Aspectos de Confiabilidade em Redes Locais Sem Fio

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1 Aspectos de Confiabilidade em Redes Locais Sem Fio Aparecido Jorge Jubran 1, Laura Martinson Provasi Jubran 1, Flávio Almeida de Magalhães Cipparrone 1, Marcos Barreto 2 1 Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (USP) Av. Prof. Almeida Prado, 128 Tr.2 Biênio 2 andar São Paulo - SP Brazil 2 Centro Universitário FIEO Rua Narciso Sturlini, 883 Jd. Bussocaba CEP Osasco SP Brazil jjubran@uol.com.br, flavio@lps.usp.br; mrpbarre@usp.br Abstract. This paper aims to study the main aspects of the reliability desirable to accomplish the demand of a wireless local web, which uses radio waves, targeting specially the data transmission between access points and stations. Resumo. Este trabalho tem por objetivo estudar os principais aspectos de confiabilidade desejáveis para atender as exigências de uma rede local interna sem fio, que utilize ondas de rádio, focando especialmente a transmissão de dados entre pontos de acesso e estações. Palavras chave: confiabilidade, redes sem fio, médias e grandes empresas. Introdução O objetivo deste estudo é observar os aspectos de confiabilidade de uma rede local sem fio, que utilize ondas de rádio para comunicação, interna a um prédio. As empresas adotam as redes sem fio internas á empresa visando obter flexibilidade nas alterações de layouts e a mobilidade dos usuários. Observa-se que a segurança na transmissão de dados é um fator primordial para estas empresas, assim como a funcionalidade adequada. Portanto, ao se projetar uma rede local sem fio por ondas de rádio devem ser consideradas algumas restrições importantes em relação ao projeto de uma rede cabeada, como segue: a interferência eletromagnética, maior em redes sem fio do que em redes com fio, que pode ocorrer com ondas de microondas, sinais de motores ou outros equipamentos elétricos e interferência de outras ondas eletromagnéticas [Tanenbaum 1997]; interferências ambientais, tais como vidros a prova de balas, concreto, papel, etc. [Geier 2002]; diminuição da velocidade na transmissão dos dados conforme aumenta a distância, pois as ondas de rádio caminham em todas as direções a partir da fonte de emissão, e enfraquecem conforme aumenta a distância [Tanenbaum 1997]; a velocidade diminui conforme aumenta a quantidade de estações que acessam o mesmo ponto de acesso, pois as estações ativas compartilham a banda. [Trellis 2003]

2 a segurança tende a ser menor em redes sem fio, pois a utilização dos canais de difusão são inseguros, e as ondas de rádio podem atravessar as paredes da empresa, podendo desta forma a rede ser acessada por algum intruso. Por isso, são exigidos recursos específicos para garantir a privacidade, como a utilização da criptografia e salto de freqüência [Tanenbaum 1997], [Velloso 1997]. Outro fator importante é que os pontos sem fio sejam integrados ao backbone da rede cabeada da empresa, de forma a não haver redes separadas [Jubran 2003]. Após a inclusão de novas estações sem fio à rede cabeada, esta deve se mostrar segura e com tempo de resposta adequado. Não pode haver brechas que permitam o acesso de intrusos na rede, e deve ser mantido o mesmo grau de confiança e desempenho para os aplicativos já existentes. Desta forma, é de suma importância para a empresa e para os implementadores de redes sem fio a elaboração de um estudo sobre confiabilidade, fornecendo um embasamento para a implantação de uma rede sem fio eficaz. 1. Estudos Anteriores Este estudo utilizou pesquisas realizadas na área por vários autores, como Bruce III e Gilsten [Bruce III 2002], que apresentaram um guia de planejamento, instalação, configuração e utilização de uma rede local sem fio. Os pontos principais considerados são: Planejamento de uma rede sem fio, que explica como conduzir um plano para quantificar em detalhes os requisitos de uma rede sem fio e como selecionar o equipamento da rede sem fio. Segundo os autores, plano engloba aspectos como a convergência do sinal (garantia do sinal em qualquer ponto do prédio), quantidade de estações sem fio, número de usuários, crescimento da rede sem fio, interferência eletromagnética, isolamento e pontos elétricos, levantamento documentado do uso dos computadores móveis na rede e levantamento do backbone da rede cabeada atual; Instalação de uma rede sem fio, englobando a instalação e configuração do ponto de acesso, instalação e configuração das placas sem fio nas estações e testes dos sinais de rádio na rede sem fio; Também Geier [Geier 2002] apresentou uma visão sistêmica no desenvolvimento de redes locais sem fio, dividindo o problema em: Planejamento de uma rede local sem fio, onde apresenta a necessidade de gerenciar a implementação de uma rede local sem fio, através da identificação do escopo, determinação das fases com data e duração, identificação do pessoal a ser envolvido e dos materiais necessários, levantamento dos custos envolvidos, identificação dos riscos do projeto, levantamento dos sistemas existentes e das necessidades dos usuários, além de outros pontos, como área geográfica de cobertura, número de usuários, mobilidade, duração da bateria, segurança, integração, etc. Integração dos sistemas sem fio, focando numa visão de integração com a rede cabeada já existente, e cita inclusive a conexão do Ponto de Acesso no Ethernet Switch ou Repetidor da rede cabeada. Implementação de uma rede local sem fio, onde são abordadas 5 fases: avaliação das tecnologias existentes para rede sem fio dependendo do levantamento feito, seleção

3 dos produtos sem fio, verificação do projeto (simulação, protótipo físico e teste piloto), documentação do projeto (descrição de cada elemento da rede, localização dos pontos de acesso, produtos necessários para satisfazer as necessidades e padrões) e busca dos componentes da rede sem fio. Gerenciamento de uma rede sem fio, onde são mostradas as principais falhas de segurança de uma rede sem fio, e apresentadas formas de aumentar a segurança na rede, como a utilização da criptografia WEP, e técnicas como IPSEC, Radius, Kerberos, 802.1x, troca automática de chaves, criação de uma rede virtual privada (VPN) e certificação digital. 2. Aspectos de Confiabilidade Desejáveis da Rede Sem Fio Segundo definições da National Communications System [NCS 1996], confiabilidade é a habilidade da execução de uma função requerida sob determinadas condições em um período especificado de tempo, sendo que para a área de comunicação confiabilidade é a probabilidade de transmissão de informações de uma estação ao seu destino de maneira oportuna sem perda de conteúdo. Segundo Dias (2004) a definição de confiabilidade deve conter quatro estruturas fundamentais ou categorias: probabilidade, comportamento adequado, período de uso e condições de uso. A probabilidade de ocorrer um problema é real e deve ser levantada e expressa em função do tempo. O comportamento adequado do sistema pode ser uma meta a ser alcançada, e as condições de uso se traduzem na adequação do ambiente para atingir tal meta. Assim, a confiabilidade de uma rede sem fio compreende quatro aspectos, que são: a) probabilidade da ocorrência de um problema de desempenho ou de segurança durante a transmissão dos dados; b) determinação do período necessário de transmissão sem falhas; c) obtenção do comportamento adequado ou desejado durante essa transmissão; d) procedimentos necessários na rede para prevenção de problemas. Neste trabalho a confiabilidade de redes sem fio pode ser alicerçada em duas estruturas fundamentais: Levantamento dos problemas possíveis, especialmente em relação ao tempo de uso sem falhas dos aplicativos críticos que serão processados nas estações sem fio; Solução ou contorno destes problemas, otimizando a localização dos pontos de acesso de forma a manter a rede funcional, e ajustando o ambiente da rede para aceitação dos pontos sem fio com segurança Levantamento dos Possíveis Problemas na Rede Sem Fio Quando se deseja incluir estações sem fio à uma rede cabeada já existente, devem ser levantadas junto aos usuários da rede, ao administrador da rede e ao analista de sistemas as informações sobre a probabilidade de ocorrência de problemas que prejudiquem o uso de estações sem fio, como as mostradas a seguir: Probabilidade de ocorrer um problema de desempenho na transmissão dos dados. Os computadores móveis devem executar os mesmos aplicativos e serviços existentes nos computadores da rede cabeada, no tempo adequado, dos diversos lugares do prédio destinados para transmissão.

4 Probabilidade de ocorrer um problema de segurança no acesso aos dados, ou seja, a rede e os aplicativos devem em conjunto impedir que estranhos acessem ou danifiquem de alguma forma a comunicação. Assim, devem ser levantadas as informações pertinentes aos aplicativos e softwares que serão utilizados em cada estação sem fio como apresentado no quadro 1. No. Estação sem fio: Nome do responsável: Quais sofwares e/ou aplicativos serão utilizados na estação sem fio para acesso à rede? ( ) Imprimir ( ) FTP ( ) ( ) Newsgroups ( ) Hotmail ( ) Calendar / Scheduler ( ) Internet ( ) Aplicativo: ( ) Servidor de Arquivo ( ) Aplicativo: ( ) NetMeeting ( ) Aplicativo: ( ) Instant Messenger O computador, conectado à rede, será utilizado nos seguintes locais: ( ) (local de trabalho) ( ) Refeitório ( ) Sala de Conferência # ( ) Biblioteca ( ) Sala de Conferência # ( ) Área de Recepção ( ) Laboratório # ( ) Sala do Café ( ) Laboratório # ( ) Atrium ( ) ( ) Sala de Recreação ( ) Quadro 1: Levantamento dos softwares e aplicativos utilizados na estação sem fio. Adaptado de [Bruce III 2002] Já o desempenho de cada software ou aplicativo crítico a ser processado na estação sem fio, deve ser detalhado, como sugerido no quadro 2. Nome do software e/ou aplicativo crítico (a ser processado na estação sem fio): Objetivo do software e/ou aplicativo: Aspectos críticos do software e/ou aplicativo: Descrever os aspectos críticos do sistema, como: Se é ou não um sistema de tempo real; Quais os gargalos do sistema em termos de desempenho na rede, e porquê?; Quanto tempo o sistema poderia ficar inoperante? Quais as conseqüências? O que aconteceria se o sistema ficasse lento? Existe a necessidade de teste do software e/ou aplicativo? ( ) Sim ( ) Não. Quadro 2: Levantamento do desempenho desejado nas estações sem fio para cada software ou aplicativo crítico. Adaptado de [Jubran 2003]

5 Outro fator essencial de confiabilidade é assegurar-se de que toda a rede se mantenha segura após a inclusão dos pontos sem fio, pois uma invasão à rede sem fio representa um ataque à rede como um todo. Devem ser levantados quais são os aplicativos críticos executados na rede (toda a rede, não apenas nas estações sem fio) quanto ao fator segurança, como apresentado no quadro 3, que deverá contar com a participação de usuários e analistas de sistemas. Segurança dos Aplicativos na Rede Nome do Aplicativo: Objetivo do Aplicativo: Qual a segurança que o aplicativo possui? (Como acesso através de usuário e senha, entre outros) Quadro 3: Levantamento da segurança dos aplicativos na rede Recomendações para Solução dos Problemas Levantados As ondas de rádio caminham em todas as direções a partir da fonte. Portanto, conhecendo os acessos que cada usuário pode realizar em cada parte do prédio, o engenheiro de rede pode dividir o prédio em possíveis células (cada célula corresponde ao raio de ação de um ponto de acesso), como apresentado no quadro 4. Os pontos de acesso devem estar dispostos de forma a evitar, ou diminuir ao máximo as interferências eletromagnéticas, de materiais e de pessoas. Também torna-se necessário projetar a distância entre os pontos de acesso da rede sem fio, de forma a não haver degradação nos limites de uma célula. Portanto, devem ser efetuados testes no local para ajustar a localização de cada ponto de acesso (de acordo com as interferências ambientais), e para determinar quais são os valores de referência (bom, regular ou ruim) quanto à velocidade de transmissão dos dados e perda de pacotes, como é apresentado no quadro 5. Os valores de referência serão determinados pelo engenheiro da rede de acordo com o desempenho dos aplicativos e softwares que acessarão a rede a partir das estações sem fio, e de acordo com a quantidade de usuários naquela célula.

6 Para tanto, os usuários podem auxiliar no processo verificando se os softwares e aplicativos estão sendo processados em uma velocidade considerada adequada, a partir das estações de testes e preenchendo o formulário apresentado no quadro 6. 1) Descrever os locais do prédio e o acesso potencial à rede. Local do Prédio Descrever um local do prédio, como a biblioteca por exemplo Estações que Acessarão a Rede deste Local Enumerar as estações que acessarão a rede deste local, como por exemplo: Estação no. 1, Estação no. 2, etc. 2) Descrever as possíveis células. Cada célula corresponderá ao alcance de um Ponto de Acesso. Calcular inicialmente o máximo de 30 estações por célula e uma distância entre pontos de acesso de cerca de 36 metros, para eficiência máxima [Bruce III 2002]. O Ponto de Acesso deve ficar no ponto central do local. No. Estação Sub-Rede ou Domínio Números das Células de Acesso Local do Ponto de Acesso Número da Célula Estações que Acessarão a Rede nesta Célula Quadro 4: Divisão do prédio em células. Adaptado de Jubran [Jubran 2003]

7 1. Interferência por equipamentos e materiais (desenhar na planta os equipamentos e materiais que podem dar interferência) 2. Existe trânsito de pessoas no ambiente? Qual a quantidade máxima em uma determinada hora? 3. Localização Recomendada na Planta para os Pontos de Acesso (fazer o desenho) 4. Desempenho da rede apurado para esta configuração (na célula em média): No. Célula Qualidade do Link Força do Sinal Velocidade de Transmissão de Dados Perda de Pacotes Avaliação Final Qualidade do Link Valores de Referência: De a (Bom) De a (Regular) De a (Ruim) Força do Sinal Valores de Referência: De a (Bom) De a (Regular) De a (Ruim) Velocidade de Transmissão dos Dados Valores de Referência: De a (Bom) De a (Regular) De a (Ruim) Perda de Pacotes Valores de Referência: De a (Bom) De a (Regular) De a (Ruim) 5. O teste foi feito com quantas estações simultâneas acessando a rede? Foi testado o máximo de tráfego na rede para cada célula? 6. Andar com a estação móvel passando entre as células enquanto realiza os testes do item 4. Como ficou o sinal? Houve perda de pacotes? Qual a sua avaliação final? 7. Existem ondas de rádio sendo emitidas para fora do prédio? Qual o alcance e qualidade destes sinais? 8. Existe forte interferência ambiental que inviabilize o uso da rede sem fio em algum lugar do prédio? Anotações do Engenheiro de Rede Nome do Engenheiro de Rede: Assinatura: Data: Quadro 5: Projeto do sistema sem fio. [Jubran 2003]

8 No. da estação que foi testada: Local do teste: Após os testes efetuados, como você classificaria o tempo de resposta de cada software ou aplicativo na rede sem fio? Testar visando as condições normais de uso, com mais de uma pessoa acessando ao mesmo tempo o aplicativo, e com o máximo de taxa de transferência de informações na rede. Software testado Tempo de resposta (bom, regular, ruim) Nome do Usuário: Assinatura: Data: Quadro 6: Teste de usabilidade da estação. Adaptado de [Jubran 2003] Em relação aos aspectos da segurança a ser implantada, existem basicamente três níveis envolvidos: a) a segurança existente nos equipamentos de rede sem fio, que vem integrado ao Ponto de Acesso, mas que deve ser habilitada, pois não irá funcionar automaticamente; b) a segurança da rede, como a utilização do software Kerberos, de rede virtual privada (VPN), etc.; c) segurança dos aplicativos, como a digitação de usuário e senha para acesso, e segurança de acesso ao banco de dados. Se a segurança da rede não for satisfatória, o nível de segurança no aplicativo deve crescer substancialmente. Portanto, deve ser preenchido o formulário apresentado no quadro 7 pelo Engenheiro de Rede, pelo Responsável da Rede e pelo Analista de Sistemas, com a segurança a ser adotada.

9 1. Segurança nos Equipamentos de Redes Sem Fio (a ser preenchida pelo Engenheiro de Rede) Habilitação nas estações e nos pontos de acesso: ( ) WEP 64 bits ( ) WEP 128 bits ( ) Controle de acesso através do endereçamento MAC 2. Segurança na Rede (a ser preenchida pelo Engenheiro de Rede e pelo Responsável pela Rede) Ferramentas de segurança que farão parte da rede: ( ) Servidor Radius ( ) Firewall ( ) 802.1X ( ) ( ) Kerberos ( ) ( ) SSL ( ) ( ) IPSEC ( ) ( ) VPN Fazer um desenho que mostre as sub-redes e as ferramentas que protegem cada uma das sub-redes, com os detalhes necessários para implementação de cada ferramenta. 3. Segurança dos Aplicativos (a ser preenchida pelo Analista de Sistema) Qual a segurança adotada para cada aplicativo crítico na rede? Nome do Aplicativo Segurança Adotada A Segurança (de rede e de aplicativos é adequada? 4. Anotações do Engenheiro de Rede Nome do Engenheiro de Rede: Assinatura: Data: 5. Anotações do Analista de Sistemas Nome do Analista de Sistemas: Assinatura: Data: 6. Anotações do Responsável pela Rede Nome do Responsável pela Rede: Assinatura: Data: Quadro 7: Infra-estrutura de segurança da rede

10 4. Considerações Finais O presente estudo foi baseado em pesquisas bibliográficas e nos resultados obtidos na realização de testes de campo. Foram realizados testes de substituição de estações cabeadas por estações sem fio, nas dependências de uma faculdade. Como resultado deste trabalho são apresentados dois passos necessários para garantir a confiabilidade de implementação de pontos sem fio a uma rede cabeada já existente. O primeiro passo consiste no levantamento dos problemas existes na rede mediante a aplicação de questionário que consiste em: a) levantamento dos softwares e aplicativos utilizados na estação sem fio; b) levantamento dos indicadores do desempenho desejado nas estações sem fio para cada software ou aplicativo crítico; e c) levantamento dos dados relativos à segurança dos aplicativos utilizados na rede. O segundo passo consiste nas estratégias a serem adotadas para solução ou adequação dos problemas levantados no primeiro passo e compreendem: a) divisão do prédio em células; b) elaboração de projeto para a rede sem fio; c) aplicação de testes de usabilidade na estação e na infra-estrutura de segurança da rede. 5. Referências Bibliográficas [Bruce III 2002] BRUCE III, Walter R. (2002) Wireless Lans End to End, 1 st Edition, Hungry Minds, New York. [Dias 2004] DIAS, Acires. (2004) Projeto para a confiabilidade aplicado ao processo de implantação de uma rede de gás, Universidade Federal de Santa Catarina, Santa Catarina, Abril. [Geier 2002] GEIER, Jim. (2002) Wireless LANs, SAMs, Indiana. [Jubran 2003] JUBRAN, Laura Martinson Provasi. (2003) Metodologia para Implantação de Redes Sem Fio em Empresas de Médio e Grande Porte. Dissertação de Mestrado, Centro Universitário FIEO, Osasco. [NCS 1996] NATIONAL COMMUNICATIONS SYSTEM. (1996) Telecommunications: Glossary of Telecommunication Terms, General Services Administration Information Technology Service, Agosto. [Tanenbaum 1997] TANENBAUM, Andrew S. (1997) Redes de Computadores. Campus, Rio de Janeiro. [Trellis 2003]. TRELLIS PRODUTOS PARA COMUNICAÇÃO DE DADOS LTDA. (2003) A Tecnologia Wireless, Novembro. [Velloso 1999] VELLOSO, Fernando de Castro. (1999) Informática: conceitos básicos, Campus, Rio de Janeiro.