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Simuladores e Emuladores de Rede para o Projeto e

Solucao de Problemas em Ambientes de ProducaoMarcelo Sousa, Joab Silva, Whasley Souza, Yngrid Cabral, Uenio Rocha, e Tatiana Olimpio

Instituto Federal da Paraıba – IFPB campus Campina Grande

Capıtulo Tecnico da ComSoc – Ramo Estudantil IEEE do IFPB campus Campina Grande

E-mails: {marcelo.portela, joab.a.silva, whasley.s.c, yngrid.k.cabral, uenio.v.rocha, tatiana.olimpio.br}@ieee.org

Resumo—Simuladores e emuladores tem um papel importantepara auxiliar no funcionamento de redes de computadores. Portentarem se aproximar ao modo de operacao de um ambiente reale possıvel extrair vantagens no uso de ferramentas desse tipo.Sob a identificacao adequada dos requisitos daquele ambiente(requisitos do cliente) um engenheiro de redes pode projetar demaneira adequada as solucoes para o respectivo cenario, com aoportunidade de realizar testes exaustivos antes da aplicacao emequipamentos reais. Isso pode economizar recursos financeiros,alem de resultar em uma melhor documentacao de projeto, o quecontribui tambem para uma melhor identificacao e solucao deproblemas (trobleshooting). Neste artigo, os autores apresentamas principais caracterısticas de alguns simuladores e emuladoresde redes de computadores, assim como algumas diferencas emseus modos de operacao. A contextualizacao com ambientes reaise realizada, citando vantagens e desvantagens dessas ferramentasfrente a interacao com protocolos, dispositivos reais e confiabi-lidade na tentativa de reproduzir o comportamento da rede emambientes de producao. Um detalhamento maior e exposto naanalise do simulador Cisco Packet Tracer e do emulador GNS3,que tambem integram parte de um experimento em laboratorioreal, com componentes de roteamento, comutacao, Internet dasCoisas e sistemas operacionais variados.

Index Terms—Simuladores, emuladores, Cisco Packet Tracer,GNS3, Projeto de Redes.

I. INTRODUCAO

Softwares que reproduzem caracterısticas e funcionalidades

de dispositivos de rede tornaram-se amplamente disponıveis. A

diferenca teorica entre os softwares emuladores e os softwares

simuladores e que os primeiros reproduzem fielmente carac-

terısticas do objeto original, podendo substituı-lo em diversas

funcoes. Essencialmente, um emulador e um software criado

para transcrever instrucoes de um determinado processador

ao processador no qual ele esta sendo executado. Tambem

e capaz de reproduzir funcoes de circuitos integrados. Ja os

programas simuladores imitam o objeto original em algumas

funcoes, porem, nao em todas e nem sempre de maneira muito

realista.

Em se tratando de redes de computadores, ambos tem o

seu campo de atuacao. Os simuladores reproduzem algumas

caracterısticas de dispositivos de redes reais, possibilitando a

execucao de alguns experimentos. Nem tudo e permitido, en-

tretanto. Alguns protocolos nao sao compreendidos, algumas

funcoes nao se encontram disponıveis e, em alguns casos,

configuracoes realizadas produzem um efeito diferente do que

e observado em dispositivos reais [1].

Um simulador [2] e um programa de computador que tenta

reproduzir com a maior fidelidade possıvel alguma experiencia

ou comportamento real [3]. Exemplos de simuladores de redes

sao: Cisco Packet Tracer [4]; NS2 [5]; NS3 [6]; Castalia [7];

OMNET++ [8]; OPNET [9].

Simulacoes sao consideradas imitacoes do Modus Operandi

de procedimentos ou sistemas do mundo real, executado ao

longo do tempo. Em outras palavras, simuladores envolvem

a criacao de uma historia artificial do sistema, em que, por

meio de observacoes, e possıvel retirar inferencias sobre as

caracterısticas do sistema real. Esses modelos sao elaborados

tomando como base um conjunto de suposicoes em relacao

a operacao do sistema. Tais suposicoes sao representadas

utilizando expressoes matematicas, logicas e um relaciona-

mento simbolico entre as entidades ou objetos de interesse

compreendidos no sistema. Uma vez desenvolvido e validado,

um modelo pode ser utilizado para investigar uma vasta

diversidade de questionamentos sobre o sistema no mundo

real [10].

Um emulador e uma ferramenta que reproduz uma pla-

taforma virtualizada que permite que uma dada arquitetura

de computador consiga executar sistemas que foram desen-

volvidos para outra arquitetura especıfica. Desse modo, um

emulador permite que o usario faca com que o seu computador

pessoal aparente ser outra plataforma (como um switch ou

roteador) para rodar outro sistema operacional, como por

exemplo, o Internetwork Operating System (IOS) [11], ou o

RouterOS [12].

Os softwares emuladores, por sua vez, tem a capacidade

de transformar um computador comum em um dispositivo de

rede, como um roteador real, replicando praticamente todas

as suas funcoes. A limitacao fica por conta do desempenho

do elemento emulado, notadamente inferior ao de um ele-

mento fısico. Por este motivo, e desaconselhavel a aplicacao

de elementos emulados em testes de desempenho [1]. Esse

comportamento se deve principalmente pelo fato de o que o

elemento fısico conta com recursos computacionais dedicados

ao fim especıfico de interesse.

Este artigo tem como principal objetivo apresentar carac-

terısticas de alguns simuladores e emuladores de rede dis-

ponıveis para uso de estudantes, professores, pesquisadores e,

principalmente, para profissionais que lidam com a operacao

de redes de computadores, no que se refere tanto ao projeto,

quanto ao trobleshooting de redes. As analises consideram

aspectos relativos a confiabilidade dos softwares, possibilidade

16 REVISTA DE TECNOLOGIA DA INFORMACAO E COMUNICACAO, VOL. 6, NO. 2, OUTUBRO 2016

de integracao com ambientes reais e capacidadde para lidar

com protocolos de redes avancados.

O restante do artigo esta dividido da seguinte maneira: a

Secao II apresenta caracterısticas importantes de simuladores

de rede, assim como mostra que eles podem ter propositos

distintos de aplicacao; a Secao III detalha os principais

parametros de funcionamento do simulador Cisco Packet Tra-

cer e descreve um exemplo de cenario com Internet das Coisas;

a Secao IV aborda a operacao de alguns softwares emuladores

presentes no mercado, com um foco maior na descricao de

funcionamento do GNS3 e suas potencialidades. Ainda nessa

secao, os resultados de uma implementacao de Rede Definida

por Software, realizada no Mininet, sao discutidos; a Secao V

apresenta um experimento realizado no Laboratorio de Redes

do IFPB, campus Campina Grande, que envolve a integracao

de um ambiente emulado com o GNS3 (hosts Linux, Win-

dows, roteadores Cisco e MikroTik) e de dispositivos fısicos,

como equipamentos Cisco para roteamento e comutacao, hosts

Linux e Windows e um Arduino com shield Ethernet; as

consideracoes finais estao reunidas na Secao VI.

II. SIMULADORES DE REDE

Em projetos de sistemas que se encontram em fases iniciais,

como concepcao e projeto, e comum a utilizacao de simula-

dores para averiguar requisitos antes da sua materializacao.

Modelos de simulacao tambem podem ser utilizados como

ferramenta de analise para predizer efeitos das mudancas exis-

tentes no sistema, como tambem ferramenta de projeto para

predizer o desempenho de novos arcaboucos sob variacao de

um conjunto de circunstancias [13]. Simulacao tem se demons-

trado como uma solucao viabilizadora em varios domınios,

pois a observacao com base empırica, apenas no mundo real,

pode se tornar inviavel devido ao alto custo e investimento de

tempo necessario para tal. Entretanto, em algumas situacoes,

simulacoes tambem podem se apresentar inviaveis quando o

sistema a ser modelado envolve certa complexidade em termos

de expressar algo matematicamente [10].

No campo da comunicacao e redes de computadores, simu-

ladores englobam um conjunto de modelos que sao capazes de

representar, com certo grau de aproximacao, o comportamento

dos elementos contidos na rede se prevalendo de calculos

matematicos para descrever a interacao entre as entidades e

seus respectivos eventos [13].

III. O CISCO PACKET TRACER

O Packet Tracer e um simulador desenvolvido pela Cisco

Systems para ser utilizado como ferramenta no Networking

Academy (NetAcad), um programa mundial de treinamento de

novos profissionais na area de redes e comunicacao de dados.

O NetAcad esta difundido por varios paıses [3].

A interface do simulador e bastante intuitiva e possibilita

exibir a topologia fısica ou tambem a topologia logica da

rede projetada, de modo que para configurar um determinado

dispositivo, basta clicar em sua posicao para abrir um menu

especıfico com varias opcoes.

Por meio desse simulador e possıvel criar topologias com

variadas infraestruturas de redes (simples ou complexas).

Adicionalmente, e possıvel criar animacoes didaticas demons-

trando o trafego de pacotes e o funcionamento interno de

diversos protocolos comumente adotados em redes, assim

como visualizar os cabecalhos dos pacotes e reproduzir com

excelente nıvel de fidelidade o processo de configuracao

de diversos dispositivos empregados em ambientes reais de

producao [3]. A seguir, algumas caracterısticas operacionais

do Packet Tracer sao discutidas.

A. Modo de Tempo Real

Ha dois modos de funcionamento: Tempo Real e Modo de

Simulacao. No primeiro, a simulacao e realizada com base

em uma representacao de passagem do tempo muito proxima

a um cenario real. Um mostrador no formato HH:MM:SS e

apresentado no lado esquerdo inferior da plataforma, de ma-

neira que um incremento em segundos e disponibilizado para o

usuario. Ainda nesse modo e possıvel utilizar uma funcao para

adiantar a representacao do tempo, pelo botao (Fast Forward

Time). Apertar esse botao resulta em um adiantamento de 30

segundos em relacao ao momento corrente.

Uma consequencia importante no uso desse modo e ob-

servar que os tempos (timers) dos protocolos suportados sao

respeitados de maneira muito proxima a cenarios reais. Por

exemplo, os perıodos necessarios para a convergencia de

diversos protocolos podem ser observados, de acordo com

o previsto nas documentacoes correspondentes. Protocolos

como STP, RSTP, OSPF RIP, EIGRP, HSRP, entre outros,

compatibilizam seus funcionamentos temporais de maneira

muito proxima a cenarios reais, o que tambem pode auxiliar

no projeto e solucao de problemas em ambientes de producao.

B. Modo de Simulacao

Ha um modo de operacao bastante elucidativo, no que se

refere a analise de trafego e do funcionamento de protocolos:

o Modo de Simulacao. Nesse modo, e possıvel programar

a evolucao da simulacao e obter uma analise discreta, com

relacao ao fluxo de pacotes. Algumas opcoes aumentam o

potencial desse modo. Por exemplo, e possıvel especificar se

todos, ou apenas alguns dos protocolos suportados participarao

da visualizacao de analise de trafego. Outra funcionalidade

importante e poder habilitar a opcao de auto-captura, ou de

captura manual (passo-a-passo). Na primeira, o trafego flui

automaticamente dispositivo a dispostivo, de acordo com a

taxa de reproducao programada pelo usuario. Na segunda

opcao, o trafego flui ate um dispositivo, mas para que siga para

um proximo, e necessario que o usuario realize essa captura

manual. A auto-captura e indicada para analisar um macro

comportamento do cenario. Ja a captura manual e indicada

para a analise de um comportamento mais granular e discreto.

Ha um Painel de Simualacao que apresenta a ocorrencia

temporal em segundos de cada PDU (Protocol Data Unit).

Aqui esta um dos pontos fortes do Packet Tracer. Ao clicar

em um desses pacotes, um conjunto de informacoes referentes

aquela PDU e apresentada, de modo que o usuario pode

analisar o conteudo de cada camada do modelo OSI (Open

Systems Interconnection). Esse recurso, aliado a uma descricao

REVISTA DE TECNOLOGIA DA INFORMACAO E COMUNICACAO, VOL. 6, NO. 2, OUTUBRO 2016 17

sobre o que esta acontecendo na camada correspondente, e

muito poderoso para a identificacao e solucao de problemas.

Ainda com relacao a analise de informacoes de cada PDU

e possıvel verificar os detalhes de entrada e os detalhes de

saıda, com relacao ao dispositivo. Portanto, as informacoes de

cabecalho, payload e trailler ficam disponıveis ao usuario, de

maneira detalhada, indicando, inclusive a quantidade de bits

de cada campo.

C. Dispositivos Finais

O conjunto de Dispositivos Finais disponıveis e composto

de: PC Desktop; Laptop; Servidor; Impressora; Telefones;

Televisao; Tablet; Smartphone; e Sniffer. Com excecao do Te-

lefone Analogico e do Sniffer, os outros dispositivos permitem

a atribuicao de enderecamento IP.

Um PC, por exemplo, apresenta algumas abas importantes:

• Physical – apresenta uma visao frontal do gabinete

do PC, com uma indicacao de ligado/desligado do LED

de Power do dispositivo. Alem disso, diversas opcoes de

interface de rede sao disponibilizadas para serem acres-

centadas ao PC, entre elas uma placa para comunicacao

sem fio (WMP300N).

• Config – possibilita a alteracao do nome do disposi-

tivo, assim como alterar parametros atrelados a interface

correspondente. Por exemplo, e possıvel alterar o modo

Duplex (Half, Full, ou Auto) e alterar a largura de banda

(100 Mbps, 10 Mbps, ou Auto). Adicionalmente, nessa

aba tambem e possıvel realizar a alteracao manual do

endereco MAC da respectiva interface.

• Desktop – disponibiliza diversas funcoes de

configuracao. Entre as mais importantes e utilizadas

estao: IP Configuration, em que e possıvel alterar

parametros de enderecamento IPv4 e IPv6, com

atribuicao estatica ou por DHCP; Terminal, que atua

como um simulador de Terminal, como programas do

tipo Putty e TeraTerm; Command Prompt, que funciona

de maneira semelhante ao prompt de comandos de um

sistema operacional Windows, inclusive preservando

a sintaxe dos comandos; Web Browser, que habilita a

navegacao Web, semelhante a um navegador do tipo

Google Chrome ou Mozilla Firefox.

Em um dispositivo Servidor, por exemplo, e possıvel

indicar quais servicos o usuario deseja habilitar. Opcoes

como HTTP, HTTPS, DHCP, DNS, FTP, entre outros,

estao disponıveis para o usuario.

D. Dispositivos Intermediarios

Os principais dispositivos intermediarios sao compostos por:

Roteadores; Switches; Hubs; Dispositivos Sem Fio; Firewalls;

e Modems DSL. No geral, os dispositivos apresentam uma

visao relativa as interfaces de rede, assim como disponibilizam

a opcao para inserir modulos adicionais. Existe a opcao de

acessar a CLI (Command Line Interface) do dispositivo, de

maneira direta, por meio de uma aba interna ao roteador ou

switch. Adicionalmente, como em ambientes de producao, o

usuario pode acessar a CLI do dispositivo por duas opcoes:

• Fora da Banda (Out of Band) – em que recursos da rede

nao sao alocados. Normalmente este e um acesso por

linha console (cabo rollover) ou por linha auxiliar (via

modem) e caracteriza-se por ser um acesso mais seguro

e estavel;

• Dentro da Banda (Inband) – em que recursos da rede

precisam ser utilizados. Geralmente protocolos como

Telnet ou SSH sao executados para esse tipo de acesso,

em que cliente e servidor necessitam possuir enderecos

IP e garantirem conectividade.

E. Meios Fısicos

Ha diversas opcoes de meio fısico para conectar os dispositi-

vos finais e intermediarios: cabo console; cabo direto (cobre);

cabo cruzado (cobre); fibra optica; cabo para telefone; cabo

coaxial; cabos de conexao serial – DCE (Data Communication

Equipment) e DTE (Data Terminal Equipment); cabo octal;

cabo customizavel para IoE (Internet of Everything) [14]; e

cabo de USB.

Algumas conexoes realizadas entre dispositivos precisam

respeitar os requisitos de projeto, principalmente se o recurso

Auto MDIX (Medium Dependent Interface Crossover) nao

estiver habilitado. Por exemplo, a conexao entre um PC e um

roteador, por meio de cabo de cobre, deve ser usada no modo

cruzado (cross-over).

Para fins de aprendizado, ha um modo de escolha automatica

sobre o tipo de cabo utilizado, em que o proprio Packet Tracer

indica a melhor opcao de cabo a ser implantado entre os

dispositivos.

F. Internet das Coisas

A partir da versao 7, o Packet Tracer conta com recursos de

simulacao de cenarios de Internet das Coisas. Ha componentes

especıficos, como placas com microcontrolador, sensores e

atuadores. A Figura 1 ilustra um dos cenarios de amostra

trazidos na versao 7 do Packet Tracer, referente a um sistema

monitor de temperatura. O cenario contem um PC, um Sevidor

de Registros, um Monitor de Temperatura, um Termostato

e um switch que conecta esses dispositivos. Dois atuadores

para aumentar ou dimininuir a temperatura estao conectados

ao Termostato. Essa amostra de simulacao instrui o usuario

a acessar o Servidor de Registros, por meio do endereco

1.1.1.1 e monitorar a temperatura. E possıvel alterar os

parametros de temperatura por meio da manipulacao direta no

Termostato, ou no servidor.

Em ambientes de producao, uma plataforma microcontro-

ladora que tem sido bastante utilizada para implantar funci-

onalidades de Internet das Coisas e o Arduino. Por meio do

acoplamento a shields Ethernet, Wi-Fi, ou ZigBee, o Arduino

possibilita o monitoramento e controle de fenomenos em areas

de interesse, visto que adquire conectividade em rede [15].

G. Activity Wizard

O Activity Wizard e um recurso interessante do Packet

Tracer. Ele habilita a programacao de roteiros de atividades, de

modo que haja uma contabilizacao do percentual de acertos em


Figura 1. Simulacao de monitoramento de temperatura, por meio de umaatividade de amostra do Cisco Packet Tracer.

configuracoes e montagens, por parte do usuario. Esse recurso

e bastante util para ambientes de capacitacao, por exemplo,

em que o instrutor pode programar roteiros de atividades

para os alunos, que por sua vez, tem a opcao de saber quais

itens conseguiram acertar. Arquivos desse tipo possuem uma

extensao .pka.

IV. EMULADORES DE REDE

A principal vantagem do uso de emuladores ao inves de

simuladores de rede e a possibilidade de lidar com trafego

em tempo real e disponibilizar cenarios mais proximos a

ambientes de producao. Adicionalmente, um dos maiores

benefıcios proporcionados e a possibilidade de interconectar

o ambiente virtual (emulado) a um ambiente real.

Outro ponto importante a ser considerado quanto ao uso

de emuladores e a interface entre o elemento emulado e

o usuario, que pode interagir com o elemento virtual em

tempo real, e de forma muito semelhante ao que faria se

estivesse lidando com um dispositivo fısico. A configuracao

dos elementos virtuais, por exemplo, pode ser realizada de

forma analoga a de elementos reais, e nao por meio de uma

linguagem de programacao criada especificamente para este

proposito. Comandos digitados em um dado elemento afetam

a rede experimental em tempo real [1].

A. O GNS3

Apesar de os simuladores de rede serem ferramentas im-

portantes, quando o usuario configura algum dispositivo, na

realidade ele interaje com o software que reproduz aquela

experiencia, e nao com o equipamento real. Por causa disso,

varias funcionalidades mais complexas dos equipamentos nao

sao suportadas por um programa simulador [3]. Por exemplo, o

Packet Tracer nao suporta de maneira extensa protocolos como

o BGP e o MPLS. Mesmo em alguns comandos presentes e

possıvel observar uma limitacao na quantidade de argumentos

disponıveis para uso.

O GNS3 e um aplicativo gratuito sob licenca da GNU que

prove a interface grafica que permite ao usuario construir a

topologia de rede que pretende configurar. Ele reune diversos

emuladores de sistemas operacionais. O mais conhecido e

o Dynamips, que permite emular roteadores Cisco e prove

uma colecao de dispositivos genericos e interfaces. Tambem

e possıvel emular o funcionamento de switches, por meio de

uma modalidade conhecida como EtherSwitch, em que um

roteador possui um modulo de switch e consegue implementar

funcoes como VLANs, STP, Port-Security, entre outras. Ha

outros emuladores suportados pelo GNS3 [16]:

• Qemu – Emula dispositivos Cisco ASA, roteadores Ju-

niper, roteadores Vyatta e hosts Linux;

• Pemu – Essa e uma variacao de Qemu, utilizada para

Firewalls PIX, da Cisco;

• Virtualbox – Emula roteadores Juniper, roteadores

Vyatta, hosts Linux e hosts Windows;

• VMware – Permite a emulacao de sistemas operacionais

para hosts e para roteadores Juniper, o Junos OS, por

exemplo;

• Docker – Habilita a utilizacao de conteiners para otimizar

a alocacao de recursos de sistemas virtualizados.

Toda instancia de um roteador (ou qualquer outro disposi-

tivo emulado) lida com a copia do proprio sistema operacional,

que compete com recursos de RAM e CPU do host. Alem

disso, dispositivos como roteadores e firewalls necessitam de

aplicativos terminais para prover acesso ao administrador de

rede. Ha um outro conjunto de funcionalidades que estende a

operacao do GNS3, relacionado a aplicativos terminais. De-

pendendo do sistema operacional, o aplicativo terminal pode

ser o Gnome Terminal, iTerm2, Konsole, PuTTY, SecureCRT,

SuperPutty, TeraTerm, Windows Telnet Client, Xterm, entre

outros. Independentemente de qual aplicacao terminal seja

utilizada, ela consome mais recursos para que as sessoes sejam

estabelecidas, embora nao seja algo tao significativo.

Ha duas ferramentas importantes que aumentam os be-

nefıcios de uso do GNS3:

• Wireshark – Aplicativo popular de captura de pacotes;

• VPCS (Virtual PC Simulator) – Permite simular um

maximo de nove PCs, para uso em operacoes simples

como ping, traceroute, atribuicao de enderecos etc.

Essas ferramentas tambem consomem recursos de memoria

e CPU do host. Desse modo, ajustar alguns parametros no

GNS3 e importante para garantir um correto funcionamento e

otimizar o gerenciamento de recursos da maquina fısica. Por

exemplo, o ajuste do valor de Idle-PC evita uma sobrecarga

proxima de 100% da CPU do host [16]. O processo envolvido

com o ajuste do valor de Idle-PC estima o perıodo em que

a imagem do Sistema Operacional esta ociosa (sem desem-

penhar tarefas) e coloca o roteador em um estado idle (sleep

mode).

Do ponto de vista operacional, ha algumas diferencas no uso

do Packet Tracer e do GNS3. Por exemplo, no Packet Tracer,

uma interface fısica ao ser ligada, ha um LED indicando

atividade dessa interface, que fica na cor verde. Por outro lado,

no GNS3, os LEDs das interfaces indicam apenas que aquele

dispositivo (Roteador, Switch, Firewal, PC etc) esta ligado

(verde) ou desligado (vermelho).

Outra diferenca importante e que o GNS3 nao e dotado de

um Modo de Simulacao, como no Packet Tracer. Entretanto,

o GNS3 permite a integracao com o Wireshark para a analise


e captura de trafego, de maneira real, o que o torna uma

ferramenta poderosa mais proxima a ambientes reais.

1) O Uso de Maquinas Virtuais e do Docker: O GNS3

permite o uso de maquinas virtuais, por meio de progra-

mas, como o Virtualbox e VMware Player. Na pratica, cada

maquina virtual precisa ser criada separadamente e de modo

independente ao GNS3, no programa virtualizador correspon-

dente. Em seguida, essas maquinas podem ser importadas

para o GNS3 e alguns parametros ainda podem ser alterados.

Em ambos os casos, o adequado e ajustar os modos de

configuracao de parametros de hardware, em especial no que

se refere as configuracoes de rede. Por exemplo, ao utilizar

uma RouterBoard Mikrotik, virtualizada com o Virtualbox, e

possıvel ativar as quatro interfaces disponibilizadas, de modo

a aumentar a densidade de portas do roteador e escalar seu uso

dentro do GNS3. Os enderecos MAC das interfaces tambem

podem ser especificados no proprio Virtualbox.

Alem de roteadores e switches de fabricantes variados e

possıvel utilizar maquinas virtuais para carregar hosts Li-

nux e Windows, por exemplo. Para esses casos, os sistemas

operacionais sao carregados por completo e disponibilizados

para uso no GNS3. Essa caracterıstica e muito importante e

e um diferencial, quando se compara potencialidades frente

a programas simuladores. Emular os sistemas operacionais

permite explorar as vulnerabilidades de cada um, assim como

projetar solucoes casadas com versoes especıficas de software

e de atualizacoes.

Um sistema completo virtualizado requer um conjunto

proprio de recursos alocados e apresenta um compartilhamento

mınimo. Ha maior isolamento, mas sao sistemas que exigem

mais recursos para funcionar.

O Docker [17] e uma plataforma Open Source escrito em

Go, que e uma linguagem de programacao de alto desem-

penho desenvolvida pela Google, que facilita a criacao e

administracao de ambientes isolados. O Docker possibilita o

empacotamento de uma aplicacao ou ambiente inteiro dentro

de um container, de modo que o ambiente inteiro torna-se

portavel para qualquer outro host que contenha o Docker

instalado. Isso reduz bastante o tempo de implantacao de

alguma infraestrutura ou ate mesmo aplicacao, pois nao ha ne-

cessidade de ajustes de ambiente para o correto funcionamento

do servico. Outra facilidade do Docker e poder criar imagens

(containers prontos para implantacao) a partir de arquivos de

definicao denominados Dockerfiles [18].

No GNS3, o Docker e suportado a partir da versao 1.5. Pode

ser utilizado apenas como uma versao enxuta de computador,

substituindo as custosas (em consumo de recursos) maquinas

virtuais ou o VPCS, se apenas ferramentas como telnet,

nmap etc sao necessarias. Tambem podem ser utilizadas para

emular infraestruturas de containers de ambientes de producao.

Os containers utilizam o kernel do host, consumindo menos

memoria RAM e CPU, alem de rodarem com programas

simples, em vez de o sistema operacional completo.

2) Integracao com Dispositivos Reais: Uma das funciona-

lidades mais importantes disponibilizadas pelo GNS3, para

a interacao com ambientes de producao e a integracao com

dispositivos reais. Ele possui um tipo de dispositivo especial

projetado para essa funcao: um dispositivo nuvem. Ao adici-

onar a interface fısica do host a nuvem, e possıvel conectar

dispositivos emulados (internamente ao GNS3) a dispositivos

de rede externos, como PCs e ate mesmo roteadores.

Entretanto, quando um roteador envia quadros, eles passam

diretamente para a fila de saıda da interface de rede. Ou seja,

o computador host pode enviar quadros ao roteador virtual,

mas o roteador virtual nao pode enviar quadros ao computador

host. Dispositivos conectados externamente (na rede local, por

exemplo) nao experimentam esse empecilho, de modo que

nao ha problema na comunicacao entre eles e os dispositivos

virtualizados internos.

Ha maneiras de viabilizar a comunicacao entre o computa-

dor host e os dispositivos virtuais. Mas cada sistema operaci-

onal possui uma abordagem diferente, incluindo a adicao de

uma bridge virtual interna [16].

3) O Dynamips: O Dynamips e um emulador gratuito sob

licenca da GNU que permite executar imagens reais do Cisco

IOS, desde que o usuario tenha o arquivo (.bin ou .image)

de alguma imagem do sistema que seja compatıvel com

os equipamentos suportados pelo emulador. Os arquivos de

configuracao gerados nesse emulador podem ser exportardos

para equipamentos reais e vice-versa, o que pode ser util para

os administradores realizarem testes-piloto antes de lancarem

uma nova configuracao em ambientes reais [3]. Ele permite

a reproducao fiel das caracterısticas de diversos modelos de

roteadores do fabricante Cisco Systems, tornando possıvel a

criacao de cenarios de estudo que, se fossem fisicamente estru-

turados, apresentariam um custo muito elevado. O Dynamips

permite a adicao virtual de alguns modulos disponıveis para

cada plataforma de roteador, que incrementam funcionalidades

e recursos a cada um deles.

Um software desenvolvido posteriormente, denominado Dy-

nagen, opera em conjunto com o Dynamips, fornecendo uma

interface front-end para a definicao dos elementos virtu-

ais, alem de prover um meio centralizado de controle das

instancias virtuais [1].

B. O CORE

O CORE (Common Open Research Emulator) e uma ferra-

menta para emular redes de computadores, desenvolvido pela

divisao de pesquisa e tecnologia da Boeing. Por meio dele e

possıvel projetar, implementar e avaliar topologias contendo

maquinas UNIX e equipamentos de redes como roteadores e

switches. Ele roda nativamente no Linux ou no FreeBSD [19].

Entre os variados recursos, o CORE habilita:

• Executar programas instalados na maquina real;

• Interagir com a rede real existente no ambiente;

• Ter cada maquina ou ativo de rede simulado sendo

controlado via comandos em shell;

• Simular redes sem fio.

C. O Mininet

O Mininet e um emulador de rede, que pode reunir dis-

positivos finais, switches, roteadores e enlaces em um kernel

unico de Linux. Ele utiliza um processo de virtualizacao para

representar uma rede completa. Um host Mininet se comporta

como uma maquina real, sendo possıvel utilizar protocolos


como SSH para acesso remoto, ou ferramentas como o iperf

para avaliar o desempenho da rede, assim como rodar progra-

mas arbitrarios, incluindo qualquer um que esteja instalado

no sistema Linux de base. Devido a caracterıstica de poder

facilmente interagir com uma rede, por meio da CLI Mininet,

customiza-la ou a implementar em hardware real, o Mininet e

util para desenvolvimento, capacitacao e pesquisas. Entretanto,

ele nao possui interface grafica amigavel, de maneira que

programas alternativos podem ser utilizados na apresentacao

e animacao das topologias.

Esse emulador tambem e uma boa alternativa para desen-

volver e compartilhar experimentos com o OpenFlow [20] e

sistemas de Redes Definidas por Software (SDN – Software-

Defined Networks) [21]. Redes desse tipo tem sido uma impor-

tante fonte de pesquisa e desenvolvimento, com o objetivo de

desvincular o plano de controle do plano de encaminhamento

de dados.

O controlador e de fundamental importancia em uma SDN.

Por meio dele e possıvel implementar protocolos ja estabele-

cidos no mercado, ou simplesmente criar regras de encami-

nhamento de pacotes de acordo com a necessidade. Existem

diversas solucoes de controladores e a escolha do melhor

controlador depende do proposito de utilizacao. O software HP

VAN SDN Controller [22] fornece uma interface com diversas

possibilidades de implementacoes e controle, habilitando uma

analise de engenharia de trafego mais detalhada. Esse contro-

lador, em conjunto com o Mininet, foi utilizado neste artigo

para simular o comportamente do trafego de pacotes em redes

passıveis de controle por uma entidade externa, separando o

plano de controle do plano de encaminhamento de dados.

A Figura 2 apresenta um cenario de rede gerada a partir

do Mininet contendo seis switches OpenFlow. Neste cenario,

o algoritmo de encaminhamento habilitado para definir as

rotas e o SPF (Shortest Path First) [23]. De acordo com

o SPF a rota escolhida e a que apresenta o menor custo

entre origem e destino. Uma requisicao foi gerada a partir

do host 10.10.2.1 com destino ao host 10.10.2.254.

A rota definida e destacada seguindo pelos switches 3, 1 e 6,

respectivamente.

A Figura 3 apresenta o mesmo cenario anterior, porem com

o algoritmo SPF desabilitado. Neste caso, a definicao da rota

foi realizada pelo administrador da rede no controlador. Por

alguma razao, em um cenario de producao a rota de menor

custo poderia nao ser a rota de melhor desempenho para o

trafego de pacotes, em determinado intervalo de tempo. Ou

seja, essa e uma situacao em que o administrador da rede

ganha benefıcio nos recursos de SDN, em poder influenciar

o comportamento do roteamento. Apos a interacao e analise

do ambiente de producao, o administrador da rede poderia

julgar que a rota de melhor desempenho para a rede e a aquela

apresentada na Figura 3. Essa rota foi definida por meio de

um script em Python e, para ser aplicada, foi necessario alterar

parametros de configuracao.

Por padrao, uma rota gerada a partir do SPF tem um

parametro denominado prioridade, com valor igual a 29.999.

Logo, um valor de prioridade maior e necessario para substituir

a rota SPF. A rota gerada no controlador foi definida com

prioridade 30.000, conforme esta apresentado na Figura 4.

V. EXPERIMENTO DE INTEGRACAO ENTRE UM AMBIENTE

VIRTUAL E UM AMBIENTE REAL

Esta secao apresenta as caracterısticas de um experimento

de integracao entre um ambiente virtual (emulado no GNS3)

e um ambiente real (implementado em diversos equipamentos

fısicos). O experimento foi realizado no Laboratorio de Redes,

do IFPB Campina Grande, onde tambem funciona a Academia

Cisco, do campus.

Considere a Figura 5. O cenario mostra diversos dispositivos

emulados no GNS3. A relacao entre os sistemas operacionais

e os programas correspondentes de virtualizacao e descrita a

seguir:

• Virtualbox – 1 host Windows 7; 1 host Linux Fedora 22;

1 roteador MikroTik (R3-Mikrotik);

• Dynamips – 2 roteadores Cisco 3725 (R1-Cisco e R2-

Cisco).

A rede virtualizada conta com o protocolo de roteamento

dinamico OSPF, rodando entre os roteadores. As interfaces

f0/0 (R2-Cisco), f0/0 (R1-Cisco) e e0 (R3-Cisco) foram

configuradas no modo passivo para mensagens de atualizacao

do protocolo. Desse modo, a rede se torna menos vulneravel a

ataques de seguranca, pois a troca de mensagens de roteamento

fica confinada onde realmente e necessario.

A integracao do GNS3 com os dispositivos reais foi reali-

zada por meio de um dispositivo nuvem (extremo a direita).

Uma bridge virtual (br0) foi criada entre as interfaces eth0

(do PC utilizado para hospedar o GNS3) e uma outra interface

virtual, tambem criada (tap0). O processo completo para

habilitar a integracao dessas interfaces pode ser encontrado

em [16].

O PC hospedeiro do GNS3 foi conectado a um switch real

Cisco, de modelo 2960, e a ele, diversos dispositivos reais

foram conectados. A Figura 6 ilustra a topologia da rede de

dispositivos reais conectados. Nessa figura, a representacao da

conexao com o GNS3 (extremo a esquerda) serve para indicar

a integracao partindo do ambiente real para o ambiente emu-

lado. Segue uma breve descricao das principais caracterısticas

desses dispositivos e do funcionamento da rede real:

• PC GNS3 – Possui um sistema operacional Linux Mint

17.3, processador Intel Core i7 e 16 GB de memoria

RAM. E nele em que o GNS3, com as suas maquinas

virtuais foram processadas. Seus enderecos IPv4 cor-

responderam a: 192.168.255.200/24, na interface

fısica eth0; e 192.168.255.254/24 na interface

virtual br0. O endereco do gateway padrao e igual a

192.168.255.250, que corresponde a interface g0/0

do roteador Cisco R1. A interface eth0 desse PC esta

conectada fisicamente (cabo direto de cobre) ao switch

Cisco 2960.

• Laptop – Possui um sistema operacional Linux

Mint 17.2, processador Intel Core i7 e 6 GB de

memoria RAM. Seus enderecos IPv4 corresponderam a:

192.168.255.100/24, na interface fısica eth0; e

192.168.255.250, para o gateway padrao. Uma rota

estatica foi adicionada para alcancar a rede emulada,

10.0.0.0/28 (vide Figura 5), o que ocasionou resul-

tado positivo de conectividade.


Figura 2. Uso do HP VAN SDN Controller, em conjunto com o Mininet, para analisar o trafego de pacotes em uma rede de comunicacao de dados. Deacordo com o algoritmo selecionado para o roteamento, o SPF, a rota escolhida e aquela de menor custo, que esta destacada em vermelho.

Figura 3. Alteracao da saıda de roteamento, por meio do uso de recursos de SDN, indicada em vermelho.

Figura 4. Indicacao do novo valor de prioridade (30.000) utilizado para sobrepor a prioridade padrao do SPF (29.999), o que resulta na implementacao dasregras de roteamento programadas pelo administrador da rede (Follow Flow).

• Arduino Mega – Possui um shield Ethernet, o qual foi

utilizado para testes de conectividade com diversos dispo-

sitivos. Um SD card de 8 GB foi utilizado para armazenar

os codigos de programacao do Arduino. Seus enderecos

IPv4 corresponderam a: 192.168.255.125/24, na

interface fısica eth0; e 192.168.255.250, para o

gateway padrao. Testar a conectividade e compatibilidade

nesses tipos de operacoes de rede, envolvendo sistemas

embarcados e importante, visto que eles ocupam um

papel importante em cenarios reais de Internet das Coisas.

• Switch – Foi utilizado com configuracoes padrao, sem

enderecamento IP ativo nas VLANs de gerenciamento.

Ele conecta fisicamente todos os dispositivos reais pre-

sentes na rede 192.168.255.0/24.

• R1 – Atua como o gateway padrao da rede

192.168.255.0/24. Seus enderecos IPv4

corresponderam a: 192.168.255.250/24, na

interface g0/0; e 10.10.10.1/30 na interface serial

s0/1/0. Juntamente com outros treze roteadores,

R1 utiliza um protocolo de roteamento OSPF, com

g0/0 sendo configurada como interface passiva. Uma

rota estatica com destino a rede 10.0.0.0/28


Figura 5. Captura da tela do GNS3, apresentando o cenario e os dispositivos emulados. Esses dispositivos se conectam ao mundo real por meio do elementonuvem.

Figura 6. Captura de tela do Cisco Packet Tracer, apresentando uma simulacao da rede real, que foi implementada no laboratorio.


foi configurada em R1, em que a indicacao de

endereco de proximo salto foi feita para R1-Cisco,

com distancia administrativa unitaria padrao. Outra

rota estatica (flutuante) com o mesmo destino de rede

foi configurada, embora utilizando outra indicacao de

endereco de proximo salto, ou seja, apontando para

R3-Mikrotik e com distancia administrativa igual a

cinco. Na pratica, apenas a primeira rota estatica e

instalada na Tabela de Roteamento (RIB – Routing

Information Base) do roteador, pois apresenta menor

valor de distancia administrativa (e mais confiavel). A

segunda rota estatica serve como um backup. Caso a

rota principal falhe, a secundaria assume, o que aumenta

a disponibilidade da rede e melhora a qualidade de

servico. Todos os roteadores reais sao do modelo Cisco

1941 e apenas uma area foi utilizada na configuracao do

OSPF (Area 0). Um processo de redistribuicao de rota

foi realizado, de modo que a rota estatica configurada

anteriormente foi injetada no processo OSPF.

• De R2 a R14 – os pares de roteadores utilizam re-

des ponto-a-ponto (/30), o que alem de enconomizar

enderecos, aumenta a seguranca, visto que apenas dois

hosts (um em cada extremidade do enlace) sao permiti-

dos. Todos eles rodam o OSPF, mas a interface g0/0

de R14 foi configurada como passiva. R14 consegue

alcancar a rede 10.0.0.0/28 pois R1 realizou uma

redistribuicao de rota estatica. Por fim, uma operacao de

NAT overload foi configurada em R14, de modo que

todos os enderecos provenientes das redes internas sejam

traduzidos para um unico endereco de acesso a redes

externas (e apos alguns saltos, a Internet).

Cumpre ressaltar que apesar de a Figura 6 apresentar

uma topologia logica contendo a representacao de diversos

dispositivos, essa rede foi implementada em dispositivos reais,

que tambem tiveram a sua operacao integrada com o funcio-

namento de dispositivos emulados, internamente ao GNS3. A

Figura 7 ilustra uma foto do rack que contem os roteadores

reais utilizados no experimento.

Adicionalmente, vale salientar que anteriormente a

implementacao das configuracoes e setup dos dispositivos

reais, o projeto da rede foi auxiliado pelo Packet Tracer.

Como resultado, os dispositivos da rede emulada conseguiram

integrar de maneira bem sucedida com os dispositivos reais,

inclusive garantiram o acesso a Internet. A Figura 8 mostra

o resultado de uma operacao de traceroute a partir

de R3-Mikrotik com destino a um endereco de servidor

tradicional de DNS, o 8.8.8.8. O acesso foi realizado

diretamente a uma ferramenta denominada Winbox, que e

utilizada para acessar dispositivos MikroTik. Por meio de

uma interface grafica amigavel, foi possıvel observar os

saltos de roteamento realizados no caminho de upload (visto

que e a unica direcao com a qual o traceroute tem

compromisso).

VI. CONCLUSAO

O projeto de redes e troubleshooting pode ser auxiliado

pelo uso de simuladores e emuladores. Enquanto simuladores

Figura 7. Rack contendo os roteadores Cisco 1941 utilizados no experimento.Um total de 14 roteadores foram conectados, garantindo conectividade pormeio do protocolo OSPF, na Camada de Rede, do protocolo PPP, na Camadade Enlace e de cabos seriais com padrao V.35, na Camada Fısica.

Figura 8. Saıdas a um teste de tracado de caminho de upload. E possıvelobservar os saltos percorrendo as diversas redes /30 entre os roteadores reaisdo laboratorio, passando por enderecos publicos na Internet, ate chegar aodestino solicitado.


utilizam um software proprio para rodar uma aproximacao

dos sistemas simulados, os emuladores virtualizam esses

sistemas, o que os aproxima mais da operacao real de

equipamentos em ambientes de producao. Este artigo apre-

sentou uma caracterizacao de simuladores e emuladores de

rede disponıveis no mercado e compartilhou os parametros

de preparacao de um experimento envolvendo o projeto e

integracao de um ambiente virtual a um ambiente real. O

correto funcionamento do cenario implantado possibilitou que

dispositivos emulados, internos ao GNS3, conseguissem co-

nectividade a dispositivos na Internet. O protocolo OSPF foi

utilizado de maneira bem sucedida, tanto no ambiente emu-

lado, quanto nos equipamentos reais. O Cisco Packet Tracer foi

utilizado para projetar a rede fısica e as configuracoes foram

posteriormente copiadas para os dispositivos correspondentes.

Como proposta para a continuacao do trabalho, os autores

pretendem investigar aspectos que envolvem a seguranca da

informacao em cenarios que integram o ambiente virtual ao

real.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao Capıtulo Tecnico da ComSoc, do

Ramo Estudantil IEEE, campus Campina Grande e ao IFPB

pelo apoio ao desenvolvimento deste trabalho.

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