monitoreo desde un estacion real hacia un entorno virtual usando snmpv2

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monitoreo

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  • Diseo e implementacin del monitoreo desde una estacin real hacia un entorno virtual utilizando el software de simulacin GNS3, basado en el

    protocolo de gestin de redes SNMPv2.

    William Paul Burbano Moreira (1)

    , Rita Lissette Bonilla Zambrano (2)

    , Ing. Washington Medina (3)

    Facultad de Ingeniera en Electricidad y Computacin (1) (2) (3)

    Escuela Superior Politcnica del Litoral (ESPOL) (1) (2) (3)

    Campus Gustavo Galindo, Km 30.5 Va Perimetral, Apartado 09-01-5863. Guayaquil, Ecuador (1) (2) (3)

    [email protected] (1)

    , [email protected] (2)

    , [email protected] (3)

    Resumen

    El presente trabajo surge ante la necesidad de administrar una red que facilite al Administrador realizar tareas

    de gestin como planificar, organizar, mantener, supervisar, evaluar, y controlar los elementos de las redes de

    comunicaciones. Dicha Administracin o Gestin es basada en el protocolo SNMP (Simple Network Management

    Protocol), la misma que permite a los administradores de red administrar dispositivos y diagnosticar problemas en

    la red y as tambin de cubrir algunas deficiencias del SNMP original, conocido como SNMPv1, por tal motivo es

    que SNMPv2 es la evolucin natural de SNMPv1 ya que por su grado de complejidad la hace ms difcil de

    implementarla y que su uso se extienda rpidamente, pero hace que los usuarios trabajen en una versin mejorada.

    Cabe destacar que para el diseo de la red se utiliz el software de simulacin de redes GNS3 que es una

    herramienta importante para el desarrollo de la misma, en vista que permite crear una conexin real lgica y a

    travs de ella se proceder a monitorear toda la red mediante una estacin real.

    Palabras Claves: SNMP, SNMPv2, LAN, GNS3, MIB, PDU

    Abstract

    The present work rises from the necessity to manage a network which facilitates management tasks such as

    planning, organize, maintain, supervise, evaluate and control the network elements of communications. This

    administration is based on SNMP (Simple Network Management Protocol), which allows to the network

    administrators to administrate devices, diagnose network problems and solve some deficiencies from original

    SNMP, known as SNMPV1 for this reason SNMPv2 is the natural evolution from SNMPv1because its level of

    complexity makes users work in an improved version.

    It is worth mentioning that for this design of the network, the software of simulation GNS3 was used because

    this is an important tool for its development since it allows creating a real logical connection when will be used

    and through it will proceed to monitor the whole network using a real station.

    Keywords: SNMP, SNMPv2, LAN, GNS3, MIB, PDU

  • 1. Introduccin

    A medida que avanzan los aos, tambin el

    avance tecnolgico se hace presente en la vida de los

    usuarios y la complejidad de la misma sin lugar a

    dudas, por eso se destaca la importancia que

    representan las plataformas tecnolgicas con

    software necesario para la administracin, control y

    monitorizacin de redes mediante gestin de redes,

    una de ellas es el protocolo SNMP que tiene la

    capacidad de integrarse en productos de diferentes

    fabricantes y que permite al administrador mantener

    una base de datos con todas las configuraciones de

    los ruteadores.

    Hoy en da existen tres versiones disponibles de

    este protocolo: SNMPv1, SNMPv2 y SNMPv3, pero

    nos enfocaremos en SNMPv2. Este protocolo fue la

    mejora de SNMPv1, perfeccionando la seguridad

    existente y funcionamiento por ende es el ms

    usado.

    2. Objetivos

    2.1 Objetivo General

    Disear e implementar una red LAN utilizando el

    protocolo SNMPv2 para monitorear la red desde una

    estacin real hacia un entorno virtual, a travs del

    software de simulacin de redes GNS3.

    2.2 Objetivos Especficos

    Interpretar los conceptos bsicos del protocolo de gestin SNMP.

    Estudiar y comprender el software de simulacin de redes GNS3 y las

    herramientas de administracin.

    Disear una red LAN a travs del software libre GNS3 en base a una estacin real para

    la implementacin virtual de la misma.

    Establecer la conexin de los ruteadores mediante el protocolo de enrutamiento

    OSPF.

    Simular de manera virtual la red LAN en el software GNS3.

    Mostrar las capacidades del protocolo de administracin SNMPv2 a travs de las

    herramientas de monitoreo.

    Realizar un seguimiento de la red y solucionar daos si es necesario.

    Analizar y comprender los resultados obtenidos en las simulaciones.

    3. SNMP

    SNMP (simple network management protocol) es

    un protocolo que nos permite recabar informacin y

    administrar un equipo en forma remota, como su

    nombre lo indica, en forma simple, muy til para

    saber el estado de diferentes dispositivos como:

    ruteadores, conmutadores (switches), servidores,

    estaciones de trabajo, dispositivos mviles, hub, pc,

    impresoras, ups, etc. en una red, incluso es posible

    manipular a travs de l cualquier dispositivo que

    maneje SNMP como lo ilustra la figura 1.

    Figura 1. Protocolo SNMP [1]

    3.1 Elementos de procedimiento

    El agente de gestin: es el que supervisa a un

    elemento de la red; ste se comunica con el gestor

    para tener en cuenta sus peticiones e informarle de

    eventos acaecidos en el objeto gestionado.

    El gestor: es un software que est en una

    estacin de gestin que se comunica con los agentes

    y que ofrece al usuario una interfaz para poder

    comunicarse con los agentes de gestin y as tener

    informacin de los recursos gestionados.

    Los objetos gestionados: son las abstracciones

    de los elementos fsicos de la red que se gestionan

    como por ejemplo tarjeta de red, concentrador,

    mdem, router, etc. Tambin se puede manipular los

    atributos y las operaciones que se pueden hacer

    sobre el objeto, de la misma manera, las

    notificaciones que el objeto pueda generar as como

    las relaciones con otros objetos que tambin son

    susceptibles de ser controladas. [1]

    Protocolo de gestin: es el protocolo que

    describe cmo se realizar la comunicacin entre los

    agentes de gestin y el gestor. Para nuestra tesis

    seria el protocolo SNMP. La comunicacin que se

    hace es por medio de requerimientos, respuestas y

    notificaciones. [2]

    3.2 Definicin de comunidad

    Se denomina comunidad (community) a un

    conjunto de gestores y a los objetos gestionados. A

    las comunidades se les asignan nombres, de tal

    forma que este nombre junto con cierta informacin

    adicional sirva para validar un mensaje SNMP y al

    emisor del mismo.

    As, por ejemplo, si se tienen dos identificadores

    de comunidad "total" y "parcial", se podra definir

    que el gestor que use el identificador "total" tenga

  • acceso de lectura y escritura a todas las variables de

    la base de administracin de informacin, MIB

    (Management Information Base), en cambio el

    gestor que use la comunidad "parcial" slo tendra

    acceso de lectura a las variables del MIB. [2]

    3.3 Estructura de una PDU

    Los PDUs contienen un comando especfico

    como: Get, Set, etc. as mismo operandos, los cuales

    detallan las instancias del objeto que est implicado

    en la transaccin. Los campos PDU de SNMP son

    de longitud variable, segn lo especificado por

    ASN.1. A continuacin se muestra la estructura de

    PDU en la figura 2.

    Figura 2: Explicacin de estructura PDUs [3]

    Existen cinco tipos de PDU:

    GetRequest-PDU: Con esta PDU se puede

    solicitar el valor sea de una o ms variables. Dichas

    variables que se desea conocer su valor se listan en

    variable-bindings. Como respuesta se recibe una

    PDU de tipo GetResponse, con los valores de las

    variables requeridas, que estn establecidos en

    variable-bindings o si hubiera algn error, ste se

    identificara con error-index y asi identificar qu

    variable fall, y error-status para saber cul fue el

    fallo o error.

    GetNextRequest-PDU: Con esta PDU se solicita

    el valor de la siguiente variable a la indicada o

    indicadas, suponiendo un orden lxico.

    SetRequest-PDU: Con esta PDU se establece el

    valor de la variable o variables que digamos en

    variable-bindings. Si no llega a ver errores el

    receptor devuelve una PDU de tipo Response con el

    campo error-status establecido a NoError y error-

    index a 0.

    GetResponse-PDU: Esta PDU se genera como

    respuesta a las PDUs de tipo GetRequest,

    GetNextRequest y SetRequest.

    Trap-PDU: Las PDU de tipo Trap admiten a los

    agentes comunicar de manera asncrona a los

    gestores cualquier evento que le est pasando al

    objeto gestionado y en el cual el gestor tiene inters

    de ser informado. El campo generic-trap indica que

    un evento ha ocurrido, como lo describe la figura 3.

    [2]

    Figura 3: Eventos relacionados a SNMP [2]

    4. SNMPv2

    Surge la necesidad de cubrir algunas deficiencias del SNMP original, conocido como

    SNMPv1. Para esto SNMPv2 se compone de dos

    iniciativas las cuales fueron terminadas a mediados

    de 1992 como lo son: Secure SNMP y Simple Management Protocol (SMP), es decir, mejorar la seguridad de SNMPv1 y adquirir nuevos aspectos de

    gestin respectivamente, evolucin que se muestra

    en la figura 4.

    Figura 4: Resumen de la evolucin histrica de

    SNMPv2 [3]

    4.1 Operaciones de Protocolo

    Para el protocolo de SNMPv2, se conoce que las

    PDU van encapsuladas en un mensaje. En la

    cabecera de dicho mensaje se determinan cules

    sern las polticas de autenticacin y autorizacin.

    Los mensajes de SNMPv2 proporciona la

    funcionalidad limitada para las caractersticas de

    seguridad. El protocolo SNMPv2 provee tres tipos

    de acceso a la informacin de gestin:

    Gestor-Agente Request-Response

    Gestor-Gestor Request-Response

    Agente-Gestor unconfirmed

  • Para esto SNMPv2 aade algunos cambios (vase

    figura 5) con respecto a SNMPv1.

    Figura 5: Caractersticas dirigido a SNMPv2 [4]

    A continuacin tres nuevos tipos de PDU:

    GetBulkRequest: Es la que permite la

    recuperacin de tablas de una manera ms eficiente,

    es decir, minimiza el nmero de intercambios. Acta

    de forma parecida a GetNextRequest, solo que esta

    nueva mejora hace posible indicar varios sucesores a

    uno dado. Para esto aadimos dos nuevos

    parmetros de PDU dentro de la misma.

    non-repeaters: Numero de variables de la lista a la cual se le realizara una

    recuperacin simple.

    max-repetitions: Es el nmero de veces que equivale de las recuperaciones mltiples [5]

    SNMPv2-Trap: Este tipo de PDU reemplaza al

    trap de la versin 1, a pesar de que su funcin es la

    misma existen una ligera variacin en los campos

    del PDU:

    Este tipo de mensaje no posee ningn tipo de confirmacin asociada.

    Con respecto a los campos Generic Trap Type y Specific Trap Type ya no son

    utilizados en esta nueva versin ya que

    aparece uno nuevo llamado TrapOID, el

    cual consiste en la unin de los dos

    anteriores.

    La lista variable-binding posee dos variables

    llamadas sysUpTime y snmpTrapOID. Despus de

    esto se puede aadir las VariableBindings que se

    deseen enva, como se lo solicitaba en el Trap-PDU

    de SNMPv1.

    InformRequest: Establece comunicaciones entre

    gestores las cuales se configuran mediante la M2M

    MIB. Para esto tenemos dos tipos de

    comunicaciones, la que es por la ocurrencia de algn

    evento y la que es a peticin de algn gestor.

    4.2 Desarrollo del protocolo SNMPv2.

    La versin SNMPv2c: (Community-based

    SNMPv2), es la nica mejora introducida ya que

    posee una mayor flexibilidad de los mecanismos de

    control de acceso.

    La versin SNMPv2*: realiza cambios en su

    modelo administrativo, para poder introducir los

    conceptos de integridad y privacidad, dando

    hincapi a un sistema de seguridad la cual consiste

    en mejorar el control de acceso a la informacin.

    La versin SNMPv2u: (User-based SNMPv2) es

    la que introduce la nocin de usuario, inclusive ha

    sido una de las versiones ms usadas, ya que ha

    llevado a un avance en la remodelacin de este

    protocolo y que dio lugar finalmente a la versin tres

    de este protocolo (SNMPv3). [6]

    5. Desarrollo e implementacin virtual

    del proyecto

    Para el desarrollo de este proyecto se proceder a

    disear, implementar y simular una red virtual

    basada en la arquitectura del protocolo SNMPv2,

    habilitando su estacin de gestin, la misma que ser

    una estacin real lgica (PC anfitrin) mediante el

    software de simulacin de redes GNS3, y para ello

    se ha realizado la topologa como se muestra en la

    Figura 6; cabe recalcar que la topologa es opcional;

    es decir podr utilizar y disear cualquier topologa

    de red que el usuario crea propicia.

    Figura 6: Topologa de la Red a utilizarse

    Para este proyecto se utilizara el diseo de la red

    que estar constituido de tres redes LAN,

    denominadas Guayaquil, Quito, Cuenca con sus

    respectivas direcciones IP; es decir tendremos tres

    ruteadores encargados de operar el sistema.

    Tambin se realizar subnetting para crear

    subredes de las redes principales y poder configurar

    los elementos de la red, asignando las direcciones IP

    a cada dispositivo de la red.

    Se implementar el protocolo de enrutamiento

    OSPF para establecer la conexin de los ruteadores.

    A diferencia de otros sistemas de enrutamiento,

  • OSPF puede operar dentro de una jerarqua. La

    entidad ms grande dentro de una jerarqua es lo que

    se denomina sistema autnomo (AS). El AS es un

    grupo de redes bajo una administracin comn que

    comparte una estrategia de enrutamiento. El

    protocolo OSPF es interno en el AS, aunque es

    capaz de recibir y enviar rutas a otros sistemas

    autnomos.

    Por otra parte, a travs de la estacin real (PC

    anfitrin), la herramienta de monitoreo (Open NMS)

    y el analizador de paquetes (Wireshark) se obtendr

    informacin detallada del protocolo SNMPv2 y del

    estado de la Red, destacando sus capacidades las

    mismas que reflejarn las ventajas y desventajas de

    dicho protocolo.

    Adems implementaremos todo en una estacin

    real lgica denominada ADMINISTRADOR, como

    se muestra en la Figura 6. Esta estacin real lgica

    es la PC anfitrin es decir la mquina donde se ha

    diseado la red virtual, cabe recalcar que el software

    GNS3 tiene una caracterstica muy importante, el de

    adaptar una interfaz lgica a travs de una tarjeta de

    red de la estacin real y as poder incluir la mquina

    anfitrin para monitorear todo el sistema.

    Con este proyecto se pretende obtener un mtodo

    de aprendizaje para entidades educativas que no

    poseen equipos, puesto que son muy costosos,

    adems este sistema permite evaluar con simulacin

    orientada a la realidad.

    5.1 Software de simulacin

    GNS3 (Graphical Network Simulator): es un

    software de cdigo abierto que permite simular redes

    complejas, adems brinda servicio orientado al

    funcionamiento de las redes reales, todo esto sin

    necesidad de hardware de red, como routers y

    switches. [7]

    OpenNMS: es una herramienta que permite

    monitorear y gestionar la red, adems es la primera

    plataforma de aplicaciones de gestin de red de nivel

    empresarial en el mundo.

    VirtualBox: es un software que permite crear

    mquinas virtuales (VM); es decir admite virtualizar

    otros sistemas operativos en el sistema operativo

    anfitrin. Adems es un excelente gestor de

    mquinas virtuales de cdigo libre que permite la

    ejecucin simultnea de varias instancias de

    mquinas virtuales, albergando diferentes o

    similares sistemas operativos en cada una de ellas.

    [8]

    Software Wireshark: es un analizador de

    paquetes de red, una utilidad que captura todo tipo

    de informacin que pasa a travs de una conexin.

    Wireshark es gratis y de cdigo abierto, y se puede

    usar para diagnosticar problemas de red, efectuar auditoras de seguridad y aprender ms sobre redes

    informticas. [9]

    Sistema Operativo: Los Sistemas Operativos

    (OS) son el software bsico de toda computadora

    que provee una interfaz entre el resto de programas

    del ordenador, los dispositivos hardware y el

    usuario. [10]

    Sus funciones son administrar los recursos de la

    mquina, coordinar el hardware y organizar archivos

    y directorios en dispositivos de almacenamiento,

    para este proyecto se procede a usar como sistema

    operativo Windows 7.

    6. Pruebas de la simulacin de red

    virtual basada en el protocolo SNMPv2

    Escenario 1: Se mostrar las primitivas

    GetRequest y GetResponse a travs de la

    comunicacin de los agentes a la estacin gestora, la

    PC denominado ADMINISTRADOR.

    OpenNMS mostrar si tiene algn fallo o corte

    con cualquier dispositivo, para este escenario se

    mostrar todo en funcionamiento es decir sin ningn

    corte y enviando capturas SNMPv2. Vase Figura 7.

    Figura 7: Monitoreo de la Red Virtual operando,

    Nodos sin Cortes

    Al iniciar Wireshark desde el

    ADMINISTRADOR se puede apreciar que la

    estacin gestora intenta comunicarse con los

    agentes; es decir les enva un GetRequest para router Quito, Guayaquil y Cuenca, en este caso

    tomaremos aleatoriamente el router Cuenca, Vase

    Figuras 8, y un GetResponse para los mismos tres router, que tomaremos para este caso el router de

    Guayaquil, que es enviado por el elemento

    gestionado, Vase Figuras 9.

  • Figura 8: Get-Request SNMPv2 desde el

    ADMINISTRADOR al Router CUENCA

    Figura 9: Get-Response SNMPv2 del Router

    GYE

    Escenario 2: Se mostrar la primitiva

    GetBultRequest modificando el nombre de la

    comunidad del Router QUITO, para observar el

    comportamiento del protocolo SNMPv2 ante este

    suceso.

    Se procede a abrir la consola del Router QUITO,

    Vase Figura 10 y configurar el cambio de

    comunidad; es decir, primero se debe quitar la

    comunidad private y sustituir por privado, con los siguientes comandos:

    QUITO#conf ter

    QUITO(config)#no snmp-server community private

    RW

    QUITO(config)#snmp-server community privado

    RW

    QUITO(config)#end

    QUITO#copy running-config startup-config

    Figura 10: Configuracin cambio de comunidad

    del Router QUITO

    OpenNMS mostrar que ha existido en evento

    reciente, este evento denota que ha ocurrido una

    configuracin de administracin en el Router

    QUITO; cuya configuracin impide el trfico SNMP

    a los dispositivos. Vase Figura 11.

    Figura 11: Notificacin de un evento reciente en

    el Router QUITO

    En Wireshark se muestra como el gestor intenta

    solicitar un GetBulkRequest al Router QUITO, Vase Figura 12, y un SNMPv2-trap es enviado por el dispositivo gestionado, Vase Figura 13. En

    cambio el Router GYE y CUENCA responde con

    un GetResponse a la solicitud del Gestor. Vase Figura 8 y 9.

  • Figura 12: GetBulkResponse SNMPv2 desde el

    ADMINISTRADOR al Router QUITO

    Figura 13: SNMPv2-Trap del Router QUITO

    Escenario 3: Para este escenario se repite el inicio

    de los dems escenarios para que la red se encuentre

    operando y en proceso de monitoreo, mostrar la

    operacin de las primitivas InformRequest y

    SNMPv2-Trap apagando la interfaz fastethernet del

    Router GYE.

    Se procede a abrir la consola del Router GYE,

    Vase Figura 14 y realizamos los cambios

    respectivos; es decir, para activar las primitivas

    InformRequest y SNMPv2-Trap vamos a bajar la interfaz fastethernet 0/0 del Router GYE.

    Para bajar la interfaz fastethernet 0/0 con

    direccin IP: 10.10.10.1/24, debemos ingresar los

    siguientes comandos:

    GYE#conf ter

    GYE(config)#interface fastethernet0/0

    GYE(config)#shutdown

    GYE(config)#end

    GYE#copy running-config startup-config

    Figura 4.14: Configuracin bajar interfaz 0/0 del

    Router GYE

    OpenNMS nos mostrar que ha existido en

    evento reciente, este evento denota que han ocurrido

    cortes en los nodos y que el nodo GYE est down.

    Cuya configuracin impide el trfico SNMP a los

    dispositivos. Vase las Figura 15 y 16.

    Figura 15: Notificacin de un evento ocurrido:

    Corte en los Nodos.

    Figura 16: Notificacin de un evento ocurrido:

    Nodo de GYE est down.

  • En Wireshark se muestra como el Router GYE al

    bajar la iinterfaz enva al gestor un

    InformRequest, Vase Figura 17, un GetResponse emite el Gestor, Vase Figura 18, y un SNMPv2-trap es enviado por el dispositivo gestionado, Vase Figura 19.

    Figura 17: InformRequest SNMPv2 del Router

    GYE

    Figura 18: GetResponse SNMPv2 desde el

    ADMINISTRADOR al Router GYE

    Figura 19: SNMPv2-Trap del Router GYE

    7. Conclusiones

    SNMP es un protocolo de administracin de red

    que facilita el intercambio de informacin a travs

    de una estacin de gestora y un agente.

    GNS3 es una excelente alternativa para simular

    redes, puesto que brinda servicio orientado al

    funcionamiento de redes reales, sin necesidad de

    hardward. Es de mucha utilidad en el mundo

    empresarial, puesto que reduce el costo de

    implementacin de redes; como en el mundo

    acadmico, debido a que trabaja con herramientas

    que permiten emular las imgenes del IOS y

    configurar a travs de su interfaz de texto y su

    interfaz grfica, esto hace ms accesible el estudio

    del networking.

    Se comprob que SNMPv2 agrega dos

    operaciones GetBulk e Inform. La operacin

    GetBulk recupera informacin de administracin de gran tamao usando pocos recursos de red e

    Inform permite que un dispositivo administrado enve Traps hacia otro dispositivo administrado y

    luego reciba una respuesta por el sistema de

    administracin de la red.

    A travs de la herramienta Wireshark se pudo

    comprobar la teora del protocolo SNMPv2, puesto

    que muestra el empaquetamiento del mensaje

    SNMP. El protocolo SNMPv2 es una versin

    mejorada del SNMPv1 que incluye mejores polticas

    de autenticacin y seguridad, pero como se pudo

    apreciar en la captura, no encripta al cambiar el

    nombre de la comunidad de un dispositivo

    administrado, tiene algunas falencias que en teora lo

    cubrira la versin 3.

    8. Recomendaciones

    Para evitar el consumo excesivo de recursos del

    equipo en el que se ejecuta GNS3, se debe tener una

    IOS que tenga las funciones necesarias de cada

    elemento de la red y elegir un buen valor IDLE-PC

    para la optimizacin del uso del CPU y la memoria.

    Se recomienda que para la elaboracin de este

    proyecto se utilice un equipo aproximadamente con

    las siguientes caractersticas: un procesador Intel

    Core i3 2.1 GHz y 4 GB de Memoria RAM, en vista

    que requiere de varias herramientas para instalar los

    software. Este proyecto fue realizado en un

    computador con las siguientes caractersticas:

    Procesador Intel Core i7 de 2.20 GHz y 8 GB de

    Memoria RAM.

    Se aconseja desactivar y eliminar todas las

    interfaces de red que no se desea monitorear, puesto

    que OpenNMS posee una caracterstica que

    descubre los nodos y las direcciones IP.

    Se recomienda ejecutar el Procesador de

    Comandos de Windows en modo Administrador

  • cuando se inicie OpenNMS, en vista que este

    software opera en un servidor web y necesitar los

    privilegios del administrador para que se ejecute

    correctamente.

    9. Bibliografa

    [1] Pharalax Blog (S.F.). Introduccion al Protocolo

    SNMP. Obtenido el 18 de mayo de 2014, de

    http://pharalax.com/blog/introduccion-al-protocolo-

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    [2] Universidad Autnoma Metropolitana (2005).

    Una Herramienta de Gestin deRedes Virtuales.

    Recuperado el 25 de Abril de 2013, de

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    [3] Asensio, Juan (1995). SNMPv2 y SNMPv3.

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    http://quegrande.org/apuntes/EI/OPT/XR/teoria/08-

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