relatorio de estagio 2013.1

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Relatório de Estágio Supervisionado Implantação de uma rede Wi-Fi Piloto com topologia Mesh no Campus Central da UFRN Testes de desempenho Orientador: Prof. D.Sc. Edson Moreira Silva Neto Supervisor: Prof. D.Sc. Sérgio Vianna Fialho Orientando: Rhaclley Franklein Ferreira de Araújo Matrícula: 2008020592 Curso: Engenharia de Computação Natal/RN, em 19/06/2013

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Page 1: Relatorio de Estagio 2013.1

Relatório de Estágio Supervisionado –

Implantação de uma rede Wi-Fi Piloto

com topologia Mesh no Campus Central

da UFRN –Testes de desempenho

Orientador: Prof. D.Sc. Edson Moreira Silva Neto

Supervisor: Prof. D.Sc. Sérgio Vianna Fialho

Orientando: Rhaclley Franklein Ferreira de Araújo

Matrícula: 2008020592

Curso: Engenharia de Computação

Natal/RN, em 19/06/2013

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A Relatório Técnico

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Índice

1. Introdução .................................................................................................................................................. 3

2. Atividades Desenvolvidas ............................................................................................................................ 4

2.1 Configurações das RouterBoards via Winbox .......................................................................................... 4

2.2 RouterOS ................................................................................................................................................ 6

2.2.1 Diferença entre RouterBoard e Roteadores comuns ............................................................................... 6

2.3 Ferramentas de testes de desempenho .................................................................................................. 7

2.3.1 The Dude ................................................................................................................................................. 7

2.3.2 Iperf ........................................................................................................................................................ 8

2.4 Realização dos testes .............................................................................................................................. 8

3. Problemas Encontrados. ............................................................................................................................. 12

4. Soluções ...................................................................................................................................................... 13

5. Conclusão ................................................................................................................................................... 14

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1. Introdução

Mesh 802.11s é uma topologia de rede em processo de padronização, que tem como

objetivo aumentar a capacidade e o alcance geográfico das redes sem fio. Já temos projetos de

criação de cidades digitais, conectando cidadãos e serviços públicos através de uma ampla

conexão sem fio de alta velocidade. As redes Mesh vêm sendo umas das principais soluções

adotadas, pois possuem a vantagem de serem redes de baixo custo, fácil implantação e

tolerância a falhas, além de serem autoconfiguráveis e terem uma grande capacidade de

extensão e inclusão digital.

No primeiro ano do projeto Wi-Fi Mesh 802.11s foi feito um estudo aprofundado da

especificação e de sua configuração. Criou-se um ambiente de testes tanto em configuração

real quanto simulada. Foram definidos diversos cenários de testes, com uma análise de

desempenho da rede em parâmetros diferentes.

A segunda etapa do projeto consistiu em utilizar o conhecimento adquirido em

ambiente de laboratório para implantar uma Rede Mesh Outdoor no Campus Central da

UFRN, com a topologia mostrada na Figura 1, sendo realizados então o estudo, escolha e

posterior aquisição dos equipamentos necessários para implantação da rede.

A terceira etapa consistiu em acompanhar a instalação dos pontos da rede Mesh e

verificar, posteriormente, a qualidade de serviço da rede. Para isto utilizamos o The Dude, um

software de gerenciamento de redes da própria Mikrotik, fácil de usar e que, inicialmente,

atendia nossas necessidades. Uma analise tardia do The Dude nos fez utilizar outra ferramenta

para ajudar nos testes de desempenho. O Software escolhido foi o Iperf, um software do tipo

cliente/servidor que pode medir o Throughput da rede, bem como a perda de pacote e o jitter.

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2. Atividades Desenvolvidas

Como será explicado mais adiante, uma routerboard não possui nenhuma pré-

configuração, sendo necessário configurá-la para que se possa fazer o roteamento na rede,

entre as diversas interfaces existentes.

Dada essa circunstancia, foi necessário criar uma nova interface, em um faixa de IP a

nossa escolha, para que pudéssemos nos conectar as RouterBoards via ethernet. Para isto,

utilizamos o Winbox.

2.1 Configurações das RouterBoards via Winbox

O Winbox é o utilitário para administração do Mikrotik em modo gráfico. Funciona

em Windows e no Linux (Wine).

É possível acessar o MikroTik inicialmente sem endereço IP, através do MAC da

interface do dispositivo que está no mesmo barramento físico que o usuário.

A faixa de IP escolhida para a nova interface criada foi <192.168.x.1> onde o x foi

escolhido de acordo com ponto da rede que ele estaria. Exemplo: # POP-RN :

Mesh – 172.16.10.1

Ether1 – 192.168.1.1 # DEART

Mesh – 172.16.10.12

Ether1 – 192.168.12.1

Para acessar o Winbox, basta então conectar o cabo de rede no PC e clicar nos três

pontinhos do lado direito, clicar no endereço MAC e depois conectar. Na interface do

Winbox, clique em New Terminal, uma janela como essa aparecerá:

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A seguir, vá até o diretório <ip address> e dê o comando a seguir para adicionar a

nova interface:

Ao clicar TAB, o terminal mostra todas as opções de interface possíveis.

A seguir, repetimos este procedimento para os pontos restantes da rede. Com todos os

pontos com a nova faixa de IP, foi necessário então configurar uma rota para esta nova

interface para que pudéssemos ver um dispositivo em outra rede que não fosse a sua. Por

exemplo, um dispositivo com IP <192.168.1.20> dá um ping em um dispositivo com IP

<192.168.7.10>.

Para tanto, utilizamos o protocolo OSPF (Open Shortest Path First), que é um

protocolo de roteamento para redes que opera com protocolo IP. Nesse protocolo, ao invés de

manter uma tabela com todas as rotas possíveis, cada nó possui dados sobre todos os links

rede. Cada entrada da tabela de roteamento OSPF contem um identificador de interface, um

numero do link, e uma distancia ou custo. Com todas essas informações, cada nó possui uma

visão da topologia da rede e pode, dessa forma, descobrir sozinho qual é a melhor rota para

um dado destino.

Com o protocolo escolhido, bastava então configurar as rotas via terminal no Winbox,

seguindo os passos a seguir:

Com o terminal aberto, vá até o diretório <routing ospf instance> e configure

os parâmetros router_id e redistribute-connected que por padrão vem com

valores router_id=0.0.0.0 e redistribute-connected=no para router_id=

<0.0.0.x> e redistribute-connected=as-type-1.

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As-type-1 – decisão de roteamento remoto para esta rede será feito baseado na

soma das métricas internas e externas.

As-type-2 – decisão de roteamento remoto para esta rede será feito baseado

apenas na métrica externa (métricas internas tornam-se triviais)

Após concluir o passo anterior, vá em <routing ospf network> e adicione a

rede que será utilizada como backbone da rede, que no nosso caso será a rede

Mesh.

Com esses simples comandos, configuramos as rotas dinâmicas para essa nova

interface. Com a nova faixa de IP na interface ether1 e a tabela de roteamento pronta, demos

prosseguimento as atividades programadas de acordo com o planejamento inicial.

2.2 RouterOS

RouterOS é o sistema operacional da RouterBoard MikroTik. Ele pode ser instalado

no PC e ser transformado em um roteador com todos os recursos necessários de roteamento,

firewall, largura de banda, gateway, hotspot e muito mais.

Uma RouterBoard é uma placa controladora voltada para o uso de redes, mais

precisamente como roteador. Seu formato e padrão fazem do seu uso mais adequado a

aplicações outdoor, montado em caixas herméticas e instalado em torres ou quadros de

função.

Mikrotik é o sistema base usado nas RouterBoards, utiliza o kernel customizado na

versão 2.6, o mesmo usado no Linux. É como um firmware para o hardware da RB. Porém, a

grande diferença é que esse sistema também pode ser instalado em um computador como um

Sistema Operacional comum.

2.2.1 Diferença entre RouterBoard e Roteadores comuns

A grande diferença entre a RouterBoard e os roteadores comuns, como D-link,

Linksys, TP-Link entre outros, é o fato de que a RB tem um uso mais amplo e por isso acaba

sendo mais trabalhoso para tarefas básicas, como função de roteador Wireless.

As características do roteador comum são: porta WAN definida, porta Wlan definida e

Portas LAN definidas, nada disso pode mudar, desta forma temos também uma configuração

básica que é pré-configurada e não fica disponível para o usuário, que é o NAT. Assim que o

usuário definir qual será a faixa de IPs da rede interna o sistema já direciona o range de IP

para sair pela porta WAN do roteador.

A RouterBoard, por ser mais completa como ferramenta de roteamento, não possui

nenhuma pré-configuração. Suas características são: as portas RJ45 não têm tarefa definida,

ela pode servir como acesso à rede LAN como WAN. Outra característica das RBs é o fato de

poder escolher o tipo de hardware que vai controlar o wireless, pois são utilizados cartões

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MiniPCI, cada RB tem sua característica e quantidade de Slots MiniPCI e quantidade de

portas RJ45.

2.3 Ferramentas de testes de desempenho

Com a infraestrutura da rede pronta e os enlaces estabelecidos, se fez necessário

mensurar a capacidade de atendimento da rede e realizar os testes de desempenho pertinentes

a esta tecnologia. Para tal, foram realizadas buscas de ferramentas de software disponíveis

para a realização destes testes, as quais deveriam possibilitar a analise dos seguintes aspectos

de desempenho:

Tempo de atraso (tempo de resposta ou RTT)

Variação de atraso (Jitter)

Perda de pacotes

Largura de banda

Throughput (vazão)

As ferramentas selecionadas para fazer esses testes foram o The Dude e o Iperf.

2.3.1 The Dude

The Dude é um software desenvolvido pela MikroTik™ que pode melhorar a forma como um

administrador gerencia seu ambiente de rede. Ele irá verificar automaticamente todos os dispositivos

da sub-rede em que o servidor está instalado e desenhar um mapa com o layout da sua rede. O The

Dude tem um visual fácil e bastante intuitivo, excelente para ser usado em sistemas de vigilância

(controle de falhas).

O monitoramento com o The Dude pode ser feito através do protocolo SNMP ou de agentes

instalados diretamente nos computadores. Além de rodar em Windows, o The Dude pode ser instalado

em Linux (através do Wine) e no Mac OS (através do DarvWine). Já no sistema Mikrotik RouterOS,

por questões obvias, a integração é nativa (através do Winbox). Dentre as principais características

dessa ferramenta podemos citar:

Fornece informações acerca de quedas e reestabelecimento de redes, serviços,

assim como uso dos recursos de equipamentos.

Permite o mapeamento da rede com gráficos da topologia da rede e

relacionamentos lógicos entre os dispositivos.

Notificação via e-mail acerca de eventos na rede.

Monitoramento de dispositivos não RouterOS com SNMP.

Armazenamento de históricos de eventos (logs) de toda a rede, com momentos

de queda reestabelecimento, etc.

Possibilidade de utilizar SNMP também para a tomada de decisões (SNMP

set).

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2.3.2 Iperf

O Iperf é um software livre, do tipo cliente/servidor desenvolvido pelo National

Laboratory for Applied Network Research (NLANR). Ele é um software de analise de

desempenho de banda e calculo de perda de datagramas na rede que é mantido pela

Universidade de Illinois sob licença GLP.

Para usar o Iperf, basta inicia-lo com servidor em um PC e como cliente em outro. O

cliente passará a enviar tráfego TCP para o servidor por 10 segundos, e em seguida mostrará a

quantidade de dados transferida (Mbytes) e a velocidade atingida (Mbits).

Os testes podem ser feitos com o protocolo TCP ou com o UDP. A diferença é que o

TCP usa processos para verificar se os pacotes são enviados corretamente para o receptor,

enquanto que os pacotes UDP são enviados sem nenhuma garantia de controle, mas com a

vantagem de ser mais rápido que o TCP.

No modo TCP, é medida a largura de banda enquanto que no modo UDP podemos

medir o Jitter, o numero total de pacotes transmitidos e a quantidade de pacotes perdidos.

Para executar o servidor, é preciso digitar o comando: # iperf –s

Para executar o cliente, utilizando os comandos mais simples, digita-se o seguinte: # iperf –c <endereço_servidor>

Por padrão, o cliente Iperf se conecta com o servidor Iperf através da porta 5001. O

cliente continuará monitorando e aceitando conexões com o servidor até que o usuário

pressione as teclas Ctrl + C.

2.4 Realização dos testes

A partir da topologia de rede mostrado na figura a seguir, foram criados os cenários de

testes considerando os fatores que mais poderiam vir a influenciar no desempenho da rede,

como distancia e números de saltos. Como não há uma grande diferença entre as distancias

entres os MPs(Mesh Points), e dado que as antenas tem capacidade de transmissão para

dezenas de Km, desconsideraremos este como fator influenciável da rede.

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Figura 1 – Topologia Mesh no Campus Central da UFRN. Cada ponto em vermelho trata-se de um

MP(Mesh Point) e as linhas verdes representam os enlaces entre esses MPs.

Os pontos da rede são descritos a seguir:

Ponto 1 – POP

Ponto 2 – Reitoria

Ponto 3 – NUP-ER

Ponto 4 – Caixa CT (Setor II)

Ponto 5 – Caixa CB

Ponto 6 – TVU

Ponto 7 – DMP

Ponto 8 – Escola de Música

Ponto 9 – Caixa Circular

Ponto 10 – Residência

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Ponto 11 – Anfiteatro

Ponto 12 – Deart

Cenário 2.4.1.

A ideia do primeiro teste é verificar o comportamento da rede Mesh em relação a

quantidade de saltos da rede.

Para estes testes, utilizamos o Iperf, com um notebook no pop funcionando como

servidor, e um notebook indo para os outros pontos da rede sendo usado como cliente.

Primeiramente é necessário executar o servidor, que ficará esperando pelo estabelecimento da

conexão com o cliente.

Com os comandos básicos mostrados anteriormente, o Iperf envie trafego TCP do

cliente para o servidor durante 10 segundos.

Para enviar trafego UDP, é necessário acrescentar o comando <-u> no cliente e no

servidor. Para enviar trafego por mais de 10 segundos, tanto UDP quando TCP, acrescenta-se

o comando <-t #> no cliente, onde # é dado em segundos.

Com o servidor pronto no POP, fomos ao DMP, onde tínhamos acabado de perder a

conexão, e reiniciamos este ponto. Com o ponto funcionando, começamos os testes de

desempenho da rede, com o primeiro teste utilizando o protocolo TCP, o resultado pode ser

visto a seguir:

Figura 1 – Teste TCP com duração de 300 segundos.

No teste acima, foi transferido 591Mbytes em 300 segundos, o que gerou uma banda

de 16.5Mbits/s na rede.

Fazendo o teste com o protocolo UDP, aparecem mais três itens: Jitter, número total

de pacotes transmitidos e perda de pacote.

Figura 2 – Teste UDP com duração de 300 segundos.

No protocolo UDP, não há garantia de controle, isso acarreta uma largura de banda

bem maior quando comparado ao protocolo TCP. Com o teste, podemos ver um jitter de

2.339ms na rede, com 1770087 pacotes perdidos de 2137987 pacotes enviados, gerando uma

perda de pacote de 73%.

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Cenário 2.4.2

Neste cenário, utilizamos o The Dude para mostrar a capacidade de organização da

rede frente a uma adversidade natural, como a queda de uma rota na qual está havendo

transmissão de pacotes.

O teste foi feito com a transmissão sendo feita do ponto 9(Caixa Circular) para o ponto

7(DMP) da rede. Com a queda do ponto 8(Escola de Musica), espera-se que a rede encontre

outro caminho e continue enviado os pacotes normalmente, mostrando assim, sua tolerância a

falhas.

[Devido as frequentes quedas de energia e desligamento de vários pontos da rede,

não foi possível realizar esse teste]

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3. Problemas Encontrados.

Foram vários problemas encontrados na rede, dentre eles podemos destacar:

Disponibilidade da rede – Os multipontos da rede fornecem um sinal fraco, que cai com

frequência .

Frequentes quedas de energia – Este foi um grande problema enfrentado. Geralmente, a

routerboard travava e era necessária a ida de uma pessoa ao ponto para ligar a chave

manualmente. Geralmente, os pontos precisavam de autorização para ter acesso a essa chave,

o que demandava tempo e a boa vontade dos funcionários que iriam proporcionar esse acesso.

Corte de energia – No ponto 6(TVU) da rede, foi cortado o fio que alimentava a RouterBoard,

deixando-a desligada desde março até o presente momento.

Reitoria - Talvez por ter sido instalado em um ponto diferente do previsto no projeto original,

esse ponto cai com uma frequência muito maior que qualquer outro ponto da rede, sendo

preciso ir 2 a 3 vezes no mês para resetar este ponto para que a RouterBoard destrave e volte a

funcionar normalmente.

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4. Soluções

Para o caso de disponibilidade da rede, vimos que aumentando a capacidade de

recepção de sinal, ele não caia com tanta frequência e, assim, tínhamos um sinal com uma

qualidade maior. Indo de encontro com esse resultado, pode-se propor então aumentar a

capacidade de transmissão de sinal, elevando a potencia da routerboard para atingir uma área

maior.

Com as frequentes quedas de energia na UFRN, devido a vários fatores, foi exposto

um problema gravíssimo na rede que é a confiabilidade. Uma queda geral de energia na

UFRN seria suficiente para que toda a rede caísse, interrompendo qualquer transmissão que

estivesse ocorrendo ali. Foram buscadas soluções para este problema, como um Nobreak, mas

não atendia todos os casos, já que a maioria das RouterBoards estão instaladas em antenas e

postes.

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5. Conclusão

Com os resultados obtidos a partir dos testes realizados com as ferramentas expostas

neste relatório, verificamos o funcionamento da rede Mesh de modo a confirmar suas

características de ser auto-organizavel, tolerante a falhas e a comunicação sem fio entre nós

através de um ou mais saltos, idêntico a uma Ad-Hoc.

A tarefa de gerenciar uma rede de acesso, de modo a torna-la menos trabalhosa aos

operadores humanos requer o uso de um conjunto de ferramentas. O gerenciamento desejável

usualmente consiste na possibilidade de se dispender a menor quantidade de esforço para

acompanhar o funcionamento da rede, detectar falhas e suas origens bem como efetuar as

correções necessárias. As ferramentas adotadas no gerenciamento de redes Mesh devem

atender alguns critérios, como a dependência mínima de interação com seres humanos.