Métricas para a Internet

Michele Mara de A. Espíndula Lima <michele@nc-rj.rnp.br>

Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP)

Introdução
Gerenciamento de redes
Sistemas de métricas
Obejetivos para a definição de métricas para a Internet
Conceitos fundamentais
Conclusão
Referências bibliográficas

O rápido crescimento, o aumento da competição econômica e a proliferação de novas aplicações têm mudado a característica da Internet nos últimos anos, fazendo de tarefas como monitoração e análise verdadeiros desafios.

Este artigo apresenta a crescente necessidade de definição de métricas para a Internet e os esforços que já estão sendo feitos para suprir esta necessidade.

Introdução

A Internet tem crescido rapidamente não apenas em número de usuários, mas também a nível de tráfego e da complexidade da sua topologia. Atualmente, mesmo os usuários mais especializados têm um vago entendimento da sua topologia, das rotas pelas quais os pacotes trafegam para sair de um site para outro, e até mesmo da confiabilidade e do desenpenho destas rotas.

Com o surgimento da Internet comercial, o provimento de serviços Internet passou a ser uma grande indústria, fazendo com que a competição econômica passasse também a determinar os rumos desta rede.

A combinação dos dois fatores acima, aliado à proliferação de novas aplicações, tem mudado a característica da Internet nos últimos anos, fazendo com que tarefas como monitoração e análise tornem-se verdadeiros desafios (ver [TMW 97]).

Este crescimento pode ser considerado um triunfo do processo de padronização dos protocolos Internet, que permitem a interconexão de diferentes tipos de redes para troca de dados. Apesar disto, a padronização de medições adequadas para a Internet, bem como as suas respectivas metodologias, não têm acompanhado o crescimento espantoso desta rede mundial [Pax 96, PAMM 98].

A demanda por este tipo de padronização vem crescendo cada vez mais. Para que decisões a nível gerencial (planejamento de capacidade, planejamento de topologia e a avaliação de investimentos em equipamentos, aplicações e em pessoal) não sejam tomadas sem ter o embasamento necessário, é preciso que métricas sejam definidas e padronizadas.

Sem dados exatos sobre as métricas definidas e sem as ferramentas adequadas para coletar e analisar estes dados fica cada vez mais difícil tomar decisões inteligentes.

Gerenciamento de redes

Atualmente, as redes de computadores e os recursos associados a elas, além das aplicações distribuídas, têm se tornado de tal importância para uma organização, que elas basicamente "não podem falhar". Isto significa que o nível de falhas e de degradação de desempenho considerado aceitável está diminuindo cada vez mais.

Com o aumento da complexidade destas redes, que envolve a utilização de vários meios de comunicação, diferentes tipos de equipamentos e sistemas operacionais distintos, o custo de gerenciamento também cresce. Este custo muitas vezes chega a ser igual a 15% do custo total de uma organização com sistemas de informação [Sta 93].

Com esta crescente necessidade de gerenciamento, fez-se necessário que padrões para ferramentas fossem estabelecidos. Em resposta a esta necessidade surgiram dois padrões:

SNMP: o protocolo SNMP (Simple Network Management Protocol) refere-se a um conjunto de padrões para gerenciamento que inclui um protocolo [CFSD 90], uma especificação de estrutura de dados [RM 90] e um conjunto de objetos de dados [MR 91]. Este é o protocolo de gerência adotado como padrão para redes TCP/IP e o que será tratado neste trabalho.
Sistemas de gerenciamento OSI: este termo refere-se a um extenso conjunto de padrões de grande complexidade que definem aplicações de propósito geral para gerência de redes, um serviço de gerenciamento e protocolo, uma especificação de estrutura de dados e um conjunto de objetos de dados. Este conjunto de protocolos é conhecido como CMIP [ISO 91, Sta 93].

Sistemas de métricas

A definição dos padrões citados anteriormente permitiu que ferramentas de gerenciamento de redes mais complexas e poderosas fossem desenvolvidas, tornando a gerência de redes operacional. Muitas destas ferramentas também utilizam o protocolo ICMP e UDP. Mas, apesar do exposto anteriormente, muito pouco tem sido feito em relação a utilização dos padrões de gerenciamento para prover subsídios a atividades de análise e de planejamento das redes, tais como gerenciamento de tráfego, planejamento da capacidade, planejamento de roteamento e planejamento de investimentos.

Esta dificuldade advém do fato de que, para este tipo de gerenciamento, precisa-se saber quais dados são relevantes, ou seja, o que deve ser, ou não, coletado para servir de base para a tomada de decisões.

No que diz respeito ao uso de gerenciamento de redes no setor produtivo, podemos verificar que a expansão da Internet acabará criando uma grande quantidades de redes extensas e complexas que se tornarão inadministráveis sem o uso de gerenciamento de redes, e, em especial, se não forem definidas métricas significativas, ficará difícil fazer análise de desempenho destas redes e um planejamento adequado.

Além da necessidade da definição de métricas, faz-se necessário que também sejam definidas as suas metodologias correspondentes.

Alguns dos mais interessantes trabalhos que estão surgindo para suprir esta necessidade estão sendo desenvolvidos pela comunidade acadêmica da Internet. Dentre eles pode-se destacar: Internet Measurement and Analysis Project (IPMA) da Universidade de Merit; Cooperative Association for Internet Data Analysis (CAIDA); e, IP Performance Metrics (IPPM) do grupo de trabalho BMWG (Benchmarking Methodology Working Group) do IEEE.

Igualmente importantes, estes projetos estão dedicados a aumentar os mecanismos de medidas da Internet através do desenvolvimento de novas ferramentas e com a criação de novos padrões.

Além dos projetos de organizações não-comerciais, já existe um número razoável de empresas que já vêem a necessidade de informações de desempenho da Internet como uma oportunidade de mercado. Dentre elas podemos citar: Keynote Systems, que avalia o desempenho de backbones Internet e dos mais populares sites Web; Network Wizards Domain Survey, que apresenta o crescimento da Internet mundial em termos de número de máquinas e domínios através de consultas DNS; VitalSigns, que oferecem produtos de software, entre eles o Net.Medic, um browser que identifica problemas ao visitar diferentes sites Web.

Também existem serviços gratuitos oferecidos por algumas organizações que permitem visualizar o que está acontecendo em partes da Internet. Dentre estes, o mais interessante é oferecido pelo Weather Report. Este site apresenta o retardo de pacotes entre diferentes localidades no mundo.

No Brasil, o GT-ER do Comitê Gestor da Internet Brasil, já faz o acompanhamento do crescimento do número de máquinas ligadas a Internet brasileira, como também do número de domínios abaixo dos subdomínios principais do domínio .br.

Obejetivos para a definição de métricas para a Internet

O objetivo principal para a definição de métricas para a Internet é prover uma base para a avaliação do desempenho de diferentes componentes desta rede.

Estas avaliações padrões são importantes já que permitem suprir as seguintes necessidades:

Auxiliar na detecção e resolução de problemas;
Permitir o planejamento e previsões de crescimento das redes;
Prover incentivos para que os provedores de serviços Internet possam otimizar suas redes, possibilitando que os usuários avaliem os serviços que estão recebendo e possam assim fazer comparações entre diferentes provedores;
Possibilitar que os pesquisadores tenham um melhor entendimento do comportamento da Internet e acompanhar a sua evolução.

Conceitos fundamentais

Primeiramente, define-se um componente Internet como qualquer elemento de uma rede Internet cujas propriedades desejamos quantificar.

Na Internet operacional, existem várias quantidades relacionadas com o desempenho e com a confiabilidade de componentes Internet que se gostaria de se saber qual o seu valor. Quando uma destas quantidades é especificada, ou seja, quando refere-se a uma propriedade de um componente Internet, esta quantidade ou propriedade é denominada métrica. Valores quantificados de uma métrica são denominados medidas. Quando uma métrica é quantificada, sua medida deve ser apresentada em termos de unidades padronizadas.

Quando uma métrica é definida puramente em termos de outras métricas, esta métrica é dita métrica derivada.

Em alguns casos, não existe forma óbvia de se efetivamente medir uma métrica; isto é permitido e até compreensível em alguns casos. Entretanto, a especificação da métrica deve ser o mais clara possível sobre qual quantidade está sendo especificada, ou seja, a métrica pode ser difícil de ser quantificada, mas não pode ser ambígua.

Uma métrica é dita métrica bem-definida quando são incluídos na sua definição todos os fatores pertinentes, caso contrário ela é dita métrica mal-definida.

Tão importante quanto apresentar as medidas obtidas nas medições de uma métrica, é apresentar também o contexto da medição. Podemos definir um contexto de medição como aqueles elementos do sistema utilizados para fazer as medições que estão relacionados com o componente que está sendo medido.

Em geral, o perfeito entendimento dos efeitos do contexto é crucial para que se possa fazer medições coerentes.

O processo de quantificar uma medição de uma métrica é definido como uma metodologia de medição de uma métrica. Uma metodologia que leva em consideração todos os efeitos relevantes de um contexto de medição é dita uma metodologia correta. Quando uma metodologia produz resultados errados ela é dita metodologia incorreta.

Assim, quando uma métrica é especificada, uma metodologia de medição deve ser apresentada e discutida. Para um conjunto de métricas bem-definidas, um número distinto de metodologias de medição podem existir.

É importante salientar que existem dois tipos básicos de métricas, métricas analíticas e métricas empíricas. As primeiras referem-se as métricas definidas em termos das propriedades teóricas e abstratas dos componentes. Estas são as propriedades utilizadas para analisar os componentes matematicamente.

Métricas empíricas referenciam as propriedades definidas diretamente a partir das medições.

Conclusão

Apresentamos, neste artigo, a crescente necessidade de definição de métricas para a Internet e os esforços que já estão sendo feitos para suprir esta necessidade.

Também foram apresentados os objetivos para que as métricas, e as suas correspondentes metodologias sejam definidas e padronizadas.

Procuramos apresentar também os conceitos fundamentais para que o leitor possa se familiarizar com os termos empregados.

Referências bibliográficas

[CFSD 90] Case, J. D., Fedor, M. S., Schoffstall, M. L., and Davin, C. Simple Network Management (SNMP), RFC 1157, 36 páginas, Maio de 1990.

[ISO 91] Information Technology Open Systems Interconection. Common Management Information Protocol Specification. Technical Report IS 9596, International Organization for Standardization, Maio de 1991.

[MR 91] McCloghrie, K., Rose, M. T. Management Information Base for Network Management of TCP/IP-based Internets: MIB-II, RFC 1213, Março de 1991.

[PAMM 98] Paxson V., Almes. G., Mahdavi J. Mathis M. Framework for IP Performance Metrics . Draft-ietf-ippm-framework-03.txt. Fevereiro de 1998. Expiração em Julho de 1998.

[Pax 96] Paxson V. Towards a Framework for Defining Internet Performance Metrics. Proceedings of INET'96.

[RM 90] Rose, M. T., McCloghrie, K. Structure and Identification of Management Information for TCP/IP-based Internets, RFC 1155, 22 páginas, Maio de 1990.

[Sta 93] Stallings, William. SNMP, SNMPv2, and CMIP - The Practical Guide to Network-Management Standards. Addison Wesley, 1993.

[TMW] Thompson, K., Miller, G. J. , Wilder, R. Wide-Area Internet Patterns and Characteristics. IEEE Network, nov/dec 1997.