SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS PARA A INTEGRAÇÃO DOS AGENTES AOS CENTROS DE OPERAÇÃO DO ONS

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1 X EDAO ENCONTRO PARA DEBATES DE ASSUNTOS DE OPERAÇÃO SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS PARA A INTEGRAÇÃO DOS AGENTES AOS CENTROS DE OPERAÇÃO DO ONS Jamil de Almeida Silva ONS Brasília-DF Jean Carlos Borges Brito ONS Brasília-DF RESUMO O artigo apresenta os requisitos de telecomunicações estabelecidos nos Procedimentos de Rede e as sugestões tecnológicas para a interligação de remotas com Centros de Operação, considerando os fatores, custo, segurança e alta disponibilidade. PALAVRAS-CHAVE Disponibilidade, Protocolos, Qualidade, Segurança Telecomunicações. 1.0 INTRODUÇÃO O módulo 13 dos Procedimentos de Rede estabelece os requisitos de qualidade e disponibilidade dos canais de telecomunicações usados pelos Agentes que se interligam com os Centros de Operação do Operador Nacional do Sistema Elétrico ONS. A disponibilidade estabelecida para os dados de supervisão e/ou Controle Automático de Geração - CAG é de 99,98%. Para atender estes requisitos, são usados circuitos de telecomunicações redundantes. Um desafio reside em automatizar os processos de: a) Detecção de falha em um dos canais de comunicação; b) Chaveamento do fluxo de dados para o segundo canal de comunicação. c) Assegurar confidencialidade de dados para Agentes diferentes, que compartilham o mesmo barramento de acesso no Centro Regional ao qual se conectam Além disso, com a modernização das remotas, está cada vez mais freqüente o uso de protocolos de comunicação baseados na pilha de Protocolos de Controle de Transmissão e Protocolo de Interconexão - TCP/IP. No entanto, ainda é muito comum a utilização de remotas que enviam dados para determinados Centros de Operação do ONS, através de protocolos seriais. Na maioria das vezes, este Agente também deve prover comunicação de voz com o ONS, resultando na necessidade de uma contratação de quatro enlaces de comunicação, sendo dois para dados e dois para voz, em uma configuração redundante e de custo significativo, para assegurar conformidade com os requisitos de disponibilidade estabelecidos no módulo 13 dos Procedimentos de Rede. Este artigo descreve a implantação de tecnologias baseadas em lista de controle de acesso e em protocolos de roteamento redundantes, denominados VRRP e HSRP, para automatizar o processo de redundância dos canais de comunicação e criar um degrau de segurança cibernética nesse ambiente. Também é analisada uma solução de baixo custo, baseada no uso de roteadores associados a conversores serial/ip, de modo que o Agente poderá compartilhar o mesmo canal de comunicação para os dados enviados para o Sistema de Supervisão e os circuitos de voz disponibilizados na sala de controle do Centro de Operação. Desta forma, com apenas dois canais de comunicação, com comutação de pacotes, o Agente garantirá redundância e alta disponibilidade de dados e voz e poderá reduzir, pela metade, suas despesas com o custeio dos canais de comunicação O artigo se fundamenta em modelo já adotado pelo Centro Regional de Operação Norte/Centro-Oeste - COSR-NCO, do ONS, e implantado pelos Agentes conectados a esse Centro, estabelecendo mecanismos de segurança e redundância automatizada, o que tornou a infra-estrutura de rede e telecomunicações tolerante a falhas, minimizou as indisponibilidades dos canais de comunicação e, por conseguinte, trouxe maior disponibilidade e segurança para os dados de supervisão e CAG entregues ao COSR-NCO. Os assuntos tratados seguem a seguinte seqüência: - Requisitos dos canais de telecomunicações estabelecidos para comunicação de tempo real entre um Centro Regional de Operação do ONS e seus respectivos Agentes. - Conexões típicas: Comunicação de Dados Seriais; Comunicação de Dados TCP/IP e Comunicação de voz. - Requisitos de segurança. - Requisitos de monitoração - Automatização do chaveamento dos canais de comunicação usando os protocolos VRRP ou HSRP. - Implantação de segurança através da configuração de listas de controle de acesso. X EDAO SP-A-03 1/5

2 - Solução de baixo custo usando conversores serial-ip. - Estudo de caso de implantações típicas, uma serial e outra TCPIP, do COSR-NCO. 2.0 REQUISITOS DE TELECOMUNICAÇÕES 2.1 Requisitos de disponibilidade Para atender à operação de tempo real do Sistema Interligado Nacional - SIN, o serviço de telecomunicações entre o Agente e respectivo Centro de Operação do ONS, deve dispor de serviços de comunicação de voz e/ou de dados. Esse serviço é custeado pelo Agente e deve apresentar disponibilidade total de, pelo menos, 99,98%, apurada mensalmente, cujo valor de referência é o somatório dos últimos 12 (doze) meses. Isso implica em uma indisponibilidade máxima total, num período de 12 (doze) meses, de 1 (uma) hora e 45 (quarenta e cinco) minutos. Em decorrência da alta disponibilidade exigida, o serviço, normalmente, é um serviço prestado com recursos de telecomunicações disponibilizados através de duas rotas distintas e independentes. 2.2 Requisitos de qualidade Todos os serviços de interesse do ONS realizados sobre sistemas de transmissão analógicos ou mistos estes com parte analógica e parte digital devem obedecer aos valores dos parâmetros a seguir: - Níveis relativos nos pontos de entrada e saída analógicos, a 4 fios, em ambos os lados das conexões de voz: lado de transmissão: -5,5 ± 0,5 dbr; e lado de recepção: -2,0 ± 0,5 dbr. - Nível máximo aceitável de ruído na recepção: 40 dbmo. - Relação sinal/ruído mínima: 40 db. - Taxa de erro máximo: 50 bits/milhão, sem código de correção de erro (circuitos de dados). 2.3 Conexões típicas - Comunicação de Dados Seriais - Comunicação de Dados TCP/IP - Comunicação de voz roteadores atuarem como um roteador virtual. De acordo com essa especificação, os roteadores se apresentam para cliente com um endereço IP virtual (VIP - Virtual IP) correspondente a um MAC virtual (VMAC), mas cada qual possui seu próprio IP e MAC reais. Se o roteador primário (master), que inicialmente possuía os dados virtuais, falhar então um roteador secundário (backup) assume a tarefa de roteamento. As trocas de mensagem, para verificação de estado entre os servidores, acontecem através de IP multicast. Uma falha, no recebimento dessas mensagens em um determinado intervalo de tempo, leva a um processo de eleição de um novo master. Em situação normal, apenas o master envia mensagens (IP multicast), apenas quando há escolha para novo master é que os servidores de backup enviam mensagens. Em um ambiente configurado com o protocolo VRRP serão encontradas as seguintes entidades: - Virtual Router Roteador virtual, abstração formada por um ou mais roteadores rodando VRRP. - VRRP Instance, Implementação em programa do protocolo VRRP rodando em um roteador. - Virtual Router ID (VRID), Identificação numérica para um Virtual Router em particular que deve ser único para cada segmento de rede. - Virtual Router IP, Endereço IP associado ao um VRID que é usado por clientes para obter serviços dele. É gerenciado pela instância do VRRP que possui o VRID. - Virtual MAC address, Em casos em que endereço MAC é usado (Ethernet), este endereço MAC virtual é associado ao Endereço IP virtual. - Priority Valor, (que varia de 1 a 254) associado a cada roteador rodando VRRP como maneira de determinar o master (quanto maior o número, maior prioridade). 3.0 REQUISITOS DE MONITORAÇÃO O ONS faz a monitoração dos canais de comunicação de modo a apurar a disponibilidade definida no submódulo A apuração é realizada através de ferramenta automatizada, que registra eventuais quedas dos links de comunicação. 4.0 AUTOMATIZAÇÃO DO CHAVEAMENTO DOS CANAIS DE COMUNICAÇÃO USANDO OS PROTOCOLOS VRRP OU HSRP 4.1 Virtual Router Redundancy Protocol - VRRP FIGURA 1 Funcionamento de um sistema VRRP O VRRP é designado para eliminar pontos de falhas criados por default-gateway de rede LAN (Local Area Network). VRRP é um protocolo especificado pelo IEFT The Internet Engineering Task Force, na RFC Request for Comments, que permite dois ou mais Na Figura 1, o servidor envia pacotes multicast para outras instâncias do VRRP que rodam na rede (no caso, apenas o roteador B). Estes pacotes carregam informação para duas finalidades principais: X EDAO SE-B-07 2/5

3 - Forçar a eleição de outro master caso haja algum com maior prioridade; - Notificar instâncias VRRP de backup que há um master ativo, caso não exista comunicação em intervalo definido, haverá uma nova escolha de master. 4.2 Alta disponibilidade com roteadores CISCO Na maioria das redes, apenas um equipamento é apontado como gateway padrão e os hosts internos deste segmento encaminham suas solicitações externas para este endereço. Mesmo com links e equipamentos duplicados, a falha no dispositivo ou link principal causa uma interrupção nas comunicações, até que a ativação do roteador ou link secundário seja realizada. Neste sentido, o protocolo da Cisco HSRP (Hot Standby Router Protocol) foi desenvolvido para promover a alta disponibilidade em roteadores, de forma que, mesmo durante falhas, a rede sempre tenha um equipamento em funcionamento atuando como gateway padrão. A alta disponibilidade é obtida através de um endereço virtual que é compartilhado entre dois ou mais equipamentos. Este endereço é definido como gateway padrão da rede para os hosts internos. Na ocasião de uma falha no equipamento principal, outro componente do grupo de alta disponibilidade assume o seu papel, utilizando o endereço virtual. Desta forma, a falha fica imperceptível aos clientes locais, já que a comunicação permanece ininterrupta. Quando o HSRP é configurado em um segmento de rede, ele fornece tanto um endereço MAC quanto um endereço IP virtual, que são compartilhados entre o grupo de roteadores que executam este protocolo. Um destes equipamentos é selecionado para se tornar o ativo, ou seja, o dispositivo principal que receberá os quadros destinados ao MAC virtual do grupo. O HSRP detecta quando o roteador designado ativo falha, e a partir deste ponto, um roteador standby assume o controle dos endereços do grupo. O controle sobre qual equipamento deve assumir o papel de ativo ou standby é realizado através de um valor denominado prioridade. Para se tornar ativo, a prioridade de um roteador deve ser maior que a dos outros do grupo. Para detectar uma falha ou alterações de prioridade e designar os papéis, os equipamentos trocam mensagens do tipo HELLO. Estes pacotes são destinados ao endereço IP multicast sob o protocolo de transporte UDP na porta O roteador ativo envia pacotes com o endereço IP da sua interface local e o MAC virtual; já o roteador standby envia pacotes também com o endereço IP da sua interface, mas com o seu próprio endereço MAC. 4.3 Utilização típica do protocolo HSRP De acordo com a Figura 2, observamos uma topologia de rede bastante simples, com um roteador principal e um link para a Internet e um roteador de backup, também com um link para a Internet. Imagine uma configuração sem alta disponibilidade, onde o gateway padrão para os hosts internos seja o roteador A. Se houvesse uma falha neste equipamento, os serviços para a Internet estariam indisponíveis, mesmo que o roteador B continuasse operando normalmente. Este estado de indisponibilidade permaneceria até que o administrador de rede configurasse o roteador B para substituir o equipamento defeituoso, que passaria a ser o gateway padrão daquele segmento. Com o benefício da alta disponibilidade oferecido pelo HSRP, neste mesmo evento de falha do roteador A, os serviços para a Internet permaneceriam em perfeito funcionamento, já que o roteador B perceberia a parada do equipamento ativo, assumiria o controle dos endereços virtuais e passaria a responder às solicitações dos hosts internos. FIGURA 2 Funcionamento de um sistema HSRP 4.4 Configurações típicas dos roteadores Segue abaixo a configuração do roteador A: - hostname RoteadorA - interface fastethernet 0/0 - description Rede Local - ip address standby 1 ip standby 1 priority 150 Segue abaixo a configuração do roteador B: - hostname RoteadorB - interface fastethernet 0/0 - description Rede Local - ip address standby 1 ip standby 1 priority REQUISITOS DE SEGURANÇA 5.1 Implantação de segurança através da configuração de listas de controle de acesso ACLs Uma vez que os roteadores foram configurados para alta disponibilidade com protocolos VRRP ou HSRP, é necessário alternar o foco para o estágio seguinte, voltado para as configurações de X EDAO SE-B-07 3/5

4 segurança. Estas serão efetuadas com o uso de tecnologia disponível nos roteadores e denominadas listas de controle de acesso, as ACLs. As ACLS são essencialmente utilizadas com o propósito de filtrar tráfego IP. O processamento das ACLs ocorre da seguinte forma: o tráfego que entra no roteador é comparado com as entradas na ACL, na ordem em que elas foram escritas. Novas linhas da ACL podem ser adicionadas ao final da lista e o roteador irá analisar as linhas da lista até encontrar uma que combine com o tráfego específico. Se nenhuma combinação é encontrada na lista, o tráfego é negado. Existe uma entrada negando tudo (deny implícito) ao final da lista de controle de acesso. Por essa razão a lista de controle de acesso precisa ter pelo menos uma linha permitindo o tráfego desejado, caso contrário todo o tráfego será negado. Para exemplificar, serão analisados os dois exemplos a seguir, eles têm o mesmo resultado: 5.2 Exemplo 1 access-list 101 permit ip Exemplo 2 access-list 102 permit ip access-list 102 deny ip any any Além de definir a origem e o destino do tráfego, é possível definir portas de origem e destino, tipos de mensagens ICMP e outros parâmentros que ajudam ainda mais, a restringir as entradas das listas de acesso que serão aplicadas nas interfaces dos roteadores. 5.4 Exemplo 3 access-list 102 permit icmp host host permite todos os tipos de mensagens icmp; access-list 102 permit icmp host host eco-request - permite apenas um tipo de mensagem icmp. As listas de controle de acesso só terão efeito depois de aplicadas a uma interface. Uma boa prática é aplicar a ACL na interface mais próxima da origem do tráfego. FIGURA 3 Integração de dados e voz no mesmo canal de comunicação Cada canal de comunicação terá um par de conversores sendo, um equipamento do lado do Agente e outro do lado do Centro Regional ao qual se conecta. Os dados provenientes da remota são entregues ao conversor no formato serial. Este, por sua vez, faz o encapsulamento destes dados para o protocolo ethernet-tcp/ip. O pacote encapsulado é entregue a um roteador que encaminha os dados até o roteador de destino. Ao chegar, o roteador do destino encaminha o pacote para o segundo conversor que faz o processo inverso. Isto é, remove o encapsulamento e entrega os dados seriais para o Front-End de comunicação adequado. Na parte de voz, ocorre processo análogo, com o uso de interfaces de voz instaladas e configuradas em cada para de roteadores. A figura 8.2 ilustra o modelo de conversor atualmente em uso no COSR- NCO, para os casos de Agentes com conexões seriais. 6.0 SOLUÇÃO DE BAIXO CUSTO USANDO CONVERSORES SERIAL-IP Quando o Agente ainda utiliza remotas com protocolos seriais e também tem que prover comunicação de voz é possível racionalizar os recursos de comunicação viabilizando o tráfego de dados e voz por um único canal digital de 64kbps ou superior. Isto se torna possível com o encapsulamento dos dados seriais dentro de um pacote tcp/ip. A utilização de um conversor viabiliza este processo de conversão, ilustrado na Figura 3. FIGURA 4 Conversor de protocolos serial-ip O custo de referencia para cada par de conversores é de aproximadamente R$3700,00, em julho de Com a solução apresentada, o agente poderá atender aos requisitos de disponibilidade estabelecidos nos Procedimento de Rede, com maior facilidade e menor custo haja vista que com dois canais de comunicação, haverá redundância de voz e de dados. X EDAO SE-B-07 4/5

5 7.0 CONCLUSÃO Este artigo mostrou as tecnologias aplicadas nas conexões entre o COSR-NCO do ONS e alguns dos seus respectivos Agentes. Os requisitos de alta disponibilidade são atendidos com a adoção de circuitos de comunicação independentes e protocolos de chaveamento automático HSRP ou vrrp. Os requisitos de segurança são implantados com a tecnologia de listas de controle de acesso, ACLs. As ligações seriais são amparadas em conversores que permitem entregar o pacote adequado a um roteador. Este roteador tem a função de encaminhar os pacotes de dados seriais bem como os pacotes de voz, que são encapsulados. Com esta tecnologia o Agente reduz consideravelmente o custeio com canais de comunicação, necessários para garantir a disponibilidade de dados e de voz. Jean Carlos Borges Brito graduou-se em Sistemas de Informação em 2004 pela FACEB. Pós Graduação em Gerência de Projetos com Ênfase em Sistemas de Informação (2005) pela FAST e é Mestrando em Gestão do Conhecimento e Tecnologia da Informação pela Universidade Católica de Brasília. É atualmente, analista de TI da GIT-2 / Brasília. C-ele: 8.0 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] ONS, Requisitos de Telecomunicações, in Procedimentos de Rede, Rev. 1, Resolução Autorizativa ANEEL no. 1051/07, 25 de Setembro, 2007, Submódulo 13.2, Submódulo13.2.pdf [2] ONS, Avaliação de desempenho de serviços de Telecomunicações, in Procedimentos de Rede, Rev. 1, Resolução Autorizativa ANEEL no. 1051/07, 25 de Setembro, 2007, Submódulo 13.5, Submódulo13.5.pdf [3] ProtocoloVRRPhttp://guialivre.governoeletronico.gov.br/guiaonli ne/guiacluster/node41.php#section [4] ProtocoloHSRPhttp://www.networkexperts.com.br/index.php/tut oriais/8-cisco/17-alta-disponibilidade-comroteadores-cisco.html [5] ACLs- - oriais/8-cisco/31-lista-de-controle-de-acessoacl.html [6] Custo dos conversores serial/ip 14/07/ BIOGRAFIAS Jamil de Almeida Silva graduou-se em telecomunicações (1986) pelo CEFET-GO e em física (1996) pela UnB. Mestrado em Engenharia de Produção (2001) pela UFSC. É atualmente Gerente de Qualidade e Disponibilidade dos SSCs do CNOS/COSR-NCO. C-ele: X EDAO SE-B-07 5/5

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