UMA PROPOSTA DE ESTRUTURA LÓGICA PARA AS REDES DE CONEXÕES DO ALOJAMENTO DOS ALUNOS DE GRADUAÇÃO DO INSTITUTO TECNOLÓGICO DE AERONÁUTICA H8
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- Moisés Estrada Brás
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1 UMA PROPOSTA DE ESTRUTURA LÓGICA PARA AS REDES DE CONEXÕES DO ALOJAMENTO DOS ALUNOS DE GRADUAÇÃO DO INSTITUTO TECNOLÓGICO DE AERONÁUTICA H8 RESUMO Mônica Mitiko Soares Matsumoto, IC Ulisses Duarte Nehmi, IC Adalberto Sampaio Santos, Cap. Eng., PQ Adilson Marques da Cunha, Prof. Dr., PQ Celso de Renna e Souza, Prof. Dr., PQ Esta iniciativa visa a elaboração de um Projeto para dotar o alojamento dos Alunos de Graduação do ITA H8, de uma Rede de Comunicações de Dados RCD, eficiente e confiável, capaz de suprir as deficiências e necessidades existentes. Quando foi implementada, em meados de 1996, a capacidade máxima era de cerca de 100 computadores, número esse bem menor que as quase 450 estações que compõe a RCD Existente. Além disso, para garantir a qualidade da RCD Proposta, também se apresentaram as alterações necessárias nas demais Redes de Conexões do H8. Este trabalho faz parte de um Projeto mais amplo que envolve mudanças nas demais Redes de Conexões do alojamento, o Plano Diretor Setorial da RCD-H8-2002, que por sua vez é um dos Anexos do Planejamento Estratégico da RCD-ITA ABSTRACT This initiative aims the development of a Data Communication Network - RCD - in the Dormitories of the Undergraduate Students of ITA (Instituto Tecnológico de Aeronáutica), capable to provide reliable and efficient operational conditions. In 1996, a RCD was implemented in H8. It was designed to support no more than 100 computers, while the Existing System has almost 450 workstations. Furthermore, to ensure the reliability of the new RCD Project, there was the need of remodeling the remaining Connections Networks in H8 (e.g. Electrical and Grounding). This work is part of a larger Project involving the remaining Connections Networks in the students Dormitories, the Sectorial Director Planning of the RCD-H8-2002, which is part of the Strategic Planning for the RCD-ITA INTRODUÇÃO O Instituto Tecnológico de Aeronáutica ITA, uma das mais prestigiadas Instituições de Ensino de Engenharia no País, apresenta uma característica exclusiva: proporciona a todos os seus alunos de Graduação um alojamento situado no Campus, o H8. Esta facilidade propicia um ambiente dinâmico e eficiente para o desenvolvimento acadêmico. Para melhor aproveitar o potencial do H8 na elaboração de trabalhos acadêmicos, os alunos contam, desde 1996, com o suporte da RCD-H8, conectada à Internet através de um link com a RCD- ITA. Essa infra-estrutura existente, no entanto, não comporta mais o número de usuários, que cresceu exponencialmente desde a sua implementação. Dessa forma, esta proposta tem como objetivo atualizar a RCD-H8, assim como as demais Redes de Conexões envolvidas, de forma a proporcionar um serviço confiável e de qualidade aos futuros engenheiros.
2 2. DESENVOLVIMENTO O desenvolvimento deste trabalho baseia-se, primeiramente, na análise do Sistema Existente, ou seja, as condições em que se encontra a infra-estrutura do alojamento. Desta maneira, realizou-se um levantamento completo das Redes de Conexões Existentes, averiguando-se suas necessidades, limitações e deficiências. Ao se deparar com a necessidade de modificar a RCD-H8, verificou-se necessário reavaliar as demais Redes de Conexões intimamente ligadas à RCD: a Rede Elétrica e de Aterramento. De posse destas informações, seguiu-se a elaboração do Sistema Proposto. A proposta visa suprir as necessidades e deficiências encontradas no Levantamento do Sistema Existente, baseando-se no compromisso com a confiabilidade, qualidade e eficiência dos serviços a serem prestados à comunidade iteana. Mais informações sobre o Sistema Proposto, sob o ponto de vista Físico, encontrase disponível nos artigos dos alunos Álvaro Henrique Ogasawara Sigaki e Gustavo Hideyuki Okamoto. A proposta que aborda o Gerenciamento da RCD-H pode ser encontrada no artigo do aluno Mário Rebelo Larangeira Júnior. 3. REDE ELÉTRICA A proposta de revisão da Rede Elétrica do H8 surgiu da observação dos próprios moradores do alojamento. Observou-se que o Sistema Existente encontra-se bastante instável. A qualidade da corrente fornecida mostra-se bastante prejudicada, com muitos picos de tensão, períodos com tensão abaixo da tolerância, grandes oscilações de voltagem nas linhas e freqüentes quedas de energia. Esse problema deve-se principalmente ao fato do Projeto Elétrico original não ter previsto muito dos aparelhos utilizados nos apartamentos, como microondas, geladeira e freezer. Dessa forma, realizou-se um estudo do Sistema Existente através das plantas elétricas do alojamento, cedidas pela Divisão de Engenharia DE do CTA. Baseado na estrutura Existente calculou-se uma nova distribuição de cargas, dimensionando a malha elétrica de acordo com o consumo e hábitos dos moradores do H8. O cálculo de demanda baseou-se principalmente na existência de um computador por morador e na distribuição dos aparelhos de maior potência, como chuveiro e microondas. Sendo assim, na elaboração de um Sistema Proposto, sugere-se a alteração dos disjuntores e das seções dos fios elétricos nos Quadros de Distribuição, em alguns Quadros Parciais e nos Quadros Gerais. Essas alterações, caso não sejam consolidadas em um curto período de tempo, podem resultar na ocorrência de diversos acidentes, pois o Sistema Existente encontra-se saturado. Além disso, recomenda-se a implementação de um novo circuito independente exclusivo para os equipamentos da RCD Proposta. Tais equipamentos têm grande sensibilidade à variação de sinal, e necessitam de uma Rede Elétrica estabilizada e confiável, podendo ser incluída também uma Fonte de Alimentação Ininterrupta (no-break), para garantir maior estabilidade. 4. REDE DE ATERRAMENTO A Rede de Aterramento Existente encontra-se em uma situação muito precária, já que existe apenas em dois blocos. Como fator agravante, essa Rede necessita de ajustes que a adeque às suas necessidades. Sob esta óptica, pode-se considerar inexistente a atual Rede de Aterramento do H8, visto que qualquer alteração em sua estrutura equivale a, na prática, começar do zero. Outro ponto importante levantado refere-se à inexistência de um sistema de pára-raios. Para que toda a Rede de Aterramento funcione adequadamente, sua implementação é fundamental. A falta do mesmo pode comprometer a eficiência de todo o Sistema Elétrico do Alojamento, causando danos imprevisíveis.
3 5. REDE DE COMUNICAÇÃO DE DADOS 5.1. Levantamento do Sistema Existente A RCD Existente no H8 resultou da iniciativa de alunos que, em 1996, elaboraram um projeto para interligar os computadores do H8. Essa RCD, no entanto, comportaria não mais do que 100 estações de trabalho, número bastante acima da realidade na época. Após alguns anos sem mudanças estruturais significativas, a RCD-H8 encontra-se em situação precária, especialmente em relação a sua infra-estrutura. As soluções provisórias adotadas para alguns problemas tornaram-se permanentes, resultando numa estrutura ineficiente, que exige uma manutenção dispendiosa. A Figura 1 abaixo mostra a topologia do Sistema Existente. Figura 1 Topologia do Sistema Existente Do ponto de vista lógico, sua topologia descentralizada causa uma série de problemas, ora administrativos, ora meramente técnicos, que impedem o seu correto funcionamento. Dessa forma, enfrentam-se problemas como a falta de pontos de rede para novos computadores, cascateamento de hubs e cabos que ultrapassam as especificações de tamanho máximo. No que concernem os problemas administrativos, a descentralização da estrutura de rede impede a rápida identificação e solução de problemas lógicos. Além disso, os serviços oferecidos sofrem muita instabilidade e têm difícil manutenção. Por outro lado, os problemas técnicos devem-se principalmente às perdas de dados, que atinge números bem acima do valor aceitável. O porte da rede já ultrapassou em muito a sua capacidade máxima planejada, e a sua largura de banda não atende mais às necessidades dos seus usuários. Assim, os problemas apresentados diminuem a velocidade de transmissão de dados na rede, além de congestioná-la com eventuais retransmissões de pacotes, devido a perdas, colisões tardias e pacotes de broadcast. Pode-se citar ainda a exposição dos computadores conectados a ataques mal intencionados, já que não existe qualquer tipo de firewall ou meio de proteção no ponto de conexão entre a Rede Local (LAN) e a Rede Externa. Outra falha encontrada reflete na falta de rotas estruturadas devido ao uso de protocolos de roteamento obsoletos. Dessa forma, perde-se eficiência no acesso à Internet, que se dá através de um link com a RCD-ITA.
4 5.2. Elaboração de Sistema Proposto Baseado nas deficiências encontradas no Levantamento do Sistema Existente, juntamente com a análise das necessidades da RCD Existente, elaboraram-se três propostas para a RCD-H Tais propostas encontram-se detalhadas nos Relatórios Finais de Atividades dos cinco alunos deste Projeto. Escolheu-se aqui, entretanto, uma das propostas para detalhamento. Esta foi recomendada visto que apresenta as melhores condições para ser implementada, e será descrita a seguir, confor me ilustra a Figura 2. Internet Server Server Switch Central Server Switches de Acesso 2 a 3 por Semi-Bloco Bloco A Bloco B Bloco C Figura 2 Topologia Proposta A proposta recomendada apresenta uma Topologia de Estrela, com um Switch Central de Distribuição ligado a diversos Switches Parciais. Essas ligações formam o Backbone da RCD, com velocidade de 1 Gbps. Os Switches Parciais, que serão 2 ou 3 por semi-bloco, ligam-se diretamente às estações de trabalho, com velocidade de 100 Mbps. Isso diminui o número de broadcasts, colisões e perdas de pacotes, mantendo uma média centralização. Além disso, corrigiram-se os problemas encontrados no Levantamento do Sistema Existente, como especificações e números de pontos adequados, e foram incluídos protocolos de roteamento mais eficientes. A Tabela 1 compara algumas características da RCD Existente e a Solução Proposta.
5 Características Sistema Existente Solução Recomendada Cascateamento de Equipamentos Existente Inexistente Centralização Descentralizado Média-Centralização Erros e Perdas de Pacotes Alta Baixa Estabilidade Instável Estável Exposição a Problemas Alta Baixa Firewall Inexistente Existente Latência Alta Baixa Número de Pontos de Acesso Insuficiente Abrangente Submascara de Endereçamento IP Suporte a Protocolos de Roteamento Obsoletos Atualizados Topologia Estrela Estrela Velocidade das Estações 10 Mbps 100 Mbps Velocidade do Backbone 10 Mbps 1 Gbps Tabela 1 Comparação de Características entre a RCD Existente e a Solução Recomendada Sugere-se ainda a inclusão de um sistema de firewall ao Sistema Proposto, para garantir uma maior segurança aos usuários, além de reduzir a probabilidade de ocorrência de problemas que derrubem a RCD. A Figura 3 ilustra a topologia da Zona Desmilitarizada - DMZ. Figura 3 Topologia da DMZ do H8 O Server Farm encontra-se protegida pela DMZ e disponibilizará os serviços de Rede aos usuários. Os serviços que serão implementados para a Intranet são DNS, WINS, DHCP, Domínio, Dados e Web Cache. Além disso, serão oferecidos os serviços de Internet como Web, correio eletrônico e FTP, para usuários internos e externos. O serviço de alocação de páginas pessoais para os alunos é imprescindível para divulgar o trabalho realizado pelos mesmos, e oferece ainda a possibilidade de promover um portal das atividades acadêmicas e tecnológicas dos alunos do ITA.
6 6. CONCLUSÃO A análise dos resultados obtidos com o Levantamento do Sistema Existente das Redes de Conexões do H8 possibilitou a detecção dos seus principais problemas, bem como as suas necessidades. Tomando como base essas informações, elaborou-se um Sistema Proposto adequado. A Rede Elétrica mostrou-se com uma topologia adequada. Algumas mudanças, no entanto, são necessárias para corrigir a demanda elétrica do alojamento. Além disso, a implementação de um novo circuito paralelo que atenderá exclusivamente aos equipamentos da RCD mostrou-se como a melhor opção para garantir a qualidade e estabilidade necessárias. Por outro lado, a Rede de Aterramento, praticamente inexistente, necessita ser adequadamente implementada para garantir a qualidade da Rede Elétrica. Além disso, a instalação de um sistema de pára-raios faz-se fundamental, visto que a sua inexistência pode por em risco todo o trabalho realizado. Finalmente, a RCD Existente apresenta uma série de deficiências e limitações, sendo considerada urgente a sua reestruturação. Para tal, entre as diversas Propostas elaboradas, escolheu-se uma que se mostrou a mais adequada. A escolha da Proposta mais adequada baseou-se, principalmente, nos parâmetros de resiliência e aspectos físicos da Rede, conforme citados na Tabela 1. Ainda, tomou-se por base a necessidade de ter uma RCD confiável e eficiente, e que tivesse uma implementação viável. De posse de todas as informações resultantes deste Projeto, há condições mínimas necessárias para que o ITA se empenhe, tomando as medidas cabíveis, para solucionar os problemas existentes. AGRADECIMENTOS Agradecemos aos colegas Álvaro Henrique Ogasawara Sigaki, Gustavo Hideyuki Okamoto e Mário Rebelo Larangeira Júnior, aos orientadores Prof. Dr. Adilson Marques da Cunha, Adalberto Sampaio Santos Cap. Eng., e Prof. Dr. Celso de Renna e Souza, à Fundação Casimiro Montenegro Filho FCMF, ao Serviço de Informática do ITA, à Divisão de Engenharia do CTA, ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico CNPq, e aos demais servidores colaboradores do ITA e CTA, sem os quais não seria possível a realização deste trabalho. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. CUNHA, A. M.; VITAL, J. V.; et alli, Especificação da Rede CASD do ITA, Nota Técnica ITA-IEC/NT-005/96, Biblioteca do ITA, São José dos Campos, CUNHA, A. M.; et alli, Proposta de Planejamento Estratégico RCD-ITA-2002, Versão São José dos Campos, INTERNET, Especificações Técnicas e Padrões RFC, INTERNET, Especificações Técnicas e Padrões IEEE 802.x, OPPENHEIMER, Priscilla. Projeto de Redes Top-Down. Campus. Rio de Janeiro, a ed. 6. SPURGEON, Charles E. Ethernet O Guia Definitivo. Campus. Rio de Janeiro, TANEMBAUM, Andrew, Computer Networks. Prentice Hall. Englewood Clifs, nd edition. 8. TORRES, Gabriel. Rede de Computadores Curso Completo. Axcel Books. Rio de Janeiro, 2001.
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