Alta Disponibilidade. Evandro Deliberal

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1 Alta Disponibilidade Evandro Deliberal

2 Conceitos e terminologia de segurança quanto à disponibilidade

3 Introdução Segurança Conjunto das ações e dos recursos utilizados para proteger algo ou alguém. O que serve para diminuir os riscos ou os perigos. = GARANTIA ISO/ IEC 27002:2005 Atributos - Confidencialidade, Integridade e Disponibilidade Engenharia Social Espionagem, Ação humana Ataque indireta aplicativos instaladas, envio de , sites maliociosos e falsos, cartas, etc. Ataque direto Telefone, fax, chat, etc. Vulnerabilidade e Risco Tecnologia mitigar o risco é desenvolver mecanismos para se reduzir o risco até um nível aceitável para a organização MARSHALL (2002) isto pode ser feito em cima da prevenção contra perdas, reduzindo-se o impacto e a probabilidade de esta ocorrer VAUGHAN (1997)

4 Requisitos de segurança Ambiente Integridade Autenticidade Autorização Comunicação Não Repudio Monitoramento Administração Segurança Técnicas de segurança Autenticação Criptografia Assinaturas Digitais Comunicação Segura Papéis de Usuario Autorização Firewalls

5 Tipos de falhas Causa: Humana Técnica Fisica Natureza: falha de hardware, falha de software, de projeto, de operação,... Duração ou persistência: permanente ou temporária Extensão: local a um módulo, global Valor: determinado ou indeterminado no tempo

6 Tipos de falhas

7 Disaster Recovery (Recuperação de Desastre) Cenários e procedimentos que devem ser apicados sempre que ocorrer uma falha decorrente de alguma inconsistência ISO27000, BACEN 3380 e SOX Plano de ação Quem, O que, Como, Onde e Quando Ativação de serviços Automatização de processo Backup, Integridade e Disponibilidade Sincronização Plano

8 Avaliação de Segurança

9 Avaliação de Riscos EVENTO: Revelação, interrupção, modificação, roubo, destruição, uso indevido, etc. TIPO DE AMEAÇA: Maliciosa, acidental, erro, falha, natural, requerimento externo, etc. RECURSO/ ATIVO: Pessoas, empresa, processos, infraestrutura, informação, aplicações, equipamentos, etc. VIABILIDADE DO ATAQUE: Custo menor que ganho, motivação pelo desafio (vaidade), capacidade de ser bem sucedido, sensação impunidade. ATOR: Internos (colaboradores, terceiros, eventuais). Externos (visitantes, concorrentes, parceiros, reguladores, governo, clientes, etc). CAPACIDADE DE CONTROLE: Qualidade dos controles, alinhados com negócio, padronizados, conhecidos, documentados, monitorados, melhorados.

10 Curva da Banheira

11 Confiabilidade TEMPO MÉDIO PARA FALHAR (Mean Time to Failure MTTF) TEMPO MÉDIO ENTRE FALHAS (Mean Time Between Failure MTBF) = é obtido pela soma dos tempos de operação de todas as unidades, incluindo as que não falharam e dividido pela somatória de falhas das unidades. O tempo de operação é a somatória de horas que as unidades estavam em uso, ou seja, não estavam desligadas. Quanto maior (MTTF e MTBF), menor a probabilidade da unidade falhar para uma dada missão de tempo e maior a confiabilidade. Um decréscimo na taxa de falha resulta em um aumento da MTTF e MTBF e consequentemente, um aumento da confiabilidade Confiabilidade MTBF = (Tempo Total de operação / (Numero de Falhas + 1))

12 Confiabilidade MTTF = (Dt 1 + Dt 2 + Dt 3 )/nº defeitos MTTF = 46,5/3 = 15,5 h Taxa de defeitos ( ) = 1/MTTF = 0,064 def/h

13 Confiabilidade MTTR Mean time to repair (Tempo médio de reparação) = Tempo médio da parada do processo a até a recuperaçã como um todo MTBI Mean time Between Interruption (Tempo médio de Interrupção) = Tempo médio entre interrupções OEE - Overall Equipament Effectivences (Eficiência Geral de Equipamento)

14 Disponibilidade Disponibilidade é a probabilidade que uma unidade estará pronta para uso num instante de tempo determinado, ou sobre um período de tempo determinado, baseados em aspectos combinados de confiabilidade e mantenabilidade. Em outras palavras, a disponibilidade é uma função de sua taxa de falha (confiabilidade) e o tempo requerido para restaurar a unidade após uma falha (mantenabilidade). Disponibilidade = MTBF ( MTBF + MTTR )

15 Equipamento Trabalhou 8640 Horas Durante um ano Falho 17 Vezes Tempo médio de reparo foi de 2 Horas (MTTR) Confiabilidade = 8640 / (17 + 1) = 480 (MTBF) Calculo MTBF Disponibilidade = = (MTBF + MTTR) 480 ( ) = 0,9958 ou 99,58%

16 Exercicio Equipamento Trabalhou 14 Horas por dia Durante 360 dias Falho 2 Vezes Tempo médio de reparo foi de 1,5 Horas (MTTR)

17 Equipamento Trabalhou 14 Horas por dia Durante 360 dias Falho 2 Vezes Tempo médio de reparo foi de 1,5 Horas (MTTR) Confiabilidade = 5040/ (2 + 1) = 1680 (MTBF) Exercicio MTBF Disponibilidade = = (MTBF + MTTR) 1680 ( ,5) = 0,9991 ou 99,91%

18 Mecanismos de Controle a Falhas

19 Redundância para detecção e mascaramento Redundância Detecção Encontro de uma falha durante uma operação. Comparação Ex.: Dois processadores trabalhando simultaneamente para o mesmo propósito em um cluster, porém identificou-se que um deles esta trabalhando em um frequencia diferente. Logo identificou-se uma falha. Mascaramento Numero maiores de componente que o Detecção Continuidade da operação sem maiores problemas

20 Redundância para detecção e mascaramento

21 Confinamento e avaliação de danos Latência de falha (Ocorrência de falha até o erro detectado) Pode provocar espalhamento de dados inválidos Confinamento Estabelece limites para a propagação do dano Confinamento e avaliação dependem de decisões de projeto Facilitam detecção e recuperação

22 Confinamento e avaliação de danos confinamento: Isolamento da área / Definir limites de corrupção restrições ao fluxo de informações evitar fluxos acidentes estabelecer interfaces de verificação para detecção de erros Avaliação dos danos: Origem Momento estática: projeto inicial, hardware dinâmica: fluxo da informação (execução e software)

23 Recuperação de Erros troca do estado atual incorreto para um estado livre de falhas ocorre após detecção pode ser um estado anterior, livre de falhas, do sistema pode ser um novo estado em último caso, pode ser o estado inicial

24 Dois grupos Retorno Rollback Estado anterior Recuperação de Erros Avanço Novo estado

25 Recuperação de Erros Avanço (forward error recovery) Condução a novo estado consistente ainda não ocorrido desde a última manifestação de erro Eficiente, mas específica a cada sistema Danos devem ser previstos acuradamente Mais usadas em sistemas de tempo real, onde o retorno para um estado anterior (no tempo) seja inviável

26 Recuperação de Erros Retorno (backward error recovery) Condução a estado anterior consistente Alto custo mas de aplicação genérica Exemplo de técnica de recuperação por retorno Pontos de verificação (checkpoints) Mais simples Salvamento de todo o estado do sistema periodicamente

27 Tratamento de falhas Localizar a origem do erro (falha) Localizar a falha de forma precisa Reparar a falha Recuperar o restante do sistema Hipótese de falha Uma única falha de cada vez Importante: falhas permanente é diferente de temporárias

28 Aplicações e exemplos de arquiteturas tolerantes a falhas

29 Atributos Interface Ponto de vista Nivel de abordagem (Detalhe) Hierarquia (divisão) Caracteristicas Elemento Ambiente Objetivo Comum Relação entre elementos Cumprir uma Função Sistema

30 Computação de propósitos Gerais

31 Sistemas de alta disponibilidade Sistemas que buscam-se manter ativos no maior tempo possível Utilização Redundância Segurança Contigência Normas Gestão Cluster Preciso de sincronização (Processamento e dados)

32 Sistemas de vida longa A confiabilidade é prioridade máxima e normalmente é impossível realizar manutenção não-planejada. Baixa utilização de energia, leves e finos Resiliência = Capacidade de superar, de recuperar de adversidades. Exemplos: Satélites Controladores de Vôo (Espacial, doméstico e demais) Sondas (espacial, maritima, terrestre) Sistemas de Saude Sistemas de monitoramento Geográfico (Mar, Vulcão e outros)

33 Computação Critica Missão critica em ti = é quando um processo, equipamento ou aplicação, ao falharem ou ficarem indisponíveis, afetam a operação de uma empresa ou causam grandes perdas e transtornos União entre investigação técnica, desenvolvimento e Teoria Critica Advanced Identity Representation (AIR) Caracteristicas Alta Disponibilidade e Disponibilidade Continua Redundância

34 Projetando um sistema de alta disponibilidade

35 Projetando Requisitos Objetivo Ambiente Tempo Custo Quem? Metologia de apoio / suporte PMBOK, SCRUM, PRINCE2 (Gestão do Projeto) CMMI, RUP, XP, UML (Desenv Soft) ISO e (Infra Estrutura) SOA (Serviço) Cobit (Gestão de TI) ITIL (Gestão do Serviços) Introdução

36 Pontos criticos de falha (SPOF) Single points of Failure (Pontos unicos de Falha) Compromete toda a disponibilidade Compromete todo o processo / Sistema Pode surgir por: Uma falha de projeto ou concepção Execução falha Monitoramento indevido

37 Pontos criticos de falha (SPOF) Fase de implementação Hardware Estar atento a todo e qualquer componente Saber da capacidade dos mesmos Realizar testes de stress Buscar referências Software Buscar informações detalhadas Alinhar requisitos e escopo Simular, testar, ensaiar Processamento Armazenamento

38 Projetando um Sistema HA Projeto Metodologia Implementação da arquitetura Pontos Criticos de Falha (SPOF) Eliminando SPOF Revisão

39 Clusters de alta disponibilidade

40 Introdução Definição: Formado por um conjunto de computadores, que utiliza um tipo especial de sistema operacional classificado como sistema distribuído Objetivo: Ganho de performance ou Disponibilidade Transparente", visto pelo usuário ou por outro sistema Não é necessário haver um conjunto de hardware exatamente igual em cada nó

41 Alta Disponibilidade Alto Desempenho Balanceamento de Carga Hibrido Tipos

42 Alta disponibilidade permanecer ativos por um longo período de tempo e em plena condição de uso nunca param seu funcionamento conseguem detectar erros se protegendo de possíveis falhas

43 Balanceamento de Carga controlar a distribuição equilibrada do processamento. Requer um monitoramento constante na sua comunicação e em seus mecanismos de redundância, pois se ocorrer alguma falha, haverá uma interrupção no seu funcionamento

44 Vantangens X Desvantagens Obter resultados tão bons quanto ou até superiores que um servidor sofisticado a partir de máquinas mais simples e mais baratas (ótima relação custo-benefício); Não é necessário depender de um único fornecedor ou prestador de serviço para reposição de componentes; É possível aumentar a capacidade de um cluster com a adição de nós ou remover máquinas para reparos sem interromper a aplicação; A facilidade de expansão do cluster pode torna a manutenção mais trabalhosa, o espaço físico pode ficar impróprio, etc; A tecnologia de comunicação (rede) utilizada pode não oferecer a velocidade de transferência de dados ou o tempo de resposta necessário, dependendo da aplicação;

45 Grids Computacionais

46 Introdução - Grids Uma evolução dos sistemas distribuídos das décadas de 80 e 90 Origem do nome: Sistema elétrico (rede) O Grid Computing é um novo conceito que explora as potencialidades das redes de computadores, provendo um ambiente computacional de alto desempenho por meio de compartilhamento de recursos geograficamente distribuídos (FOSTER, 2003). Permitem compartilhar, agregar e escolher recursos computacionais dos mais variados tipos: Supercomputadores Dispositivos especiais telescópios, radares, etc Sistemas de armazenamento Bancos de dados Computadores comuns Objetivo específico de disponibilizar camadas virtuais que permitem a um usuário ter acesso a aplicações altamente exigentes possibilita agregar recursos computacionais variados e dispersos em um único supercomputador virtual, acelerando a execução de várias aplicações paralelas (RABELLO, 2005).

47 Em Resumo Uma rede, onde os membros estão conectados em forma de sistema distribuído, trabalhando pra atingir um objetivo, com o diferencial de uma gerência mais eficiente e justa de processamento de dados, de hardware, de banda de internet e o que mais se desejar Atualmente é usado mais no meio acadêmico, em pesquisas na área científica, como em Física, Ciência da Computação, Engenharia Elétrica, Engenharia de Telecomunicações, Climatologia, Criptografia, Biologia, Oceanografia, simulações etc.

48 Gerais Funciona através de protocolos Funcionamento Estar conectado a demais grids, formando assim subgrids Sistema de escalonamento Via dupla posso tanto realizar o envio quanto receber a informação

49 Funcionamento Identificação e autenticação: para que o usuário se beneficie dos recursos oferecidos Autorização e aderência a políticas: depois da identificação e autenticação, é necessário saber se a solicitação feita pelo usuário pode executar em determinado local Localização dos recursos: para se executar um job (trabalho), é necessário verificar onde os sistemas estão disponíveis para sua execução; Caracterização dos recursos: nem sempre há disponibilidade dos recursos para a execução de um determinado trabalho, desta forma, é necessário fazer uma verificação da disponibilidade Alocação de recursos: quando o trabalho está pronto para ser executado no Grid, ou seja, é encontrado todo recurso disponível para sua execução, é necessário saber se não há um job concorrente. Se houver, o sistema deverá prover recursos ao que tem maior prioridade; Contabilização/Billing/Nível de Serviço: não basta apenas a execução de um job, é necessário saber se os objetivos da execução foram alcançados; Segurança: é necessário garantir a segurança de um trabalho no Grid, para isso, é quase uma prioridade, registrar e notificar eventuais violações que ocorram

50 Arquitetura Rede - este nível é a base para que exista a conexão de um Grid, e nela estão inclusos os switches, roteadores e toda a infraestrutura das redes de comunicação Recursos - servidores primários e dispositivos de armazenamento; Middleware - Fornece ferramentas que permitem que elementos distintos pa participem da grade. (Cérebro) Recursos e protocolo de conectividade - cuidam da comunicação em rede entre diferentes pc e recursos do grid Serviços coletivos - são baseados em protocolos que obtêm informação sobre a estrutura e o estado dos recursos. Aplicações - aplicações em diversas áres como em engenharia e financias, além de portais e desenvolvimento de ferramentas que auxiliam as aplicações (serviceware)

51 Arquitetura

52 Vantagens Redução de custos: Diminui-se a quantidade de máquinas que uma empresa tem que adquirir para realizar armazenamento e/ou processamento de dados. Estes são armazenados e/ou processados distribuidamente na rede. Aumento da produtividade: Aumenta-se a quantidade de computadores que trabalham em determinada tarefa. Compartilhamento de recursos e informações: Torna possível que organizações agregem recursos Acesso distribuído a diversos tipos de recursos: Permite bases de dados sejam compartilhadas e acessadas remotamente por outras empresas. Esta característica é de fundamental importância para a comunidade de pesquisa, que, diariamente, acessa e gera grande quantidade de informação. Além disso, permite que haja colaboração entre centros de pesquisa. Aproveitamento de recursos ociosos: Utiliza os recursos ociosos dos computadores na grid, sem prejudicar a utilização pelo usuário.

53 Virtualização

54 Como nasceu Introdução Popularização do mainframe VM para simular um ambiente Comp Java JVM SO 1980 Inicio MS, Unix e MAC Ini Virt. Hardware Stand by 2000 Novo modelo 2010 Grande Salto ?

55 Introdução Virtualização é a técnica que mascara as caracteristicas fisicas de um recurso computacional dos usuarios, das aplicações ou dos sistemas que utilizam - EMA (Enterprise Management Association) Consiste na emulação de ambientes isolados, capazes de rodar diferentes sistemas operacionais dentro de uma mesma máquina Aproveita ao máximo a capacidade do hardware oferece uma camada de abstração

56 Introdução Modelo classico Sistema Computacional Modelo classico X Virtualizado

57 Introdução

58 Maquina virtual Definição Uma máquina que consiste em um espaço de endereçamento lógico onde as instruções e dados do programa residem (Processo) Um ambiente completo que oferece suporte de execução para várias aplicações Processo (SO) O processo ou SO que executa sobre um MV (VM) é chamado de Hóspede ou Convidado

59 Grupos: Hardware SO Linguagem de programação Objetos de virtualização: Desktops remotos Discos virtuais Computação em cluster Dados (com uso do XML) Por ser em um ambiente isolado, o comprometimento de sua segurança não afeta as demais Pode-se ter politicas de segurança diferentes Introdução Principio básico, dividir para conquistar

60 Principais aspectos Projeto do sistema Envolve componentes externos ao processador, como barramento, memória, controladores, arbitramento, subsistemas e suas conexões. Mecanismos de suporte necessários a multiprocessadores Processo a representação de um programa. Trata-se basicamente de uma abstração que reúna os dados a serem manipulados pelo programa e as funções usadas pelo programa. É implementado pela representação de um espaço de endereçamento lógico divididos em regiões que guardam informações específicas Emuladores é um programa que funciona para enganar uma aplicação Instrução (ISA Instruction set architecture) A abstração do processador por meio de seu conjunto de instruções maquinas Maquina real é um conjunto de componentes físicos Maquina Virtual é a imitação, por software, de uma máquina real

61 TIPO I Implementado diretamente sobre o hardware hospedeiro o monitor controla todas as operações de acesso requisitadas pelos sistemas convidados, simulando máquinas físicas com propriedades distintas, trabalhando de forma isolada. diferentes computadores virtuais operam sobre o mesmo hardware. Tipo

62 TIPO II implementação o Monitor de Máquina Virtual sobre o sistema operacional instalado no hardware anfitrião e opera como um processo desse sistema operacional Tipo

63 Hibrido Tipo

64 Técnicas Virtualização Completa (Total) o hardware hospedeiro é completamente abstraído e todas as características de um equipamento virtual são emulados todas as instruções solicitadas pelo sistema convidado são interpretados no Monitor de Máquina Virtual Paravirtualização a máquina virtual não é idêntica ao equipamento físico original, para que o sistema hospedado possa enviar as instruções mais simples diretamente para o hardware, restando apenas as instruções de nível mais alto para serem interpretadas pelo MMV requer que o sistema operacional convidado seja modificado para interagir com o MMV Recompilação Dinâmica as instruções são traduzidas durante a execução do programa da seguinte forma: as instruções do programa são identificadas em forma de sequência de bits. Depois, as sequências são agrupadas em instruções mais próximas do sistema operacional hospedeiro. Por último, essas instruções são reagrupadas em um código de mais alto nível, que, por sua vez, é compilado na linguagem nativa do sistema hospedeiro.

65 Objetos de Virtualização Virtualização de Servidores Consolidar vários servidores virtuais num único físico. (Hyper-V, Vmware, Xen) Virtualização de Aplicação Disponibilizar aplicações On-demand (MDOP Microsoft Desktop Optimization Pack) Virtualização de Apresentação Rodar um windows desktop num server RDS (antigo Terminal Services MetaFrame - Citrix) Virtualização de Desktop Consolidar vários desktops num único hardware criando OS separados (MED_V APPV XEN Desktop).

66 Objetos de Virtualização

67 Tolerância a falhas em rede de computadores

68 Introdução O que é um Sistema Tolerante a Falhas? É um sistema que continua provendo corretamente os seus serviços mesmo na presença de falhas de hardware ou de software. Defeitos não são visíveis para o usuário, pois o sistema detecta e mascara (ou se recupera) defeitos antes que eles alcancem os limites do sistema (ponto de fuga da especificação). O que é Tolerância a Falhas? É um atributo que habilita o sistema para ser tolerante a falhas. É o conjunto de técnicas utilizadas para detectar, mascarar e tolerar falhas no sistema.

69 Erro na especificação Falha/Defeito no componente Implementação Distúrbios externos Radição, eletromagnetismos, etc. Causas de falhas

70 Implementada por mascaramento ou detecção de erros seguida de recuperação do sistema Classes de detecção de erros: Concorrente execução concorrente ao serviço Preemptiva execução c/ suspensão do serviço Recuperação consiste reestabelecimento de estado correto Implica em controle de erros e falhas Tolerância a Falhas Controle de erros Rollback (checkpoint) Compensação (redundância => mascaramento) Rollforward Controle de falhas Diagnóstico de falhas Isolamento de falhas Reconfiguração do sistema Reinicialização do sistema Diversidade de projeto

71 Redundância Hardware Passiva ou estática - Visa mascaramento de falhas usando módulos adicionais Ativa ou dinâmica - Para obter redução de custo, baseia- se em detecção/localização, seguida de remoção e de reconfiguração/recuperação de falhas Híbrida Software Formas em que aparece: Linhas extras de código usadas para verificar a magnitude de sinais Pequenas rotinas utilizadas para, periodicamente, testar a memória Componentes de software Principais técnicas: Verificação de consistência = validações (Ex. CEP, CPF, Nr. Telefone, etc) Verificação de capacidade = Verifica recurso (Ex. Tem memória disponivel) Métodos de replicação de software (software TF)

72 Objetivo da Tolerância a Fallhas Obter DEPENDABILIDADE Disponibilidade: prontidão para ser utilizado Confiabilidade: execução contínua sem defeitos Segurança (Safety): recuperação de defeitos temporários sem qualquer acontecimento catastrófico Mantenabilidade: versa sobre a facilidade com que um sistema é reparado Desempenho: baixo custo computacional, degradação gradual Testabilidade: facilidade para testar o sistema (pontos de teste, testes automatizados)

73 Gerência de redes Objetiva monitorar e controlar os elementos da rede, assegurando um certo nível de qualidade de serviço Elementos elementos gerenciados: possuem um software especial chamado agente. Este software permite que o equipamento seja monitorado e controlado através de uma ou mais estações de gerência; estação de gerência: Chamamos de gerente o software da estação de gerência que conversa diretamente com os agentes nos elementos gerenciados, seja com o objetivo de monitorá-los, seja com o objetivo de controlá-los. A estação de gerência oferece uma interface através da qual usuários autorizados podem gerenciar a rede; Protocolo de gerência: o idioma que eles falam é um, este protocolo permite operações de monitoramento (leitura) e controle (escrita); informações de gerência: definem os dados que podem ser referenciados em operações do protocolo de gerência, isto é, dados sobre os quais gerente e agente conversam. Prevenir e solucionar problemas na rede

74 OSI X TCP

75 Modelo segundo, Tanenbaum, Andrew OSI X TCP

76 Camadas

77 Enlace (Camada 2) Camadas Transformar um canal de transmissão bruta em uma linha que pareça livre de erros de transmissão não detectados para a camada de rede. Rede (camada 3) Controla a operação da sub-rede Uma questão fundamental de projeto é determinar a maneira como os pacotes são roteados da origem até o destino. As rotas podem se basear em tabelas estáticas, "amarradas" à rede e raramente alteradas ou podem ser altamente dinâmicas, sendo determinadas para cada pacote, com o objetivo de refletir a carga atual da rede. O controle de congestionamento também pertence à camada de rede. Aplicação (camada 7) Contém uma série de protocolos comumente necessários para os usuários Ela contém todos os protocolos de nível mais alto. Dentre eles estão o protocolo de terminal virtual (TELNET), o protocolo de transferência de arquivos (FTP) e o protocolo de correio eletrônico (SMTP)

78 Duvidas?

79 Obrigado Evandro Deliberal