NewsGeneration: um serviço oferecido pela RNP desde 1997


ISSN 1518-5974
Boletim bimestral sobre tecnologia de redes
produzido e publicado pela  RNP – Rede Nacional de Ensino e Pesquisa
28 de julho de 2000 | volume 4, número 4

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Nesta edição:

NewsGeneration:



Avaliação de Desempenho do Serviço LANE sobre ATM

Edison Melo <>
Solange T. Sari <>
Walter Siquiera <>

Rede Metropolitana de Alta Velocidade de Florianópolis - RMAV-FLN

Resumo
Abstract
1. Introdução
2. LAN Emulation - LANE
2.1. Componentes e Tipos de Conexões
2.2. Operações LANE
3. Bases de Informações de Gerência para LANE
4. Método de Avaliação
4.1. Seleção e Classificação Elementos Gerenciáveis
4.2. Monitoração e Avaliação dos Recursos
4.2.1. Monitoração do tráfego nos comutadores ATM
4.2.2. Monitoração do tráfego nos sistemas finais
4.2.3. Monitoração dos Servidores LANE
5. Avaliação da RMAV-FLN
5.1. Elementos Gerenciáveis
5.2. Monitoração e Avaliação
5.2.1. Comutadores ATM
5.2.2. Sistemas Finais
5.2.3. Servidores LANE
6. Conclusões
7. Bibliografia

Resumo

Este artigo apresenta uma avaliação de desempenho das redes locais virtuais definidas na Rede Metropolitana de Alta Velocidade de Florianópolis - RMAV-FLN. Esta rede interliga quatros instituições conveniadas através de comutadores ATM. As subredes Ethernet são conectadas ao backbone através de comutadores com uplink ATM. O roteamento IP (Intenet Protocol) e os servidores LANE ( Local Area Network Emulation) são implementados em um roteador multi-protocolo. Inicialmente é avaliado o tráfego nos comutadores ATM identificando os sistemas finais com maior utilização. Nestes sistemas finais é avaliado os clientes das redes virtuais com maior utilização. Depois uma avaliação dos servidores LANE identificando os níveis de utilização das instâncias. O método aplicado permite visualizar a utilização dos recursos de rede indicando ajustes quando necessário. Os resultados mostram que desempenho do serviço LANE é normal para as condições de utilização da rede, sem necessidade de reconfiguração.

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Abstract

This paper presents an evaluation of performance of the virtual local networks defined in the Metropolitan Network of High-Speed of Florianópolis - RMAV-FLN. This network connects four institutions through switches ATM. The subnetwork Ethernet is connected to the backbone through switches with uplink ATM. The routing IP (Internet Protocol) and servers LANE (Local Area Network Emulation) they are implemented in a router multi- protocol. Initially the traffic is evaluated in the switches ATM identifying the end systems with larger use. In these end systems it is evaluated the clients of the virtual network with larger use. After an evaluation of LANE servers, it identifies the levels of use of the instances. The applied method allows visualizing the use of the network resources indicating fittings when necessary. The result shows that carry out of the service LANE it is normal for the conditions of use of the network, without reconfiguration need.

Palavras Chaves

Redes de Computadores, ATM, LAN Emulation, Gerência de Redes, Avaliação de Desempenho.

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1. Introdução

Em termos de gerenciamento, o que se tem até o momento, é a preocupação com as entidades físicas e/ou estáticas da rede tais como roteadores, repetidores, comutadores e sistemas operacionais. Com o surgimento das redes virtuais, novos requisitos de gerência são impostos, tanto pela ausência de um meio compartilhado quanto pela existência de conexões prévias através dos canais e rotas virtuais. A implantação da gerência de desempenho nesta nova arquitetura defronta-se com a falta de ferramentas e métodos específicos para concretizar esta atividade através de todas as suas etapas.

O ATM Forum padronizou os serviço LANE (Lan Emulation) e seus componentes LEC, LECS, LES e BUS, como forma de implementar o conceito de redes virtuais sobre ATM (Asynchronous Transfer Mode), permitindo a emulação de redes Ethernet ou Token Ring na infra-estrutura ATM.

Este trabalho tem como objetivos geral propor um método de avaliação de desempenho do serviço LAN Emulation sobre ATM. O método proposto tem como metas: a) selecionar um conjunto de objetos gerenciados a partir das MIBs padrões Internet e ATM Forum; b) relacionar equipamentos e componentes com as bases de informações de gerência SNMP; c) monitorar as variáveis selecionadas e avaliar o desempenho dos Comutadores ATM, Sistemas finais (hosts, roteadores, e comutadores de borda) e Servidores de LANE.

Embora existam MIBs proprietárias para dar suporte ao gerenciamento deste ambiente, o que se propõe é a utilização das MIBs padrões, ou seja, AToMIB (RFC 2515), MIB-II, elan MIB, les MIB, bus MIB e lec MIB pelo motivo de conseguir-se independência da implementação.

O ambiente de estudos é a RMAV-FLN (Rede Metropolitana de Alta Velocidade de Florianópolis) um backbone ATM que interliga várias subredes Ethernet além de sistemas finais hosts conectados diretamente ao backbone ATM e utilizando o serviço LANE.

Nesta seção foram especificados o domínio de pesquisa bem como os objetivos a serem alcançados. Na seção 2 é descrita a arquitetura de gerência dos componentes da especificação LANE, de modo a conduzir o leitor a entender este ambiente e a inter-relação entre os dispositivos físicos que compõem a rede e os elemento da LANE, de acordo com [Alles-95], [Schimidt/98], [Stallings-98], [mss-97] e [nways-99]. A descrição das variáveis utilizadas para avaliação de desempenho são mostrados na seção 3. A definição dos objetivos dos procedimentos que compõe o método estão descritas na seção 4. Na seção 5 o método proposto é aplicado com a especificação dos equipamentos que compõe alguns segmentos da RMAV-FLN. As conclusões do trabalho e recomendações para trabalhos futuros estão apresentadas na seção 6 e finalmente a seção 7 apresenta a lista de bibliografias utilizadas no estudo.

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2. LAN Emulation - LANE

As formas de utilizar uma infra-estrutura de rede ATM para transportar as aplicações existentes no ambiente TCP/IP são especificadas pelo IETF, primeiramente a especificação do Classical IP (RFC 1577) que ocorre de modo nativo, e depois em conjunto com o ATM Forum a especificação LANE (LAN Emulation) [aflane21-95] a qual faz parte do escopo deste estudo.

LAN Emulation - LANE é um serviço de conectividade de rede que permite sistemas finais conectar-se a uma rede ATM como se fosse conectado a uma rede local tradicional (Ethernet e Token Ring).

Uma ELAN (Emuled LAN) consiste de pontos finais ATM, dispositivos de borda ATM (comutadores e bridges) e roteadores ATM.

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2.1. Componentes e Tipos de Conexões

Os componentes de uma LANE são apresentados como clientes e servidores do serviço, conforme descrição abaixo:

O serviço Lan Emulation utiliza dois tipos de conexão de circuito virtual - VCC, controle e dados, para estabelecer conexão entre suas entidade conforme mostra a Figura 2.1.

Figura 2.1- Tipos de conexões LANE, (a) Conexões de Controle e (b) Conexões de Dados

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2.2. Operações LANE

As operações LANE são descritas a partir dos seus componentes e tipos de conexões (Figura 2.1) nos vários estágios de operação de um LEC, de acordo com [Alles-95] e [nways-99].

Inicialização e configuração
Conexão e registro
Transferência de dados

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3. Bases de Informações de Gerência para LANE

As bases de informações gerenciais fornecem uma grande quantidade de variáveis que permitem criar diferentes formas de gerenciamento. Para cada tarefa devem ser escolhidas as MIBs, bem como as variáveis de interesse.

As seguintes variáveis da MIB II (RFC 1213) estão relacionadas com o serviço LAN Emulation, e foram especificadas novamente pelo IETF através do RFC 2515 (AToMIB) [rfc2515-99]:

As variáveis que definem o gerenciamento do Cliente LANE (leClientMIB) são descritas na especificação [aflane38-95], e dos Servidores LANE na especificação [aflane57-96]. O gerenciamento dos servidores LANE é apresentado em três modulos: elanMIB, lesMIB e busMIB. As variáveis utilizadas neste trabalho são descritas a abaixo :

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4. Método de Avaliação

4.1. Seleção e Classificação Elementos Gerenciáveis

Esta etapa consiste em selecionar e classificar no ambiente de interesse os componentes LANE. Para cada um dos elementos é necessário associar a MIB e consequentemente as variáveis que serão utilizadas para seu gerenciamento. Neste trabalho somente as MIBs mencionadas no item 3 estão sendo utilizadas. A Tabela 4.1 mostra o conjunto de componentes de um ambiente LANE genérico de interesse para a gerência de desempenho e a associação desses com suas respectivas MIBs.

Tabela 4.1 - Classificação e seleção dos componentes do LANE e suas respectivas MIBs.

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4.2. Monitoração e Avaliação dos Recursos

A avaliação dos equipamentos através de seus elementos gerenciáveis é feita com base na monitoração das instâncias associadas. Nesta etapa pode-se utilizar uma ferramenta de gerência SNMP genérica capaz de coletar as informações em arquivo ou base de dados para posterior avaliação. Os seguintes procedimentos devem ser executados:

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4.2.1. Monitoração do tráfego nos comutadores ATM

O acompanhamento do tráfego nas interfaces dos comutadores ATM tem como objetivos:

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4.2.2. Monitoração do tráfego nos sistemas finais

Nesta etapa avalia-se o tráfego nos sistemas finais (estações, comutadores de borda e roteadores com interfaces virtuais ethernet) com os seguintes objetivos:

A Figura 2.1 mostra um esquema de interfaces no comutador de borda. As portas referem-se as interfaces físicas (índices 101,....), as vlans são interfaces virtuais de um domínio (1001, ... ), e os LECs são interfaces do cliente LANE (índices 2001, ...).

Figura 2 - Esquema de interfaces (físicas e virtuais) no comutador de borda.

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4.2.3. Monitoração dos Servidores LANE

As entidades LANE (LES e BUS) são avaliadas através de seus servidores e tem como objetivos:

De forma geral o estudo do ambiente pode evidenciar que:

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5. Avaliação da RMAV-FLN

5.1. Elementos Gerenciáveis

Para fazer avaliação de desempenho LANE conforme metodologia descrita anteriormente, toma-se os seguintes elementos gerenciáveis: Os quatro comutadores de núcleo que interligam as subredes das instituições conveniadas, os comutadores de borda e o roteador como sistemas finais. E nesta solução particular toma-se o IBM8210 MSS como servidor LANE (LECS, LES/BUS), como mostra a Figura 3 .

Figura 3 - Topologia dos dispositivos de rede.

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5.2. Monitoração e Avaliação

5.2.1. Comutadores ATM

Os valores estatísticos apresentados no Quadro 1 referentes a 10 semanas mostram uma taxa de utilização máxima de : 32% (49.59/155Mbps) conexão cpsw_ufsc com cpsw_rnp, 17.5% (108.11/622 Mbps) conexão cpsw_ufsc com cpsw_udesc e 3.5% (5.49/155 Mbps) conexão cpsw_udesc com cpsw_climerh.

Quadro 1 - Valores estatísticos em octetos referente a vazão nas interfaces físicas do backbone ATM [ifInOctets / ifOutOctets].

É importante observar que este valor máximo se refere a um tráfego isolado, haja visto que os valores médios são bem menores. Retirando os pontos de pico, a Figura 4 mostra a vazão das conexões mais utilizadas referente a 10 semanas, que atingiu um máximo de 4.5 Mbps na vazão de saída para a conexão entre cpsw_ufsc e cpsw_udesc.

Figura 4 - Vazão em octetos nas interfaces físicas do backbone ATM (sem picos).

A vazão dos sistemas finais conectados nos comutadores ATM durante um período de 8 semanas é mostrada no Quadro 2. Observa-se que o roteador tem uma vazão máxima de 18.74 Mbps de uma interface com 155 Mbps, o que corresponde a 12% de utilização. Somente o comutador de borda sb01-ufsc tem utilização efetiva utilizando 6.2 %, isto é uma vazão máxima de 9.65 Mbps de uma interface de 155 Mbps. Os valores dos PCs referem-se aos testes de Comunicação Multicast durante um período de 4 dias. E os valores dos servidores de gerência referem-se a um período de 10 semanas. Observa-se que o pc100 atingiu um máximo de 15.32 Mbps de uma porta de 25 Mbps (61,28% de utilização).

Quadro 2 - Valores estatísticos em octetos referente a vazão nos sistemas finais (roteador, comutadores de borda e estações) [ifInOctets / ifOutOctets]

Não foram detectados pacotes descartados ou com erros nas interface físicas dos comutadores ATM. As variáveis ifInDiscards / ifOutDiscards e ifInErrors / ifOutErrors são iguais a zero.

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5.2.2. Sistemas Finais

Para avaliação dos sistemas finais toma-se aquele e apresentaram maior utilização nas interfaces do comutador ATM.

Roteador
O LEC da elan48 (rmav-ufsc) tem maior utilização, em torno de 11.12 Mbps, como mostra o Quadro 3 com valores estatísticos referentes a 8 semanas.

Quadro 3 - Valores estatísticos em octetos referente a vazão nas interfaces virtuais do roteador mss-rmav [ifInOctets / ifOutOctets].

Também foram identificados picos atípicos (como nos comutador ATM, item 5.2.1). Mesmo retirando estes picos, o comportamento do tráfego continua em rajadas como mostra a Figura 5 num período de 2 semanas. A elan48 continua com maior utilização seguida das instâncias elan51 e elan49, com um valor máximo de 3.5 Mbps aproximadamente.

Considerando uma hipótese pouco provável de ter o tráfego de entrada máximo simultaneamente em todas as instâncias, este tráfego totalizaria 18.5 Mbps de uma interface de 155Mbps, o que corresponde a 11.7% de utilização do recurso.

Figura 5 - Vazão em octetos nas interfaces virtuais do roteador mss-rmav.

Comutadores de Borda
A baixa utilização também é observada na interface do LEC no comutador sb01-ufsc, com uma vazão de saída máxima de 8.15 Mbps que é proporcional a vazão de entrada, conforme Quadro 4 .

Quadro 4 - Valores estatísticos em octetos referente a vazão nas interfaces virtuais da elan48 do comutadores de borda [ifInOctets / ifOutOctets].

Para este comutador o tráfego da vlan (elan48) atinge até 16Mpbs, conforme Quadro 5, o que indica que o tráfego interno da subrede virtual é significativamente grande.

Quadro 5 - Valores estatísticos em octetos referente a vazão na VLAN no comutador de borda sb01-ufsc [ifInOctets / ifOutOctets].

Estações
A vazão de entrada máxima do pc100-ufsc também corresponde a uma taxa de utilização de aproximadamente 60%. Observando que os valores médios não ultrapassam de 0.5 Mbps, ou seja 2% de utilização.

Quadro 6 - Valores estatísticos em octetos referente a vazão na interfaces LECs das estações com maior utilização [ifInOctets / ifOutOctets].

Não foram detectados pacotes descartados ou com erros nas interface dos sistemas finais. As variáveis ifInDiscards / ifOutDiscards e ifInErrors / ifOutErrors são iguais a zero.

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5.2.3. Servidores LANE

Para esta avaliação considera-se o desempenho de tráfego nas instâncias BUS e o desempenho de resolução na instâncias LES.

Servidor BUS
Foram monitoradas as instâncias bus referentes a cada subrede, os valores estatísticos referentes a 10 semanas são apresentados no Quadro 7. Observa-se que a instância elan48_ufsc tem maior utilização, chegando a 7.90 Mbps. Não se tem referências ou dados históricos com valores limites para cada instância. De modo geral acredita-se que as instância estarão compartilhando um máximo de 155 Mbps (configuração da porta do roteador).

A variável busStatDiscards pode indicar uma instabilidade no serviço, mas para este caso específico o valor desta variável se manteve nula em todo período de coleta.

Quadro 7 - Valores estatísticos em octetos nas instâncias BUS.

O tráfego multicast nas instâncias BUS são mostrados na Figura 6 coletados em 6 semanas. Eliminando os picos tem-se um valor máximo de 600 frames por segundo. E considerando um período de 10 semana tem-se um valor máximo de 1143.46 frames multicast por segundo e 5.41 frames unicast por segundo. A grande quantidade de frames multicast deve-se ao próprio serviço LANE e as aplicações multimídia que utilizam a rede.

Figura 6 - - Número de frames multicast por segundo nas instâncias bus.

Quadro 8 - Valores estatísticos em octetos nas instâncias BUS.

Servidor LES
Para avaliar o desempenho do servidor de LES considera-se os valores do Quadro 9. Observa-se que o número de conexões LECs aceitas pelo LES [leStatJoinOk] esta coerente com o número de LECs existentes na rede. Se o valor desta variáveis divergir muito pode indicar de que existe um ou mais LECs perdendo a conexão indevidamente. Para a instância elan48_ufsc o LES recebeu 0.36 requisições por segundo (resolver um endereço ATM), dessa requisições ele repassa 0.06, o que corresponde a 16.7%.

Quadro 9 - Número médio de requisições LE_ARP recebidas e repassadas por segundo e número máximo de conexões LECs com o LES [lesStatLeArpIn, lesStatLeArpFwd e lesStatJoinOK].

Embora não se tenha valores históricos para esta rede, acredita-se que o desempenho do LES seja normal, mesmo porque não há indícios de problemas com o recurso, haja visto que os valores das variáveis lesStatInsRes e lesStatAccDenied são nulas.

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6. Conclusões

Este trabalho apresentou os fundamentos para gerenciamento de desempenho no ambiente LANE. Uma das contribuições deste trabalho é a seleção de um conjunto de varáveis das MIBs padrões que podem ser utilizadas com qualquer software genérico de gerência baseado em SNMP para implementação da gerência de desempenho. Outra contribuição está na aplicação e avaliação do método proposto em um ambiente real.

Através da monitoração observou-se que o ambiente estudado encontra-se em estado normal.

As conexões que interligam os comutadores de núcleo estão com baixa utilização, bem como a conexão com o roteador. O comportamento do tráfego é um em rajadas, apresentando um desvio muito grande com relação a média. Para esta avaliação foram considerados os valores máximos de vazão, sem os picos, na tentativa de encontrar os pontos de saturação. Monitorando os sistemas finais (roteador, comutador de borda e estações) foram identificadas as interfaces com maior utilização, entre elas o roteador mss-rmav com 12%, o sb01-ufsc com 6,2% e o pc100 (aplicações multimídia) com 60%. As taxas de utilização encontras não indicam a necessidade de reconfiguração nas interfaces físicas.

Nos sistemas finais foram identificados os clientes das elans com maior utilização. Verificou-se que a elan48_ufsc tem maior utilização, seguidas da elan49_udesc e elan51_climerh. O maior tráfego da elan48 se dá ter fato dessa instancia ter um maior número de sistemas finais.

De modo geral pode-se dizer que os servidores LANE apresentam um desempenho normal, sem descartes no BUS e sem falhas nas requisições para o LES, atendendo assim os requisitos básicos das instâncias configuradas. No servidor BUS também foi observado um tráfego em rajadas, onde a instância elan48_ufsc teve maior utilização. O servidor LES apresentou desempenho nas respostas das requisições ARP, repassando somente 30% na instância de maior utilização.

Como perspectivas futuras pretende-se armazenar as variáveis descritas, de modo a obter dados históricos que permitam fazer uma análise de tendência de comportamento do tráfego. O perfil desta base permitirá a descoberta de valores limites de utilização dos recursos sem degradação de seu desempenho.

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7. Bibliografia

[Alles-95] Alles, A. (1995): ATM Internetworking Cisco Systems Inc. Na Internet http://www.cisco.com

[Stallings-98] Stallings, W. (1998): High - Speed Networks: TCP/IP and ATM Design Principles - Prentice-Hall, Inc.- New Jersey.

[Schimidt/98] Schimidt, Andrey. Multiprotocol over ATM State of the Art ATM Intranets. - Manning, Greenwich/CT, 1998.

[aflane21-95] ATM Forum (1995) "Lan Emulation Over ATM Specification, Version 1.0," af-lane-0021.000.

[aflane38-95] ATM Forum (1995): "Lan Emulation - Client Management Specification, Version 1.0," af-lane-0038.000.

[aflane57-96] ATM Forum (1996): "Lan Emulation - Server Management Specification, Version 1.0," af-lane-0057.000

[rfc2515-99] Tesink K. (1999): Request for Comments: 2515 - Definitions of Managed Objects for ATM Management Version 8.0 using SMIv2.

[mss-97] Multiprotocol Switched Services (MSS) Server - Command Line Interface Volume 2 - User's Guide and Protocol Reference, Jan/1997.

[8265-98] 8265 Nways ATM Switch - User's Guide, Jan/1998.

[8271-97] 8271 Nways Ethernet LAN Switch User's Guide, Oct/1997.

[nways-99] Nways Manager ATM User's Guide, May/1999.

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