SISTEMA DE MEDICIÓN REMOTA DE LA QoS EN EL NODO DE ACCESO A INTERNET MEDIANTE SNMP E ICMP

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1 SISTEMA DE MEDICIÓN REMOTA DE LA QoS EN EL NODO DE ACCESO A INTERNET MEDIANTE SNMP E ICMP Roald Paucar Curasma Istituto de Ivestigació Uiversidad Tecológica del Perú (UTP) Abstract.- I this paper we preset a system of measuremet of the Quality of Service (QoS) o the basis of the parameters of the availability of the etwork, rate of occupatio, delay ad lost of packages i the coectio of access to Iteret usig the protocol SNMP ad ICMP ad Perl laguage o the Liux platform. I. INTRODUCCIÓN El usuario fial e ua red LAN (Red de Área Local) tiee la ecesidad de moitorear el comportamieto del tráfico y de la calidad de servicio (QoS) e su elace de acceso a Iteret. Es por ello que ecesita u sistema que realice dicha tarea. De esta maera el usuario estará coforme o o co su red de acceso a Iteret y asimismo co su proveedor de servicios. Actualmete existe programas o software de gestió de redes de gra utilidad. Estas programas o so de uso comú por parte de los usuarios fiales por teer u elevado coste. E este artículo se desarrolla u sistema de moitoreo remoto utilizado el protocolo estádar de comuicació SNMP (Protocolo de Admiistració de Red Simple) [1] e ICMP (Protocolo de Cotrol de Mesajes e Iteret) [2] e redes IP y programas de libre distribució como el MRTG (MultiRoutig Traffic Grapher) [3] y Perl (leguaje de programació) etre otros. El sistema permite realizar la medició y aálisis de la QoS basádose e los parámetros o idicadores de la dispoibilidad del elace, la tasa de ocupació, el retardo y la pérdida de paquetes e el elace de usuario a Iteret. La medició se realiza de maera periódica a itervalos de cico miutos. Esta iformació es almaceada e u servidor de comuicacioes que hace la gestió o medició de la QoS. Para que el sistema sea agradable al usuario fial, los resultados so mostrados gráficamete por día, semaa, mes y año. El sistema se desarrolla sobre módulos del servidor web, por lo que el usuario puede acceder a través de u programa web cliete de cualquier puto de Iteret y realizar la cosulta de la QoS e base a los idicadores propuestos para así verificar y evaluar el comportamieto del elace de acceso. II. MÉTODOS PROPUESTOS PARA LA MEDICIÓN DE QoS EN EL NODO DE ACCESO A INTERNET El esceario de desarrollo del sistema se realiza e ua red LAN de ua uiversidad. El elace de acceso a Iteret dode se realiza la medició está formado por u odo o equipo de itercoexió de redes llamado router, que se caracteriza por el proceso de direccioamieto o Javier García Villalba Depto. Sistemas Iformáticos y Programació Facultad de Iformática Uiversidad Complutese de Madrid (UCM) ecamiamieto de los paquetes hacia su destio fial. El router iteramete posee ua base de iformació de gestió MIB [4] que almacea las variables que defie las características del odo de acceso, como el úmero de paquetes etrates y/o salietes de la iterfaz, paquetes perdidos y elimiados, estado del equipo, etc. Estos valores so obteidos o leídos mediate el protocolo estádar SNMP a través de la red TCP/IP. La pila de protocolos TCP/IP es utilizada actualmete e su totalidad e las redes LAN y WAN (Red de Área Extesa) porque es u estádar que se adapta a cualquier tecología de redes de comuicacioes. E el desarrollo del sistema de gestió o moitoreo mediate el protocolo SNMP se mecioa dos térmios comues: el Gestor, que hace la medició de la QoS e el odo de acceso y el Agete, que idica al router que respode a las solicitudes del gestor. Sobre este equipo y e los putos de referecia se realiza las medicioes de los idicadores de QoS de acuerdo a la lectura de las variables MIBs. E la figura 1 se ilustra la red piloto dode se realiza la experiecia. GESTOR (mrtg) Server LAN GESTOR (mrtg) E0 S0 AGENTE Router de acceso Fig. 1.- Red piloto para la medició de QoS ISP local Los parámetros o idicadores para la medició de la QoS e el elace de acceso a Iteret se describe a cotiuació. 2.1 Medició de la dispoibilidad de la red La dispoibilidad de la red se evalúa como la situació e la cual se puede recibir/eviar paquetes de datos desde/hacia Iteret. Tambié se defie como el estado de operació activo del elace. Para el cálculo de este parámetro observamos si el elace de itercoexió al proveedor de servicios está e estado operativo [5]. Para ello se utiliza las variables MIBs de calidad de servicio a través del protocolo SNMP. Las MIBs que so utilizadas co frecuecia e la evaluació o medició de los idicadores de QoS se ilustra e la figura 2 que sigue a cotiuació.

2 Iterfaces.ifTable.ifEtry.ifiUcastPkts.ifIdex Iterfaces.ifTable.ifEtry.ifiNUcastPkts.ifIdex Iterfaces.ifTable.ifEtry.ifiDiscards.ifIdex Iterfaces.ifTable.ifEtry.ifiErrors.ifIdex Iterfaces.ifTable.ifEtry.ifiUkowProtos.ifIdex Iterfaces.ifTable.ifEtry.ifOutOctest.ifIdex Iterfaces.ifTable.ifEtry.ifOutCastPkts.ifIdex Iterfaces.ifTable.ifEtry.ifOutNUcastPkts.ifIdex Iterfaces.ifTable.ifEtry.ifOutDiscards.ifIdex Iterfaces.ifTable.ifEtry.ifOutErrors.ifIdex Iterfaces.ifTable.ifEtry.ifOutUkowProtos.iIdex Fig. 2.- Variables MIB de SNMP utilizadas e el cálculo de la QoS La medició de la dispoibilidad de la red se realiza mediate la siguiete ecuació: it erfaces. iftable. ifetry. ifopestatus. ifidex i= Dispoibilidad = 1 dode es el úmero total de muestras. 2.2 Medició de la tasa de ocupació de la red de acceso La tasa de ocupació es el valor del cosumo del acho de bada del elace [6]. Mediate esta medició se verifica el cosumo del acho de bada del elace asigado por el ISP y se cotrasta qué porcetaje es el cosumo del acho de bada total. La uidad de medició es bits/seg. La iterface del router dode se realiza la medició es la iterface serial (s0). El ivel umbral máximo de la tasa de ocupació tolerable es del 75% durate la hora pico sobre ua base mesual [7]. Los iformes de la medició so represetados por día, semaa, mes y año, que os permite teer ua historia de cosumo del acho de bada del elace, el cual permitirá al usuario verificar y comparar co las medicioes previas de la tasa de ocupació de su elace de acceso. 2.3 Medició del retardo de la red de acceso Este parámetro es de vital importacia porque depede de éste la trasmisió de las aplicacioes e tiempo real como Tele-educació, Voz sobre IP, Telefoía IP, Telecotrol, etc. Para la medició del retardo se cosidera los putos de referecia tambié como equipos míimos empleados para ello. Tambié se cosidera aquellos odos de la red del proveedor que realiza el itercambio del trafico. Para el cálculo de este parámetro se realiza las medicioes de los retardos experimetados por los mesajes de prueba del tipo pig que utiliza el protocolo ICMP eviados a itervalos de 5 miutos. El úmero de mesajes ICMP eviados a través del comado pig es de 4 co u tamaño de 32 bytes, del cual se obtiee el tiempo promedio de ida y vuelta que equivale al retardo durate su recorrido. El valor del retardo debe ser iferior a 50 ms [8] para ser cosiderado como u parámetro aceptable para la trasmisió de los paquetes. El cálculo de este parámetro se realiza utilizado el leguaje Perl. La ecuació que defie el retardo promedio es la siguiete: retardo _ muestreado i= Re tardomedia = 1 dode es el úmero total de muestras realizadas. 2.4 Medició de la pérdida de paquetes o datagramas Este parámetro defie los paquetes o datagramas de iformació descartados, paquetes co errores o paquetes de protocolos descoocidos que so elimiados por el router ubicado e la red de acceso. La medició de este parámetro se realiza e el odo de acceso a Iteret. De la misma maera se emplea las variables MIBs a través del protocolo SNMP. La tasa máxima de paquetes perdidos fijada es del 20% para el elace del usuario al proveedor de servicios [9]. El porcetaje de pérdidas de paquetes se calcula a itervalos de 5 miutos como se expresa e la siguiete ecuació: Paquetes _ perdidos Paquetes _ perdidos % perdidas = Paquetes _ etrates Paquettes _ etrates % paquetes perdidos = Iterfaces.ifTable.ifEtry.ifiDiscards.ifIdex + Iterfaces.ifTable.ifEtry.ifiErrors.ifIdex + Iterfaces.ifTable.ifEtry.ifOutUkowProtos.iIdex paquetes etrates = Iterfaces.ifTable.ifEtry.ifiUcastPkts.ifIdex + Iterfaces.ifTable.ifEtry.ifiNUcastPkts.ifIdex dode es el istate de muestreo. III. DETALLE DE LA IMPLEMENTACIÓN PARA EL MONITOREO Para el desarrollo del sistema remoto de moitoreo se utiliza el siguiete software de libre distribució: servidor web Apache, MRTG, paquete del protocolo SNMP Net-Smp y el leguaje de programació Perl, todo ello istalado sobre el sistema operativo Liux. Estos programas está istalados e u servidor de comuicacioes co ciertas características técicas (velocidad del procesador, tamaño del disco duro, memoria pricipal, iterfaz de red, etc.). Estas características se cometará más adelate e esta misma secció. Para realizar las medicioes de los parámetros de la dispoibilidad del elace, tasa de ocupació del elace y la pérdida de paquetes se desarrolla scripts idicado los variables MIBs. El MRTG se basa e u archivo de cofiguració para el acceso del router. E este archivo de cofiguració se defie características del router de acceso, como la clave pública o privada, direcció IP de la iterfaz, forma de visualizació de los gráficos e el web cliete, etc., y adicioalmete se icluye la ubicació de la ruta de los archivos de los idicadores. La gestió se realiza a través del protocolo SNMP para los parámetros mecioados ateriormete. La medició del retardo e el elace es a través del script desarrollado idicado el protocolo ICMP. Asimismo se icluye la ubicació de la ruta e el archivo de cofiguració del MRTG. E la figura 3 se ilustra el script de cofiguració del MRTG.

3 ### Iterface 2 >> Descr: 'Serial0' Name: '' Ip: '' Eth: '' ### ### The followig iterface is commeted out because: # Target[ _2]: # SetEv[ _2]: MRTG_INT_IP="" MRTG_INT_DESCR="Serial0" # MaxBytes[ _2]: # Title[ _2]: Traffic Aalysis for 2 -- # PageTop[ _2]: <H1>Traffic Aalysis for 2 -- </H1> # <TABLE> # <TR><TD>System:</TD> <TD> i </TD></TR> # <TR><TD>Maitaier:</TD> <TD></TD></TR> # <TR><TD>Descriptio:</TD><TD>Serial0 </TD></TR> # <TR><TD>ifType:</TD> <TD>propPoitToPoitSerial (22)</TD></TR> # <TR><TD>ifName:</TD> <TD></TD></TR> # <TR><TD>Max Speed:</TD> <TD>193.0 kbytes/s</td></tr> # </TABLE> ### Iterface 3 >> Descr: 'Serial1' Name: '' Ip: ' ' Eth: '' ### Fig. 3- Archivo de cofiguració para el MRTG Tambié se ilustra uo de los scripts desarrollados para la medició del retardo e el elace. Para el cálculo del retardo se utiliza el tiempo promedio geerado por el comado pig a través del protocolo ICMP. El MRTG aputa este script a través del archivo de cofiguració. E la figura 4 se ilustra el script del programa realizado e Perl para la medició del retardo. #!/usr/bi/perl $actual=`/bi/cat /home/httpd/html/mrtg/actual.txt`; chop($actual); $date=`date +%Y%m%d%H%M%S`; chop($date); ($pk_disc, $pk_i, $pkout_disc, $pk_out, $stus)=split(" ",$actual); if ($stus="up(1)"){ $stus="1"; } else { $stus="0"; } Fig. 4.- Archivo de cofiguració del retardo e el elace IV. HERRAMIENTAS Y SOFTWARE PARA LA MEDICION DE QoS E esta parte del artículo se defie el hardware y software utilizados e el desarrollo del sistema de moitoreo remoto de la QoS. 4.1 Equipamieto Hardware Seguidamete se especifica los equipos empleados de maera que se obtega la mayor fiabilidad e las medicioes. Los equipos de hardware se implemetará e relació co el software o programa a utilizar. Etre ellos teemos los siguietes: - Servidores de comuicacioes. E estos servidores se istala las herramietas de software. Debe cumplir las siguietes codicioes: Memoria. Las codicioes de capacidad de memoria debe ser las mismas siempre. Número de procesos ejecutables. Se recomieda que estos servidores de comuicacioes o ejecute otros procesos adicioales a los de medició mismos. Capacidad de almaceamieto e disco. Cotar co las provisioes de guardar e forma apropiada las muestras y los iformes geerados. Características estables e la iterfaz de red. Esto sigifica que se procese co igual prioridad todos los paquetes empleados para medir los idicadores. - Equipos de comuicació. Es idispesable cotar co los equipos de comuicació dode se realiza las medicioes de los parámetros de QoS. Los equipos de comuicació so los routers ubicados e la red de acceso a Iteret que debe ser e pricipio admiistrables y co agetes SNMP cofigurados correctamete. 4.2 Equipamieto Software E las experiecias realizadas durate la ejecució del trabajo se ha determiado que prácticamete todas las herramietas para aalizar o medir la QoS e el acceso a Iteret so programas. Los programas o software utilizados se defie a cotiuació: - Agete de gestió (SNMP) e los odos de acceso a la red del proveedor. Estos depede del sistema operativo de los routers - Soporte del protocolo ICMP para la medició del retardo. Es utilizado por el comado pig. Éste os permite calcular el retardo experimetado por los paquetes. - Software de medició de tráficos y gestió de red. El más utilizado para este fi es el MRTG, software que sirve para realizar moitoreo de la carga de tráfico sobre las redes y sus elaces. Como resultado geera documetos HTML coteiedo imágees gif creadas por los agetes y scripts de los dispositivos gestioados. E estas imágees se aprecia ua represetació visual de este tráfico e itervalos regulares de tiempo. Etre sus características teemos: es de libre distribució bajo los térmios de la licecia GNU, trabaja sobre plataforma Uix y Widows, escrito e Perl, realiza ua cofiable idetificació de iterfaces Seriales y Etheret, etc. - Leguaje de programació Perl. Leguaje para la realizació de los scripts de medició de los idicadores de calidad de servicio como medició de la dispoibilidad del elace, tasa de ocupació, retardo e el elace y pérdida de paquetes. V. PROCEDIMIENTO Y RESULTADOS GENERADOS DE LA MEDICIÓN E esta parte del artículo se describe los procedimietos realizados e el desarrollo del sistema. Se divide e dos grupos. La primera, el proceso de medició dode se lista los pasos de istalació y maejo de los programas y la seguda, los resultados de la medició e el cual se defie los iformes o resultados de la medició de la QoS e base a los idicadores.

4 5.1 Proceso de medició La medició e forma geérica se realiza tal como se idica a cotiuació: Fase de istalació. Esta sólo se efectúa ua sola vez durate el proceso de activació del servicio de moitoreo. A cotiuació se detalla el procedimieto a seguir: - Activar e el router bajo estudio el agete SNMP. Deberá idicarse la plataforma del router, las características del elace, la direcció IP, la tasa máxima de trasferecia, asigar u ombre de comuidad privada co acceso de sólo lectura dispoible para los procesos de medida. - Istalar el software de medició e ua estació de moitoreo y captura de datos (servidor) localizada e u puto de referecia determiado. Deberá registrarse la plataforma que se emplea, la fecha de istalació del software y la direcció IP de la estació de moitoreo. Asimismo el software debe cofigurarse co los itervalos de muestreo, las expresioes de cálculo y los formatos de presetació. - Para la lectura de la iformació proveiete se tedrá además como parámetros el úmero IP del router y de los otros putos de referecia pertietes. Fase de medició. Este proceso se realiza e forma automática de acuerdo a lo siguiete: - Registro de las direccioes IP cosultadas. Muestreo periódico de los parámetros medidos y almaceamieto. Codicioes geerales de la medició. 5.2 Resultados de la medició Para la verificació y evaluació del comportamieto del elace de acceso a Iteret, el sistema desarrollado es agradable y cofiable para el usuario ya que preseta u etoro gráfico, que el mismo podrá iterpretar a simple vista y decidir su coformidad o o co su red de acceso. Tambié el usuario de ua red corporativa evaluará el cosumo de su elace e base a los idicadores de QoS y podrá cotrastar si el elace de su proveedor de servicio cumple o o e el acuerdo de ivel de servicio establecido co el mismo proveedor. El sistema desarrollado os iforma de las medicioes realizadas de los parámetros o idicadores de QoS como la dispoibilidad de la red e ON y OFF que idica el estado operativo e ioperativo del elace respectivamete. La tasa de ocupació del elace se mide e bits/seg y el retardo de los paquetes se mide e milisegudos. El moitoreo remoto se realiza por el mismo elace por dode cursa los paquetes de datos. Ua vez obteido los valores de las variables correspodietes se geera archivos de tipo HTML y gráficos que correspode a cada parámetro medido. Tambié se geera los archivos del tipo log dode se almacea la iformació de los idicadores de QoS. Esta iformació obteida de la red de acceso se almacea e el servidor Web, por ede es accesado desde cualquier puto de Iteret. E la figura 5 se ilustra el iforme co los gráficos de la tasa de ocupació y retardo e el elace de acceso a Iteret. Fig. 5.- Iforme del acho de bada del elace VI. CONCLUSIONES El presete artículo propoe como parámetros medibles la dispoibilidad de la red de acceso, la tasa de ocupació, el retardo y la pérdida de los paquetes e el elace de acceso a Iteret. Mediate estos parámetros se evalúa la QoS e el acceso a Iteret Estos mismos so verificables por el usuario de cualquier puto de la red. Los programas o herramietas para las medicioes so de libre distribució, razó por la cual diversas empresas operadoras ya está haciedo uso de la misma. Por cosiguiete los iformes obteidos cofirma la factibilidad de medició de estos parámetros. AGRADECIMIENTOS Javier García desea expresar su más sicero agradecimieto a la Agecia Española de Cooperació Iteracioal (AECI) ya que a través del Programa de Cooperació Iteruiversitaria E.A.L de la citada Agecia pudo realizarse este trabajo. Javier García desea expresar tambié su agradecimieto al Miisterio de Ciecia y Tecología (MCYT) por la fiaciació cocedida a través de los Proyectos TIC y TIC C03-03 Roald Paucar desea expresar su agradecimieto al Msc. Ig. José Luis Muñoz Meza INICTEL y al Istituto de Ivestigació de la Uiversidad Tecológica del Perú (UTP) e cuyo laboratorio se realizo el presete trabajo. REFERENCIAS [1] J. Case SNMP Research, Ic. K. McCloghrie Hughes LAN Systems M. Rose Dover Beach Cosultig, Ic. S. Waldbusser, IETF, RFC [2] S. Deerig, Editor, Xerox PARC, ICMP Router Discovery Messages, IETF RFC 1256, September 1991 [3] MutiToutig Traffic Grapher MRTG. Pagia oficial del programa MRTG [4] K. McCloghrie Hughes LAN Systems, Ic. M. Rose Maagemet Iformatio Base for Network Maagemet of TCP/IP-based iterets, IETF RFC 1213, March 1991 [5] Guidelies for Service-Based Operators (SBO). Aex I, IDA, Sigapur. Mayo 2001 [6] Este parámetro es de amplio uso e Iteret y se tiee e Chile, España, Sigapur, E empresas Matriz, CAIDA, IETF, etre otros. [7] Revieew of Quality of Service Framework for Broadbad Access Services, IDA Sigapur. Juio [8] Describe el software MRTG y particularmete sus itervalos de muestreo. [9] Reporte de latecia, perdida de paquetes y accesibilidad e la Iteret.

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