DESARROLLO DE UNA HERRAMIENTA PARA ANÁLISIS DE REDES

DESARROLLO DE UNA HERRAMIENTA PARA ANÁLISIS DE REDES
F. D. Trujillo Aguilera, A. Díaz Estrella, E. Casilari y F. Sandoval
Dpto. Tecnología Electrónica, E.T.S.I. Telecomunicación
Universidad de Málaga, Campus de Teatinos, s/n, 29071 Málaga
Correo electrónico: [email protected]
futuro, de elementos de red completamente nuevos, los cuales se
estén investigando en la actualidad.
ABSTRACT
Nowadays, it is necessary to dispose of powerful simulation
tools with the aim of knowing the feasible network problems
before implementing physically the simulated network. With
this objective in mind, we present in this paper a graphic tool
based on Visual C++ in order to perform a network node. This
simulation tool is very powerful, flexible and easily
expandable. Moreover, thanks to the graphic interface, the
user obtains a better comprehension of the several performed
simulations and of the problems can appear.
1.
2.
INTEGRACIÓN DE FUNCIONES
Es notorio que el primer elemento a integrar dentro de este
simulador va a ser un potente generador de tráfico con un amplio
rango de fuentes de tráfico a utilizar, las cuales den soporte a las
tres componentes fundamentales de la comunicación (vídeo, voz y
datos). Según esto, nos encontraremos con fuentes on-off (a
ráfagas), fuentes MMPP (tráfico de voz), diversos modelos de
tráfico de vídeo, tráfico ethernet (tráfico de datos), tráfico tipo
poisson, tráfico fractal, etc.
A continuación, y una vez generado el tráfico para la
simulación, se debe garantizar una QoS para cada una de las
conexiones establecidas, por lo que se precisa del desarrollo e
integración de una serie de funciones de gestión y control de
tráfico que prevengan posibles congestiones [2].
El primer control con el que se encuentra una conexión es el
control de conexión (CAC, Connection Admission Control) [2],
cuya función es determinar si dicha conexión se acepta o se
rechaza. Para ello debe comprobar si la red dispone de los
recursos necesarios y suficientes, de uno a otro extremo, para
ofrecer la QoS demandada de forma satisfactoria y que, además,
no se deteriore la QoS de las conexiones previamente
establecidas. Si así no fuera, se rechazará la llamada.
Una vez que el CAC ha decidido aceptar una conexión, se ha de
monitorizar y vigilar el tráfico de dicha conexión con el objeto de
comprobar si este tráfico está conforme con los parámetros
negociados por el usuario al comienzo de la conexión y, de esta
forma, proteger a la red de una excesiva ocupación de recursos
por parte de un usuario. Este hecho, producido de una forma
intencionada o involuntaria, origina un empeoramiento de la QoS
de otros usuarios, ya que se puede ocasionar la saturación y
desbordamiento de las colas utilizadas por dicha conexión,
causando la degradación de otras conexiones que comparten las
mismas colas. Para realizar esta función, se establece la necesidad
de un control de vigilancia (UPC, Usage Parameter Control) [2].
Coexistiendo con el control de vigilancia se encuentra la
conformación de tráfico [2], cuya finalidad es la de intentar
regular cada conexión a fin de modelar el flujo de tráfico de dicha
conexión para modificar su comportamiento y ajustarlo cuando
sea necesario (fuente ilegal) a un patrón más estricto, retardando
para ello las células que se consideren oportunas.
Como quiera que todas las fuentes conectadas a un nodo se
multiplexarán en una cola de salida hacia el enlace MTA, será
necesario controlar en todo momento el estado de dicha cola de
salida para evitar, en la medida de lo posible, desbordamientos
que afecten negativamente a los usuarios; es decir, habrá que
minimizar la pérdida de células de información, y para ello el
bloque de estimación de pérdidas, a partir de la observación del
estado de dicha cola, actuará sobre algunos de los controles
precedentes al objeto de conseguir dicho objetivo.
INTRODUCCIÓN
Debido a la gran demanda que existe en la actualidad de
servicios multimedia de telecomunicación (voz, vídeo y datos), el
usuario necesitaría disponer, en principio, de un gran número de
redes de comunicación que sirvan de soporte a dichos servicios.
Considerando este problema, surge la idea de emplear una única
infraestructura que integre todos estos servicios y que, además,
sea lo suficientemente flexible y rápida para poder albergar los
venideros. De esta forma nació la Red Digital de Servicios
Integrados de Banda Ancha (RDSI-BA), asentada sobre el Modo
de Transferencia Asíncrono (MTA) [1], aprobado por la ITU-TS,
con el fin de satisfacer las demandas de velocidades elevadas,
ofrecer una determinada calidad en el servicio solicitado (QoS,
Quality of Service) y permitir un aprovechamiento máximo de los
recursos disponibles en la red mediante la multiplexación
estadística.
Todas estas características tan provechosas del MTA tienen
como contrapartida la dificultad en la implementación de los
elementos encargados del control de los recursos de la red. Con el
objeto de facilitar dicha tarea, es aconsejable utilizar técnicas de
simulación. En este artículo se presenta una herramienta de
simulación que sirva de campo de pruebas para los estudios que se
realicen en torno a una red MTA. Como característica principal de
la herramienta destaca su carácter gráfico, que permite ilustrar el
funcionamiento que presenta este tipo de redes además de
conseguir que sea de un fácil manejo para el usuario. Por
simplificación se centra en un solo nodo de la red, aunque es
posible su futura expansión si así se requiriera.
El simulador desarrollado se concentra en los elementos de red
encargados de la gestión adecuada de los recursos y del control de
tráfico, ya que son las cuestiones que mayor número de
dificultades ofrecen en la actualidad. Por lo tanto, en esta
herramienta se integran todas las funciones necesarias para
desempeñar la funcionalidad de un nodo de red (generador de
tráfico, control de conexión, control de vigilancia,
encaminamiento, conformación de tráfico, estimación de pérdidas,
renegociación dinámica, etc.).
Una característica muy importante de la herramienta
desarrollada es la posibilidad de expansión que presenta debido a
su modularidad; por lo que es posible la introducción, en un
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de cada simulación las variables y los modelos con los que se
pretende realizar dicha simulación. Asimismo, se definen los
interfaces de interacción entre los distintos controles y se dota al
simulador de un manual de usuario donde se explica
detalladamente todo lo concerniente a dicho simulador.
De este modo, la relación entre los distintos módulos que
configuran el simulador es la que se presenta en la figura 2.
Una vez que dichas células han alcanzado la cola de salida del
nodo, se procederá a su encaminamiento hacia el nodo de destino,
y para ello habrá que elegir la ruta que mejor garantice la QoS y
optimice el uso de la red, por lo que se deberá tener información
precisa del estado de cada uno de los enlaces y nodos intermedios
entre el origen y el destino.
Según todo lo descrito anteriormente, un esquema del modelo
de nodo de red que servirá como escenario de simulación es el que
se muestra en la figura 1.
Uusario
Fuentes
Entorno gráfico
Multiplexor
Cola de salida
.
.
.
CAC
Conf.
Gener.
CAC
Conf.
Enlace
ATM
UPC
UPC
Cola
Estim.
Simulador SMS
Figura 2. Relación entre módulos
4.
CONCLUSIONES. FUTURAS LÍNEAS DE TRABAJO
Estimación pérdidas
La conclusión esencial de este trabajo es el desarrollo de una
herramienta de simulación potente, versátil, modular, bien
estructurada, documentada y fácilmente ampliable con la que se
pretende disponer de una mayor facilidad y comodidad a la hora
de realizar estudios sobre comportamientos en redes ante
variabilidad de tráfico y diversas contingencias (intencionadas o
no) que pudieran acaecer en los distintos controles de tráfico.
No obstante, se debe señalar que aunque el trabajo se ha
extendido a la realización de un solo nodo de red, se pretende
ampliar a varios nodos con objeto de tener una red en la que poder
realizar una mayor variedad de simulaciones en cantidad y
calidad. Del mismo modo, pensando en investigaciones futuras, es
posible agregar nuevos controles de tráfico y nuevos algoritmos
en los controles de tráfico ya desarrollados.
Por último, se contempla la posibilidad de expandir el modelo
realizado a tráfico IP, permaneciendo en las capas inferiores la
tecnología MTA ya implementada.
Figura 1. Modelo de nodo
3.
SIMULADOR DE NODO
Todos los controles definidos en el apartado anterior, así como
los que puedan desarrollarse en un futuro, van a estar soportados
por un simulador de libre distribución, el cual nos proporciona las
funciones mínimas y necesarias para llevar a cabo el desarrollo de
la herramienta que se propone. Dicho simulador corresponde a las
siglas SMS (Simulation Modeling Support for Discrete Event
Simulation) [3] [4] y ha sido escrito en lenguaje C++.
Como se ha citado, la idea que se persigue es la de poder
verificar mediante simulación los estudios realizados sobre
controles de tráfico. De esta forma, y gracias a la simulación, se
evita la construcción de un prototipo real, con la dificultad que
esto supone, amén de tener una idea bastante cercana a la realidad
de las necesidades a la hora de implementar físicamente un nodo.
La ventaja que ofrece la técnica de la simulación es la de poder
construir un modelo simplificado de la realidad, consiguiéndose
una evidente simplificación. Asimismo, se consigue una mayor
rapidez y el hecho de poder centrar el estudio en la parte que más
nos interese. Eso sí, habrá que ser comedido en la simplificación,
ya que se puede llegar a un alejamiento de la realidad, con la
consiguiente pérdida de validez en los resultados obtenidos.
Se dota a la herramienta de simulación de un interfaz con
carácter gráfico que hará las veces de módulo de comunicación
con el usuario del programa y que logra un uso más sencillo de
dicho simulador y ofrece al usuario un entorno amigable y de fácil
manejo.
La realización de la herramienta en cuestión se lleva a cabo
sobre Windows de Microsoft, debido a su carácter gráfico para
poder visualizar y comprender mejor el modelo de red a simular.
El lenguaje de programación sobre el que se monta la aplicación
es Visual C++ [5] puesto que soporta lenguaje orientado a
objetos.
En la herramienta realizada se incluyen un gran número de
algoritmos ya desarrollados para cada uno de los controles
anteriormente expuestos, por lo que es indispensable disponer de
un fichero de configuración donde el usuario defina al comienzo
5.
AGRADECIMIENTOS
Este proyecto ha sido parcialmente financiado por la Comisión
Interministerial de Ciencia y Tecnología (CICYT), proyecto núm.
TEL99-0755.
6.
REFERENCIAS
[1] ITU-TS, Recommendation I.371-Traffic control and
congestion control in B-ISDN, Génova, 1996.
[2] Prycker, M., Asynchronous transfer mode. Solution for
broadband ISDN, 3ª ed., Prentice Hall International, Estados
Unidos, 1995.
[3] Bolier D. y Eliens, A., “Simulation Modeling Support for
Discrete Event Simulation in C++”, Department of
Mathematics and Computer Sciencie, Vrije Universiteit,
Amsterdam (Holanda), octubre 1995.
[4] Fishman, G., Conceptos y métodos en la simulación digital
de eventos discretos. Limusa, México, 1978.
[5] Gregory, K., Microsoft Visual C++ 6. Prentice Hall, España,
1999.
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