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Francisco M. M. Fontes (Eng. Elect. e de Telecomunicações)
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1 Francisco M. M. Fontes (Eng. Elect. e de Telecomunicações)
Proposta de Modelo para Sistema de Gestão de Redes de Comunicações Avançadas Francisco M. M. Fontes (Eng. Elect. e de Telecomunicações) DID/CET - Portugal Telecom Tel: Fax: DIT/UPM Bom-dia! O meu nome é … , trabalho na PT, no Centro de …, embora desenvolvendo tb alguma actividade de investigação no Dept. de Eng. Telemática da Univ. de Politecnica de Madrid. Venho aqui apresentar um trabalho, resultado dessa actividade em ambas as instituições e que tem sido desenvolvido de há um ano a a esta parte, consistindo no estudo, definição e proposta de um sistema genérico de gestão de redes de comunicações avançadas, apresentando caracteristicas específicas de distribuição e performance. 1ª Conferência Nacional sobre Redes de Computadores - CRC'98 Univ. Coimbra, 9 e 10 de Novembro de 1998
2 Resumo Objectivos Estado da Arte Requisitos Identificados
Elementos constituintes do sistema proposto Organização dos elementos do sistema Modelo de Informação Estado actual Conclusões Este o resumo da apresentação, com a qual se pretende fazer uma descrição do modelo proposto, não quererendo de forma alguma, e nem podendo dadas as limitações de tempo, ser exaustivo pretendendo apenas apresentar os conceitos e aspectos mais importantes.
3 Objectivos Definir o modelo arquitectural e estrutural para um sistema a aplicar à Gestão de redes de Comunicações fazendo uso de uma aproximação pragmática à área em causa Ter como objectivo principal a monitorizar e controlo de parâmetros relacionados com a Qualidade de Serviço (QoS) fornecida pelas entidades geridas Que o modelo proposto seja apropriado para a integração de novas soluções e tecnologias O estudo e apresentação de um modelo para um sistema de gestão de redes foi originado pela identificação da sua necessidade pela experiência obtida no campo, onde as soluções existentes utilizadas não satisfazem. - Pode-se desde já adiantar que a proposta não se trata de novos protocolos ou mecânismos no plano do utilizados, intencionados para o transporte de informação - pretendo-se controlar parametros de QoS obriga de imediato a concluir que o sistema tem de fazer uma aproximação mais micro à gestão, ao contrário da aproximação apresentada pelos sistemas comuns, tendo de existir uma maior aproximação entre o sistema gestor e as entidades geridas. - integração de soluções Web, para o interface com o utilizador
4 Estado da Arte Comunidade Internet
SNMP(v1, v2, v3) disman, rtfm, diffserv Soluções baseadas em tecnologias Web JMAPI, DMTF (WBEM e CIM) Código executável móvel Agentes Móveis, Redes Activas Ambientes distribuídos CORBA, disman, MbD Mecanismos incorporados nas próprias tecnologias. Para a definição da arquitectura proposta foram consideradas e analisadas diversas soluções existentes ou propostas. Especial atenção foi dada aos trabalhos desenvolvidos dentro da comunidade Internet. Acronimos disman: Distributed Management rtfm: Real Time Flow Management JMAPI: Java Management API DMTF: Desktop Management Task Force WBEM: Web-based Enterprise Management CIM: Common Information Model
5 Requisitos Identificados
Baixa latência para o utilizador e para as entidades geridas Proporcionar independência temporal e espacial na execução das operações de gestão Real distribuição de tarefas de gestão e controlo Fácil adaptabilidade a ambientes de dimensões variadas e fácil crescimento Eficiência na utilização dos recursos requeridos Colaboração activa das diversas entidades do sistema para a obtenção do resultado final. Eficiência e simplicidade Antes de se iniciar a definição da arquitectura do sistema de gestão, identificaram-se as características que o sistema deveria ter e as funcionalidades que ele deveria proporcionar, para além de identificar as necessidades de gestão existentes. Aqui indicam-se as mais importantes. 1- a rápida resposta aos acontecimentos e alterações verificadas no conjunto gerido é especialmente importante quando se pretende fazer uma monitoria de parametros de QoS em que se pretende mais que saber estado de equipamentos ou interfaces. 2- 3- 4- 5- 6- 7-
6 Arquitectura Geral do Sistema
Modelos Two-tier G A/I Utilizador U Nível de Interface de Utilizador M Nível dos Gestores Modelos Three-tier com servidor único A/I S U Rede S Nível dos Servidores de Gestão A/I Nível dos Agentes e Interfaces Nativos de Gestão Fazendo-se uma comparação com o modelo de aquitectura de outros sistemas, pode-se considerar este como sendo a sua evolução natural (mas apenas do ponto de vista aquitectural). De modelos two-tier (SNMP), passou-se a modelos three-tier (solução porposta pelo JMAPI), com unicos ou simples servidores num nivel médio, consistindo a solução apresentada na divisão em dois do nivel médio: uma vocacionado para o utilizador e outro para as entidades geridas. Existem de facto dos tipos de entidades das quais não nos podemos esquecer: são entidades geridas, pois sem elas não haveria mais nada, e as entidades gestoreas, normalmente os administradores das redes, que querem exercer entre as anterior acções de controlo, operação, configuração, monitorização, etc. Tudo o que exista no meio apenas facilita a diálogo entre essas duas entidades. A/I S U Modelos Three-tier com múltiplos servidores - Quatro níveis distintos - Cada nível alberga um tipo distinto de entidade
7 Entidades estranhas ao sistema de gestão
Modelo de referência V1 H1 U M S A/I V3 V2 H2 H3 H4 A B Entidades estranhas ao sistema de gestão É com base neste modelo que se definem os serviços e protocolos de comunicação entre as distintas entidades do sistema V1: Http, RMI (comunicação entre browsers e Gestores) V2: RMI V3: Protoclos e mecanismos nativos das entidades geridas (SNMP, CMIP, telnet, http) H1, H3: RMI, CORBA H2, H4: RMI É muito importante salientar que no interface V2 o RMI é utilizado apenas para entregar as funções de gestão e receber os resultado. Não confundir com o possibilidade do RMI se aplicar directamente às funcções de gestão existentes nos Servidores, o que levantaria problemas de espera pelos resultados e para a execução multipla de funções. Embora com um posicionamento crítico em relação à aplicação pura e simples do CORBA à gestão de redes, existe no sistema alguns pontos de referência on de a sua utilização pode trazer algum valor acrescido. Isto verifica-se entre entidades do mesmo tipo e em particular para os Gestores, dada a menos exigente necessidade de eficiência a este nível. Para efeitos da operação do sistema, não se considera a existência de comunicação entre entidades U e A/I
8 Interface de Utilizador - U
Baseado em browsers Web suportando Java Operações de autenticação de utilizadores Definição de um conjunto de perfis Utilização de nome de utilizador e palavra de chave Na interacção entre o browser e o sistema, o utilizador tem de ser inequivocamente identificado como único Separação do equipamento de suporte ao interface de utilizador do resto do sistema O utilizador descreve, através do interface gráfico próprio, as operações de gestão a serem realizadas e a forma de visualizar os resultados O processamento a executar-se no terminal do utilizador deve ser mínimo
9 Gestores - G Interface aos utilizadores do sistema para autenticação, carregamento de applets Java e páginas HTML, e diálogo com as applet Manter uma base de informação relativa: aos utilizadores do sistema (quem são, acções de gestão definidas, visualização desejada) ao próprio sistema (que entidades o constituem, onde se localizam) às entidades geridas (quem as gere, como podem ser geridas) Representação dos utilizadores e suporte à sua mobilidade Suporte aos serviços centralizados do sistema e monitorização do nível inferior (Servidores) - Os Gestores terão de possuir um servidor HTML mas este apenas é necessário na fase inicial do processo, para carregamentos das paginas HTML iniciais. Depois o processo prossegue entre as applet e outras entidades dos Gestores. - Base de Informação: que dizer? - Os serviços centralizados necessários no sistema, são construidos no nivel dos Gestores (os Servidores funcionam por si sós, como entidades independentes e autónomas) - os utilizadores devem poder mover-se durante a execução das operações de gestão (não continuamente mas na forma "ligarem-se, desligarem-se, ligarem-se de outra posição, desligarem-se, etc."). Aliás, esta é uma consequência dos requisitos de independência temporal e espacial. Desta forma um utilizador que utilizou um Gestor para uma determinada operação, deve poder utilizar outro Gestor em outro instante para a recolha de resultado, observação da execução, ou alteração de parametros. De qualquer sitio ele deve poder ver sempre a mesma informação.
10 Servidores de Gestão - S
Entidades do sistema em contacto directo as entidades geridas, comportando: Abstracções das entidades geridas (seguindo um modelo definido e reflectindo as características de interesse) Módulos Funcionais de Gestão com a definição das funções de gestão a executar Conjunto de operações de gestão definidas pelos utilizadores Suporte aos protocolos de comunicação utilizados Executam as operações de gestão de acordo com os parâmetros definidos (periódicamente, um nº pré-determinado de vezes ou quando se verifique alguma condição definida)
11 Agentes e Interfaces de Gestão Nativos- A/I
Definem as capacidades de gestão, visíveis do exterior, apresentadas pelas entidades geridas Utilização mínima dos recursos existentes nas entidades geridas Poderão seguir algum standard ou serem proprietários SNMP, CMIP, CORBA, http, telnet, interface série, ... Normalmente rígidos, sem possibilidade de estender as funcionalidades apresentadas Difícil executar remotamente operações de configuração e controlo mais complexas Em diálogo directo com os Servidores de Gestão
12 Cenários de Utilização
M Browsers Web S A/I Diferentes números de entidades do sistema na rede gerida M S A/I Browsers Web Modos de interacção entre Gestores e Servidores de Gestão (definição de operações de gestão e recolha de resultados) Variação do numero de entidades do sistema na rede: situação 1: utilizadores concentrados num unico ponto e entidades geridas distribuidas situação 2: utilizadores distribuidos e entidades geridas concentradas num unco ponto situação 3: mistura das anteriores; situação mais comum em que o numero de gestores e de servidores dependera do ambiente em cause, quer em numero de utilizadores como de entidades geridas Interacção: situação 1: operações de gestão definidas desde um gestor e resultados obtidos no mesmo gestor situação 2: operações de gestão definidas desde um gestor e resultados obtidos num gestor distinto situação 3: mistura das anteriores, em que os resultados das operações definidas desde um gestor se recebem nesse e noutros gestores
13 Funções de Gestão Elementos funcionais, existentes nos Servidores de Gestão, e distribuídos previamente à sua utilização Organizados por Módulos Funcionais de Gestão Disponibilizam funções de valor acrescentado às funcionalidades nativas dos elementos geridos Possíveis de relacionar-se por operadores aritméticos, lógicos ou entre elas Adicionam-se, retiram-se e substituem-se de acordo com as necessidades de gestão existentes Poderão ter uma única instância em cada Servidor ou várias instâncias uma por cada referência nas operações de gestão - As funções de gestão a incluir nas operações de gestão consistem em bocados de código que é distribuido anteriormente à necessidade da sua utilização (isto de preferência). Deste modo minimiza-se o trafego na rede no instante em que existe a necessidade de colocar em execução a operação de gestão. Os Módulos serão distribuidos em horas de menor tráfego na rede. - As funções estão organizadas por Módulos, cada qual com uma área de actuação bem definida. Desta não só se mantém uma estrutura organizada, como se organizam as funções que necessitam do mesmo suporte para funcionarem. Por exemplo aquelas que fazem calculos estatisticos num troço da rede, podem basear-se no mesmo core que faz a contagem de pacotes e os classifica. - Entre as possiveis tarefas de valor acrescentado das funções de gestão podem-se indicar: - agregação temporal e espacial de informação de gestão - difusão de acções de gestão - tradução de protocolos de comunicação (tipo os adaptadores a interface Q) - execução de sequências de comandos origanos por uma única acção - É o relacionamento estabelecido entre as funções que define as operações de gestão. - É a grande flexibilidade de alteração dos Módulos que garante a grande flexibilidade apresentada pelo sistema. - Esta questão das instancias vem na mesma linha das considerações de funções que necessitam de uma base comum de suporte para a sua actividade. As que o necessitam é lógico que tenham uma única instancia. Aquelas que apenas são instanciadas quando necessarias é lógico que exista uma por cada referencia (e mesmo assim depende).
14 Operações de Gestão Definidas pelos utilizadores do sistema, é através delas que se faz a interacção utilizador-sistema de gestão-entidades geridas Expressões simples e legíveis sem necessidade de conhecimentos de linguagens de programação ou desenvolvimento de scripts Inclusão de operadores numéricos, lógicos, e funções de gestão Definição de parâmetros de execução (cronométricos e numéricos) e de dependência Possibilidade de definição de estados de gestão, caracterizados pelas operações a executar em cada estado (teste) e durante a transição de estados (correcção) - As operações de gestão traduzem as intenções de gestão dos utilizadores do sistema. Estas são interpretadas pelo sistema de gestão e executadas sobre as entidades geridas, sendo devolvido o resultado dessas operações. - No fundo há que definir as operações de gestão: - sintacticamente - quando e como - onde se executam - sobre quemse executam - que fazer com os resultados - controlo de segurança de acesso - As operações de gestão poderão ser definidas para uma execução única e imediata, para serem executadas um determinado numero de vezes, para se executarem em determinados instantes, sobre a verificação de determinados acontecimentos ou uma mistura dos anteriores.
15 Árvores de Gestão: conceitos
Organização interna das entidades de um mesmo tipo (aplicada aos Servidores de Gestão) Cada novo Servidor colocado em funcionamento na rede estabelece um canal lógico único de comunicação com um Servidor já existente. Obtenção de uma organização horizontal em árvore, de estrutura fixa, mas com raiz indefinida (esta é definida em cada situação particular pelo Servidor tomado como referência para a operação a executar) Possibilidade de existência de Múltiplas Árvores na mesma rede Cada Servidor pode pertencer a mais que uma Árvore Para além da organição das entidades do sistema por niveis (organização vertical), em que cada nivel alberga um tipo diferente de entidade, com as árvores de gestão pretende-se aplicar uma organização das entidades de um mesmo tipo e em particular dos Servidores de Gestão (organização horizontal)
16 Árvores de Gestão: funcionalidades
Suportar operações que se aplicam a um número elevado de entidades do sistema (Servidores): Distribuir elementos funcionais de suporte à gestão Distribuir as operações de gestão Ajudar em tarefas de inventariação dos recursos geridos Ajudar na procura dos elementos gestores de um determinado recurso a gerir Processamento cooperativo da informação de gestão gerada pelos Servidores de Gestão Necessidade de definir operações de monitorização e controlo das Árvores de Gestão: registo de novos nós, detecção de loops, substituição de nós, reconfiguração, etc.
17 Árvores de Gestão: exemplos
1 5 2 3 4 6 7 8 9 Localização geográfica com ligações lógicas entre Servidores de Gestão Vistas distintas da Árvore de Gestão 1 5 2 4 3 6 7 8 9 8 9 6 7 1 2 5 3 4 1 2 Nó 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Vizinhos Cada elemento (Servidor) guarda a coluna que lhe corresponde Existe um elemento central (Gestor) que guarda toda a informação (para operações de reconfiguração, consulta, etc.) Tabela de conectividade da Árvore de Gestão Na situação 2 é necessário mais um passo para chegar ao último elemento 1 5 2 3 4 6 7 8 9 Árvore de Gestão alternativa 1 5 2 3 4 6 7 8 9 Múltiplas Árvores de Gestão 1 5 2 3 4 6 7 8 9 Situação proibida
18 Modelo de Informação Utilização das características OO da linguagem
Representação gráfica no interface do utilizador seguindo os aspectos de interesse para ele M Modelo visto pelos Gestores S Modelo visto pelos Servidores de Gestão Configuracão física do conjunto gerido Falar nas diversas representações distintas (?) necessárias em cada um dos níveis do sistema. A mobilidade do utilizador levanta desafios adicionais à sua realização de forma eficiente. Faze-lo não é difícil, o difícil é fazê-lo de forma eficiente e com recursos limitados (aproximação pragmática) Enquanto as caracteristicas OO da linguagem são válidas para o interior do sistema, para o seu exterior tem de ser apresentado um modelo standard e aceite por outras entidades: o CIM é um bom candidato, tendo sido já adoptado por produtos comerciais (Tivoli, Unicenter, Microsoft, etc) Utilização das características OO da linguagem Utilização de modelos já existentes (CIM)
19 Estado Actual Sistema em desenvolvimento, seguindo o modelo proposto e utilizando a linguagem de programação JAVA Utilização do JMAPI (JAVA Management API) Primeiro protótipo realizado Abr./98 Segundo protótipo para fim de 98 Testes no ambiente local CET, utilizando ATM e equipamento de vários fabricantes (e.g. CISCO e FORE) Prioridade à utilização de SNMP como protocolo nativo de comunicação com as entidades geridas - o primeiro prototipo teve o objectivo principal de validar alguns dos conceitos a utilizar, nomeadamento o RMI e as técnicas Reflection do Java, métodos de definição das regras de gestão, etc. - a preocupação actual no segundo prótotipo é o de construir um Servidor eficiente, capaz de servir um numero elevado de operações de gestão, sem degradação significariva de performance.
20 Conclusões Área a suscitar grande interesse por parte de diversos grupos de investigação A utilização do Java para a realização de algumas entidades poderá limitar as suas prestações; por outro lado garante a total portabilidade a diversas plataformas O modelo alcançado apresenta uma grande flexibilidade, tanto na sua adaptação a diversas situações de aplicação, como para a integração de diversas soluções e tecnologias no seu desenvolvimento. - - E, alguns módulos do sistema poderá ter de ser utilizado C++ de forma a ter disponivel um maior rendimento.