(Adaptação do Artigo publicado e apresentado pelo autor no 19º. Simpósio Brasileiro de Telecomunicações e que faz parte da sua dissertação de mestrado, sob orientação do Prof. Dr. Walter Godoy Jr.).

RESUMO

Hoje o governo do estado do Paraná possui aproximadamente 500 redes locais instaladas em 94 secretarias e órgãos estaduais.

Este trabalho propõe o desenvolvimento de um "software" para simulação dos diversos elementos de redes locais e de longa distância que utilizam o protocolo "Ethernet" e "IP" e que, através da análise separada e conjunta destes elementos, possa diagnosticar problemas em projetos e operação de redes de comunicação.

Para iniciar os parâmetros do sistema simulador foram coletados estatisticamente dados de redes existentes no governo do estado do Paraná.

A ferramenta desenvolvida tem por objetivo auxiliar engenheiros, analistas e técnicos da área de teleinformática a projetar e avaliar o desempenho de redes locais e de longa distância que utilizam os protocolos "Ethernet" e "IP". O projeto especificamente deve atender o governo do estado do Paraná e propiciar: a) redução nos custos na elaboração de projetos de rede; b) facilidade na análise de viabilidade técnica e econômica na implantação de redes de comunicação no estado, determinando melhor emprego de recursos econômicos; c) melhoria no desempenho de redes locais e de longa distância de forma a aumentar a produtividade dos órgãos estaduais; d) maior disponibilidade das redes de comunicação, aumentando a satisfação dos usuários.

1. Introdução

1.1 Objetivo

O objetivo deste trabalho é apresentar o desenvolvimento e implantação de um sistema para modelamento, simulação e análise de redes de comunicação de dados, locais e de longa distância, para auxílio na elaboração de projetos de redes. O sistema permitirá também realizar diagnóstico de problemas em redes já existentes e indicação de possíveis soluções.

As redes de comunicação, que utilizam o protocolo "Ethernet" e "IP", instaladas nos órgãos do governo do estado do Paraná, serviram como base para inicialização dos parâmetros do sistema simulador.

O sistema proposto está sendo desenvolvido através de um convênio entre a CELEPAR - Companhia de Informática do Paraná e o CEFET - Centro Federal de Educação Tecnológica do Paraná. O convênio tem por objetivo a cooperação técnica e científica nas áreas de redes de comunicação, sistemas distribuídos, engenharia de software, ambientes computacionais e outras atividades relativas à área de informática em geral, objetivando compartilhar, disseminar e desenvolver conhecimentos nestas áreas, bem como visando o desenvolvimento conjunto de tecnologia voltada a aplicações reais demandadas pelo mercado, assim como a capacitação de recursos humanos das partes em áreas avançadas.

A proposta do sistema advém da necessidade de existência de redes locais nos órgãos do governo do estado do Paraná e de uma rede de longa distância para interligá-las, com alto grau de qualidade, disponibilidade e desempenho, implementadas com tecnologia e preço competitivos. Hoje há uma carência na utilização de ferramentas que auxiliem em análises de viabilidade técnica e econômica em projetos de rede.

2.1 Inovação no método

O sistema desenvolvido propõe características específicas de interesse para o governo do estado do Paraná, levando-se em consideração o domínio das redes hoje em funcionamento e os procedimentos e fatores utilizados para projetos. Conforme análise de trabalhos existentes, ele agrega algumas funções encontradas em produtos comerciais, mas, além de unir tópicos não encontrados em um único "software" comercial, ele emprega métodos específicos para o modelamento e simulação, permitindo ainda: a) independência em relação a uma única empresa de desenvolvimento ou fornecedor para alterações/correções no sistema; b) facilidade na alteração e atualização dos módulos do sistema em função de novas aquisições de dados e/ou evolução tecnológica; c) facilidade na utilização e aplicação; d) custo de desenvolvimento reduzido em relação à aquisição de softwares comerciais.

2.2 Resultados esperados

• O ponto de vista teórico

As tarefas propostas para o sistema simulador são: a) análise de elementos das diversas camadas e protocolos da rede simulada (com referência ao modelo "OSI"); b) análise e medida de eficiência (qualidade de transmissão, taxa de transferência, taxa de erros) da informação digital transmitida na rede; c) avaliação do desempenho da rede e análise da capacidade dos canais que compõem a mesma; d) análise da capacidade de detecção e correção de erros e da tolerância a falhas da rede.

O "software" deve trabalhar através de modelos matemáticos que representam os elementos das diversas camadas (referência ao modelo "OSI") da rede a ser simulada e do funcionamento conjunto destes elementos. Foram tomadas como base, características de redes de comunicação existentes nos órgãos do governo do estado do Paraná, de maneira a atender de forma adequada às necessidades dos mesmos.

• O ponto de vista prático

Do ponto de vista prático, o resultado esperado é uma ferramenta capaz de auxiliar engenheiros, analistas e técnicos da área de teleinformática a projetar e avaliar o desempenho de redes locais e de longa distância "Ethernet" que utilizam o protocolo "IP".

Como exemplo na economia proporcionada pelo sistema, é possível, com a utilização de uma ferramenta de simulação, identificar na fase de projeto se um equipamento é ou não adequado à melhor relação custo/benefício de uma rede de comunicação. É possível, por exemplo, saber quando investir em equipamentos "hub", "switch" nível 2 ou "switch" nível 3, que apresentam entre si variações de custo por porta, na ordem de 5 a 20 vezes.

3. Definição do sistema a ser simulado

• Especificação

O sistema a ser modelado, escopo deste trabalho é:

Rede local e de longa distância, baseada no modelo em camadas da arquitetura de referência "OSI", composta de meios físicos de transmissão: cabo par trançado "UTP" categoria 5 operando a 10 Mbps ou 100 Mbps; cabo de fibra óptica multimodo 50/125 µm trabalhando a 850 nm de comprimento de onda e cabo de fibra óptica monomodo 9/125 µm trabalhando a 1330 nm, ambos operando a 10 Mbps ou 100 Mbps; conector "RJ-45" categoria 5; conector "ST"; conector "SC"; dispositivos de acesso à rede: interface para microcomputador; equipamento "hub"; equipamentos "switch" de camada 2 e 3; equipamento "roteador"; protocolos de rede:

"Ethernet"; "IP" do "TCP/IP"; estação de rede; servidor de rede; aplicações: notes, Internet; consulta a dados;

Os parâmetros que serão constantes, variáveis independentes e variáveis dependentes, na realização de aquisição de dados nas redes de computadores existentes, são respectivamente descritos abaixo:

• Constantes no processo de medição das redes

I: Tempo total de medição da rede, em minutos;

II: Intervalo de tempo para a média dos dados, determinado um ponto de amostra, em segundos;

III: Taxa de transmissão, em Mbps (Mega bits por segundo).

• Variáveis Independentes

A: número de estações na rede, em estações;

B: número de portas utilizadas em um mesmo barramento "Ethernet";

C: tamanho médio de frames, em bytes.

• Variáveis Dependentes (parâmetros Medidos)

a: utilização média da rede, em percentagem;

b: taxa média de frames, em frames por segundo;

c: tamanho médio de frames, em bytes;

d: banda média de rede consumida, medida em Mbps (Mega bits por segundo);

e: máxima utilização do barramento, sobre o tempo amostrado (A), em percentagem;

f: taxa média de broadcast, em frames por segundo;

g: taxa média de colisões remotas, em colisões por segundo;

h: taxa média de colisões locais, em colisões por segundo;

i: número de colisões atrasadas, em colisões;

j: taxa média de colisão como um percentual do total de frames enviados, em percentual;

l: número de Jabbers, em frames;

m: número de FCS ("Frame Check Sequence") errados, em frames;

n: número de frames curtos, em frames;

o: número de frames com ruído elétrico, em frames;

p: taxa máxima de colisões atrasadas, em colisões por segundo;

q: taxa máxima de colisões remotas, em colisões por segundo;

r: taxa máxima de colisões locais, em colisões por segundo;

s: taxa máxima de frames sobre o tempo amostrado (A), em frames por segundo;

t: taxa máxima de broadcast sobre o tempo amostrado (A), em frames por segundo;

u: taxa máxima de jabbers sobre o tempo amostrado (A), em frames por segundo;

v: taxa máxima de FCS ("Frame Check Sequence") errados sobre o tempo amostrado (A), em frames por segundo;

x: taxa máxima de frames curtos sobre o tempo amostrado (A), em frames por segundo;

z: taxa máxima de frames com ruído elétrico, sobre o tempo amostrado (A), em frames por segundo.

Como exemplo de resultados, em uma amostra válida de redes com tamanho de 100 a 350 estações (microcomputadores), para o perfil das redes "Ethernet" e "IP" do governo do estado do Paraná, temos as funções abaixo descritas, onde os coeficientes são determinados permitindo a previsibilidade e simulação do comportamento das redes.

a) A máxima utilização do barramento é função do número de estações na rede, do número de portas utilizadas em um mesmo barramento "Ethernet" e do tamanho médio de frames, ajustados em uma função matemática.

b) A utilização média da rede é função do número de portas utilizadas em um mesmo barramento "Ethernet", ajustados em uma função matemática.

c) A taxa máxima de colisão no barramento "Ethernet" é função do tamanho médio do frame, ajustados em uma função matemática.

d) A taxa média de broadcast na rede é função do número de estações, ajustados em uma função matemática.

A proposta deste trabalho é medir e analisar parâmetros nas redes locais instaladas nos órgãos do governo do estado do Paraná, que utilizam os protocolos "Ethernet" e "IP", e equacioná-los de forma que possam ser simulados. A geração de um software de simulação auxiliará engenheiros e analistas a projetarem novas redes de comunicação, tanto locais como de longa distância, dentro dos protocolos analisados e permitirá uma melhor aplicação dos recursos do governo estadual, bem como do aumento do desempenho das redes de comunicação, aumentando a produtividade e satisfação dos usuários.

[1] BICSI. BICSI telecommunications dictionary. Tampa: BICSI World Headquarters, 1999.

[2] COMPANHIA DE INFORMÁTICA DO PARANÁ. Cadastro de clientes. Curitiba: CELEPAR, set. 2000.

[3] KLINGELFUS, A. L. C. Especificações de projeto básico de infra-estrutura lógica para redes locais de computadores. Curitiba: CELEPAR, set. 2000.

[4] GODOY JR., W. Sistema para modelamento, simulação de análise de redes de comunicação. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE TELECOMUNICAÇÕES, 19., 2001, Fortaleza. Anais... Fortaleza, 2001.

[5] SPURGEON, C. Ethernet web site. Disponível em: http://www.ots.utexas.edu/ethernet/. Acesso em: abr. 2000.

[6] SPOHN, D. L. Data network design. New York: McGrawHill, 1996.

[7] TELECOMMUNICATIONS INDUSTRY ASSOCIATION. EIA/TIA-568 - Commercial building telecommunications wiring standard. Washington: Electronic Industry Association, July 1991.

[8] WALRAND, J.; PRAVIN V. High-performance communication networks. San Francisco: Morgan Kaufmann, 1996.