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Data centers, clusters e grid têm historicamente suporte para aplicações de computação de alto desempenho (HPC). Devido aos altos gastos de capital e operacionais associados a essas infraestruturas, presenciamos esforços consistentes para executar aplicações HPC na nuvem, recentemente. As vantagens potenciais dessa mudança incluem maior escalabilidade e baixos custos de manutenção. Se, por um lado, a instanciação de aplicações - por meio de máquinas virtuais (VMs) personalizadas - é um problema muito estudado, por outro, a rede ainda representa um gargalo significativo. Ao alternar as aplicações HPC para serem executados na nuvem, perdemos o controle de onde as VMs serão posicionadas e dos caminhos que serão percorridos para que os processos se comuniquem entre si. Para preencher essa lacuna, apresentamos Janus, uma estrutura para provisionamento de caminho dinâmico e just-in-time em infraestruturas de nuvem. Aproveitando os princípios de rede definidos por software emergentes, a estrutura permite que uma aplicação HPC, uma vez inicializada, tenha caminhos de comunicação entre processos configurados com base na utilização dos links de rede menos congestionados (em vez de recorrer a caminhos pré-computados mais curtos). Janus é totalmente configurável para lidar com diferentes parâmetros operacionais e estratégias de comunicação, fornecendo um rico ecossistema para acelerar a execução das aplicações. Por meio de uma extensa avaliação experimental, fornecemos evidências de que o framework proposto pode levar a ganhos significativos em relação ao tempo de execução. Além disso, mostramos o que se pode esperar em termos de sobrecarga do sistema, fornecendo insights essenciais sobre como obter melhor proveito do Janus. Data centers, clusters, and grids have historically supported High-Performance Computing (HPC) applications. Due to the high capital and operational expenditures associated with such infrastructures, we have witnessed consistent efforts to run HPC applications in the cloud in the recent past. The potential advantages of this shift include higher scalability and lower costs. If, on the one hand, app instantiation – through customized Virtual Machines (VMs) – is a well-studied issue, on the other, the network still represents a significant bottleneck. When switching HPC applications to be executed on the cloud, we lose control of where VMs will be positioned and of the paths that will be traversed for processes to communicate with one another. To bridge this gap, we present Janus, a framework for dynamic, just-in-time path provisioning in cloud infrastructures. By leveraging emerging software-defined networking principles, the framework allows for an HPC application, once deployed, to have interprocess communication paths configured upon usage based on least-used network links (instead of resorting to shortest, pre-computed paths). Janus is fully configurable to cope with different operating parameters and communication strategies, providing a rich ecosystem for application execution speed up. Through an extensive experimental evaluation, we provide evidence that the proposed framework can lead to significant gains regarding runtime. Moreover, we show what one can expect in terms of system overheads, providing essential insights on how better benefiting from Janus.

Orientador: Prof. Dr. Carlos Alberto Kamienski Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia da Informação, Santo André, 2021. Na ultima década observou-se um grande movimento de virtualização e softwarização, promovendo a ampla adoção do paradigma de computação em nuvem, reduzindo despesas operacionais e tornando o mercado de serviços digitais mais acessível e competitivo. Esta revolução apresenta novas oportunidades, mas também novos desafios para a gestão, demandando a esperada gestão autonômica. O encadeamento de funções de serviço (SFC) promove estudos de como automatizar e otimizar o uso de tecnologias como virtualização de funções de rede (NFV) e redes definidas por software (SDN), e neste cenário, identificar funções sobrecarregadas, ou gargalos, torna-se essencial. Tradicionalmente essa identificação é realizada por métricas de hardware, como CPU e memória, ou através de informações fornecidas pelas próprias aplicações. Além de sofrerem influência do ambiente de virtualização e da qualidade da implementação do algoritmo, o que compromete a confiabilidade destas métricas, a coleta de informações dos usuários e rastreamento de tráfego se faz necessário para observar a qualidade do serviço ofertado. Neste trabalho, apresentamos a técnica de Avaliação de Enfileiramento de Rede (NQA) para detecção de gargalos. Esta técnica permite identificar o gargalo sem receber informação do usuário ou qualquer interferência no tráfego de rede, independente da composição do SFC. Uma ampla avaliação experimental é apresentada para suportar as conclusões deste trabalho, além de comprovar a discrepância entre as métricas de hardware e o estado da função de rede virtualizada e a melhor correlação entre o comportamento das filas e a qualidade de experiência (QoE). Dos nove cenários avaliados com a técnica NQA, foi possível garantir uma QoE acima de 90% na maior parte dos cenários, e no mínimo 79,7% em dois cenários. In the last decade, there has been a great movement of virtualization and softwarization, promoting the widespread adoption of the cloud computing paradigm, reducing operational expenses, and making the digital services market more accessible and competitive. This revolution presents new opportunities but also new management challenges, demanding by the autonomic management. Service Function Chaining (SFC) promotes studies of how to automate and optimize the use of technologies such as Network Function virtualization (NFV) and Software Defined Networks (SDN). In this scenario, identifying overloaded functions - i.e., bottlenecks - is essential. Traditionally, this identification is carried out using hardware metrics such as CPU and memory or through information provided by the applications themselves. Besides the influence of the virtualization environment and the algorithm¿s implementation quality, which compromises the reliability of these metrics, the end-user information request and traffic sniffing are necessary to observe the quality of the service offered. In this work, we present the Network Queuing Assessment (NQA) technique for detecting bottlenecks. This technique identifies the bottleneck without end-user feedback or any interference in the network traffic, regardless of the SFC¿s composition. We present a wide experimental evaluation to support our conclusions, exposing the hardware metrics evaluation mistakes in the NFV environment and the better correlation between queue behavior and quality of experience (QoE). The NQA technique guaranteed a QoE above 90% in seven scenarios and at least 79.7% in two scenarios.

Nos últimos anos, ataques distribuídos de negação de serviço vêm crescendo tanto em frequência quanto em volume de tráfego com surtos atingindo taxas da ordem de terabits por segundo e compremetendo a disponibilidade de infraestruturas supostamente resilientes (e.g., DNS e hospedagem Web na nuvem). Na prática, as soluções de detecção existentes valem-se de uma combinação de mecanismos, como amostragem de pacotes e transmissão dos dados coletados a um software externo, que dificulta a obtenção de uma boa relaçao entre acurácia (maior é melhor), consumo de recursos e latência (menor é melhor). Planos de dados programáveis emergem como uma abordagem promissora para ajudar a cumprir esses requisitos, visto que dispositivos comutadores de pacotes podem ser configurados para executar algoritmos e examinar o tráfego em velocidade de linha. Neste trabalho, exploramos primitivas em P4 a fim de projetar um mecanismo de inspeção de tráfego com baixa granularidade, baixo consumo de recursos e baixa latência para a detecção de ataques distribuídos de negação de serviço em tempo real. A nossa proposta – a primeira a ser completamente implementada em plano de dados – contribui para lançar luz sobre os desafios da implementação de lógica de segurança sofisticada nesse contexto, dado que, para operar a altas taxas de transferência, a inspeção (e o processamento em geral) de pacotes está sujeita a um orçamento de tempo reduzido (dezenas de nanossegundos) e um espaço de memória limitado (da ordem de dezenas de megabytes). Nós avaliamos o mecanismo proposto usando capturas de pacotes da CAIDA. Os resultados mostram a detecção de ataques exclusivamente a partir do plano de dados com alta acurácia (98,2%) e baixa latência ( 250 ms) mantendo o consumo de recursos reduzido (dezenas de kilobytes de SRAM por link de 1 Gbps e poucas centenas de entradas TCAM). In recent years, Distributed Denial-of-Service (DDoS) attacks have escalated both in frequency and traffic volume, with outbreaks reaching rates up to the order of terabits per second and compromising the availability of supposedly highly resilient infrastructure (e.g., DNS and cloud-based web hosting). The reality is that existing detection solutions resort to a combination of mechanisms, such as packet sampling and transmission of gathered data to external software, which makes it very difficult (if at all possible) to reach a good compromise for accuracy (higher is better), resource usage footprint, and latency (lower is better). Data plane programmability has emerged as a promising approach to help meeting these requirements as forwarding devices can be configured to execute algorithms and examine traffic at line rate. In this thesis, we explore P4 primitives to design a fine-grained, low-footprint, and low-latency traffic inspection mechanism for real-time DDoS attack detection. Our proposal – the first to be fully in-network – contributes to shed light on the challenges to implement sophisticated security logic on forwarding devices given that, to operate at high throughput, the inspection (and overall processing) of packets is subject to a small time budget (dozens of nanoseconds) and limited memory space (in the order of megabytes). We evaluate the proposed mechanism using packet traces from CAIDA. The results show that it can detect DDoS attacks entirely within the data plane with high accuracy (98.2%) and low latency ( 250 ms) while keeping device resource usage low (dozens of kilobytes in SRAM per 1 Gbps link and a few hundred TCAM entries).

Desde o streaming de vídeo tradicional até os vídeos de Realidade Virtual (VR), a demanda por aplicativos de vídeo para dispositivos móveis está crescendo rapidamente. Para lidar com o tráfego massivo produzido por tais aplicativos, as operadoras de telefonia móvel contam com tecnologias de offloading, tais como Small Cells, Content Delivery Networks e, em breve, Cloud Edge e 5G Device to Device. Embora essas técnicas sejam fundamentais para melhorar a eficiência da rede, elas produzem uma infinidade de caminhos pelos quais o tráfego do usuário pode ser encaminhado. No entanto, a expansão da diversidade de caminhos não fornece nenhuma garantia em relação ao incremento na Qualidade da Experiência (QoE) do usuário. Assim, surge um problema fundamental que consiste em como lidar com o crescente tráfego de vídeo enquanto se gerencia a interação entre otimização de infraestrutura e QoE. Resolver esse problema é notavelmente difícil, e investigações recentes não consideram o contexto de grande escala característico das redes de operadoras de telefonia móvel. Em suma, o problema do provisionamento dinâmico de caminhos sensíveis à QoE pode ser decomposto em duas funções fundamentais: (i) medição ou estimativa de QoE e (ii) provisionamento dinâmico de caminhos em uma rede programável. Para abordar o problema da estimativa de QoE, propomos um modelo para prever a qualidade do streaming de vídeo com base na observação dos indicadores de desempenho da rede IP subjacente. Para atingir esse objetivo, o modelo proposto utiliza medições ativas leves e técnicas de aprendizado de máquina. Em uma etapa adicional, introduzimos uma heurística inovadora para provisionamento de caminhos sensíveis à QoE em redes móveis de larga escala e baseadas em SDN. O método é baseado em dois componentes principais. O primeiro consiste em um algoritmo de tempo polinomial para compor múltiplas métricas de QoS. Já o segundo componente implementa uma estratégia escalável para tradução de QoS para QoE. Os resultados obtidos mostram que os métodos propostos para previsão de desempenho de streaming de vídeo produzem estimativas precisas. Como consequência, nossa abordagem para a seleção de caminhos sensíveis à QoE superou os métodos considerados como estado da arte ao reduzir a quantidade vídeos com QoE degradado em pelo menos 37 %, bem como diminuir o tempo de congelamento da reprodução de vídeo em quatro vezes. Com base nas lições aprendidas com a predição de QoE para streaming de vídeo tradicional, finalmente exploramos o domínio de vídeos VR introduzindo PERCEIVE e VR-EXP. PERCEIVE consiste em um método de dois estágios para predizer a qualidade percebida de vídeos VR adaptativos quando transportados por redes móveis. Por meio de técnicas de aprendizado de máquina, nossa abordagem é capaz de prever o desempenho de reprodução de vídeos VR e utilizar essas informações para modelar e estimar QoE. Por sua vez, VR-EXP consiste em uma plataforma de experimentação que permite uma avaliação detalhada de técnicas de otimização para vídeos VR. VR-EXP emprega emulação baseada em software para avaliar a interação entre um conjunto de técnicas de otimização e diferentes níveis de desempenho de rede. Ranging from traditional video streaming to Virtual Reality (VR) videos, the demand for video applications to mobile devices is booming. To deal with the massive traffic produced by video applications, mobile operators rely on offloading technologies such as Small Cells, Content Delivery Networks and, shortly, Cloud Edge and 5G Device to Device communications. Although these techniques are fundamental for improving network efficiency, they produce a multitude of paths through which the user traffic can be forwarded. Most importantly, such an increased path diversity does not provide any guarantee regarding user’s Quality of Experience (QoE). Thus, a critical problem arises about how to handle the increasing video traffic while managing the interplay between infrastructure optimization and QoE. Solving this issue is remarkably difficult, and recent investigations do not consider the large-scale context of mobile operator networks. In a nutshell, the problem of dynamic provisioning of QoE-aware paths can be decomposed into two fundamental functions: (i) QoE measurement or estimation and (ii) path selection on a programmable network. To address the problem of QoE estimation, we propose a model to predict video streaming quality based on the observation of performance indicators of the underlying IP network. To accomplish this objective, the proposed model leverages lightweight active measurements and machine learning techniques. In a further step, we introduce a novel QoE-aware path deployment heuristic for large-scale SDN-based mobile networks. The scheme relies on both a polynomial-time algorithm for composing multiple QoS metrics and a scalable QoS to QoE translation strategy. Obtained results show that the proposed methods for video streaming performance prediction produce accurate estimates. As a consequence, our approach for QoE-aware path selection outperformed state-of-the-art techniques approaches by reducing impaired videos in aggregate QoE by at least 37% and lowering accumulated video stall length four times. Based on the lessons learned with QoE prediction for traditional video streaming, we finally explore the VR video domain by introducing PERCEIVE and VR-EXP. PERCEIVE is a two-stage method for predicting the perceived quality of adaptive VR videos when streamed through mobile networks. By means of machine learning techniques, our approach is able to predict the playout performance of adaptive VR video and use this information to model and estimate QoE. In turn, VR-EXP consists of an experimentation platform that allows in-depth evaluation of state-of-the-art VR video optimization techniques. VR-EXP relies on software-based emulation to assess the interplay between a set of VR video optimization techniques and different levels of network performance.

O uso de Computação em Nuvem como um ambiente para a execução de aplicações de alto desempenho já é uma realidade atualmente, onde diversos cientistas já utilizam a nuvem como ambiente primário de execução ou, ao menos, como um ambiente que pode estender um ambiente de execução tradicional, tal como um aglomerado de computadores. No entanto, como provedores de nuvem possuem uma oferta diversa de instâncias, com várias configurações heterogêneas tanto em termos de poder de processamento como de custo. Há variação de instâncias com cores de processamento compartilhado até grandes instâncias com foco em execução de aplicações de alto desempenho. Em termos de preço, há variação de instâncias que apresentam valores menores do que um centavo de dólar por hora até instâncias que custam dezenas de dólares pela utilização de uma hora. Por outro lado, as aplicações de alto desempenho são divididas em diversas tarefas que são executadas paralelamente para resolver um problema, tais tarefas acabam apresentando diferentes demandas computacionais, fazendo com que a aplicação apresente um certo nível de desbalanceamento. Juntando-se a grande variedade da oferta de instâncias com aplicações que possuem diferentes demandas, é um problema para o usuário fazer a escolha da instância, ou instâncias, certas para a execução de sua aplicação. Essa tese trata desse problema, realizando um estudo sobre a heterogeneidade da nuvem, buscando identificar oportunidades que podem ser exploradas tanto em termos de redução de custo como buscando um desempenho de execução aceitável, sem apresentar grandes perdas no tempo de execução. Após esse estudo, é proposto um mecanismo chamado CloudHet que utiliza como entradas o perfil das instâncias da nuvem e o perfil de carga das tarefas de uma dada aplicação; utilizando esses dados de entrada o mecanismo faz uma otimização para propor ao usuário um cenário de execução que se adeque ao perfil da sua aplicação, com foco em eficiência de custo. Os resultados mostram que, de acordo com o comportamento da aplicação, é possível obter uma redução significativa de custos usando configurações heterogêneas em comparação com homogêneas. A redução de custos foi de até 63%, com uma perda de desempenho tolerável de até 7%. Using Cloud Computing as an environment for running high-performance applications is already a reality today, where many scientists already use the cloud as their primary execution environment or at least as an environment that can extend a running environment, such as a cluster of computers. However, as cloud providers have a diverse range of instances with many heterogeneous configurations. In terms of processing power, cloud instances range from instances with shared processing cores to large instances focused on running high-performance applications. In terms of price, instances vary from configurations with values under US$ 0.01 per hour up to instances that cost tens of dollars per hour. On the other hand, high-performance applications split into several tasks that are executed in parallel to solve a problem; such tasks end up presenting different computational demands, causing the application to present a certain level of imbalance. The combination of the wide variety of instances offering and the applications that have different demands leads us to a problem, where it is difficult for the user to choose the right instance or instances to run their application. This thesis addresses this problem by conducting a study on cloud heterogeneity, seeking to identify opportunities that can be exploited both in terms of cost reduction and acceptable execution performance, without presenting significant losses in execution time. After this study, we proposed a mechanism called CloudHet that uses as input the cloud instance profile and the task load profile of a given application; Using this input data, our mechanism optimizes to provide the user with an execution scenario that fits their application profile, focusing on cost efficiency. Our results have shown that according to the application behavior, it is possible to achieve significant cost reduction by using heterogeneous configurations compared to homogeneous configurations. We achieved gains in cost reduction up to 63%. Besides, the performance loss keeps a tolerable rate, up to 7%.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-09-11T20:15:52Z No. of bitstreams: 1 EDUARDO DE LUCENA FALCÃO – TESE (PPGCC) 2018.pdf: 1866534 bytes, checksum: df5c1f1f8a93b43bb91c35f1cc373e17 (MD5) Made available in DSpace on 2018-09-11T20:15:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EDUARDO DE LUCENA FALCÃO – TESE (PPGCC) 2018.pdf: 1866534 bytes, checksum: df5c1f1f8a93b43bb91c35f1cc373e17 (MD5) Previous issue date: 2018-04-24 Capes Provedores privados de computação na nuvem poderiam obter considerável benefício mútuo ao operar suas infraestruturas de forma federada. Tal operação permite que a demanda excedente de um provedor possa ser atendida por outros provedores que estejam experimentando uma baixa demanda naquele mesmo instante. Sob uma ótica de mercado, federações com arquitetura descentralizada têm como principal desafio a promoção de cooperação entre indivíduos egoístas e racionais em um cenário que não dispõe de uma autoridade central e confiável. Este trabalho se concentra em arquiteturas de mercado descentralizado, baseadas em mecanismos de reciprocidade, para suporte a federações P2P (Peer-to-Peer) de provedores de computação na nuvem. Nos mecanismos de reciprocidade, um indivíduo utiliza o histórico de comportamentos de cooperação dos demais indivíduos para doar seus recursos aos que forem mais recíprocos. A maioria dessas estratégias se atém à priorização dos participantes (a quem devo doar?) de acordo com métricas tais como reputação ou grau de reciprocidade. Essa estratégia é suficiente para promover cooperação e assegurar aos participantes cooperativos os melhores níveis possíveis de satisfação (percentual de requisições atendidas). Porém, em cenários com baixa contenção de recursos, a priorização por si só não é suficiente para evitar o aproveitamento por parte de indivíduos não-cooperativos e garantir paridade (percentual de recursos retribuídos). Neste sentido, este trabalho propõe que mecanismos de reciprocidade, especialmente aqueles baseados em reciprocidade direta, sejam estendidos com um laço de controle retroalimentado que regula a quantidade de recursos que cada nuvem deveria ofertar à federação. Quando cada participante cooperativo controla de maneira individual a quantidade de recursos ofertada à federação, tem-se como resultado um controle indireto da contenção de recursos, que por sua vez é mantida em um patamar que assegura aos participantes cooperativos níveis adequados de satisfação e paridade. Por fim, é apresentada uma investigação acerca da utilização de uma forma mais limitada de reciprocidade indireta, a reciprocidade transitiva, que pode ser utilizada conjuntamente com mecanismos de reciprocidade direta, para evitar impasses gerados pela assimetria de tempo/interesses, aquecendo a economia da federação e consequentemente provendo maiores níveis de paridade e satisfação aos nós cooperativos. Private cloud providers could obtain considerable benefits from operating their infrastructures within a federation. Such operation allows a provider’s exceeding demand to be met by other providers experimenting a resource underutilization on the same moment. From a market perspective, federations with decentralized architecture have as main challenge the promotion of cooperation among rational selfish individuals in a context with no central trusted authorities. This work focuses in decentralized market architectures, based on reciprocity mechanisms, to support P2P (Peer-to-Peer) federations of cloud providers. In reciprocity mechanisms, an individual uses the history of behaviors of other individuals, reflecting their cooperation levels, in order to prioritize the provision of resource to those shown to be the most reciprocative. Most of these strategies are restricted to the prioritization of participants (to whom should I donate?) according to metrics such as reputation or degree of reciprocity. This strategy is sufficient to promote cooperation and assure cooperative participants the best possible levels of satisfaction (percentage of requests met). However, in low resource contention scenarios, prioritization alone is not sufficient to avoid resource provision to non-cooperative individuals and thus to guarantee fairness (percentage of resources reciprocated). In this sense, this work proposes that mechanisms of reciprocity, especially those based on direct reciprocity, be extended with a feedback control loop that regulates the amount of resources that each cloud should offer to the federation. When each cooperative participant controls individually the amount of resources offered to the federation, there is an indirect control of resource contention, which in turn is kept at a level that ensures cooperative participants adequate levels of satisfaction and fairness. Finally, an investigation on the use of a more limited form of indirect reciprocity is presented, the transitive reciprocity, which can be used in conjunction with direct reciprocity mechanisms to avoid deadlocks generated by time/interest asymmetry, moving the federation’s economy and consequently assuring higher levels of fairness and satisfaction to cooperative nodes.

O projeto de mecanismos flexíveis e eficientes para o posicionamento e encadeamento de funções virtualizadas de rede (VNFs) é essencial para o sucesso de Virtualização de Funções de Rede (Network Function Virtualization, NFV). A maioria das soluções existentes, no entanto, considera custos fixos (e imutáveis) de processamento de fluxos e de largura de banda ao posicionar as VNFs em Pontos de Presença da Rede (N-PoPs). Essa limitação torna-se crítica em redes NFV com fluxos cujos comportamentos são altamente dinâmicos e nas quais os requisitos de processamento e os recursos disponíveis nos NPoPs mudam constantemente. Para preencher essa lacuna, propõe-se o NFV-PEAR, uma plataforma para o posicionamento e encadeamento adaptativo de VNFs. O NFV-PEAR visa (re)organizar periodicamente os posicionamentos e encadeamentos de VNFs previamente determinados, objetivando-se manter um desempenho fim-a-fim aceitável mesmo durante flutuações nos custos de processamento e nos requisitos dos fluxos. Paralelamente, busca-se minimizar as mudanças na rede (por exemplo, a realocação de VNFs ou de fluxos) realizadas para cumprir esse objetivo. Os resultados obtidos, a partir de uma avaliação experimental, mostram que o NFV-PEAR tem potencial para reduzir significativamente o número de mudanças na rede necessárias para assegurar o desempenho fim-a-fim esperado para os fluxos, garantindo assim o funcionamento estável dos serviços. The design of flexible and efficient mechanisms for proper placement and chaining of virtual network functions (VNFs) is key for the success of Network Function Virtualization (NFV). Most state-of-the-art solutions, however, consider fixed (and immutable) flow processing and bandwidth requirements when placing VNFs in the Network Points of Presence (N-PoPs). This limitation becomes critical in NFV-enabled networks having highly dynamic flow behavior, and in which flow processing requirements and available N-PoP resources change constantly. To bridge this gap, we present NFV-PEAR, a platform for adaptive VNF placement and chaining. In NFV-PEAR, network operators may periodically (re)arrange previously determined placement and chaining of VNFs, with the goal of maintaining acceptable end-to-end flow performance despite fluctuations of flow processing costs and requirements. In parallel, NFV-PEAR seeks to minimize network changes (e.g., reallocation of VNFs or network flows). The results obtained from an experimental evaluation provide evidence that NFV-PEAR has potential to deliver more stable operation of network services, while significantly reducing the number of network changes required to ensure end-to-end flow performance.

A medição de banda disponível e capacidade representa um requisito essencial para uma multitude de aplicações de rede, abrangendo desde engenharia de tráfego e controle de admissão até segurança de rede. Nesse quesito, técnicas de medição frequentemente presumem conhecer a capacidade a priori, mas essa pode ser considerada uma premissa fraca considerando diversos cenários modernos devido a condições como abstrações na virtualização de infraestrutura, demandas dinâmicas no compartilhamento de recursos e flutuações em interferência, todas as quais podem afetar a capacidade em curtos espaços de tempo. Apesar de esforços recorrentes, as técnicas de medição atualmente empregadas ainda encontram dificuldade para balancear acurácia, intrusão e frescor, recaindo em intrusão substancial, processamento oneroso ou implantação inviável. Desenvolvimentos recentes em programabilidade no plano de dados tem dado nova vida a esse esforço, permitindo que pontos de observação sejam mais eficientemente distribuídos e metódos programáveis de pacotes sejam executados in-situ. Neste documento apresentamos CAPEST, um método passivo de medição de capacidade e available bandwidth no plano de dados, empregando dispersão de pacotes e autocorrelação. O método é avaliado a respeito da sensibilidade de parametrização, sua intrusão e frescor em comparação a técnicas do estado-da-arte e seu desempenho em uma aplicação realística de roteamento de vídeo. CAPEST permitiu uma redução de 80% em intrusão e um aumento em 10% em acurácia, ao mesmo tempo aprimorando frescor em uma ordem de magnitude. The measurement of available bandwidth and capacity represents an essential requirement for a multitude of network applications spanning from traffic engineering and admission control to network security. Measurement techniques frequently presume to know capacity a priori, but this constitutes a weak premise in a number of modern scenarios due to conditions such as abstractions in infrastructure virtualization, dynamic demands in resource sharing and fluctuations in interference, all of which can affect capacity in short time spans. Despite consistent efforts, currently employed techniques struggle to balance accuracy, intrusion and freshness, depending on either substantial intrusion, onerous processing or unfeasible deployment. Recent developments on data plane programmability have breathed new life into this undertaking, allowing observation points to be more efficiently distributed and programmable packet methods to be executed in-situ. This dissertation describes CAPEST, a passive capacity and available bandwidth measurement method for the data plane, employing packet dispersion and autocorrelation. The method is evaluated regarding its parametrization sensitivity, its intrusion and freshness in comparison to state-of-the-art techniques and its performance in the real-world application of video routing. CAPEST was found to incur substantially (80%) less intrusion and achieve 10% better accuracy, all the while providing an order of magnitude improvement in freshness.

A key requirement for Active and Assisted Living (AAL) environments is the exchange of data between different communication endpoints to support wide range of services and applications. Used communication protocols need to support the bidirectional flow of information and have to be optimized with regard to security or latency constraints. To address these issues, RESTful approaches have recently gained much attention from the community. In this context, different application layer transport protocols can be used to realize the required data exchange. Besides HTTP/1.1, developed and standardized in the 1990s, new protocols like HTTP/2 and the QUIC transfer protocol my be suitable candidates. The impact of the different protocols on the overall performance for web and AAL services is still an open research question. This paper narrows this gap by conducting a measurement-based comparison of the three described protocols with regard to their performance in terms of web page loading times for Google web services.

A Virtualização de Funções de Rede (NFV – Network Function Virtualization) é um novo conceito arquitetural que está remodelando a operação de funções de rede (e.g., firewall, gateways e proxies). O conceito principal de NFV consiste em desacoplar a lógica de funções de rede dos dispositivos de hardware especializados e, desta forma, permite a execução de imagens de software sobre hardware de prateleira (COTS – Commercial Off-The-Shelf). NFV tem o potencial para tornar a operação das funções de rede mais flexíveis e econômicas, primordiais em ambientes onde o número de funções implantadas pode chegar facilmente à ordem de centenas. Apesar da intensa atividade de pesquisa na área, o problema de posicionar e encadear funções de rede virtuais (VNF – Virtual Network Functions) de maneira escalável e com baixo custo ainda apresenta uma série de limitações. Mais especificamente, as estratégias existentes na literatura negligenciam o aspecto de encadeamento de VNFs (i.e., objetivam sobretudo o posicionamento), não escalam para o tamanho das infraestruturas NFV (i.e., milhares de nós com capacidade de computação) e, por último, baseiam a qualidade das soluções obtidas em custos operacionais não representativos. Nesta tese, aborda-se o posicionamento e o encadeamento de funções de rede virtualizadas (VNFPC – Virtual Network Function Placement and Chaining) como um problema de otimização no contexto intra- e inter-datacenter. Primeiro, formaliza-se o problema VNFPC e propõe-se um modelo de Programação Linear Inteira (ILP) para resolvêlo. O objetivo consiste em minimizar a alocação de recursos, ao mesmo tempo que atende aos requisitos e restrições de fluxo de rede. Segundo, aborda-se a escalabilidade do problema VNFPC para resolver grandes instâncias do problema (i.e., milhares de nós NFV). Propõe-se um um algoritmo heurístico baseado em fix-and-optimize que incorpora a meta-heurística Variable Neighborhood Search (VNS) para explorar eficientemente o espaço de solução do problema VNFPC. Terceiro, avalia-se as limitações de desempenho e os custos operacionais de estratégias típicas de aprovisionamento ambientes reais de NFV. Com base nos resultados empíricos coletados, propõe-se um modelo analítico que estima com alta precisão os custos operacionais para requisitos de VNFs arbitrários. Quarto, desenvolve-se um mecanismo para a implantação de encadeamentos de VNFs no contexto intra-datacenter. O algoritmo proposto (OCM – Operational Cost Minimization) baseia-se em uma extensão da redução bem conhecida do problema de emparelhamento ponderado (i.e., weighted perfect matching problem) para o problema de fluxo de custo mínimo (i.e., min-cost flow problem) e considera o desempenho das VNFs (e.g., requisitos de CPU), bem como os custos operacionais estimados. Os resultados alcaçados mostram que o modelo ILP proposto para o problema VNFPC reduz em até 25% nos atrasos fim-a-fim (em comparação com os encadeamentos observados nas infra-estruturas tradicionais) com um excesso de provisionamento de recursos aceitável – limitado a 4%. Além disso, os resultados evidenciam que a heurística proposta (baseada em fix-and-optimize) é capaz de encontrar soluções factíveis de alta qualidade de forma eficiente, mesmo em cenários com milhares de VNFs. Além disso, provê-se um melhor entendimento sobre as métricas de desempenho de rede (e.g., vazão, consumo de CPU e capacidade de processamento de pacotes) para as estratégias típicas de implantação de VNFs adotadas infraestruturas NFV. Por último, o algoritmo proposto no contexto intra-datacenter (i.e. OCM) reduz significativamente os custos operacionais quando comparado aos mecanismos de posicionamento típicos uti Network Function Virtualization (NFV) is a novel concept that is reshaping the middlebox arena, shifting network functions (e.g. firewall, gateways, proxies) from specialized hardware appliances to software images running on commodity hardware. This concept has potential to make network function provision and operation more flexible and cost-effective, paramount in a world where deployed middleboxes may easily reach the order of hundreds. Despite recent research activity in the field, little has been done towards scalable and cost-efficient placement & chaining of virtual network functions (VNFs) – a key feature for the effective success of NFV. More specifically, existing strategies have neglected the chaining aspect of NFV (focusing on efficient placement only), failed to scale to hundreds of network functions and relied on unrealistic operational costs. In this thesis, we approach VNF placement and chaining as an optimization problem in the context of Inter- and Intra-datacenter. First, we formalize the Virtual Network Function Placement and Chaining (VNFPC) problem and propose an Integer Linear Programming (ILP) model to solve it. The goal is to minimize required resource allocation, while meeting network flow requirements and constraints. Then, we address scalability of VNFPC problem to solve large instances (i.e., thousands of NFV nodes) by proposing a fixand- optimize-based heuristic algorithm for tackling it. Our algorithm incorporates a Variable Neighborhood Search (VNS) meta-heuristic, for efficiently exploring the placement and chaining solution space. Further, we assess the performance limitations of typical NFV-based deployments and the incurred operational costs of commodity servers and propose an analytical model that accurately predict the operational costs for arbitrary service chain requirements. Then, we develop a general service chain intra-datacenter deployment mechanism (named OCM – Operational Cost Minimization) that considers both the actual performance of the service chains (e.g., CPU requirements) as well as the operational incurred cost. Our novel algorithm is based on an extension of the well-known reduction from weighted matching to min-cost flow problem. Finally, we tackle the problem of monitoring service chains in NFV-based environments. For that, we introduce the DNM (Distributed Network Monitoring) problem and propose an optimization model to solve it. DNM allows service chain segments to be independently monitored, which allows specialized network monitoring requirements to be met in a efficient and coordinated way. Results show that the proposed ILP model for the VNFPC problem leads to a reduction of up to 25% in end-to-end delays (in comparison to chainings observed in traditional infrastructures) and an acceptable resource over-provisioning limited to 4%. Also, we provide strong evidences that our fix-and-optimize based heuristic is able to find feasible, high-quality solutions efficiently, even in scenarios scaling to thousands of VNFs. Further, we provide indepth insights on network performance metrics (such as throughput, CPU utilization and packet processing) and its current limitations while considering typical deployment strategies. Our OCM algorithm reduces significantly operational costs when compared to the de-facto standard placement mechanisms used in Cloud systems. Last, our DNM model allows finer grained network monitoring with limited overheads. By coordinating the placement of monitoring sinks and the forwarding of network monitoring traffic, DNM can reduce the number of monitoring sinks and the network resource consumption (54% lower than a traditional method).

Pesquisas acadêmicas em virtualização de redes vêm sendo realizadas durante diversos anos, nos quais diferentes abordagens de alocação de redes virtuais foram propostas. Tais abordagens, no entanto, negligenciam requisitos operacionais importantes impostos por plataformas de virtualização. No caso de virtualização baseada em SDN/OpenFlow, um exemplo fundamental de tais requisitos operacionais é a disponibilidade de espaço de memória para armazenar regras em dispositivos OpenFlow. Diante dessas circunstâncias, argumentamos que a alocação de redes virtuais deve ser realizada com certo grau de conhecimento sobre infraestruturas físicas; caso contrário, após instanciadas, tais redes podem sofrer instabilidade ou desempenho insatisfatório. Considerando redes físicas baseadas em SDN/OpenFlow como um cenário importante de virtualização, propõe-se um arcabouço baseado na coordenação entre a alocação de redes virtuais e redes OpenFlow para realizar a instanciação de redes virtuais de forma adequada. A abordagem proposta desdobra-se nas seguintes contribuições principais: uma abstração de infraestruturas virtuais que permite que um requisitante represente os detalhes de seus requerimentos de rede de maneira aprofundada; um compilador ciente de privacidade que é capaz de pré-processar requisições com tal grau de detalhamento, ofuscando informações sensíveis e derivando requisitos operacionais computáveis; um modelo para a alocação de redes virtuais que visa a maximizar a viabilidade no nível físico. Resultados obtidos por meio de uma avaliação da nossa abordagem evidenciam que considerar tais requisitos operacionais, bem como computá-los de forma precisa, é imprescindível para garantir a “saúde” das redes virtuais hospedadas na plataforma de virtualização considerada. Research on network virtualization has been active for a number of years, during which a number of virtual network embedding (VNE) approaches have been proposed. These approaches, however, neglect important operational requirements imposed by the underlying virtualization platforms. In the case of SDN/OpenFlow-based virtualization, a crucial example of an operational requirement is the availability of enough memory space for storing flow rules in OpenFlow devices. Due to these circumstances, we advocate that VNE must be performed with some degree of knowledge of the underlying physical networks, otherwise the deployment may suffer from unpredictable or even unsatisfactory performance. Considering SDN/OpenFlow-based physical networks as an important virtualization scenario, we propose a framework based on VNE and OpenFlow coordination for proper deployment of virtual networks (VNs). The proposed approach unfolds in the following main contributions a virtual infrastructure abstraction that allows a service provider to represent the details of his/her VN requirements in a comprehensive manner; a privacy-aware compiler that is able to preprocess this detailed VN request in order to obfuscate sensitive information and derive computable operational requirements; a model for embedding requested VNs that aims at maximizing their feasibility at the physical level. Results obtained through an evaluation of our framework demonstrate that taking such operational requirements into account, as well as accurately assessing them, is of paramount importance to ensure the “health” of VNs hosted on top of the virtualization platform.

Um dos principais desafios em Redes Centradas em Informação (ICN) é como prover controle de acesso à publicação e recuperação de conteúdos. Apesar das potencialidades, as soluções existentes, geralmente, consideram um único usuário agindo como publicador. Ao lidar com múltiplos publicadores, elas podem levar a uma explosão combinatória de chaves criptográficas. As soluções projetadas visando a múltiplos publicadores, por sua vez, dependem de arquiteturas de redes específicas e/ou de mudanças nessas para operar. Nesta dissertação é proposta uma solução, apoiada em criptografia baseada em atributos, para controle de acesso a conteúdos. Nessa solução, o modelo de segurança é voltado a grupos de compartilhamento seguro, nos quais todos os usuários membros podem publicar e consumir conteúdos. Diferente de trabalhos anteriores, a solução proposta mantém o número de chaves proporcional ao de membros nos grupos e pode ser empregada em qualquer arquitetura ICN de forma gradual. A proposta é avaliada quanto ao custo de operação, à quantidade de chaves necessárias e à eficiência na disseminação de conteúdos. Em comparação às soluções existentes, ela oferece maior flexibilidade no controle de acesso, sem aumentar a complexidade do gerenciamento de chaves e sem causar sobrecustos significativos à rede. One of the main challenges in Information-Centric Networking (ICN) is providing access control to content publication and retrieval. In spite of the potentialities, existing solutions often consider a single user acting as publisher. When dealing with multiple publishers, they may lead to a combinatorial explosion of cryptographic keys. Those solutions that focus on multiple publishers, on the other hand, rely on specific network architectures and/or changes to operate. In this dissertation, it is proposed a solution, supported by attribute-based encryption, for content access control. In this solution, the security model is focused on secure content distribution groups, in which any member user can publish to and retrieve from. Unlike previous work, the proposed solution keeps the number of cryptographic keys proportional to the number of group members, and may even be adopted gradually in any ICN architecture. The proposed solution is evaluated with respect to the overhead it imposes, number of required keys, and efficiency in the content dissemination. In contrast to existing solutions, it offers higher access control flexibility, without increasing key management process complexity and without causing significant network overhead.

The success of businesses is threatened by changes frequently applied to the IT systems of a company. To prevent outages caused by the application of faulty IT change operations, we introduce efficient algorithms for the verification and planning of IT change operations. The algorithms reduce the runtime complexity of IT change verification and planning from exponential/polynomial to linear or even constant complexity. Thus, making both feasible on large IT infrastructures for the first time. Der Erfolg von Unternehmen wird von Änderungsoperationen an der IT bedroht. Um Ausfälle durch fehlerhafte IT Änderungsoperationen zu verhindern, führen wir in dieser Arbeit effiziente Algorithmen zur Verifikation und Planung derselben ein. Die Algorithmen verringern die Laufzeitkomplexität für die Verifikation und Planung von IT Änderungsoperationen von exponentiell/polynomiell auf lineare oder konstante Komplexität und ermöglichen damit erstmalig den Einsatz über großen Infrastrukturen.

Sistemas online como Facebook, Twitter, Digg, e comunidades BitTorrent (entre vários outros) oferecem um processo leve para a obtenção de identidades (por exemplo, confirmar um endereço de e-mail válido; os requisitos podem variar dependendo do sistema), de modo que os usuários possam cadastrar-se facilmente nos mesmos. Tal conveniência vem com um preço, no entanto: com um pequeno esforço, um atacante pode obter uma grande quantidade de contas falsas (ataque Sybil), e utilizá-las para executar atividades maliciosas (que possam prejudicar os usuários legítimos) ou obter vantagens indevidas. É extremamente desafiador (senão impossível) desenvolver uma única solução de gerenciamento de identidades que seja ao mesmo tempo capaz de oferecer suporte a uma variedade de usuários usando dispositivos heterogêneos e adequada para uma diversidade de ambientes (por exemplo, sistemas distribuídos de larga escala, Internet das Coisas, e Internet do Futuro). Como consequência, a comunidade de pesquisa tem focado no projeto de soluções de gerenciamento de identidades customizadas, em cenários com um conjunto bem definido de propósitos, requisitos e limitações. Nesta tese, abordamos o problema de contas falsas em sistemas distribuídos de larga escala. Mais especificamente, nos concentramos em sistemas baseados no paradigma para- par e que podem acomodar esquemas de gerenciamento de identidades leves e de longo prazo (ex., sistemas de compartilhamento de arquivos e de live streaming, sistemas de detecção de intrusão colaborativos, entre outros); leves porque os usuários devem obter identidades sem precisar fornecer “provas de identidade” (ex., passaporte) e/ou pagar taxas; e longo prazo porque os usuários devem ser capazes de manter suas identidades (ex., através de renovação) por um período indefinido. Nosso principal objetivo é propor um arcabouço para precificar adaptativamente as solicitações de identidades como uma abordagem para conter ataques Sybil. A ideia chave é estimar um grau de confiança para as solicitações de identidades, calculada como função do número de identidades já concedidas em um dado período, considerando a origem dessas solicitações. Nossa abordagem baseia-se em prova de trabalho e usa desafios criptográficos como um recurso para conter atacantes. Nesta tese, nós também concentramos esforços na reformulação dos desafios tradicionais, de modo a torná-los “verdes” e “´uteis”. Os resultados obtidos via simulação e experimentação mostraram a viabilidade técnica de usar desafios verdes e ´uteis para o gerenciamento de identidades. Mais importante, eles mostraram que caracterizar as solicitações de identidades com base na origem das mesmas constitui uma abordagem promissora para lidar com a redução substancial da disseminação de contas falsas. Online systems such as Facebook, Twitter, Digg, and BitTorrent communities (among various others) offer a lightweight process for obtaining identities (e.g., confirming a valid e-mail address; the actual requirements may vary depending on the system), so that users can easily join them. Such convenience comes with a price, however: with minimum effort, an attacker can obtain a horde of fake accounts (Sybil attack), and use them to either perform malicious activities (that might harm legitimate users) or obtain unfair benefits. It is extremely challenging (if not impossible) to devise a single identity management solution at the same time able to support a variety of end-users using heterogeneous devices, and suitable for a multitude of environments (e.g., large-scale distributed systems, Internet-of-Things, and Future Internet). As a consequence, the research community has focused on the design of system-specific identity management solutions, in scenarios having a well-defined set of purposes, requirements, and constraints. In this thesis, we approach the issue of fake accounts in large-scale, distributed systems. More specifically, we target systems based on the peer-to-peer paradigm and that can accommodate lightweight, long-term identity management schemes (e.g., file sharing and live streaming networks, collaborative intrusion detection systems, among others); lightweight because users should obtain identities without being required to provide “proof of identity” (e.g., passport) and/or pay taxes; and long-term because users should be able to maintain their identities (e.g., through renewal) for an indefinite period. Our main objective is to propose a framework for adaptively pricing identity requests as an approach to limit Sybil attacks. The key idea is to estimate a trust score for identity requests, calculated as a as function of the number of identities already granted in a given period, and considering their source of origin. Our approach relies on proof of work, and uses cryptographic puzzles as a resource to restrain attackers. In this thesis, we also concentrate on reshaping traditional puzzles, in order to make them “green” and “useful”. The results obtained through simulation and experimentation have shown the feasibility of using green and useful puzzles for identity management. More importantly, they have shown that profiling identity requests based on their source of origin constitutes a promising approach to tackle the dissemination of fake accounts.

A virtualização de redes é um mecanismo que permite a coexistência de múltiplas redes virtuais sobre um mesmo substrato físico. Um dos desafios de pesquisa abordados na literatura é o mapeamento eficiente de recursos virtuais em infraestruturas físicas. Embora o referido desafio tenha recebido considerável atenção, as abordagens que constituem o estado-da-arte apresentam alta taxa de rejeição, i.e., a proporção de solicitações de redes virtuais negadas em relação ao total de solicitações efetuadas ao substrato é elevada. Nesta dissertação, caracteriza-se, inicialmente, a relação entre a qualidade dos mapeamentos de redes virtuais e as estruturas topológicas dos substratos subjacentes. Avalia-se as soluções exatas de um modelo de mapeamento online sob diferentes classes de topologias de rede. A partir do entendimento dos fatores topológicos que influenciam diretamente o processo de mapeamento de redes virtuais, propõe-se uma estratégia para planejar a expansão de redes de provedores de infraestrutura de forma a reduzir consistentemente a taxa de rejeição de requisições de redes virtuais e melhor aproveitar os recursos ociosos da mesma. Os resultados obtidos evidenciam que grande parte das rejeições de redes virtuais ocorre em situações em que há grande disponibilidade de recursos, mas alguns poucos já saturados acabam inviabilizando, em função de características de conectividade do substrato, o atendimento de novas requisições. Ademais, os resultados obtidos utilizando a estratégia proposta evidenciam que o fortalecimento de partes-chave da infraestrutura levam a uma ocupação muito mais satisfatória. Uma expansão de 10% a 20% dos recursos da infraestrutura contribui para um aumento sustentado de até 30% no número de redes virtuais aceitas e de até 45% no aproveitamento dos recursos em comparação com a rede original. Network virtualization is a mechanism that allows the coexistence of multiple virtual networks on top of a single physical substrate. One of the research challenges addressed recently in the literature is the efficient mapping of virtual resources on physical infrastructures. Although this challenge has received considerable attention, state-of-the-art approaches present, in general, a high rejection rate, i.e., the ratio between the number of denied virtual network requests and the total amount of requests is considerably high. In this thesis, we characterize the relationship between the quality of virtual network mappings and the topological structures of the underlying substrates. Exact solutions of an online embedding model are evaluated under different classes of network topologies. From the understanding of the topological factors that directly influence the virtual network embedding process, we propose an expansion strategy of physical infrastructure in order to suggest adjustments that lead to higher virtual network acceptance and, in consequence, to improved physical resource utilization. The obtained results demonstrate that most of rejections occur in situations in which a significant amount of resource is available, but a few saturated devices and links, depending on connectivity features of the physical substrate, hinder the acceptance of new requests. Moreover, the obtained results using the proposed strategy evidence that an expansion of 10% to 20% of the infrastructure resources leads to a sustained increase of up to 30% in the number of accepted virtual networks and of up to 45% in resource usage compared to the original network.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-07-31T13:58:16Z No. of bitstreams: 1 PAULO DITARSO MACIEL JÚNIOR - TESE PPGCC 2013..pdf: 21161997 bytes, checksum: 33b051924023dbbac092de80229a7705 (MD5) Made available in DSpace on 2018-07-31T13:58:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PAULO DITARSO MACIEL JÚNIOR - TESE PPGCC 2013..pdf: 21161997 bytes, checksum: 33b051924023dbbac092de80229a7705 (MD5) Previous issue date: 2013-06-14 CNPq Capes Com o surgimento do paradigma de computação na nuvem e a busca contínua para reduzir o custo de operar infraestruturas de Tecnologia da Informação (TI), estamos vivenciando nos dias de hoje uma importante mudança na forma como estas infraestruturas estão sendo montadas, configuradas e gerenciadas. Nesta pesquisa consideramos o problema de gerenciar uma infraestrutura híbrida, cujo poder computacional é formado por máquinas locais dedicadas, máquinas virtuais obtidas de provedores de computação na nuvem e máquinas virtuais remotas disponíveis a partir de uma grade peer-to-peer (P2P) best-effort. As aplicações executadas nesta infraestrutura são caracterizadas por uma função de utilidade no tempo, ou seja, a utilidade produzida pela execução completa da aplicação depende do tempo total necessário para sua finalização. Tomamos uma abordagem dirigida a negócios para gerenciar esta infraestrutura, buscando maximizar o lucro total obtido. Aplicações são executadas utilizando poder computacional local e da grade best-effort, quando possível. Qualquer capacidade extra requerida no intuito de melhorar a lucratividade da infraestrutura é adquirida no mercado de computação na nuvem. Também assumimos que esta capacidade extra pode ser reservada para uso futuro através de contratos de curta ou longa duração, negociados sem intervenção humana. Para contratos de curto prazo, o custo por unidade de recurso computacional pode variar significativamente entre contratos, com contratos mais urgentes apresentando, geralmente, custos mais caros. Além disso, devido à incerteza inerente à grade best-effort, podemos não saber exatamente quantos recursos serão necessários do mercado de computação na nuvem com certa antecedência. Superestimar a quantidade de recursos necessários leva a uma reserva maior do que necessária; enquanto subestimar leva à necessidade de negociar contratos adicionais posteriormente. Neste contexto, propomos heurísticas que podem ser usadas por agentes planejadores de contratos no intuito de balancear o custo e a utilidade obtida na execução das aplicações, com o objetivo de alcançar um alto lucro global. Demonstramos que a habilidade de estimar o comportamento da grade é uma importante condição para estabelecer contratos que produzem alta eficiência no uso da infraestrutura híbrida de TI. With the emergence of the cloud computing paradigm and the continuous search to reduce the cost of running Information Technology (IT) infrastructures, we are currently experiencing an importam change in the way these infrastructures are assembled, configured and managed. In this research we consider the problem of managing a hybrid high-performance computing infrastructure whose processing elements are comprised of in-house dedicated machines, virtual machines acquired from cloud computing providers, and remote virtual machines made available by a best-effort peer-to-peer (P2P) grid. The applications that run in this hybrid infrastructure are characterised by a utility function: the utility yielded by the completion of an application depends on the time taken to execute it. We take a business-driven approach to manage this infrastructure, aiming at maximising the total profit achieved. Applications are run using computing power from both in-house resources and the best-effort grid. whenever possible. Any extra capacity required to improve the profitability of the infrastructure is purchased from the cloud computing market. We also assume that this extra capacity is reserved for future use through either short or long term contracts, which are negotiated without human intervention. For short term contracts. the cost per unit of computing resource may vary significantly between contracts, with more urgent contracts normally being more expensive. Furthermore, due to the uncertainty inherent in the besteffort grid, it may not be possible to know in advance exactly how much computing resource will be needed from the cloud computing market. Overestimation of the amount of resources required leads to the reservation of more than is necessary; while underestimation leads to the necessity of negotiating additional contracts later on to acquire the remaining required capacity. In this context, we propose heuristics to be used by a contract planning agent in order to balance the cost of running the applications and the utility that is achieved with their execution. with the aim of producing a high overall profit. We demonstrate that the ability to estimate the grid behaviour is an important condition for making contracts that produce high efficiency in the use of the hybrid IT infrastructure.

Submitted by Kleber Silva (kleberbs@ufba.br) on 2017-05-30T21:07:39Z No. of bitstreams: 1 Tese - Allan Edgar.pdf: 1175001 bytes, checksum: 05b3225aca4c54ed2100838c6ad4fbf1 (MD5) Approved for entry into archive by Vanessa Reis (vanessa.jamile@ufba.br) on 2017-06-01T12:00:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tese - Allan Edgar.pdf: 1175001 bytes, checksum: 05b3225aca4c54ed2100838c6ad4fbf1 (MD5) Made available in DSpace on 2017-06-01T12:00:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese - Allan Edgar.pdf: 1175001 bytes, checksum: 05b3225aca4c54ed2100838c6ad4fbf1 (MD5) Sistemas distribuídos são usualmente caracterizados por um conjunto de processos residentes em sítios variados de uma rede de computadores e que se comunicam através de canais de comunicação. Processos e canais são caracterizados por comportamentos temporais síncronos ou assíncronos a depender dos recursos subjacentes (sistemas operacionais e subsistema de comunicação). Diferentemente dos sistemas convencionais, as características temporais dos sistemas híbridos e dinâmicos variam com o tempo, de acordo com a disponibilidade de recursos e ocorrência de falhas. Tais sistemas estão se tornando cada vez mais comuns nos dias de hoje devido à crescente diversidade, heterogeneidade e onipresença das redes e dispositivos computacionais. Devido à sua grande complexidade, tais sistemas são difíceis de serem testados ou verificados. Nesta tese, introduzimos um novo ambiente de simulação para tais ambientes, onde diversos modelos de falhas e comportamentos temporais podem ser associados dinamicamente a processos e canais de comunicação. Tal ambiente fora utilizado no desenvolvimento e na avaliação de desempenho de diversos protocolos distribuídos, como, por exemplo, de um protocolo de comunicação em grupo adequado à ambientes híbridos e dinâmicos, onde é possível adaptar o comportamento dos algoritmos conforme o estado percebido do sistema (self-aware), de um protocolo de comunicação em grupo auto-configurável e de uma versão adaptativa do clássico protocolo PBFT, utilizado para replicação ativa de estado em ambientes sujeitos a falhas bizantinas.

Redes BitTorrent (BT) atualmente representam o método Par-a-Par (P2P) de compartilhamento de arquivos pela Internet mais utilizado. Relatórios de monitoramento recentes revelam que as cópias de conteúdo sendo compartilhadas são, em grande maioria, ilegais e que filmes são os tipos de mídia mais populares. Iniciativas de pesquisa que tentaram entender a dinâmica da produção e do compartilhamento de conteúdo em redes BT não conseguiram prover informações precisas acerca da disseminação de cópias ilegais. No presente trabalho realizamos um extenso estudo experimental para caracterizar o comportamento de produtores, publicadores, provedores e consumidores de arquivos violando direitos autorais. O estudo conduzido é baseado em dados coletados durante sete meses de monitoração de enxames compartilhando filmes por meio de uma das comunidades públicas mais populares de BT. Os dados foram obtidos via emprego de uma arquitetura de monitoração do \universo" BitTorrent, o que permitiu popular uma base com informações acerca de mais de 55.000 torrents, 1.000 rastreadores e 1,9 milhões de IPs. Nossa análise não somente mostra que um pequeno grupo de usuários ativos _e responsável pela maior parte do compartilhamento de cópias ilegais, como desvenda relacionamentos existentes entre esses atores e caracteriza os padrões de consumo respeitados pelos usuários interessados nesse tipo de conteúdo. BitTorrent (BT) networks are nowadays the most employed method of Peerto- Peer (P2P) le sharing in the Internet. Recent monitoring reports reveal that content copies being shared are mostly illegal and movies are the most popular media type. Research e orts carried out to understand the dynamics of content production and sharing in BT networks have been unable to provide precise information regarding the dissemination of illegal copies. In this work we perform an extensive experimental study in order to characterize the behavior of producers, publishers, providers and consumers of copyright-infringing les. This study is based on seven months of traces obtained by monitoring swarms sharing movies via one of the most popular BT public communities. Traces were obtained with an extension of a BitTorrent \universe" observation architecture, which allowed the collection of a database with information about more than 55,000 torrents, 1,000 trackers and 1.9 million IPs. Our analysis not only shows that a small group of active users is responsible for the majority of disseminated illegal copies, as it unravels existing relationships among these actors and characterizes consuming patterns respected by users interested in this particular set of contents.

A virtualização de redes tem se tornado cada vez mais proeminente nos últimos anos. Tal técnica permite a criação de infraestruturas de rede que se adaptam a necessidades específicas de aplicações de rede distintas, além de dar suporte à instanciação de ambientes favoráveis para o desenvolvimento e avaliação de novas arquiteturas e protocolos. Apesar de esforços recentes (motivados principalmente pela busca de mecanismos para avaliar propostas relacionadas à Internet do Futuro) terem contribuído substancialmente para a materialização desse conceito, nenhum preocupou-se em conciliar alocação eficiente de recursos e satisfação de requisitos de segurança (e.g., confidencialidade). É importante ressaltar que, no contexto de redes virtuais, a proteção de infraestruturas de rede compartilhadas constitui condição fundamental para seu uso em larga escala. É de grande importância que o impacto negativo causado pelo aprovisionamento de segurança seja considerado no processo de mapeamento de redes virtuais, de forma a permitir o uso integral dos recursos físicos sem subestimar requisitos de capacidade. Portanto, nesta dissertação, são propostos um modelo ótimo e um al- goritmo heurístico para realizar o mapeamento de redes virtuais em substratos físicos que têm por objetivo otimizar a utilização de recursos físicos garantindo a satisfação de requisitos de segurança. Ambas as abordagens possuem uma modelagem precisa de custos adicionais associados a mecanismos de segurança usados para proteger re- des virtuais, e são capazes de atender requisições de redes virtuais de forma online. Além disso, são apresentados os resultados de um extensivo processo de avaliação realizado, incluindo uma comparação detalhada entre o modelo ótimo e o algoritmo heurístico. Os experimentos revelam que o modelo baseado em Programação Linear Inteira é capaz de alocar redes virtuais de forma ótima em substratos físicos com até cem roteadores, enquanto que o algoritmo heurístico é capaz de adaptar-se a infraestruturas maiores, provendo mapeamentos sub-ótimos em um curto espaço de tempo. Network virtualization has become increasingly prominent in recent years. It enables the creation of network infrastructures that are specifically tailored to the needs of distinct network applications and supports the instantiation of favorable en- vironments for the development and evaluation of new architectures and protocols. Although recent efforts (motivated mainly by the search for mechanisms to eval- uate Future Internet proposals) have contributed substantially to materialize this concept, none of them has attempted to combine efficient resource mapping with ful- fillment of security requirements (e.g., confidentiality). It is important to note that, in the context of virtual networks, the protection of shared network infrastructures constitutes a fundamental condition to enable its use in large scale. Considering the negative impact of security provisions in the virtual network embedding process is of paramount importance in order to fully utilize physical re- sources without underestimating capacity requirements. Therefore, in this thesis we propose both an optimal model and a heuristic algorithm for embedding virtual networks on physical substrates that aim to optimize physical resource usage while meeting security requirements. Both approaches feature precise modeling of over- head costs of security mechanisms used to protect virtual networks, and are able to handle virtual network requests in an online manner. In addition, we present the results of an extensive evaluation we carried out, including a detailed comparison of both the optimal model and the heuristic algorithm. Our experiments show that the Integer Linear Programming (ILP) model is capable of optimally embedding virtual networks on physical infrastructures with up to a hundred routers, while the heuristic algorithm is capable of scaling to larger infrastructures, providing timely, sub-optimal mappings.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior The analysis of network traffic is a key area for the management of fault-tolerant systems, since anomalies in network traffic can affect the availability and quality of service (QoS). Intrusion detection systems in computer networks are used to analyze network traffic in order to detect attacks and anomalies. The analysis based on anomalies allows attacks detection by analyzing the behavior of the traffic network. This work proposes an intrusion detection tool to quickly and effectively detect anomalies in computer networks generated by denial of service (DoS). The detection algorithm is based on the two-dimensional wavelet transform (2D Wavelet), a derived method of signal analysis. The wavelet transform is a mathematical tool with low computational cost that explores the existing information present in the input samples according to the different levels of the transformation. The proposed algorithm detects anomalies directly based on the wavelet coefficients, considering threshold techniques. This operation does not require the reconstruction of the original signal. Experiments were performed using two databases: a synthetic (DARPA) and another one from data collected at the Federal University of Santa Maria (UFSM), allowing analysis of the intrusion detection tool under different scenarios. The wavelets considered for the tests were all from the orthonormal family of Daubechies: Haar (Db1), Db2, Db4 and Db8 (with 1, 2, 4 and 8 null vanishing moments respectively). For the DARPA database we obtained a detection rate up to 100% using the Daubechies wavelet transform Db4, considering normalized wavelet coefficients. For the database collected at UFSM the detection rate was 95%, again considering Db4 wavelet transform with normalized wavelet coefficients. A análise de tráfego de rede é uma área fundamental no gerenciamento de sistemas tolerantes a falhas, pois anomalias no tráfego de rede podem afetar a disponibilidade e a qualidade do serviço (QoS). Sistemas detectores de intrusão em redes de computadores são utilizados para analisar o tráfego de rede com o objetivo de detectar ataques ou anomalias. A análise baseada em anomalias permite detectar ataques através da análise do comportamento do tráfego de rede. Este trabalho propõe uma ferramenta de detecção de intrusão rápida e eficaz para detectar anomalias em redes de computadores geradas por ataques de negação de serviço (DoS). O algoritmo de detecção é baseado na transformada Wavelet bidimensional (Wavelet 2D), um método derivado da análise de sinais. A transformada wavelet é uma ferramenta matemática de baixo custo computacional, que explora as informações presentes nas amostras de entrada ao longo dos diversos níveis da transformação. O algoritmo proposto detecta anomalias diretamente nos coeficientes wavelets através de técnicas de corte, não necessitando da reconstrução do sinal original. Foram realizados experimentos utilizando duas bases de dados: uma sintética (DARPA), e outra coletada na instituição de ensino (UFSM), permitindo a análise da ferramenta de detecção de intrusão sob diferentes cenários. As famílias wavelets utilizadas nos testes foram as wavelets ortonormais de Daubechies: Haar (Db1), Db2, Db4 e Db8 (com 1, 2, 4 e 8 momentos nulos respectivamente). Para a base de dados DARPA obteve-se uma taxa de detecção de ataques DoS de até 100% utilizando a wavelet de Daubechies Db4 com os coeficientes wavelets normalizados, e de 95% para a base de dados da UFSM com a wavelet de Daubechies Db4 com os coeficientes wavelets normalizados.

Trabalhos recentes na literatura indicam que o BitTorrent é o protocolo de com- partilhamento de arquivos com maior popularidade, sendo responsável por mais da metade do tráfego P2P em algumas localidades geográficas. Apesar de vários estudos sobre a dinâmica do “universo BitTorrent”, até recentemente não existia metodologia para observá-lo sistematicamente. Um estudo preliminar indicou a existência de múltiplas estratégias de monito- ramento, que diferem em termos de objetos observados, conjunto de parâmetros e custos associados, e se sobrepõem em termos de informações extraídas. Um se- gundo trabalho apresentou uma combinação dessas estratégias na forma de uma arquitetura de monitoramento flexível e escalável. Nesse contexto, o objetivo da presente dissertação é investigar como otimizar o conjunto de estratégias e seus parâmetros para monitorar eficientemente o universo de redes BitTorrent tendo em vista um dado conjunto de informações a ser observado e recursos computacionais disponíveis. Como solução é proposto um controle de monitoramento adaptativo, que emprega um modelo de programação para otimizar, a cada rodada, o monitoramento considerando o estado percebido da rede. Embora o foco deste trabalho seja redes BitTorrent, é proposto um modelo genérico, que pode ser aplicado a outras redes P2P, aumentando portanto a contribuição desta dissertação. Os resultados de uma avaliação analítica indicam que o modelo de programação proposto gera soluções ótimas. Além disso, experimentos realizados com instâncias desse modelo geradas aleatoriamente mostram que o mesmo tem potencial para ser aplicado em redes mais complexas que BitTorrent. Recent studies in the literature have indicated that BitTorrent is the most pop- ular file sharing protocol, being responsible for more than half of the P2P traffic in some geographical locations. Despite the several studies about the dynamics of the “BitTorrent universe”, until recently there has been no methodology to systematically observe it. A preliminary study identified multiple monitoring strategies, which differ in terms of observed objects, set of parameters and associated costs, and overlap in terms of extracted information. A subsequent work has combined those strategies in a flexible, extensible BitTorrent monitoring architecture. In this context, the goal of the present dissertation is to investigate how to optimize the set of strategies and their parameters for efficiently monitoring the universe of BitTorrent networks, considering a given set of monitoring objectives and available computational resources. As a solution, an adaptive monitoring control is proposed, which employs a programming model to optimize the monitoring at each round, considering the perceived network state. Although the focus of this work is BitTorrent networks, we propose a generic model that can be applied to other P2P networks, thereby increasing the contribution of this dissertation. The results of an analytical evaluation indicate that the proposed programming model generates optimal solutions. Furthermore, experiments carried out with ran- domly generated instances of this model show that it has potential to be applied to more complex networks than BitTorrent.

Submitted by Diogo Barreiros (diogo.barreiros@ufba.br) on 2017-02-09T18:07:26Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Antônio_Carianha.pdf: 918883 bytes, checksum: 8f268850189f18efdff2b10f919f8f62 (MD5) Approved for entry into archive by Vanessa Reis (vanessa.jamile@ufba.br) on 2017-02-10T12:18:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação_Antônio_Carianha.pdf: 918883 bytes, checksum: 8f268850189f18efdff2b10f919f8f62 (MD5) Made available in DSpace on 2017-02-10T12:18:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação_Antônio_Carianha.pdf: 918883 bytes, checksum: 8f268850189f18efdff2b10f919f8f62 (MD5) As redes veiculares consistem em sistemas de comunicação que possibilitam que nos veiculares possam interagir entre si e com uma infraestrutura de suporte existente ao longo do caminho percorrido por estes. Exemplos de possíveis aplicações para estas redes incluem prevenção de colisões e difusão de informações sobre condições de tráfego e da pista. Um dos principais desafios para sua adoção em larga escala é garantir a privacidade de informações particulares dos seus usuários, tais como identidade do motorista, dinâmica de seus automóveis e percurso realizado rotineiramente. A ausência da garantia de privacidade pode inibir a participação dos usuários em redes veiculares, resultando no fracasso da implantação destas. Para proteger a privacidade de localização do usuário, este deve permanecer anônimo e não-rastreável durante seu percurso. Soluções recentes asseguram privacidade de localização por meio de mix-zones', regiões onde um nó veicular pode mudar sua identidade temporária (pseudônimo) sem ser rastreado. Embora as mix-zones evitem ataques provindos de fora da rede de comunicação veicular, elas são vulneráveis a ataques internos, pois dentro de uma mix-zone as mensagens são codificadas por meio de uma chave secreta de grupo. Para tratar de tal vulnerabilidade, este trabalho propõe novos mecanismos, de modo a contribuir para aumentar o nível de privacidade de localização proporcionado por tais regiões. Através da realização de simulações minuciosas, a abordagem proposta é avaliada e comparada a soluções existentes. Os resultados mostram que a solução proposta é viável e fornece maior nível de privacidade de localização.

Existe uma noção intuitiva de que os custos associados a ações de suporte de projetos de gerenciamento de Tecnologia da Informação (TI), muitas vezes considerados já muito elevados e em crescimento, possuem forte vinculação com esforços empreendidos nas fases de desenvolvimento/implantação e teste. Apesar da importância de caracterizar e compreender a sistemática dessa relação, pouco tem sido feito neste domínio, principalmente devido à falta de mecanismos adequados tanto para o compartilhamento de informações entre as fases de um projeto de TI, quanto para aprender com experiências passadas. Para lidar com essa problemática, propõe-se nesta dissertação uma abordagem para estimar dinamicamente os custos de suporte de projetos de gerenciamento de TI à luz de informações provenientes das fases de desenvolvimento/implantação e teste. As estimativas de custos são calculadas a partir da integração de informações produzidas ao longo do ciclo de vida de projetos (passados). O núcleo da solução presente neste trabalho conta com um modelo Bayesiano para realizar previsão de custos de suporte, apoiado em um modelo de informação usado para persistir informações históricas. Para provar conceito e viabilidade técnica da solução proposta considerou-se, como estudo de caso, a predição de custos associados com projetos de implantação de infraestrutura de redes sem fio. Durante a avaliação é demonstrada a eficácia e eficiência do modelo, bem como discutido suas potencialidades e limitações para auxiliar no entendimento do compromisso entre custos de desenvolvimento/ implantação, teste e suporte. A avaliação conduzida fez uso de dados reais/sintéticos produzidos a partir de projetos do ISBSG e apresenta resultados próximos dos encontrados em cenários reais. Nossa abordagem obteve cerca de 80% de acerto na estimativa dos custos de suporte para os cenários avaliados. There is an intuitive notion that the costs associated with IT management project support actions, often deemed extremely high and increasing, are directly related to the effort spent during their development/deployment and test phases. Despite the importance of systematically characterizing and understanding this relationship, little has been done in this realm mainly due to the lack of proper mechanisms for both sharing information between IT project phases and learning from past experientes. To tackle this issue, in this dissertation we proposed an approach for dynamically predicting IT management project support costs taking into account information gathered from the development/deployment and test phases. Support cost estimates are computed by integrating existing information from the lifecycle of (past) projects. The core of the solution in this work relies on a Bayesian model to perform support cost predictions, supported by an information model employed to persist historical information gathered from past projects. To prove the concept and technical feasibility of our solution we consider as a case study the prediction of costs (either development/test/support) associated with projects for the deployment of wireless network infrastructures. During the evaluation is demonstrated the effectiveness and efficiency of the model and discussed its potential and limitations in order to help understanding the trade-offs between development/deployment, test, and support costs. Our solution has been evaluated based on real/synthetics data gathered from the ISBSG dataset, and presents results similar to those found in real-life scenarios. Our solution has provided correct estimates for around 80% of the support costs for the scenarios evaluated.

O ataque Sybil consiste na criação indiscriminada de identidades forjadas por um usuário malicioso (atacante). Uma abordagem promissora para mitigar esse ataque consiste em conceder novas identidades mediante a resolução de desafios computacionais. Apesar de suas potencialidades, as soluções baseadas em tal abordagem não distinguem solicitações de usuários corretos das de atacantes, fazendo com que ambos paguem o mesmo preço por identidade solicitada. Por conta disso, essas soluções podem não ser efetivas quando os recursos computacionais dos atacantes são muito superiores aos que os usuários legítimos dispõem. Assumindo desafios de uma determinada dificuldade, atacantes com hardware de maior capacidade conseguiriam resolver um conjunto muito superior de desafios e, com isso, obter um número elevado de identidades. Aumentar uniformemente a dificuldade dos desafios poderia, no outro extremo, tornar proibitivo o ingresso de pares a rede. Para lidar com esse problema, nesta dissertação propi5e-se o use de desafios adaptativos como limitante a disseminação de Sybils. Estima-se um grau de confiança da fonte de onde partem as solicitações de identidade em relação as demais. Quanto maior a frequência de solicitação de identidades, menor o grau de confiança e, consequentemente, maior a complexidade do desafio a ser resolvido pelo(s) usuário(s) associado(s) Aquela fonte. Resultados obtidos por meio de experimentação mostram a capacidade da solução de atribuir desafios mais complexos a potenciais atacantes, penalizando minimamente usuários legítimos. The Sybil attack consists on the indiscriminate creation of counterfeit identities by a malicious user (attacker). An effective approach to tackle such attack consists of establishing computational puzzles to be solved prior to granting new identities. Despite its potentialities, solutions based on such approach do not distinguish between identity requests from correct users and attackers, and thus require both to afford the same cost per identity requested. Therefore, those approaches may not be effective when the attacker's computational resources are superior than those used by correct users. Assuming any choice of puzzle hardness, attackers that have access to high-performance computing resources will be able to solve puzzles several order of magnitude faster than legitimate users and thus obtain a large amount of identities. On the other way, raising the cost to solve the puzzles could restrict legitimate users too much. To tackle this problem, in this paper we propose the use of adaptive computational puzzles to limit the spread of Sybils. We estimate a trust score of the source of identity requests in regard to the behavior of others. The higher the frequency a source requests identities, the lower its trust score and, consequently, the higher the complexity of the puzzle to be solved by the user(s) associated to that source. Results achieved by means of an experimental evaluation evidence our solution's ability to establish more complex puzzles to potential attackers, while minimally penalizing legitimate users.

O planejamento de mudanças é um elemento-chave para a gerência e a operação de infraestruturas de redes e serviços. Ele compreende desde a especificação, em alto nível, de requisições e planos preliminares de mudança (por um operador da mudança) até a geração, possivelmente automatizada, de planos detalhados que, se executados, concretizarão as mudanças solicitadas (por exemplo, alteração da configuração de dispositivos de rede e implantação de novos serviços). Por limitação das soluções de refinamento existentes, um problema fundamental é que, embora corretos, tais planos de mudança podem não necessariamente estar alinhados com os propósitos definidos em nível de negócio (ex: minimização do tempo de indisponibilidade de um dado serviço). Outro problema encontrado no planejamento de mudanças de TI é a ausência de modelos e algoritmos para realizar a especificação adequada da associação de humanos a tarefas. A correta especificação pode impactar em resultados mais otimizados (menor custo de execução) e com maior qualidade (conformidade com as habilidades/experiências, requeridas pelas atividades, e adquiridas pelos recursos humanos). Para abordar estes problemas, nesta dissertação propõe-se uma solução para alinhar o planejamento de mudanças em infraestruturas de TI a objetivos/restrições de negócio, utilizando estratégias inovadoras de alocação de humanos a atividades. A solução proposta é avaliada experimentalmente por meio da implementação prototípica de um sistema de suporte à decisão denominado CHANGEADVISOR, o qual auxilia os gerentes de TI a entender o "compromisso" entre planos de mudança alternativos e a efetuar escolhas mais adequadas aos propósitos de negócio. Change planning represents a key element for the operation and management of Information Technology infrastructures and services. Its scope ranges from the high level design of change requests and change plans (by an operator) to the generation, possibly automated, of detailed plans that, if executed, will perform the requested changes (e.g., modification of network device settings and deployment of new services). A fundamental problem - considering the limitations of existing refinement solutions - is that, although correct, these refined change plans can not necessarily be aligned with the purposes defined in the business level (eg, minimizing the downtime of a particular service). Another problem encountered in the IT change planning is the absence of models and algorithms to achieve the correct association of human to tasks. These correct association can impact in results more optimized (lower cost of deployment) and with higher quality (according to the skills/experience required for the activities and acquired by human resources). To overcome this problem, in this thesis we propose a solution for the alignment of change plans with business objectives/constraints using novel strategies for the human assignments to activities. The proposed solution is experimentally evaluated through a prototypical implementation of a decision support system called CHANGEADVISOR, which helps IT managers to understand the trade-offs between alternative change designs and to choose change plans more aligned to the business purposes.

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:33:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao de Gleison Baioco.pdf: 1821375 bytes, checksum: 1f3ea977985979f854fd23c9e03a7bd8 (MD5) Previous issue date: 2009-08-21 A tecnologia da informação (TI) vem se tornando essencial para as organizações. Nesse contexto, o gerenciamento de TI vem evoluindo para incluir gerenciamento de serviços e governança de TI, apontando para paradigmas de gerenciamento de TI orientado ao negócio. Dessa forma, o alinhamento entre a TI e o negócio tem sido considerado como um dos fatores preponderantes para a efetividade de tais paradigmas. Em adicional, são mencionadas as contribuições provenientes da automação das atividades de gerenciamento. Acompanhando essa evolução, o gerenciamento de configuração desempenha um papel fundamental, fornecendo informações precisas da TI a todos os envolvidos no gerenciamento. Todavia, em função desse estreito relacionamento com todas as entidades ligadas ao gerenciamento, a interoperabilidade entre esses componentes tem sido caracterizada como um dos principais desafios de pesquisa em gerenciamento de redes e serviços. Nesse sentido, o uso de ontologias, em especial ontologias de fundamentação, tem sido indicado como uma maneira pro issora de se obter interoperabilidade semântica no domínio de gerenciamento de configuração, uma vez que elas expressam o significado dos conceitos do domínio, bem como os relacionamentos existentes entre eles, de forma clara e explícita. Além disso, ontologias permitem que esse significado seja definido em um formato legível por máquinas, tornando o conhecimento compartilhado não apenas por agentes humanos, mas também por sistemas computacionais, possibilitando a automação de processos. Assim, esta dissertação apresenta uma proposta de modelagem conceitual do domínio de gerenciamento de configuração, no contexto do gerenciamento de serviços e governança de TI, baseada em ontologias de fundamentação. O propósito dessa ontologia é prover um modelo conceitual desse domínio, comprometido em maximizar a expressividade, a clareza e a veracidade dos conceitos pertencentes a ele. Ademais, esta dissertação apresenta uma proposta de modelo de implementação, derivado do modelo conceitual desenvolvido. O objetivo é realizar uma prova de conceito da ontologia e também demonstrar como essa ontologia pode apoiar as atividades de gerenciamento de maneira automatizada Information technology (IT) is becoming essential for organizations. In this context, IT management has evolved to include service management and IT governance, towards business driven IT management paradigms. Thus, the alignment between IT and business has been regarded as one of the leading factors for the effectiveness of such paradigms. Furthermore, contributions arising from management activities automation are mentioned. Following this evolution, configuration management plays a key role in providing accurate IT information to all involved in management. However, due to this close relationship with all entities related to management, interoperability among these components has been characterized as one of the main research challenges in network and service management. In this sense, the use of ontologies, foundational ontologies in particular, has been indicated as a promising way to achieve semantic interoperability in the configuration management domain, since they express the meaning of domain concepts, as well as the existing relationships between them, in a clear and explicit way. Moreover, ontologies allow that this meaning be defined in a machine readable format, making the knowledge shared not only by human agents, but also by computer systems, enabling process automation. Thus, this dissertation proposes a conceptual model of configuration management domain in the context of service management and IT governance, based on foundational ontologies. The purpose of this ontology is to provide a conceptual model of this domain, committed to maximizing the expressiveness, clarity and truthfulness of concepts that belong thereto. Moreover, this dissertation proposes an implementation model, derived from the developed conceptual model. The goal is to perform an ontology proof of concept and also demonstrate how this ontology can support the management activities in an automated way

A gerência adequada de recursos e serviços de Tecnologia da Informação (TI) se tornou imperativa para o sucesso de organizações modernas. A Biblioteca de Infraestrutura de Tecnologia da Informação (Information Technology Infrastructure Library, ITIL) representa, nesse contexto, o framework mais popular para ajudar a alcançar esse fim. Para lidar com mudanças em TI, a ITIL define o processo de gerência de mudanças (change management), cujo principal objetivo é garantir que métodos e procedimentos padronizados são utilizados para o tratamento imediato e eficiente dessas mudanças. Para alcançar esse objetivo, é fundamental reutilizar a experiência adquirida com mudanças passadas no projeto de requisições futuras. A ITIL sugere o uso de modelos de mudanças (change models) como uma forma para permitir o reuso de tal experiência em mudanças recorrentes e similares. A criação de modelos de mudanças pode ser concretizada considerando duas abordagens distintas. Em uma abordagem top-down, operadores de TI podem projetar os modelos manualmente, com base no conhecimento adquirido no passado. Em uma perspectiva alternativa, bottom-up, esses modelos poderiam ser extraídos a partir de traços de mudanças passadas obtidos com orquestradores de mudanças. Na prática, no entanto, mudanças tem sido geralmente descritas e documentadas de forma ad hoc, devido `a falta de mecanismos adequados para apoiar o projeto das mesmas. Isso impede que o conhecimento adquirido na especificação, planejamento e condução de mudanças passadas seja reutilizado em requisições futuras. Para abordar esse problema, nesta dissertação são propostos (i ) o conceito de templates de mudança como um mecanismo para formalizar, preservar, e (re)usar conhecimento na especificação de mudanças recorrentes e similares, (ii ) um algoritmo para o refinamento automatizado de planos de mudanças em workflows executáveis, (iii ) um mecanismo para extrair templates de mudanças a partir de traços de execuções passadas, e (iv) uma solução fim-a-fim, apoiada por um sistema real, para permitir o planejamento e implantação de mudanças em TI. Para provar conceito e viabilidade técnica da solução proposta, foi realizada uma implementação prototípica de um sistema de gerência de mudanças chamado ChangeLedge, o qual foi utilizado para conduzir uma série de experimentos considerando mudanças típicas em TI. Os resultados alcançados indicam a efetividade da solução e eficiência do sistema, o qual é capaz de gerar planos de mudança executáveis e corretos em um período de tempo substancialmente menor que o que seria gasto por um operador humano experiente, e de extrair templates que descrevem com acurácia mudanças passadas executadas na organização. Proper management of Information Technology (IT) resources and services has become imperative for the success of modern organizations. The IT Infrastructure Library (ITIL) represents, in this context, the most widely accepted framework to help achieve this end. In order to deal with IT changes, ITIL defines the change management process, whose main goal is to ensure that standardized methods and procedures are used for the efficient and prompt handling of these changes. To meet this goal, it is of paramount importance reusing the experience acquired from previous changes in the design of subsequent ones. ITIL suggests the use of change models as a mean of enabling the reuse of such experience across recorrent, similar changes. The creation of change models can be done considering two distinct approaches. In a top-down approach, IT operators may manually design models based on the knowledge owned/acquired in the past. In contrast, in a bottom-up perspective, these models could be discovered from past execution traces gathered from IT provisioning tools. In practice, however, changes have been usually described and documented in an ad hoc fashion, due to the lack of proper mechanisms to both support the change design process. This hampers knowledge acquired when specifying, planning, and carrying out previous changes to be reused in subsequent requests. To address this problem, in this thesis we propose (i ) the concept of change templates as a mechanism to formalize, preserve, and (re)use knowledge in the specification of (recurrent and similar) IT changes, (ii ) an algorithm for the automated refinement of change plans into actionable workflows, (iii ) a mechanism to discover change templates from traces of past changes, and (iv) an end-to-end solution, supported by a real system, to allow planning and implementation of IT changes to be designed and executed. To prove concept and technical feasibility of the proposed solution, we have developed a prototypical implementation of a change management system called ChangeLedge and used it to carry out a set of experiments, considering typical IT changes. The results obtained indicate the effectiveness of the solution and efficiency of the system, which is able to generate accurate and actionable change plans in substantially less time than would be spent by a skilled human operator, and to extract templates that accurately describe IT change procedures previously executed in the organization.

Estudos recentes sobre padrões de gerenciamento em redes de produção apontam que apenas um pequeno e estático conjunto de dados de gerenciamento tende a ser utilizado. Eles também revelam que o fluxo de dados de gerenciamento é relativamente constante e que as operações em uso para a comunicação agente-gerente são reduzidas a alguns, as vezes obsoletos, conjuntos. Essa realidade demonstra uma expressiva falta de progresso nos processos de monitoração, levando em consideração o seu papel estratégico e o potencial, por exemplo, para antecipar e prevenir falhas, perdas de desempenho e problemas de segurança em redes, serviços e aplicações. Uma das razões para tal limitação recai no fato de que o operador, ainda considerado um elemento fundamental no loop de controle, já não suporta o rápido crescimento tanto do tamanho quanto da heterogeneidade de ambos os componentes de software e de hardware, os quais constituem os modernos sistemas de computação em rede. Essa forma de "administrador no loop de gerenciamento" certamente dificulta a realização de adaptações oportunas nos processos de monitoração. Para resolver este problema, esse trabalho apresenta um modelo para monitoração adaptativa de redes, serviços e aplicações inspirado na abordagem de aprendizado por reforço. O modelo é analisado por meio da implementação de um protótipo de um elemento autonômico, o qual baseia-se em valores históricos, muitas vezes inesperados, obtidos de objetos gerenciados. Por meio do raciocínio sobre essas informações, o elemento autonômico dinamicamente amplia ou restringe o conjunto de objetos gerenciados a ser monitorado. Recent investigations of management patterns in production networks suggest that just a small and static set of management data tends to be used, the flow of management data is relatively constant, and the operations in use for manager-agent communication are reduced to a few, sometimes obsolete set. This reality demonstrates an impressive lack of progress of monitoring processes, taking into account their strategic role and potential, for example, to anticipate and prevent faults, performance bottlenecks, and security problems. One of the key reasons for such limitation relies on the fact that operators, who still are a fundamental element of the monitoring control loop, can no longer handle the rapidly increasing size and heterogeneity of both hardware and software components that comprise modern networked computing systems. This form of human-in-the-loop management certainly hampers timely adaptation of monitoring processes. To tackle this issue, this work presents a model, inspired by the reinforcement learning theory, for adaptive network, service and application monitoring. The model is analyzed through a prototypical implementation of an autonomic element, which, based on historical and even unexpected values retrieved for management objects, dynamically widens or restricts the set of management objects to be monitored.

Segurança de TI tornou-se nos últimos anos uma grande preocupação para empresas em geral. Entretanto, não é possível atingir níveis satisfatórios de segurança sem que estes venham acompanhados tanto de grandes investimentos para adquirir ferramentas que satisfaçam os requisitos de segurança quanto de procedimentos, em geral, complexos para instalar e manter a infra-estrutura protegida. A comunidade científica propôs, no passado recente, modelos e técnicas para medir a complexidade de procedimentos de configuração de TI, cientes de que eles são responsáveis por uma parcela significativa do custo operacional, freqüentemente dominando o total cost of ownership. No entanto, apesar do papel central de segurança neste contexto, ela não foi objeto de investigação até então. Para abordar este problema, neste trabalho aplica-se um modelo de complexidade proposto na literatura para mensurar o impacto de segurança na complexidade de procedimentos de TI. A proposta deste trabalho foi materializada através da implementação de um protótipo para análise de complexidade chamado Security Complexity Analyzer (SCA). Como prova de conceito e viabilidade de nossa proposta, o SCA foi utilizado para avaliar a complexidade de cenários reais de segurança. Além disso, foi conduzido um estudo para investigar a relação entre as métricas propostas no modelo de complexidade e o tempo gasto pelo administrador durante a execução dos procedimentos de segurança, através de um modelo quantitativo baseado em regressão linear, com o objetivo de prever custos associados à segurança. IT security has become over the recent years a major concern for organizations. However, it doest not come without large investments on both the acquisition of tools to satisfy particular security requirements and complex procedures to deploy and maintain a protected infrastructure. The scientific community has proposed in the recent past models and techniques to estimate the complexity of configuration procedures, aware that they represent a significant operational cost, often dominating total cost of ownership. However, despite the central role played by security within this context, it has not been subject to any investigation to date. To address this issue, we apply a model of configuration complexity proposed in the literature in order to be able to estimate security impact on the complexity of IT procedures. Our proposal has been materialized through a prototypical implementation of a complexity scorer system called Security Complexity Analyzer (SCA). To prove concept and technical feasibility of our proposal, we have used SCA to evaluate real-life security scenarios. In addition, we have conducted a study in order to investigate the relation between the metrics proposed in the model and the time spent by the administrator while executing security procedures, with a quantitative model built using multiple regression analysis, in order to predict the costs associated to security.

Made available in DSpace on 2015-03-05T13:59:42Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 29 Hewlett-Packard Brasil Ltda A implantação e a configuração de aplicações em grades computacionais são tarefas exaustivas e sujeitas a erros, ainda representando elo fraco do ciclo de vida de aplicações desta natureza. Para lidar com o problema, este trabalho propõe AGrADC, uma arquitetura para instanciação sob demanda de aplicações em grades que incorpora características da Computação Autônoma.Esta arquitetura instrumenta o processo de desenvolvimento de aplicações para grades computacionais, oferecendo ferramentas para definir (a) um fluxo de implantação, respeitando pendências entre componentes que compõem a aplicação, (b) parâmentros de configuração e (c) ações a serem executadas diante de situações adversas tais como falhas. O resultado desse processo, materializado na forma de um conjunto de descrições, é repassado a um motor de instanciação, que passa utonomamente conduzir e gerenciar o processo de implantação e configuração Deployment and configuration of grid computing applications are eshaustive and error-prone tasks, representing a weak link of the lifecycle of grid applications. To adress the problem, this work proposes AGrADC, an arquitecture to instantiate grid applications on demand, which incorporates features from the Autonomic Computing paradigm. This architecture improves the grid applications development process, providing tools to define (a) a deployment flow, respecting dependencies among components that comprise the application, (b) configuration paramenters and (c) actions to be executed when adverse situations like faults arise. The result of this process, materialized in the form of a set of descriptions, is delivered to an istantiation engine, which starts to autonomously conduct and manage the deployment and configuration process.

Made available in DSpace on 2015-03-05T13:56:59Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 16 Hewlett-Packard Brasil Ltda Os serviços e as aplicações de computação móvel possuem exigências para o seu bom funcionamento, cujo atendimento é dificultado em virtude do ambiente altamente dinâmico em que estão inseridos. Nesse ambiente, o gerenciamento passa a ser peça chave para propiciar o funcionamento harmonioso tanto da infra-estrutura física, quanto das aplicações. As soluções existentes para essa finalidade se restringem à monitoração dos recursos de hardware, não oferecendo mecanismos para o gerenciamento das aplicações executadas nos dispositivos portáteis. Esta dissertação propõe uma arquitetura para gerenciamento de ambientes de computação móvel que permite obter e disseminar, de forma flexível, informações sobre o funcionamento dos dispositivos e, sobretudo, das aplicações. A arquitetura é baseada no padrão Web Services Distributed Management, que propõe o emprego de serviços Web na modelagem de interfaces de gerenciamento. A dissertação apresenta, ainda,resultados obtidos com a instanciação da arquitetura em um ambiente Mobile computing services and applications pose special requirements to run properly, whose satisfaction is hampered due to the highly dynamic environment where they are executed. In this environment, management becomes an important element to enable harmonious functioning of both the mobile physical infrastructure and the applications. Current solutions are restricted to resource monitoring, and do not provide mechanisms to manage the applications running on top of the mobile devices. This work proposes an architecture to manage mobile computing environments, which allows one to obtain and disseminate, in a flexible manner, information about the devices and the applications. The architecture is based on the Web Services Distributed Management standard. This work also presents results obtained with the instantiation of the architecture in a real setup

Made available in DSpace on 2015-03-05T13:57:00Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 7 Nenhuma Com o uso em larga escala da Internet e a proliferação de ferramentas para realização de ataques, as instituições têm se tornado alvo de uma variedade de atividades intrusivas que vão desde simples varreduras de portas até ataques mais complexos, tais como negação de serviço distribuídos e worms. Com o objetivo de desenvolver soluções capazes de minimizar as chances de um intruso obter sucesso em suas atividades, diversos projetos de pesquisa têm sido realizados, sobretudo na área de detecção de intrusão. A grande parte dessas soluções apresentam as seguintes limitações: (a) ausência de uma forma adequada para representação e descrição de cenários de ataques de múltiplas etapas, que permita modelar o fluxo em que as atividades que os compõem devem ser observadas e (b) correlacionam alertas gerados por um conjunto reduzido de sensores, enquanto o ideal é observar as evidências registradas no maior número possível de serviços. No intuito de suprir essas limitações, esta dissertação propõe uma linguagem e uma With the wide use of the Internet and the proliferation of technologies to reproduce attacks, institutions have become target of a variety of intrusion activities, ranging from simple port scans to complex attacks, such as distributed denial of services and worms. Aiming to develop solutions to minimize the intruder’s chances to succeed in his/her activities, several research projects have been carried out in the recent years, especially in the area of intrusion detection. Most of the solutions proposed present limitations since they: (a) do not provide an appropriate notation to represent and describe multistage attacks (that allows one to model the flow in which activities are expected be observed); and (b) correlate alerts produced by a reduced group of sensors, while the ideal is to observe evidences generated by the maximum number of available services. To fulfill this gap, this work proposes a language and an architecture to detect distributed multistage attacks. The proposed language, named Multistag

Made available in DSpace on 2015-03-05T13:56:59Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 23 Hewlett-Packard Brasil Ltda Contabilizar e caracterizar o uso de grades computacionais constitui uma tarefa de gerenciamento indispensável, especialmente quando essas grades são usadas em larga escala, envolvendo várias instituições e participantes. As soluções de gerência de grades existentes atualmente são limitadas: (a) por se destinarem a monitorar apenas o estado dos recursos que compõem o ambiente (como consumo de memória e espaço de armazenamento em disco),omitindo dados estatísticos e históricos sobre a execução de aplicações; (b) por não oferecem suporte à coleta, ao processamento e à consolidação de informações que são geradas por diferentes tecnologias de grade; e (c) por não oferecem um esquema seletivo para a divulgação das informações gerenciais que são obtidas. Para suprir as lacunas recém mencionadas, esta dissertação propõe uma abordagem baseada em políticas para contabilização e caracterização de uso de grades computacionais compostas por sistemas heterogêneos. A abordagem proposta se materializa através de uma arquit Accounting and characterizing the use of computational grids constitutes a management task of paramount importance, especially when they are used in large scale, involving many institutions and participants. Current grid computing management solutions are limited since they: (a) solely monitor the status of environment resources (like CPU and disk space consumption), omitting statistical and historical data about the execution of applications; (b) do not offer support for gathering, processing and consolidation of information that is generated by heterogeneous grid technologies; and (c) do not allow the specification of policies to distribute the collected information. To fullfil this gap, this work proposes an approach based on polices to account and characterize usage of grid computing infrastructures, even when such grids are formed by heterogeneous middleware. The approach is materialized through an architecture based on the Web Services Distributed Management standard. This work presents the architec

Made available in DSpace on 2015-03-05T13:56:57Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 14 Nenhuma Aplicações Peer-to-Peer (P2P) vêm ganhando espaço em ambientes acadêmicos e, sobretudo, corporativos. Nesses ambientes, a ampla adoção de tais aplicações está condicionada ao atendimento de diversos requisitos de segurança, como autenticação, con-fidencialidade e autorização. Existem algumas soluções que buscam suprir necessidades isoladas de segurança, mas possuem a desvantagem de não poderem ser usadas de maneira integrada e exigirem do usuário e do programador das aplicações a manipulação de uma interface de programação complexa, seguida de uma configuração exaustiva. Esta disser tação apresenta uma arquitetura de segurança que isola da aplicação P2P e do middleware de comunicação subjacente a implementação e a configuração dos aspectos de segurança. Esses são atendidos através de módulos isolados que implementam técnicas de segurança já consolidadas. A arquitetura foi implementada tendo como base JXTA, um middleware P2P bastante disseminado. Como estudo de caso, a arquitetura foi incorporada ao Our-Gri Peer-to-peer (P2P) applications are becoming increasingly important in academic environments and, in particular, corporative ones. In such environments, the wide adop- tion of P2P applications is subject to the fulfilment of several security requirements, including authentication, confidentiality, and authorization. There exist approaches that aim to provide specific security needs, but have two disadvantages: cannot be employed integratedly, and require the user/application programmer to manipulate a complex pro- gramming interface, followed by a cumbersome configuring process. This thesis presents a security architecture that isolates from the P2P application and the underlying com- munication middleware the implementation and configuration of security aspects. The latter are achieved through independent modules that implement well-known security techniques. The architecture was implemented using JXTA, a popular P2P middleware. As a study case, the architecture was incorporated to OurGrid, an applicati