NkZMQ2 - Laboratorio Virtual de Redes - vNet

Introdução

O emulador de redes Netkit2 apresenta-se como um ambiente para experimentos com redes de computadores, para torna-lo mais acessível, este projeto propõe estendê-lo para que seja executado em um servidor de aplicação, ou mesmo em nuvem, sendo acessado através de uma interface web. Nesse modelo, chamado de vNet, estudantes podem criar, executar e investigar suas redes, que podem ficar ativas e operantes pelo tempo que for necessário. O novo serviço possui também um catálogo de experimentos e a possibilidade de interligar redes de diversos experimentos. O vNet assim facilitaria a experimentação com redes de computadores e a criação de aulas práticas em cursos de redes em modalidade EaD.

Netkit2

Netkit2 é um ambiente para experimentos com redes de computadores desenvolvido pela Área de Telecomunicações do IFSC (Câmpus São José), e que se inspirou no Netkit[1], uma ferramenta semelhante (mas mais simplificada) desenvolvida pela Universidade de Roma, na Itália. Ele se compõe de máquinas virtuais Linux (implementadas com kernel Linux UML – User Mode Linux)[2], que funcionam como roteadores ou computadores, e hubs Ethernet virtuais (UML switch) para interligar as máquinas virtuais. Para todos os efeitos, cada máquina virtual funciona como se fosse um computador real, possuindo uma ou mais interfaces de rede. Com esses recursos é possível criar redes de configurações arbitrárias para estudar protocolos de comunicação e serviços de rede.

As principais diferenças entre o Netkit e o Netkit2 são:

A definição de tipos de equipamentos a serem usados no experimento, tais como roteadores, switches, e computadores de uso geral: cada máquina virtual pode assim ser especializada para facilitar sua configuração.
A possibilidade de definir diversos parâmetros de configuração de rede (ex: endereços de interfaces, rotas, VLANs, ...) diretamente no arquivo de configuração de um experimento.
A possibilidade de criar enlaces ponto-a-ponto via links seriais virtuais, que podem ter configurados suas taxas de bits, taxas de erro (BER) e atraso de propagação.
Uma interface gráfica para a execução de experimentos. Esse aplicativo concentra as telas de terminal das máquinas virtuais e provê diversas funções auxiliares para ajudar na realização dos experimentos. A figura abaixo mostra um exemplo dessa interface em ação:

Estrutura do projeto

O projeto adota uma estrutura Cliente-Servidor, utilizando os sockets providos pela API zeroMQ[3] com os mesmos numa arquitetura dealer-router[4]. Devido a propriedade de multiplexação destes sockets, é necessário apenas um socket para cada cliente.

Para simplificar a comunicação entre ambos os lados e torna-la mais eficiente, foi necessário desenvolver um protocolo próprio, uma vez que o HTTP demonstrou-se ineficiente para tal, este novo protocolo é demonstrado na figura a seguir:

O servidor também responde com status=400 caso haja algum erro e data= Descrição do erro ocorrido.

para obter a documentação da classe: pydoc3 nkmessage

Repositório de redes

Com a finalidade de tornar mais ágil e simples a execução de experimentos, foi pensado e implementado um repositório de redes pré configuradas, para isso foi usado o MyDB3 e NKRepo.

MyDB3: API que faz a comunicação entre o banco de dados (SQLite[5]) e o NKRepo.
NKRepo: Representa o repositório desta aplicação propriamente dito, cada rede neste repositório possui as seguintes informações: name: Nome da rede author: autor da rede. description: breve descrição do experimento/rede. preferences: preferencias da rede. published: data de publicação. value: configuração da rede.

Servidor

No lado do servidor usa-se as classes:

TermPool: Um agrupador dos terminais de cada instância, inicia as VMs (Virtual Machine) de cada instância, configurando-as para leitura não bloqueante.
Instancia: Representa uma rede em execução, cada objeto instância contém um TermPool, inicia de fato a rede e trata eventos vindos dos terminais do cliente.
Dispatcher: Gerencia as requisições vindas do cliente, também faz a comunicação com o banco de dados. Se a requisição recebida for um comando escrito num pseudo-terminal, o comando é enviado para sua instância, processado, então a resposta vinda da instância é enviada ao respectivo cliente, caso a requisição seja referente ao banco de dados, ele simplesmente obtém o que foi requisitado e envia ao cliente.

O diagrama a seguir é um breve representação do lado do servidor.