Grupo 5: Linux Traffic Shape Mirelle Freitas, Mateus Alexandre e Mateus Santos Curso: Graduação tecnológica em Segurança da Informação Professor: Érico.

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1 Grupo 5: Linux Traffic Shape Mirelle Freitas, Mateus Alexandre e Mateus Santos Curso: Graduação tecnológica em Segurança da Informação Professor: Érico Mauricio Santos Rocha Turma: Administração e Gerência de Redes de Computadores – GR16033-00111

2 Conceito: Traffic Shaper  Traffic shaping é um termo da língua inglesa, utilizado para definir a prática de priorização do tráfego de dados, através do condicionamento do débito de redes, a fim de otimizar o uso da largura de banda disponível

3 Motivação para Traffic Shaper http://www.cisco.com/c/dam/en/us/solutions/service-provider/vni-network-traffic-forecast/index.html Cisco Data Meter: http://ciscovni.com/data-meter/index.htmlhttp://ciscovni.com/data-meter/index.html

4 Motivação para Traffic Shaper  Os computadores não surgiram como atualmente conhecemos, nem em hardware nem em objetivos e aplicações. E devido ao alto custo até as maiores empresas da época não enxergavam vantagens em tê-los em sua empresa.  Um dos pontos decisivos na evolução desta tecnologia foi a capacidade de interconectá-los em um ambiente de redes. Com a disseminação das redes de dados, cresceu também a sua importância dentro das estratégias de negócios.  Redes TCP/IP não foram criadas com base nos requisitos demandados pelas aplicações que atualmente as utilizam, por isso não trazem nativamente componentes para tratar problemas relacionados a qualidade de serviço  O super crescimento e utilização de aplicações que necessitam da Rede de dados, transformou-se ironicamente, num dos responsáveis pelo aumento da distância entre a capacidade física da infraestrutura de redes existente e o fluxo de dados demandado pelos novos serviços

5 Motivação para Traffic Shaper Em decorrência de escassez na capacidade de transmissão de uma rede, situações de concorrência podem acontecer tanto em computadores que compartilham a mesma conexão, quanto em uma máquina que utiliza diversas aplicações onde disputam entre si a utilização da banda disponível. É focado nestes casos de compartilhamento da capacidade de transmissão de uma rede corporativa que foi desenvolvidos softwares/hardwares que possibilitam a realização de controle de fluxo. O Sistema operacional Linux traz em seu Kernel um moderno subsistema de rede capaz de fornecer todos os elementos necessários para a implementação de um robusto e eficiente controle de tráfego

6 QoS – Quality of Service  Termo utilizado para definir o grau de satisfação do usuário em relação a um serviço que lhe é oferecido.  Podemos utilizar o termo QoS como um conjunto de indicadores específicos e mensuráveis que possam ser mantidos dentro de certos limites durante o fornecimento do serviço de rede.  Parâmetros principais de QoS: Atraso: É a diferença entre tempo que o pacote deixa a origem e chega ao destino esperado. Largura de banda: Capacidade máxima para transferência de dados em uma conexão, a largura de banda disponível para uma aplicação está diretamente ligada diretamente com a quantidade de computadores que compartilham esta rede. Jitter: É a variação dos valores de atraso registrados entre os pacotes distintos de uma transmissão. Confiabilidade (Perda de pacotes): Representa o numero de pacotes que foram transmitidos, mas por algum problema não chegaram ao destino em um determinado período de tempo, ou cuja respostas de confirmação foram perdidas.  Obs¹: Neste trabalho não vamos entrar em detalhes da arquitetura do QoS (Melhor esforço, Serviços integrados IntServ, Serviços diferenciados – DiffServ

7 Controle de banda  Podemos concluir que a utilização de uma ferramenta para controle de banda, mesmo atuando em apenas um único parâmetro, não deixa de ser uma abordagem de QoS.  Além disso aplicar um controle de banda em uma rede não deixa de ser uma forma de oferecer um serviço diferenciado a um determinado fluxo de dados.  Controle de tráfego são técnicas que implicam diretamente em inibir a concorrência “justa” por recursos em uma rede, de forma que determinados fluxo de dados sejam privilegiados em relação a outros.  Essa estrutura de priorização é aplicada em roteadores através de mecanismos de controle de tráfego.

8 Funcionamento básico do roteador  Processador De Roteamento: Realiza o processo de leitura do endereço de destino que esta o cabeçalho do pacote e determina mediante a consulta á tabela de rotas, qual será o próximo destino do pacote e por qual porta de saída ele será encaminhado.  Circuitos de Comutação: Executa o repasse dos pacotes que foram classificados através das regras de encaminhamento determinadas pelo processador de roteamento.  Portas de entrada e Saída: Uma porta de entrada trabalha desde a recepção dos dados eletricamente codificados até a entrega de um pacote ao circuito de comutação, enquanto uma porta de saída trabalha de modo inverso, recebendo pacotes que devem ser conduzidos ao meio de transmissão. Na prática, uma mesma porta realiza as duas funções.

9 Funcionamento básico do roteador Porta de Entrada Porta de Saída Processador de Roteamento Circuitos de Comutação Tabela de rotas Pacotes

10 Roteamento com controle de Tráfego  Classificação e Marcação: Objetivo não é oferecer o tratamento único a cada pacote da rede, mas sim identificá-los e agrupá-los para as filas corretas que receberão o devido tratamento. Como esses agrupamentos são normalmente chamados de "classes" essa etapa é conhecida como "classificação" Ponto chave da classificação: Critérios (Mac, End. IP origem e dest., Portas TCP/UDP) que serão utilizados para encaminhar para classe correta.

11 Roteamento com controle de Tráfego  Filas:São regiões de memória alocadas para auxiliarem nas tarefas de classificação e controle da vazão de um fluxo de dados. As filas são essencialmente importantes, uma vez que cada um dos fluxos identificados durante a classificação é direcionado para uma fila em particular, correspondendo à sua classe. Classes podem ramificar em outras classes conhecidas como “Filhas”, quando uma classe é a ultima de sua hierarquia, é chamada de folha.

12 Roteamento com controle de Tráfego  Mecanismos de escalonamento: Peça central na priorização é o escalonador, pois decide que pacote será atendido primeiro em um sistema de filas múltiplas. Atualmente existem duas categorias de escalonadores: ClassFul e Classless Componente responsável por gerenciar a distribuição dos recursos, a maneira como o escalonador desempenha sua tarefa depende do mecanismo utilizado.

13 Priorização básica Porta de Entrada Porta de Saída Classificação + Marcação Filas Pacotes Filas Escalonador Filas

14 FIFO (First In First Out)  Primeiro a entrar, primeiro a sair oferece apenas a funcionalidade de armazenar e encaminhar os pacotes conforme a disponibilidade da rede. A ordem de chegada dos pacotes ao roteador é que determina a distribuição dos recursos, de maneira que o primeiro a chegar será transmitido assim que o caminho de rede estiver disponível. Dispensa os processos de classificação e marcação, já que não utiliza a identificação dos pacotes e organiza em filas especificas. Pode ser usado no tratamento de pacotes que pertencem a um mesmo fluxo ou classe de dados.

15 Tipos de Filas: PQ (Priority Queueing)  O mecanismo PQ trabalha com um esquema rígido de priorização do acesso à interface de saída. Este mecanismo consiste na definição de filas com prioridade diferentes (Alta, média e baixa), as quais são rigidamente servidas pelo escalonador, que só começa a atender uma fila quando todas as outras com prioridade maior que a dela estiverem completamente vazias.  Para aplicações de alta prioridade o mecanismo funciona de forma satisfatória, porém as filas de prioridade inferior tende a sofrer diversos problemas com a falta de recurso.

16 Funcionamento PQ (Priority Queueing) Porta de Entrada Classificação + Marcação Prioridade 1 Pacotes Escalonador Porta de Saída Prioridade 2

17 Tipos de Filas: FQ (Fair Queueing)  Possui como meta garantir que todos os fluxos de dados tenham acesso à largura de banda disponível, numa forma de distribuição "Justa" do recurso.  Esta distribuição acontece mediante a identificação dos pacotes provenientes de comunicações distintas, o que no Weighted Fair Queueing - WFQ (Enfileiramento justo ponderado) é feito dinamicamente com base em dados como end.IP, tipo de protocolo, nº de porta.  Pode ser inviável criar filas individuais para todos os fluxos de pacotes, com isso o algoritmo SFQ - Stochastic Fairness Queueing (Enfileiramento Estocástico Justo) utiliza funções em HASH para distribuir os pacotes entre as filas.

18 Funcionamento FQ (Fair Queueing) Porta de Entrada Classificação + Marcação Fila 1 Pacotes Escalonador Round- Robin Fila 3 Round-Robin: Algoritmo mais simples de agendamento de processos em um sistema operacional, que atribui frações de tempo para cada processo em partes iguais e de forma circular, manipulando todos os processos sem prioridades.

19 Tipos de Filas: CBQ (Class Based Queueing)  Class Based Queueing - CBQ (Enfileiramento baseado em classes) é uma variante do PQ criada para contemplar priorização de tráfego, mas sem o inconveniente de deixar fluxos de menor prioridade sem acesso aos recursos.  Cada fila é servida de um percentual fixo da banda por um escalonador Round-Robin, numa sequencia pré-definida.  Foi o primeiro mecanismo a fornecer garantias efetivas de banda, característica que permite sua utilização nos pontos de uma rede mais suscetíveis a situações de congestionamento, numa estratégia de assegurar a entrega de uma porção fixa de banda sem impedir que capacidade remanescente seja utilizada pelas demais filas.  A maneira como ele implementa suas funcionalidades também tem sido alvo de várias críticas, principalmente com relação à complexidade e imprecisão dos cálculos utilizados na definição das fatias de banda.

20 Funcionamento CBQ (Class Based Queueing) Porta de Entrada Classificação + Marcação Classe 1 – 50 % Pacotes Escalonador Classe 2 – 30% Classe 3 – 20 % Fila de saída – 100%

21 Tipos de Filas: HTB (Hierarchical Token bucket)  Adotando a mesma abordagem do CBQ, mas utilizando uma estratégia diferente para implementar a divisão por filas.  O HTB é baseado no conceito de "Balde de fichas" onde é possível fazer a seguinte analogia: Cada classe recebe uma certa quantidade de fichas em intervalos regulares de tempo, e cada ficha dá o direito de transmitir uma quantidade predefinida de dados. A cada transmissão de dados a classe devolve uma quantidade de fichas, de acordo com o montante de tráfego encaminhado e no caso das mesmas se acabarem, ela precisará aguardar até que receba mais de sua classe pai.  Uma classe pode repassar à outra as fichas que não utilizou, pelo processo de "Borrowing" (Empréstimo).

22 Demonstração da Prática  Tutorial Tutorial

23 Conclusão Após realizar uma vasta pesquisa em documentações oficiais e realizarmos um laboratório para realizar testes de performance na ferramenta, o grupo não recomenda a utilização da mesma para ambientes de grandes corporações. Principais pontos: Dificuldade de configuração, taxas definidas não aplicadas 100% conforme configurado.

24 Obrigado !