GERÊNCIA DE FALHAS E SEGURANÇA

O que são falhas em sistemas computacionais?

Falhas em sistemas computacionais são respostas incorretas em relação ao que foi projetado como saída. Essas falhas podem ser geradas por fator humano, meios de transmissão, hardware, lógico (software), entre outros. (Tanenbaum 1997)

Fonte: Shutterstock.

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A empresa T2@T Visão é renomada no ramo de armação para óculos graças à qualidade dos seus produtos, diversos dos quais atualmente são comercializados na Europa. A sua rede interna não possui muitos serviços e dispositivos, sendo considerada uma rede pequena.

Para aumentar as vendas, a T2@T Visão faz parceria com algumas empresas de vendas on-line. Para isso, a base de dados do servidor de arquivos da T2@T Visão é compartilhada com essas companhias. Porém, nos últimos cinco dias, os parceiros comerciais informaram ao setor de informática algumas falhas apresentadas:

•  Dia 15 de fevereiro – 2 falhas, totalizando 60 minutos.
  
• Dia 16 de fevereiro – 1 falha, totalizando 40 minutos.
  
• Dia 17 de fevereiro – 2 falhas, totalizando 80 minutos.
  
• Dia 18 de fevereiro – 1 falha, totalizando 30 minutos.
  
• Dia 19 de fevereiro – 4 falhas, totalizando 90 minutos. 
  

Considerando que um e-commerce deve ficar disponível 24 horas por dia, apresente em forma de relatório ao gerente da T2@T Visão o cálculo de tempo médio entre falhas (MTBF) e tempo médio para reparos (MTTR). Com isso será possível informar para a empresa o tempo total durante o qual o servidor ficou indisponível durante os cinco dias em que foram relatadas as falhas, o que, então, permitirá que seja tomada alguma medida para eliminar ou diminuir a ocorrência de falhas.

Ao efetuar tais cálculos em decorrência das falhas, você poderá efetuar um planejamento de tempo de parada para manutenção, possibilitando mitigar as falhas recorrentes nas redes de computadores. 

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conceito-chave

Certamente, ao utilizar o serviço de telefonia celular, você já ouviu o eco da sua voz; ou ainda, ao assistir um noticiário pela televisão, percebeu que o áudio e o vídeo perdem o sincronismo entre si. Esses sintomas que causam as degradações dos serviços de comunicação de dados são mais comuns do que pensamos. 

Segundo Comer (2007), qualquer sistema de comunicação de dados é suscetível a falhas e erros. Pode ocorrer em dispositivos físicos ou em transmissão. Mesmo quando são feitos exaustivos testes de erros ou de stress de rede, tais ocorrências ainda podem aparecer nas estruturas das redes de computadores. Os erros de transmissão são divididos em três categorias:

• Interferência: são radiações eletromagnéticas que, quando são geradas, podem causar ruído, o que, por sua vez, degrada os sinais de rádio ou os sinais que trafegam pelo meio cabeado.
  
• Distorção: normalmente os dispositivos físicos de transmissão, como os cabos, fazem a distorção dos sinais. O excesso de distorção de sinais é capaz de causar desde a degradação do serviço até a perda de sinal.
  
• Atenuação: em meios não guiados, a atenuação se dá quando o sinal necessita atravessar barreiras físicas (parede, vidro, fibra, etc.) e pela distância do receptor da antena. Já no meio guiado, a distância é o fator de degradação dos serviços.
  

Para a compreensão da taxa de erros encontrados nas redes de computadores, é necessário que conheçamos o Teorema de Shannon. Segundo Carissimi (2009), em 1984 o cientista americano Claude Shannon publicou as bases matemáticas para determinar a capacidade máxima de transmissão por um canal físico com uma banda passante, em uma determinada relação sinal/ruído. (Neste momento nos atentaremos apenas para os conceitos, pois os cálculos são tratados nos estudos de telecomunicações.) 

Os erros ocorridos na comunicação de dados não podem ser eliminados por completo, porém aqueles relacionados à transmissão podem ser facilmente detectados, permitindo assim que sejam corrigidos automaticamente. Para efetuar o tratamento desses erros existe uma relação de custo-benefício, pois é adicionada uma sobrecarga no processo de transmissão. Os erros de transmissão podem afetar os dados de três formas, conforme demonstrado no Quadro 4.1.

Para possibilitar a compreensão do Quadro 4.1, dois termos devem ser mais bem discutidos: “erro em um único bit” e “erro em rajada”. 

Erro em único bit

Observe na Figura 4.5 a seguir quando o erro ocorre em um único dos bits enviados:

Conforme pode ser verificado, o quinto bit, o mesmo que foi transmitido com o valor “0”, foi recebido pelo valor “1”. O erro de um único bit (single-bit-error) causa uma degradação com menor duração, porém, dependendo do que está sendo transmitido, pode ser mais ou menos degradante, por exemplo: se o erro acontecer quando se está assistindo a um filme por streaming, ocorre um travamento momentâneo, ou seja, uma parte da cena é pulada. Por sua vez, se o erro de transmissão ocorre ao tentar acessar um site (transmissão elástico), este apresentará, por exemplo, algum erro de carregamento.

Erros em rajada

Agora observe na seguinte Figura 4.6 a demonstração de quando os erros ocorrem em rajadas:

Não necessariamente os erros em rajada ocorrem em bits consecutivos, conforme pode ser observado na Figura 4.6. Como são transmitidos em rajadas, para contabilizá-los, após a ocorrência de um erro, agrupa-se um bloco de oito bits. Na Figura 4.6 pode-se notar que ocorreram quatro erros.

Os erros em rajada têm um tempo de duração maior em relação ao erro em único bit. Normalmente a degradação do serviço pode ser sensível nas transmissões tanto streaming, quanto elástico (acesso a sites, por exemplo).

Assim que os erros são detectados, é necessário efetuar a correção deles. No entanto, para que isso ocorra, o número de bits corrompidos deve ser determinado. Nesse caso, são possíveis dois métodos de correção de erros:

• Correção antecipada de erros (FEC – Forward Error Correction): são utilizados bits redundantes (por métodos de codificação), possibilitando que o receptor “adivinhe” os bits.
  
• Correção de erros por retransmissão: quando o receptor encontra um erro, solicita ao emissor para realizar o reenvio da mensagem, processo esse que se repete até que esteja livre de erro.
  

Certamente todos nós, ao utilizarmos algum serviço, passamos por casos em que o resultado gerado não retornou como o esperado. Tais acontecimentos são chamados de falhas. Esse tipo de ocorrência está muito presente na vida das pessoas: quando não se consegue efetuar um saque no caixa eletrônico; quando a cancela da praça de pedágio não levanta na cobrança automática (Sem Parar, Conect Car, etc.). 

Tanenbaum (1997) define que as falhas em sistemas computacionais são respostas incorretas em relação ao que foi projetado como saída, podendo ser definidas por alguns especialistas como defeito. Essas falhas podem ser geradas por fator humano, meios de transmissão, hardware, lógico (software), entre outros. 

Para auxiliar os profissionais de tecnologia da informação a prever as falhas de hardware, por meio de análise estatística de dados históricos dos dispositivos de uma rede, são utilizadas as técnicas: 

• Tempo Médio Entre Falhas (MTBF – Mean Time Between Failures): é uma previsão por modelo estatístico/matemático do tempo médio entre as falhas. É útil para os profissionais de tecnologia da informação, uma vez que prevê as manutenções necessárias. Para realizar o cálculo, utiliza-se:
  
                                                                       $MTBF=\frac{{\displaystyle \sum (Final-Início)}}{Númerodefalhas}$   
  
  
• Tempo Médio para Reparos (MTTR – Mean Time To Repair): é uma previsão por modelo estatístico/matemático do tempo médio para efetuar reparo após a ocorrência de falha. Para realizar o cálculo, utiliza-se:
                                                                      $MTTR=\frac{Tempoparadoporfalha}{Númerodefalhas}$                                                                                                              
  

Para auxiliar a compreensão, vejamos um exemplo: 

1. O servidor disponível na topologia apresentada na Figura 4.7 disponibiliza acesso às informações do sistema da empresa (SQL_SERVER). O horário de trabalho é das 08h às 17h (9 horas), período durante o qual o servidor ficou indisponível quatro vezes, somando o total de uma hora de parada.
   

Qual é o tempo encontrado entre as falhas? Qual é o tempo necessário para efetuar os reparos? 

Para o cálculo do tempo médio entre as falhas, temos que:

$MTBF=\frac{(9-1)}{4}\to MTBF=2$ $horas$ 

Com isso, é possível determinar o tempo de manutenção de cada uma das paradas:

$MTTR=\frac{60}{4}\to MTTR=15$ $min$ 

Ou seja, dessa forma é possível prever, por meio dos cálculos efetuados com os dados históricos/estatísticos, que a cada duas horas o servidor apresentará uma falha e que serão necessários quinze minutos para efetuar a sua manutenção. Dessa forma, o “SQL_SERVER” ficará indisponível por duas horas, durante o turno de trabalho de nove horas.

Durante os primeiros anos, a utilização das redes era destinada apenas para pesquisas, trocas de mensagens e compartilhamento de alguns recursos, como as impressoras. Nessas condições, a segurança nunca foi uma preocupação. Com o advento de maior oferta de internet pelas operadoras e consequentemente um maior número de dispositivos, tais implicações passaram a ser uma ameaça para as pessoas e empresas. 

Segurança de redes é um assunto muito abrangente, razão pela qual, nesta seção, vamos nos concentrar em criptografia, logs e controle de acesso.

Criptografia

Segundo Tanenbaum (1997), quatro grupos contribuíram para o surgimento e o aprimoramento dos métodos de criptografia: os militares, os diplomatas, as pessoas “comuns” que gostam de guardar memórias e os amantes. O maior volume de contribuição adveio dos militares, uma vez que eles tinham interesses como estratégia de comunicação em período de guerra.

Basicamente, o processo consiste em transformar uma mensagem de texto com uma chave parametrizada, cuja saída é um texto cifrado, com o uso de um algoritmo criptográfico. Se a mensagem for capturada e o interceptor não possuir a chave, este não conseguirá fazer o processo inverso, que possibilite ler o conteúdo da mensagem. Neste momento vale a pena conceituar três termos:

• Criptoanálise: arte de solucionar (“desvendar”) as mensagens cifradas.
  
• Criptografia: arte de criar mensagens cifradas.
  
• Criptologia: estudos acerca de criptoanálise e os métodos de criptografia. 
  

Tanenbaum (1997) sugere um modelo matemático para representar o processo de criptografia, em que:

$C=E_k\left(P\right)$ onde:

P → denota o texto simples.

k → chave para criptografia.

C → texto cifrado.

Para o processo inverso (descriptografia), temos que: 

$P=D_k\left(C\right)$

Essas notações sugerem que as letras “E” e “D” são funções matemáticas. Dessa forma, tanto na função de criptografia, quanto na de descriptografia há uma chave aplicada a uma função matemática.

Como as funções matemáticas podem assumir infinitos valores e variáveis, vamos nos concentrar nesse momento nos conceitos relacionados à “chave”. 

Chave

Segundo Tanenbaum (1997), para a compreensão do conceito de chave no tocante de criptografia é necessário o entendimento do princípio de Kerckhoff. Esse nome é em homenagem ao militar Auguste Kerckhoff que em 1883, publicou que: “Todos os algoritmos devem ser públicos; apenas as chaves são secretas.” (KERCKHOFF, 1883 apud TANENBAUM, 1997, p. 546).

Dessa forma, podemos compreender que o algoritmo não necessita ser secreto ou sigiloso. Os fatores relacionados à segurança devem estar nas chaves, para isso é sugerido que possuam os tamanhos e aplicações conforme demonstrado no Quadro 4.2:

Os tamanhos das chaves mudam a cada ano, conforme as quebras se tornam possíveis com o aumento do poder computacional. Em todos os tamanhos das chaves, espera-se que a garantia do sigilo das informações em sistemas computacionais se dê na presença de um algoritmo forte, porém público, e uma chave de longo comprimento.

Logs

Segundo Tanenbaum (1997), são ferramentas importantes para os administradores de redes, pois são recursos de fácil implementação que podem fornecer um histórico para análise. Os geradores de logs devem obedecer a uma regra simples: manter os dispositivos sincronizados ao servidor NTP. Tais registros de logs devem ser armazenados em servidores local ou remoto e as suas informações podem ser acessadas on-line e/ou off-line. 

Destacamos que não basta gerar e armazenar os logs se algumas práticas de monitoramento não forem seguidas:

• A inspeção dos logs deve ser uma rotina de trabalho.
  
• Devem-se investigar as causas dos logs (os nocivos à segurança e ao funcionamento da rede).
  
• Devem-se estabelecer padrões de funcionamento para facilitar a análise dos logs. 
  

Controle de acesso

Segundo Tanenbaum (1997), também conhecida como NAC (Network Access Control), é um recurso muito importante para auxiliar no gerenciamento das questões relacionadas à segurança. Tais ferramentas auxiliam o administrador de redes nas seguintes tarefas:

• Controle de acesso à rede, de pessoas e/ou equipamentos não autorizados.
  
• Evitar intrusões fraudulentas, cujo intuito é o roubo de informações sigilosas.
  
• Detectar dispositivos vulneráveis ou infectados que possam colocar a rede em risco de alguma forma.
  

Tais técnicas permitem que os dispositivos e usuários que necessitem conectar-se à rede sejam identificados e, se possuírem credenciais, sejam autorizados a fazê-lo, sendo, portanto, possível verificar o status e a atualização de antivírus, as aplicações, os softwares, etc.

Conhecer todos os conceitos e todas as aplicações abordados nesta seção de ensino garantirá que a rede atenda aos padrões de qualidade desejados, possibilitando o cálculo de tempo de manutenção, a utilização dos métodos de criptografia adequados para cada caso, mostrando, para isso, a importância de se manter o controle de acesso para a garantia da segurança da rede e dos usuários.