Simulador de Protocolos de Red a tráves de WEB

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1 Simulador de Protocolos de Red a tráves de WEB Propuesta de Estudio Director Ing. Francisco Antonio Polanco Montelongo

2 Resumen

3 Introducción Actualmente, el desarrollo tecnológico a alcanzado niveles nunca antes vistos en todas las áreas de la sociedad, lo que conlleva que en las etapas de desarrollo de la tecnología la complejidad se multipique de manera tal que es practicamente imposible realizar esta actividad sin el auxilio de herramientas computacionales. Durante el desarrollo de cualquier sistema tecnológico es necesario hacer uso de una metodología de trabajo, básicamente se requiere realizar una etapa de análisis, diseño, prototipo y pruebas para llevar a buen fin cualquier empresa de esta clase. Sin embargo, la etapa de prototipo de acuerdo a la tecnología que se esté desarrollando, implica grandes costos en recursos monetarios o materiales. Por lo que se ha planteado una altenernativa a la construcción de un prototipo mediante la realización de pruebas sobre la simulación de modelos. El área de redes de cómputo no es ajeno a esta problemática, y por tanto a nivel mundial se han desarrollado un sin número de sistemas de simulación de redes de cómputo con el fin de analizar nuevos modelos de topologías de red, protocolos de comunicación y algoritmos de ruteo, uno de los esfuerzos que han logrado cierto exíto en el ámbito académico en una herramienta denominada NS-2. NS-2 es un simulador de eventos discretos enfocado a la investigación en redes de cómputo, éste ha sido utilizado para realizar simulaciones de TCP, ruteo, y protocolos multicast tanto en redes alámbricas como inalámbricas. Sin embargo, este simulador fue diseñado con el propósito de ser utilizado de manera localizada, es decir, esta herramienta debe ser instalada y utilizada en una sola computadora para su uso, aunado a esta situación la herramienta solo trabaja de manera nativa sobre plataformas UNIX, con lo cual limita el rango de usuarios que puedan utilizarla si cuentan con esta plataforma o utilizar algún mecanismo de máquina virtual para logra ser accesible en otro sistema operativo, por ejemplo, Microsoft Windows. De acuerdo a lo anterior, se propone el desarrollar un simulador de protocolos de red que mitiguen los problemas ya mencionados utilizando como el motor de simulación a la herramienta NS-2. Para reducir los inconvenientes de ser un simulador monoplataforma y monousuario, se plantea crear un simulador con interfaz WEB para permitir a los usuarios que independientemente de su ubicación geográfica y la plataforma de trabajo accedan a los servicios que proporciona un simulador de redes. Este reporte describe el desarrollo del simulador de protocolos de redes a través de WEB de la siguiente manera:

4 Capítulo 1 Planteamiento del problema Se describen las características y retos a resolver por parte del simulador Capítulo 2 Diseño Se presenta el diseño general del sistema Capítulo 3 Conclusiones Menciona las conclusiones a las cuales se llegó después del desarrollo del simulador de protocolos de red.

5 Planteamiento del Problema Un simulador de protocolos de red es una herramienta altamente útil en el desarrollo tanto de protocolos de red, topologías y algoritmos de ruteo. La herramienta NS-2 es un simulador con gran cantidad de características de funcionamiento. En realidad, NS-2 es solamente el motor de simulación que en base a un lenguaje que permite la descripción de la topología y las características que se van a utilizar dentro del simulador, este lenguaje es denominado Otcl. Por otro lado, para realizar la simulación se hace uso de otra herramienta llamada NAM, la cual es una herramienta de animación para redes de cómputo basada en el lenguaje Tcl-TK el cual se utiliza para visualizar el avance de la simulación que se lleva a cabo. El propósito del simulador de protocolos de red a través de WEB es el realizar una interfaz equivalente a la capacidad de funcionalidad presentada por la herramienta de animación NAM, con el fin de visualizar la simulación que lleva a cabo el simulador NS-2. La problemática que presenta el desarrollar un sistema de esta clase es la siguiente: Crear una interfaz que pueda ser visualizada independientemente de la plataforma que utilice el usuario, y las capacidades del equipo de cómputo con el que cuente. A su vez, que sea independiente de la ubicación geográfica del usuario. Permitir al usuario crear topologías de una manera directa y sencilla al usuario, es decir, a través de una interfaz gráfica. Visualizar la simulación resultante de la topología propuesta. Con el fin de lograr los objetivos que se plantea el desarrollar el simulador de protocolos de red a través de WEB se propuso lo siguiente: Para permitir el acceso de manera independiente tanto de la plataforma de cómputo, las características del equipo utilizado y la ubicación geográfica del usuario se plantea utilizar como plataforma la tecnología basada en navegadores WEB, ya que es una herramienta que al día de hoy permite la independiencia de las características antes mencionadas, y debido a la ubicuidad que ha logrado la tecnología WEB es válido considerar que los navegadores WEB se encuentran practicamente en todos los equipos de cómputo, y considerando los altos niveles de interconexión a los cuales se ha llegado recientemente a nivel, ya sea nacional como internacional, es viable considerar a la tecnología WEB como un medio para acerca esta clase de herramientas a los usuarios, permitiendo a su vez incrementar la flexibilidad de acceso a estas funciones a los usuarios, de manera tal que como efecto colateral sistema de esta índole fomentan los paradigmas de trabajo en casa, y a su vez hace posible la desconcentración de las grandes urbes al permitir realizar las actividades de los individuos desde cualquier lugar de un país e incluso del mundo, considerando zonas rurales con el simple hecho de contar con medios de conectividad.

6 La solución que se plantea al desarrollar un simulador de protocolos red mediante una interfaz WEB, presenta una serie de retos interesantes a afrontar, ya que se requiere que la interfaz proporcione ciertas capacidades de interacción con el usuario que no habían sido visto en los navegadores hasta hace a penas unos años. Sin embargo, recientemente ha surgido una serie de tecnologías que evolucionaron a los sistemas WEB, iniciando con la denominada tecnología Ajax, la cual es una conjunción de tecnologías ya existente que en combinación incrementan de manera muy notable las capacidades, hasta entonces estáticas de una interfaz WEB, al permitir contar con múltiples acciones dinámicas que interactúan con los usuarios. A si mismo, otra tecnología auspiciada por el Consorcio Internacional que produce los estándares para la WEB, el World Wide Web Consortium (W3C), ha surgido como una herramienta capaz de incrementar el potencial de las interfaces WEB el permitir la generación de gráficos bidimensionales, tanto estáticos como bidimensionales mediante la descripción de gráficos vectoriales. SVG (Scalable Vector Graphics), es un lenguaje que se utiliza para describir esta clase de gráficos utilizando como lenguaje intermedio XML, de manera tal que mediante un navegador WEB es posible generar gráficos de una manera estándar, sin requerir de software adicional.

7 Diseño El sistema Simulador de Protocolos de red a través de WEB al ser una aplicación WEB inherentemente se encuentra distribuida en dos capas determinados por la ubicación del procesamiento que se realiza en cada una de ellas. En la figura 1 se muestra la arquitectura del sistema. Servidor WEB Navegador Usuario NS-2 Figura 1. Arquitectura general del sistema. La arquitectura esta diseñada de manera tal que además de permitir las características de acceso ubicuo, independencia de plataforma y recursos de hardware, se realiza una distribución en la carga de procesamiento y a su vez se reduce el ancho de banda de interconexión requerido para el funcionamiento del sistema, esto se logra de la siguiente manera: NavegadorWEB: el módulo navegadorweb consiste en una combinación de aplicaciones requeridas dentro del equipo del usuario que consiste en un navegador WEB estándar que cumpla con la especificación SVG 1.1, ya que este funciona como el motor para construcción de la visualización e interacción con el usuario. ServidorWEB: este elemento consiste en un típico servidor WEB con la capacidad de proveer páginas WEB que contengan código SVG, en este caso se hace uso de la herramienta proporcionada por la fundación de Software denominada Apache a través del servidor WEB httpd. NS-2: Es el simulador de protocolos de red NS-2

8 Módulo NavegadorWEB Como se puede apreciar dentro de la figura 1, el módulo NavegadorWEB se encarga del proceso de interacción con el usuario, así como de construir la visualización de la simulación que previamente se desarrolló por parte del simulador NS-2, esto es, una vez alimentada la topología de red por parte del usuario, esta se transmite al servidor WEB que la separa de el protocolo HTTP que es el transporte utilizado para la comunicación entre estos módulos, y manipula la información al lenguaje reconocido por el simulador NS-2, se invoca al simulador con los datos suministrador y se espera la respuesta generada por éste, que a su vez se devuelve al módulo NavegadorWEB, el cual interpreta la información recibida y genera la visualización correspondiente al proceso de simulación. La interfaz del módulo se muestra en la figura 2. Figura 2. Interfaz de Usuario del simulador de protocolos de red Mediante la interfaz el usuario tiene la capacidad de generar la topología con el simple hecho de seleccionar el ícono de nodo y ubicarlo dentro del área de trabajo, una vez que se logra colocar los nodos necesarios, se tiene la posibilidad de reubicarlos la cantidad de veces que se requiera. Para realizar las interconexiones entre los nodos se selecciona el ícono de enlace y se establece el enlace entre los nodos correspondientes a esta conexión, como se muestra en la figura 3.

9 Figura 3. Establecimiento de una conexión entre dos nodos Una vez que se ha logrado el establecimiento de la topología a analizar, se configura cada uno de los enlaces para definir el tipo de tráfico que va a generar cada nodo. Dentro del argot del simulador NS-2, a los módulos generadores de tráfico, se les denomina Agentes, estos dependen de aquellos que se configuren directamente en el simulador NS-2, sin embargo, esta herramienta cuenta con un conjunto de Agentes básicos: TCP, CBR, etc, en el caso de requerir la simulación de un tráfico TCP, se establece en primer lugar el protocolo de la capa de transporte, en este caso TCP, y entonces si se requiere algún otro protocolo en la capa de aplicación, entonces se define a un mismo nodo el Agente correspondiente, por ejemplo, FTP. Ya que se estableció la topología y la configuración de tráfico de cada uno de los nodos, se tiene el sistema listo para generar la simulación, para lograr esto solo es necesario el presionar el ícono simular, y proceden los siguientes pasos: El módulo NavegadorWEB envía al servidorweb la información que describe la topología y el tráfico de la simulación. El módulo servidorweb toma la información recibida, realiza la transformación al lenguaje TCL, el cual es el que entiende el simulador NS-2. Entonces el servidorweb, envía el script TCL a la herramienta NS-2 y se encarga de activarlo para que se lleve a cabo el proceso de simulación Concluida la simulación, esta se vacía dentro de un archivo que describe el proceso de simulación, el cual toma el módulo servidorweb y lo envía al NavegadorWEB. El NavegadorWEB recibe el archivo de simulación y procede a realizar la visualización de la simulación. El proceso de simulación se puede visualizar en la figura 4. Figura 4. Visualización de la simulación

10 Módulo ServidorWEB El módulo ServidorWEB, se encarga de las funciones de recibir las peticiones del NavegadorWEB y enviar la página inicial donde se solicita una autentificación por parte del usuario, una vez que se logra un ingreso exitoso se procede a crear una sesión para controlar la información del usuario, esta sesión se utiliza para diferenciar a los archivos temporales requeridos en el proceso de simulación. Además, se encarga de iniciar el proceso de simulación alimentando la ejecución con la información transformada que se recibió del NavegadorWEB. El módulo servidorweb, hace uso de la tecnología PHP para mantener el proceso dinámico de la página WEB, así mismo, se encarga de la transformación a TCL para el simulador NS-2.

11 Conclusiones En México, podemos ver como nos acercamos rápidamente al concepto de sociedad de la información, en donde todos y cada uno de los ámbitos de la sociedad esta involucrada con las tecnologías de la información, es posible visualizar una mejoría en la calidad de vida de la población, en aspectos tales como, evitar desplazamientos físicos a oficinas de gobierno o de empresas privadas para la realización de tramites, así como que se evita la necesidad de realizar grandes filas para estas mismas, el manejo de la información a través de estas tecnologías han logrado incrementar la competitividad de las empresas lo cual repercute directamente en la economía nacional. Por tanto, la creación de herramientas que utilicen las TIC (Tecnologías de la Información y Comunicaciones) es altamente necesaria para continuar con esta tendencia nacional, y es necesario que se lleven a cabo en todos los aspectos de la sociedad. El simulador de Protocolos de Red a través de WEB, es una herramienta que permite el uso de simuladores de red, de manera tal, que flexibiliza su uso al no confinar a los usuarios a los requerimientos de las herramientas de simulación, y a una ubicación geográfica en particular, de esta manera se cuenta con las ventajas de productividad proporcionadas por las TICs. Con el desarrollo de este proyecto se intenta demostrar que es posible la adaptación de herramientas ya consolidadas para ser utilizadas con las características que requieren las necesidades actuales de movilidad y flexibilidad en el desarrollo de cualquier actividad económica del país.

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