vrgulas para determinar fraes. Uma dica utilizar o comando substituir do bloco de notas (Ctrl+H) e substituir todos pontos por vrgulas antes de passar o arquivo para o Excel.

5.3 Fluxos concorrentes

Compreendidos os conceitos bsicos da ferramenta OPNET Modeler, possvel implementar cenrios mais complexos com o uso de mais componentes e mais variveis para serem coletadas.Este experimento utiliza o cenrio ilustrado na Figura 11. Trs fluxos unidirecionais sero transmitidos de terminais distintos passando por um roteador, at chegar a um quarto terminal. Os fluxos so representados pela linha pontilhada vermelha.

Figura 11 Cenrio com fluxos concorrentes.

O objetivo desse cenrio analisar o comportamento do enlace de comunicao entre o roteador e o Terminal 4. Para isso, sero utilizadas mais estatsticas do que as realizadas no cenrio anterior.

5.3.1 Configurao de cenrio

Ao invs de criar um novo projeto, v no menu Scenarios New Scenario (ou pressione Ctrl+Shift+N). Esse cenrio ser chamado de congestionamento. Siga os mesmos passos do cenrio anterior em relao a escala e topologia, at chegar a rea de simulao novamente.

Para esse cenrio, vo ser usados os componentes na Tabela 4. A Figura 12 ilustra como o cenrio deve se parecer no Modeler.

Tabela 4 Componentes virtuais do cenrio de Congestionamento.ethernet_wkstnUma estao de trabalho (terminal) que simular um terminal, encontrado pelo caminho Node Models\Fixed Node Models\By Name\Ethernet.

ethernet4_slip4_srp_routerUm roteador do fluxo de dados, encontrado pelo caminho Node Models\Fixed Node Models\By Name\Ethernet.

1000BaseXEnlace duplex de 1 gigabit, encontrado pelo caminho Link Models\Duplex Link Models\By Name\1000BaseX

application_demandFluxo de dados que simular uma transmisso de dados, encontrado pelo caminho Demand Models\By Name\Application.

Figura 12 Cenrio de congestionamento no Modeler.

Observao: Voc pode alterar os nomes para ficar mais legvel. Basta clicar com o boto direito sobre o dispositivo e selecionar Set Name.

Agora necessrio determinar um trfego para que congestione um enlace de 1 gigabit. Trs fluxos constantes de 400 megabit por segundo em cada uma das application_demand supera o limite do enlace. Voc pode evitar alterar os fluxos um a um ao selecionar todos eles e alter-los ao mesmo tempo, lembrando de marcar a opo Apply to selected objects prximo ao boto OK. Cuidado para no selecionar acidentalmente os enlaces.

Nos atributos do application_demand (Figura 13), preciso alterar as caractersticas Duration, Request Parameters e Response Parameters.

Em Duration, altere o parmetro Start Time (seconds) para constant e 100, e o End Time (seconds) para constant e 3600.

Em Request Parameters, altere Size (in bytes) para constant e 1000; Rate (requests per hour) para constant e 188743680. Este nmero representa o nmero de requisies por hora que, quando multiplicado pelo tamanho do pacote (1000 bytes) e dividido por 3600 segundos d uma taxa de 400 megabit por segundo.

Em Response Parameters altere Size (bytes) para constant e 0. O fluxo agora unidirecional, ou seja, apenas transmite dados. Clique em OK e verifique se todos os application_demand esto configurados.

5.3.2 Coleta de resultados

Clique com o boto direito no node_4 (que representa o Terminal 4) e selecione Choose Individual DES Statistics. Selecione as estatsticas Traffic Received (bits/second).

Realize os mesmos passos para cada um dos outros dispositivo (node_1, node_2 e node_3). Para esses, selecione Load (bits/second), congestion window size e Bit Error Rate.

Realize a simulao (Ctrl+R) e colete os dados como vistos no item 5.2.4.

5.4 Anlise de rede sem fio com mltiplas desconexes

Neste cenrio, foi analisado o desempenho de uma rede sem fio com mobilidade, ao causar mltiplas desconexes em receptores mveis que entram e saem da rea de cobertura. A Figura 13 apresenta esse cenrio.

Figura 13 Cenrio de mltiplas desconexes.

Ao sair da rea de cobertura (hexgono vermelho) a cada segundo, o receptor causa uma queda de conexo. O transmissor 1 e 2 enviam pacotes atravs de dois roteadores, e o enlace entre eles congestionado. O ponto de acesso opera no limite de sua vazo, o que dificulta a transmisso de dados.

O objetivo desse cenrio determinar os efeitos que as mltiplas desconexes causam sobre a janela de congestionamento e a vazo de dados.

5.4.1 Configurao de cenrio

Crie um novo projeto, chamado mobilidade. Nesse projeto, adicione os itens descritos na Tabela 5.

Tabela 5 Componentes virtuais do cenrio Mobilidade.ethernet_wkstnUma estao de trabalho (terminal) que simular um terminal, encontrado pelo caminho Node Models\Fixed Node Models\By Name\Ethernet.

ethernet4_slip4_srp_routerDois roteadores do fluxo de dados, encontrado pelo caminho Node Models\Fixed Node Models\By Name\Ethernet.

1000BaseXEnlace duplex de 1 gigabit, encontrado pelo caminho Link Models\Duplex Link Models\By Name\1000BaseX

Ponto de AcessoPonto de acesso para transmisso sem fio Link Models\Duplex Link Models\By Name\1000BaseX

application_demandFluxo de dados que simular uma transmisso de dados, encontrado pelo caminho Demand Models\By Name\Application.

Agora necessrio determinar um trfego para que congestione o limite de transmisso do ponto de acesso. A Figura 14 apresenta o cenrio construdo.

Altere as caractersticas do ponto de acesso (na lista Wlan) para transmitir 20 megabits por segundo. No esquea de tornar todos os aparelhos sem fio na mesma BSS (em geral, 0).

Transmita 10 megabits por segundo em cada transmissor, como demonstrado no item 5.3.1. A taxa de transmisso deve ser suficiente para congestionar o enlace sem fio.

5.4.2 Parmetros de mobilidade

Clique com o boto direito sobre os receptores e selecione Define Path. Aparecer uma nova janela para determinar a trajetria do objeto. Como esse cenrio simula uma pessoa entrando e saindo da zona de cobertura do ponto de acesso, ponha a velocidade de 5 km/h e um caminho de ida e volta se repetindo at o final da simulao.

Para determinar limite do alcance da transmisso do ponto de acesso, necessrio medir a potncia transmitida. Selecione a estatstica Received Power (W) e simule. Converta o resultado obtido na estatstica para dB e altere a caracterstica Power Threshold dos receptores para esse valor. Agora, todas as vezes que o dispositivo se afastar desse ponto ele desconectar.

Figura 14 Cenrio de mltiplas desconexes.

5.4.3 Coleta de resultados

Selecione os dispositivos receptores e colete as estatsticas: Traffic Received (bits/second)

Para os transmissores, selecione Load, Congestion Window Size, Round Trip delay Time, Bit Error Rate e Signal/Noise Ratio.

Realize a simulao (Ctrl+R) e colete os dados como vistos no item 5.2.4.