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
A Relatório Técnico
Rede Nacional de Pesquisa Relatório de Estágio - 2 Ponto de Presença no Rio Grande do Norte Centro de Convivência do Campus Universitário – Lagoa Nova – Natal – 59072-970
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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.