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INTEGRACIÓN DE APLICACIONES OPEN SOURCE Y PROTOCOLOS DE RED PARA
UN SISTEMA DE RECUPERACIÓN AUTOMÁTICO DE SERVIDORES
Revista Ingeniería al Día. ISSN: 2389 - 7309. Volumen 1 Edición No 2. Julio – Diciembre del 2015.
(OPEN SOURCE APPLICATION INTEGRATION AND NETWORK PROTOCOLS FOR
SERVER RECOVERY AUTOMATIC SYSTEM)
Recibido: 13/01/2015
Aprobado: 15/04/2015
Richard J. Lobo U.
Universidad de Los Andes, Mérida, Venezuela
[email protected]
Gerlyn E. Duarte
Universidad de Los Andes, Mérida, Venezuela
[email protected]
RESUMEN
En una red coexisten diversos dispositivos de comunicación tales como switch
(conmutadores), routers (enrutadores), firewall y los servidores; estos últimos garantizan
el funcionamiento de los servicios de una red que son instalados por los administradores
de redes, utilizando para ello un elevado número de herramientas y requiriendo un
elevado grado de especialización para su correcta configuración. Cuando surge un
problema en los servicios, la detección, diagnóstico y posterior solución dependerán de la
disponibilidad de los encargados de administrar la red de datos, solución que podría
tardar algún tiempo. Si algunos de estos servicios dejan de funcionar, traería como
consecuencia la inoperatividad del servicio prestado, provocando el descontento de los
usuarios. En el presente artículo, se desarrolla un sistema de recuperación automático de
servidores (SIRAS) realizando reinstalación remota y desatendida para el mejoramiento
de los servicios de la Red de Datos del Rectorado la Universidad de los Andes (ULA)
Mérida, Venezuela. Para ello, se utilizan varias aplicaciones tales como sistemas de
archivos remotos, protocolos de autoconfiguración de red, protocolo de transferencia de
archivos, entre otros, que ayudan a optimizar los servicios de las redes en cuestión, sobre
la infraestructura ya existente. Los datos se recolectaron directamente del lugar donde
ocurren los hechos. Los resultados indican un comportamiento estable tanto para
GNU/Linux en la interconexión de las aplicaciones, como para las comunicaciones en red,
independientemente del sistema operativo utilizado. Además, el sistema SIRAS permitió
mejorar los servicios de la red. Asimismo, se demostró que el hardware que aloja al
sistema de recuperación no se vio afectado en su rendimiento al momento de la ejecución
simultánea de todas las aplicaciones y protocolos de red que intervinieron en el sistema.
Palabras claves: Servicios, Redes de datos, Protocolos de red, Sistemas operativos,
Open Source.
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ABSTRACT
There are several devices in a communication network: switches, routers, firewalls
and servers; the latter ensuring the operation of network services. These services are
installed by network administrators, using a large number of tools and a degree of
specialization for correct configuration. When a problem arises in services, detection,
diagnosis and subsequent solution will depend on the availability of those responsible for
administering the network, solution that could take some time. If some of these services
fail, would result in the inoperability of the service provided, causing user dissatisfaction.
This research aims to develop an automatic recovery system of servers performing remote
and unattended reinstallation for the improvement of the services of the network of data of
the Rectorate of the University of the Andes Merida-Venezuela. Using various applications
such as remote file systems, network autoconfiguration protocol, file transfer protocol,
among others, to help optimize the services of communications networks, using the
existing network infrastructure. This research work was part of a field research, the data
were collected directly from the place where the events were going on. It is also, is a
documentary research support for the review of printed documents was necessary and
digitized primary sources concerning the fundamentals of internet services, open source
communication protocols, operating systems, among others. The results indicate a stable
performance for both GNU/Linux in networking applications and for network
communications regardless of operating system used. In addition, the system SIRAS
allowed improve network services. It also showed that the hardware that hosts the
recovery system, was not affected in performance when running concurrently all
applications and network protocols involved in the system.
Keywords: Services, data networking, network protocols, operating systems, open
source.
INTRODUCCIÓN
El vertiginoso crecimiento de Internet ha conllevado a que muchas empresas,
personas e instituciones ofrezcan una gran variedad de servicios que de una manera
directa e indirecta llega a cada persona que esté haciendo uso de alguna conexión de red.
Esta diversidad servicios se encuentran alojados en distintos servidores ubicados en
diferentes partes de la Internet. El objetivo de esta red global es ofrecer al mundo
numerosos beneficios que en el trascurso del tiempo la sociedad actual ha obtenido. Para
el usuario promedio de Internet, los servidores son los sistemas invisibles que albergan la
World Wide Web y los sitios FTP (File Transfer Protocol) y también les permite enviar y
recibir correo electrónico [1]. Lo que los usuarios en general desconocen es que estos
servidores son los que garantizan el funcionamiento de todos los servicios ofrecidos en la
red: servicios de archivo, impresión, fax, base de datos, DHCP (Dynamic Host
Configuration Protocol), web site, correo, entre otros.
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La red de datos del Rectorado de la Universidad de los Andes (ULA), Mérida,
Venezuela, ofrece una serie de servicios que están instalados y configurados en
aplicaciones Open Source. En un estudio previo [2] se desarrolló un sistema basado en
solución tecnológica Open Source para conseguir comunicación oportuna, logrando
independencia tecnológica a costos reducidos.
Debido a que los servidores de la mencionada red pueden verse comprometidos por
intentos de accesos no autorizados o por problemas a nivel de hardware o software, es
imprescindible contar con mecanismos seguros de respaldo de información oportunos tal
como se recomiendan en [3], es decir, métodos de respaldo y recuperación como copias
de seguridad incrementales, de decrecimiento, diferenciales y copias de seguridad
remotas de los sitios web, para resguardar su información de amenazas informáticas.
Los servicios ofrecidos por la Red de Datos del Rectorado de la ULA han conllevado
a que los administradores de esta red tengan que emplear un elevado número de
herramientas, cada una de las cuales cubre un subconjunto de servicios y plataformas.
Estas herramientas suelen necesitar un grado de especialización para su correcta
utilización y, por tanto, requieren que los administradores tengan un alto nivel de
formación.
Cuando surge un problema en alguno de los servicios que ofrecen, la recuperación
del mismo dependerá principalmente de la disponibilidad de los administradores la red de
datos, solución que podría tardar algunos minutos o varias horas dependiendo de la
gravedad de la falla. Si algunos de estos servicios dejan de funcionar o si el
restablecimiento del mismo tarda más de lo previsto, traería como consecuencia la
inoperatividad del servicio prestado, provocando así, el descontento de los usuarios. En
este sentido, en el presente artículo se desarrolla un Sistema de Recuperación
Automático de Servidores (SIRAS) conformado por herramientas Open Source y
protocolos de red. El sistema realiza reinstalación remota y desatendida, utilizando un
conjunto de aplicaciones como sistemas de archivos remotos, protocolos de
autoconfiguración de red, protocolo de transferencia de archivos, entre otros. Asimismo, el
sistema parte de la observación del software libre y abierto como una forma alternativa de
organización para la producción, difusión, distribución y mejoramiento de un producto
colectivo [4].
El SIRAS fue instalado y configurado, incluyendo todas las pruebas de rendimiento
utilizando los recursos y la infraestructura de la red existente del Edificio del Rectorado de
la ULA, con un enfocado similar dado en [5], en el cual se realizó un estudio sobre la
infraestructura de la Red de Datos de la ULA aprovechando todas las bondades que
ofrece esta red; además de mostrar ciertas condiciones a tener presente en la revisión de
servidores basados en Unix (Incluyendo GNU/Linux) para encontrar condiciones de
riesgos en dichos sistemas operativos.
Por último, cabe aclarar que SIRAS ayuda a centralizar y automatizar la gestión de
las redes de datos gracias al trabajo en conjunto de los protocolos de red y las
herramientas de código abierto. Como lo expresa [6] en su investigación, se propone un
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modelo de gestión de redes basado en agentes software, donde un programa de
computación actúa para un usuario u otro programa en una relación de entidad.
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CONFIGURACIÓN DE LAS PRUEBAS
Los datos necesarios para el desarrollo del presente trabajo se recolectaron
directamente del lugar donde ocurren los hechos, es decir, las instalaciones de la Red de
Datos del Edificio del Rectorado de la Universidad de Los Andes.
El procedimiento de configuración de las pruebas se ejecutó en tres (3) fases, las
cuales son, a saber:
a) Instalación del servidor en la plataforma GNU/Linux para alojar el sistema de
recuperación automático de servidores.
b) Integración de las aplicaciones open source y protocolos de comunicaciones en el
sistema de recuperación automático de servidores.
c) Realización de las pruebas pertinentes al sistema de recuperación automático de
servidores (SIRAS) para monitorear el rendimiento.
Instalación del Servidor en la Plataforma GNU/Linux
El equipo que aloja el sistema de recuperación automático de servidores integrado
por aplicaciones open source está instalado con el sistema operativo GNU/Linux
distribución estable Debian 7 Wheezy i386. La memoria fue protegida para que un solo
programa no pueda hacer “caer” al resto del sistema. Específicamente, el sistema
operativo en cuestión está instalado en el siguiente hardware: memoria RAM 2,5
gigabytes, tarjeta madre ASRoch Wolfdale 1333-D667, procesador Intel CORE 2 Duo,
disco duro 500 GB.
La instalación de la distribución Debian 7 se llevó a cabo siguiendo los pasos
indicados en [7]. El tiempo que lleva instalado el sistema operativo ha demostrado ser
estable; además de que ofrece la posibilidad de desarrollo en software. Asimismo, las
comunicaciones en red también han mostrado estabilidad tanto, independientemente del
sistema operativo implementado. También, GNU/Linux se adaptó óptimamente al
hardware del equipo, lo cual se evidencia en los meses que han transcurrido sin
necesidad de apagar el equipo. Además, cuando se presentó inconvenientes en una
aplicación en particular no se bloqueo al equipo, dando la opción de eliminar el proceso
de la aplicación. Por tanto, GNU/Linux es idóneo para servidores de red.
Integración de las Aplicaciones Open Source y Protocolos de Comunicaciones en
SIRAS
Entre las aplicaciones o herramientas computacionales que se utilizaron en el
desarrollo del sistema de recuperación de servidores se encuentran Rsync (Remote sync)
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Iperf (Internet protocol performance), Scp (Secure copy) Wget, Ipfm (Internet protocol flow
meter), Top, entre otras.
Es oportuno resaltar que, Rsync es una herramienta de código abierto desarrollada
para la transferencia de archivos y directorios entre dos ubicaciones distintas [8]. Se basa
en la compresión de la información que se envía. Asimismo, hace posible que la
transferencia de la información se realice mediante un canal SSH (Secure Shell). Además,
Rsync transfiere sólo los archivos y partes de archivos que han sido modificados, en lugar
de transferir el archivo completo nuevamente.
El uso de Iperf, Scp, Wget, Ipfm y Top se mostrará más adelante.
Entre los diferentes usos que se lograron hacer con Rsync en SIRAS se encuentran:
Respaldos automatizados de servidores remotamente, sincronización y transferencia de
archivos. El proceso de instalación y configuración de Rsync, incluyendo las
dependencias necesarias se encuentran explicado en [9].
Por su parte, entre los protocolos de comunicación que intervinieron en SIRAS se
encuentran: DHCP, PXE (Preboot eXecution Environment) y TFTP (Trivial File Transfer
Protocol).
PXE es un ambiente de ejecución que permite iniciar el computador desde la red [10].
En el presente trabajo, PXE fue utilizado para iniciar clientes de red, es decir, los
servidores que se encuentran en la red de datos, desde un servidor central que en este
caso en particular es el SIRAS, el cual suministra el software y la configuración necesaria
para ejecutar el sistema operativo.
Por su parte, DHCP es un protocolo utilizado para que un equipo conectado a una red
pueda obtener su configuración (principalmente su configuración de red) en forma
dinámica. Sólo se tiene que especificarle al equipo, mediante DHCP, que encuentre una
dirección IP de manera independiente. De esta manera, la administración de la red se
simplificar la administración de la red. En este trabajo DHCP se empleó principalmente
para distribuir direcciones IP en la red de datos.
Con relación al TFTP, se utilización se debió a que es un método que utiliza pocos
recursos para transmitir archivos a través de la red, ya que no establece una conexión Es
un protocolo de aplicación nivel 7 del modelo de referencia OSI [11].
Realización de las Pruebas Pertinentes al SIRAS para monitorear el Rendimiento
Se realizaron pruebas técnicas que proporcionaron información objetiva e
independiente sobre el sistema de recuperación automático. Estas pruebas fueron
implementadas en el transcurso del proceso de desarrollo del sistema, a través de las
herramientas Iperf, Scp, Wget, Ipfm, Top.
En el caso, por ejemplo, de Iperf [12], dicha herramienta fue utilizada para medir el
ancho de banda máximo TCP y UDP (User Datagram Protocol), de las comunicaciones en
la red, concretamente entre los servidores clientes y SIRAS. Todas las pruebas realizadas
con Iperf se efectuaron solo con TCP, para garantizar y verificar que el paquete llegase
correctamente al receptor, permitiendo de esta manera medir el rendimiento de la carga
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útil del enlace. En cambio, con UDP los paquetes son enviados sin efectuar verificación
alguna.
En la Figura 1 se muestra el esquema de la red de datos. Iperf está instalado en los
tres servidores y todos los equipos poseen el sistema operativo GNU/Linux.
Figura 1. Esquema de la red de datos
Por su parte, el funcionamiento de Iperf (ver Figura 2) tiene lugar cuando el servidor
cliente se conecta a SIRAS en el puerto TCP 5001. En este caso, el ancho de banda
mostrado por Iperf es el ancho de banda correspondiente al cliente-servidor a SIRAS.
Figura 2. Esquema del funcionamiento de Iperf
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Los resultados obtenidos en esta prueba se muestran en la Figura 3. Se observa que
al ejecutar la herramienta Iperf se obtuvo una efectividad en la conexión entre el cliente
Bear y el servidor SIRAS de 94,0 Mbps sobre un enlace nominal de 100 Mbps, sobre el
cableado par trenzado categoría 5e. Esta prueba se realizó sin saturar el enlace que
interconecta ambos equipos, motivo por el cual reflejó excelente resultado.
Figura 3. Ejecución de Iperf
.
Estas prueba de medición del ancho de banda y calidad del enlace entre SIRAS y los
servidores clientes, también se realizó sobrecargando el enlace, haciendo transferencia
con Rsync y utilizando Wget, que es una herramienta libre que permite la descarga de
contenidos desde servidores web de una forma simple y soporta descargas mediante los
protocolos HTTP (Hypertext Transfer Protocol), HTTPS (Hypertext Transfer Protocol
Secure) y FTP.
Otra herramienta que se utilizó para saturar el enlace entre SIRAS y los servidores
clientes fue Scp, con lo cual se pudieron realizar copias seguras y encriptadas, pero
usando SSH. La conexión encriptada imprime seguridad a la información transferida entre
el servidor cliente y el SIRAS, como se puede observar en las Figuras 4 y 5. Todas esas
herramientas se ejecutaron de forma simultánea para sobrecargar el enlace y obtener
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datos reales de rendimiento entre SIRAS y los servidores cliente, específicamente con el
servidor Bear.
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Figura 4. Transferencia con Rsync
Figura 5. Descargas con Wget
Los resultados obtenidos en este caso, se pueden observar en la Figura 6. De un
enlace nominal de 100 Mbps que une las comunicaciones entre SIRAS y el servidor
cliente, se obtuvo una velocidad real de 78,3 Mbps. Este resultado demuestra que a pesar
de la sobrecarga del canal, el medio de transmisión y los equipos de telecomunicaciones
están óptimos para la implantación del sistema de recuperación automático de servidores.
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Figura 6. Rendimiento del enlace en presencia de sobrecarga
Todas estas pruebas se realizaron en la dirección del servidor cliente, el cual está
constituido por un hardware básico, con poca RAM (Random Access Memory). Cuando
las pruebas fueron realizadas con otro servidor de mejores características la velocidad del
enlace saturado alcanzó los 90,4 Mbps.
En el mismo orden de ideas, fue utilizada la herramientas Ipfm [13], para medir el
tráfico de subida, bajada y total, correspondientes a las IP´s de la red de datos, es decir,
para medir el ancho de banda que los usuarios específicos usan en los enlaces.
En la Figura 7 se observa la entrada y salida (en bytes) del tráfico que generan
algunos usuarios de la red. En el caso de SIRAS, por estar ejecutando varios servicios de
red de manera simultánea, genera mayor tráfico total que los demás clientes.
Finalmente, es importante monitorear los servidores, tanto SIRAS como los demás,
debido a que cuando se realizaron las pruebas (arriba mencionadas) de forma simultánea,
es imperativo observar el comportamiento de los equipos involucrados, los procesos de
ejecución del sistemas en tiempo real, uso de CPU (Central Processing Unit), memoria,
swap, entre otros. Para ello, se recurrió a la herramienta Top [14], la cual permitió una
visión dinámica del sistema en tiempo real, mostrando un listado de los procesos en
ejecución, proporcionado además un gran número de datos de las memorias y procesos.
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Figura 7. Tráfico con Ipfm
En la Figura 8 se muestran los procesos propios del sistema operativo, observándose
además que la ejecución de las herramientas rsync, ssh, ipfm, ipert, wget.
Figura 8. Procesos en ejecución
La intención de aplicar Top es observar el comportamiento de los servidores
sobrecargados de diferentes procesos ejecutándose simultáneamente. Se obtuvo como
resultados que SIRAS no se vio excesivamente afectado en cuanto a CPU, memoria,
swap, por todos los programas que trabajaron a la par.
FUNCIONAMIENTO DEL SIRAS
Antes de poner en funcionamiento al sistema de recuperación automático fue
necesario realizar ciertas acciones en los servidores clientes. Se configuró en las BIOS
(Basic Input/Output System) de los equipos cliente, la opción <Power On – PXE Boot>
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que permite arrancar al cliente usando sólo la tarjeta de red. Para realizar la prueba de
recuperación automático se procedió a apagar un equipo simulando un problema con el
sistema operativo.
La Figura 9 ilustra el esquema del funcionamiento de SIRAS.
Figura 9. Esquema del funcionamiento del SIRA
En primer lugar, una vez que arrancó el equipo, la BIOS del servidor cliente pasó el
control a PXE de la tarjeta de red. Éste solicitó los datos de configuración de red mediante
una petición broadcast de DHCP y el servidor de DHCP respondió con la IP del equipo y
el resto de los datos de configuración. Luego, mediante TFTP, se transfirió el cargador de
Linux desde SIRAS al cliente. Una vez iniciado el cargador, se obtuvieron las opciones de
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arranque para el equipo cliente. Inmediatamente después, el núcleo de Linux se carga en
memoria y comienza el arranque con los datos de configuración obtenidos.
En esa primera prueba realizada, se necesitó la intervención del personal de la red
para completar la recuperación y poder terminar de montar el sistema. Después, con el
sistema operativo instalado se procedió a transferir con Rsync el “volcado” de la data al
servidor cliente.
Para la segunda prueba se procedió a realizar el mismo procedimiento anterior, pero
para esta oportunidad fue necesaria la utilización del protocolo NFS (Network File System)
y de la herramienta FAI-serve (Fully Automatic Installation).
NFS permite que un equipo con GNU/Linux pueda montar y trabajar con un sistema
de archivos de otro equipo de la red como si fuese local. Para el segundo experimento,
NFS permitió proporcionar acceso a varios sistemas de ficheros montados por la red y así
poder suministrarle la información correcta los servidores clientes.
En relación a la herramienta FAI, se trata de software para la instalación no
interactiva y desatendida de sistemas Debian GNU/Linux. Permite la instalación de
nuevos computadores personales, además de actualizar sistemas operativos e incluso
instalar un clúster de varios de equipo.
Los resultados obtenidos de la segunda prueba fueron aceptables, ya que
efectivamente tuvo lugar la recuperación del sistema operativo del servidor, incluyendo las
aplicaciones y la información de las particiones. En todo caso, faltaría realizar una tercera
prueba de forma distribuida y observar el comportamiento del SIRA en ese caso.
Es importante señalar que con la entrada en vigencia de la Ley de Infogobierno de la
República Bolivariana de Venezuela el 17 de agosto del 2014, donde se establecen los
principios, bases y lineamientos que rigen el uso de las tecnologías de información en los
entes y órganos del Poder Público nacional, estadal y municipal, institutos públicos,
universidades públicas y toda empresa creada con fondos del Estado, además de
promover el desarrollo de las tecnologías de información, es decir del uso de tecnologías
con estándares abiertos que garantizan el acceso a todo el código fuente, SIRA se
convierte en un sistema flexible y adaptable a las distintas necesidades de estas
empresas e instituciones, al ser una herramienta que permite instalaciones y recuperación
de los servidores y con esta ley se puede adaptar fácilmente a las estaciones de trabajo
del personal administrativo, docente, obrero y estudiantil.
CONCLUSIONES
El manejo del software de código abierto en este trabajo suministra seguridad y
confiablidad a las herramientas utilizadas en el sistema, debido que las mismas se
encuentran en constante revisión por parte de usuarios y desarrolladores de cualquier
parte del mundo, corrigiendo los problemas de vulnerabilidades en tiempos cortos.
Se concluye que el comportamiento de GNU/Linux en la interconexión de las
aplicaciones utilizadas fue óptimo, demostrando en todo momento ser un software
estable. Asimismo, las comunicaciones en red también mostraron estabilidad, para todos
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los sistemas operativos implementados. Adicionalmente, se comprobó la robustez
GNU/Linux en términos del hardware ya que al transcurrir varios meses no fue necesario
apagar el equipo.
Al ejecutar la herramienta Iperf sin saturar el enlace que interconecta al servidor
cliente Bear y SIRAS se obtuvo una efectividad en la conexión de 94,0 Mbps (de los 100
Mbps nominales) sobre cableado par trenzado categoría 5e.
Igualmente, se evidenció que al sobrecargar el enlace de comunicación entre SIRAS
y el servidor con menos recursos de hardware, se obtuvo un rendimiento aceptable de
78,3 Mbps. Se demostró también que el hardware que aloja al sistema de recuperación,
no se vio afectado en su rendimiento al momento de la ejecución simultánea de todas las
aplicaciones y protocolos de red que intervinieron en el sistema.
Se concluye igualmente que el sistema SIRAS permitió mejorar los servicios de la
red. El sistema fue desarrollado utilizando los recursos existentes de la Red de Datos del
Rectorado de la ULA, de tal forma que el costo de implantar este sistema fue muy bajo.
Finalmente, SIRAS efectivamente recupera los servidores a nivel de software. Para la
primera prueba fue necesaria la intervención de las personas a cargo de la red de datos
para completar el proceso, mientras que en la segunda prueba se realizó la recuperación
del servidor y su información de forma desasistida.
Cabe señalar, que actualmente se está trabajando en el desarrollo de una
herramienta útil y versátil como es el sistema de recuperación, para ayudar a los
servidores de la red en mejorar los servicios prestados.
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