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Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:17:28Z No. of bitstreams: 1 Andre Luis Dornelles Kern.pdf: 1749389 bytes, checksum: 9e6c90f880e19c432df56fc6700ef35b (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:17:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andre Luis Dornelles Kern.pdf: 1749389 bytes, checksum: 9e6c90f880e19c432df56fc6700ef35b (MD5) Previous issue date: 2019-02-27 The increase in the production and demand of digital content, which uses computer networks as a mean of transfer, leads to the growth of the infrastructure of these networks. The monitoring of active network devices, in turn, is necessary to provide resilient quality service. Thus, the rapid and defined identification of possible network failures or changes depends on the mapping of the nodes involved in the forwarding decisions as well as the network links. Subnet Discovery is a concept of the link layer, represented by layer 2 (L2) of the OSI (Open Systems Interconnection) model, whose purpose is to map the topology through the interconnected network interfaces in the same broadcast domain. In the analyzed techniques of topology discovery, the location of L2 devices is more complex due to the dificulty of identifying them among the network devices, with L2 devices being more numerous than L3 devices in large private networks. This work aims to explore this dificulty through network discovery with the technique that uses the Skeleton-tree algorithm, changing the method of data collection of the technique to decrease the total time used in topology discovery. Changing the active method from ICMP (Internet Control Message Protocol) to ARP (Address Resolution Protocol) presents greater speed in the complete network topology discovery process, resulting from better eficiency in updating and collecting AFT (Address Forwarding Table) data in reduced timeout scenarios. This change results in better-quality input database for the Skeleton-tree algorithm, resulting in a lower probability of failure in the implementation of topology discovery. O aumento da produção e demanda de conteúdos digitais, que utilizam redes de computadores como meio de transferência, leva ao crescimento da infraestrutura dessas redes. O monitoramento dos dispositivos de rede ativos, por sua vez, é necessário para prover serviço resiliente de qualidade. Assim, a identificação rápida e definida de possíveis falhas ou alterações na rede depende do mapeamento dos nós participantes nas decisões de encaminhamento bem como dos enlaces de rede. A descoberta de sub-rede é um conceito de camada de enlace, representada pela camada 2 (layer 2, L2) do modelo OSI (Open Systems Interconnection), que tem como propósito mapear a topologia por meio do agrupamento das interfaces de redes interconectadas em um mesmo domínio de colisão. Nas técnicas analisadas de descoberta de topologia, a localização de dispositivos L2 apresenta maior complexidade pela dificuldade de identificação deles entre os dispositivos de rede, sendo os dispositivos L2 mais numerosos que dispositivos L3 em redes privadas de grande porte. Este trabalho tem como objetivo explorar essa dificuldade através do mapeamento de rede com a técnica que utiliza o algoritmo Skeleton-tree, alterando método de coleta de dados da técnica para diminuir o tempo total utilizado na descoberta de topologia. A alteração do método ativo de ICMP (Internet Control Message Protocol) para ARP (Address Resolution Protocol) apresenta maior velocidade no processo completo de descoberta de topologia de rede, decorrente da melhor eficiência na atualização e coleta de dados das AFTs (Address Forwarding Tables) em cenários com tempo limite de espera (timeout) reduzido. Essa alteração resulta em base de dados de entrada de melhor qualidade para o algoritmo Skeleton-tree, resultando em menor probabilidade de falha na implementação da descoberta de topologia.

Não recebi financiamento High Availability is the most important aspect when discussing resiliency over telecommunications systems in the context of the adoption of the cloud computing paradigm, a big challenge for telecommunications service providers. Initiatives of NFV platform implementations like OpenMANO (strongly based on NFV standardization from ETSI) serve as base to run experiments like the one proposed in this master project, in which we describe our contribution to an implementation of management for high availability on top of platform proposed by Open Source MANO (OSM). The high availability implementation presented in this project is adherent to ETSI standardization and contributes to one of the most important NFV frameworks that up to now has not presented support to such feature. In this project, we present an experimentation over OSM implementation which involves the whole environment with its technological complexity. In concrete terms, our contribution addresses two main aspects: a proposal for information modeling based on ETSI standardization on high availability and its implementation in the OSM framework. Such implementation consists in the detection of failure by the orchestrator implying in a network reconfiguration as a mechanism to support redundancy in an active-active scenario. The experiment was tested and evaluated in a real minimalist environment to demonstrate the implementation performed to manage high availability information and re-orchestrate data flows between redundant VNFs. A alta disponibilidade é o aspecto mais importante quando discutimos a resiliência de sistemas de telecomunicações no contexto da adoção do paradigma de computação em nuvem, um grande desafio para as operadoras de telecomunicações. Iniciativas de implementações de plataformas NFV como o OpenMANO, fortemente baseado na padronização NFV da ETSI, servem de base para experimentações como as propostas neste projeto de mestrado em que ilustramos nossa contribuição para a implementação do gerenciamento da alta disponibilidade na plataforma Open Source MANO (OSM). A implementação de alta disponibilidade apresentada neste trabalho é aderente à padronização ETSI e contribui para um dos mais importantes frameworks NFV que até então não apresentava o suporte a este item. Neste projeto, apresentamos uma experimentação sobre a plataforma proposta pelo OSM que envolve todo o ambiente com sua complexidade tecnológica. Em termos concretos, nossa contribuição se insere em dois aspectos principais: uma proposta de modelagem desta informação baseada na padronização ETSI sobre alta disponibilidade e sua implementação desta no framework OSM. Tal implementação consiste na detecção de falha pelo orquestrador implicando em uma reconfiguração de rede como mecanismo de suporte à redundância em um cenário ativo-ativo. O experimento foi testado e avaliado em um ambiente real minimalista a fim de comprovar o funcionamento da implementação realizada para gerenciar a informação de alta disponibilidade e reorquestrar fluxos de dados entre VNFs redundantes.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) Monitoring tools have evolved over the years to keep support of advances in computer network technology, adapting to new paradigms such as virtualization, software orientation, and more recently a programmable data plan. However, few advances have been made in the area of interface and interaction in network management systems, nor to know about the main actor, the network administrator, who uses these tools to solve problems and make decisions. Thus, in the current dissertation we present a investigation based on the HCI perspective, through the analysis of data collected in both field researches and experimental approaches, which together enabled the development of recommendations for software developers to the (re)design of data in network monitoring tools. Ao longo dos anos, as ferramentas de monitoramento têm evoluído para acompanhar os avanços da tecnologia na área de redes de computadores, se adaptando a novos paradigmas como a virtualização, à orientação a softwares, e mais recentemente, a um plano de dados programável. Entretanto, poucos avanços foram feitos na área de interface e interação nos sistemas de gerência de rede, tão pouco em conhecer o ator principal, o administrador de rede, o qual utiliza as ferramentas de monitoramento para resolver problemas e tomar decisões. Portanto, no presente estudo, apresentamos uma investigação baseada na perspectiva de IHC, através da análise de dados coletados em uma pesquisa de campo e em um experimento, os quais possibilitaram a elaboração de recomendações para desenvolvedores de software, visando o (re)design de visualizações de dados de ferramentas de monitoramento de rede. FAPESP: 2015/19766-9

Orientador: Edmundo Roberto Mauro Madeira, Nelson Luis Saldanha da Fonseca Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação Resumo: À medida que novas tecnologias de rede são desenvolvidas, torna-se mais complexa a tarefa de gerenciar os serviços e protocolos de comunicação. Diante de tal complexidade, a gerência das redes de comunicação atuais representa um grande desafio. As soluções de gerência tradicionais, com uma arquitetura centralizada, não apresentam um alto grau de escalabilidade e não são capazes de prover reconfiguração dinâmica dos protocolos de comunicação em reposta às constantes mudanças nas condições da rede. Neste trabalho, apresenta-se uma solução factível e eficaz para auto-configuração de protocolos de comunicação. Propõe-se uma abordagem cognitiva para a reconfiguração dinâmica de parâmetros de protocolos a fim de evitar a degradação de desempenho resultante de eventuais alterações nas condições da rede. O arcabouço proposto, denominado CogProt, provê, através de mecanismos de aprendizagem e decisão, o ajuste de parâmetros dos protocolos durante a operação da rede. Parâmetros de interesse são periodicamente reconfigurados de acordo com informações de monitoramento a fim de aumentar o desempenho médio do sistema como um todo. A abordagem proposta é descentralizada e pode ser aplicada no ajuste dinâmico de uma ampla variedade de protocolos em diferentes camadas da arquitetura da rede. Apresenta-se uma série de estudos de caso para ilustrar a aplicação da abordagem proposta. Estudos baseados em simulação e um experimento em um ambiente de rede real foram realizados para avaliar o desempenho do arcabouço CogProt. Os resultados demonstram a eficácia da abordagem proposta em reagir prontamente às mudanças no estado da rede e melhorar o desempenho médio dos protocolos Abstract: As network technologies evolve, the complexity of managing communication infrastructures and protocols increases. Such complexity makes the management of current communication networks a major challenge. Traditional centralized solutions for network management are not scalable and are incapable of providing continuous reconfiguration of network protocols in response to time-varying conditions. In this work, we present a feasible and effective solution for self-configuration of communication protocols. We propose a cognitive approach for dynamic reconfiguration of protocol parameters in order to avoid performance degradation as a consequence of changing network conditions. The proposed cognitive framework, called CogProt, provides runtime adjustment of protocol parameters through learning and reasoning mechanisms. It periodically reconfigures the parameters of interest based on acquired knowledge to improve system-wide performance. The proposed approach is decentralized and can be applied to runtime adjustment of a wide range of protocol parameters at different layers of the protocol stack. We present a number of case studies to illustrate the application of the proposed approach. Both simulation and wide-area network experiments were performed to evaluate the performance of the proposed approach. Results demonstrate the effectiveness of the proposed approach to improve overall performance for different network scenarios and also to avoid performance degradation by timely reacting to network changes Doutorado Ciência da Computação Doutor em Ciência da Computação

Diagnosticar anomalias em grandes redes corporativas consome tempo considerável das equipes de suporte técnico, principalmente pela complexidade das inúmeras interações existentes entre as aplicações e os elementos de rede (servidores, roteadores, enlaces, etc.). Nos últimos anos, vários trabalhos cientí cos propuseram ferramentas automatizadas para detecção de anomalias em ambientes distribuídos. As ferramentas são divididas em dois grandes grupos: as que usam abordagens intrusivas, em que as aplicações precisam ser alteradas para registrar eventos de comunicação e facilitar o rastreamento de problemas; e as não intrusivas, em que pacotes são capturados diretamente da rede e técnicas estatísticas são aplicadas para inferir, com um certo grau de con ança, as possíveis causas dos problemas. As duas abordagens possuem vantagens e desvantagens. Entretanto, as técnicas não intrusivas são mais aceitas pela facilidade de implantação e também por não exigirem que aplicações já desenvolvidas sejam alteradas para incluir mecanismos de registro de eventos. A abordagem mais completa e promissora para a solução desse problema, denominada Sherlock, utiliza traços de rede para construir automaticamente um Grafo de Inferência (GI) que modela as múltiplas interações e dependências presentes em um ambiente distribu ído. Apesar do progresso feito por Sherlock na modelagem do problema, o seu tempo de execução para inferir as possíveis causas e a precisão dos resultados de detecção das anomalias ainda deixam a desejar. Este trabalho propõe Nemo, uma ferramenta que explora conhecimento especí co do domínio do problema e uma propriedade teórica de Redes Bayesianas para reduzir signi- cativamente um GI e, consequentemente, o tempo de execução. Resultados de simulação utilizando dados reais e sintéticos mostram que Nemo reduz o tempo de execução de Sherlock em mais de 90% e melhora sua precisão em todos os cenários simulados. Além disso, este trabalho também apresenta uma extensa revisão bibliográ ca sobre o assunto e compara ções qualitativas dos principais métodos propostos na literatura.

Orientadores: Leonardo de Souza Mendes, Mario Lemes Proença Junior Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Estratégias voltadas para a detecção de anomalias em redes de computadores emitem alarmes como forma de notificação ao administrador de rede. Esses alarmes são essenciais para a gerencia de rede, pois são evidencias de uma anormalidade. Entretanto, uma única anomalia pode gerar um numero excessivo de alarmes, tornando a inspeção manual inviável. Nesta dissertação, e apresentado um sistema de correlação de alarmes automatizado, divido em três camadas, que obtém os alarmes primitivos e apresenta ao administrador de rede uma visão global do cenário afetado pela anomalia. A camada de pré-processamento faz a compressão dos alarmes utilizando seus atributos espaciais e temporais, os quais são reduzidos a um único alarme denominado DLA (Alarme em Nível de Equipamento). A camada de correlação busca, através dos DLAs e de informações sobre a topologia da rede, inferir o caminho de propagação da anomalia, sua origem e destino. A camada de apresentação prove a visualização do caminho e elementos de redes afetados pela propagação da anomalia. O sistema apresentado nesta dissertação foi aplicado em diversos cenários que apresentavam anomalias reais detectadas na rede da Universidade Estadual de Londrina. Foi demonstrada sua capacidade de identificar, de forma automatizada, o caminho de propagação do trafego anômalo, proporcionando informações úteis e corretas ao administrador de rede para o diagnostico do problema Abstract: Anomaly detection systems for computer networks send alarms in order to notify the network administrator. These alarms are essential for network management because they are evidences of an abnormality. However, a single anomaly may generate an excessive volume of alarms, making the manual inspection unfeasible. In this work, it is presented an automated alarm correlation system divided into three layers, which obtains raw alarms and presents to network administrator a global view of the scenario affected by the anomaly. In the preprocessing layer, it is performed the alarm compression using their spatial and temporal attributes, which are reduced to a unique alarm named DLA (Device Level Alarm). The correlation layer aims to infer the anomaly propagation path and its origin and destination using DLAs and network topology information. The presentation layer provides the visualization of the path and network elements affected by the anomaly propagation through the network. The presented system was applied in various scenarios that had real anomalies detected on the State University of Londrina network. It demonstrated its ability to identify in an automated manner the anomalous traffic propagation path, providing useful and accurate information to the network administrator to diagnose the problem Mestrado Telecomunicações e Telemática Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Leonardo de Souza Mendes, Mario Lemes Proença Junior Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Anomalias em redes de computadores são desvios súbitos e acentuados que ocorrem no tráfego em consequência de diversas situações como defeitos em softwares, uso abusivo de recursos da rede, falhas em equipamentos, erros em configurações e ataques. Nesta tese, é proposto um sistema de detecção de anomalias em redes de computadores baseado em três níveis de análise. O primeiro nível de análise é responsável por comparar os dados coletados em um objeto SNMP (Simple Network Management Protocol) com o perfil de operações normais da rede. O segundo nível de análise correlaciona os alarmes gerados no primeiro nível de análise utilizando um grafo de dependências que representa as relações entre os objetos SNMP monitorados. O terceiro nível de análise reúne os alarmes de segundo nível utilizando informações sobre a topologia de rede e gera um alarme de terceiro nível que reporta a propagação da anomalia pela rede. Os testes foram realizados na rede da Universidade Estadual de Londrina, utilizando situações reais. Os resultados mostraram que a proposta apresentou baixas taxas de falsos positivos combinadas a altas taxas de detecção. Além disso, o sistema foi capaz de correlacionar alarmes gerados para diferentes objetos SNMP em toda a rede, produzindo conjuntos menores de alarmes que ofereceram ao administrador de redes uma visão panorâmica do problema Abstract: Anomalies in computer networks are unexpected and significant deviations that occur in network traffic due to different situations such as software bugs, unfair resource usage, failures, misconfiguration and attacks. In this work, it is proposed an anomaly detection system based on three levels of analysis. The first level of analysis is responsible for comparing the data collected from SNMP (Simple Network Management Protocol) objects with the profile of network normal behavior. The second level of analysis correlates the alarms generated by the first level of analysis by using a dependency graph, which represents the relationships between the SNMP objects. The third level of analysis correlates the second level alarms by using network topology information. The third level generates a third level alarm that presents the anomaly propagation path through the network. Tests were performed in the State University of Londrina network, exploring real situations. Results showed that the proposal presents low false positive rates and high detection rates. Moreover, the proposed system is able to correlate alarms that were generated for SNMP objects at different places of the network, producing smaller sets of alarms that offer a wide-view of the problem to the network administrator Doutorado Telecomunicações e Telemática Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Edmundo Roberto Mauro Madeira Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação Resumo: A evolução tecnológica ocorrida nas últimas décadas proporcionou o acentuado crescimento da Internet, o surgimento de novos dispositivos capazes de conectarem-se a ela, como sensores e PDAs, e a criação de uma multitude de aplicações online. Esse novo cenário trouxe desafios muito distantes dos inicialmente considerados na criação da Internet, surgindo assim a necessidade de novas arquiteturas para atendê-los genuinamente: as Redes de Próxima Geração (Next Generation Networks (NGNs)). Com a crescente facilidade de acesso, a Internet tem ganhado uma importância cada vez maior na vida cotidiana e atividades como transações bancárias, jogos online e videoconferências têm demandado cada vez mais segurança, rapidez e largura de banda. Para assegurar essas características nas NGNs, o gerenciamento da qualidade de serviço (Quality of Service (QoS)) é essencial e terá que enfrentar grandes desafios como mobilidade, heterogeneidade de tecnologia e autonomia de nós e domínios. Visando abordar esse desafio, este trabalho apresenta uma estratégia para reserva de recursos no gerenciamento de QoS inter-domínios em Redes de Próxima Geração. Essa estratégia leva em conta a alta mobilidade esperada nas NGNs e propõe a reutilização de reservas para acelerar o restabelecimento da QoS após movimentações de nós ou redes. Para a implementação dessa estratégia, optou-se pela adaptação do Virtual Topology Service, o qual é um serviço que permite aos domínios divulgarem informações de QoS, através de topologias virtuais, e negociarem reservas de recursos independentemente da tecnologia que utilizar~ao para concretizar essas reservas. A estratégia proposta e sua implementação foram testadas em diferentes cenários de mobilidade em um protótipo de NGN real. A análise dos resultados dos testes mostrou que o reuso de reservas acelera a reserva de novos recursos e, consequentemente, o restabelecimento da qualidade de serviço esperada pelo usuário Abstract: The technological evolution that happened on the last decades fostered the steep growth of the Internet, the creation of new Internet capable devices, like sensors and PDAs, and the creation of a multitude of online applications. This new scenario brought challenges very different from those initially considered on the creation of the Internet, so emerged the need for new architectures that genuinely address them: the Next Generation Networks (NGNs). With continuously easier access, the Internet is becoming extremely important to our daily lives and activities like banking transactions, online games and videoconference are demanding more security, speed and bandwidth. In order to ensure these characteristics in NGNs, the quality of service (QOS) management is essential and will have to face great challenges like mobility, technology heterogeneity, and domain and node autonomy. Aiming to address these challenges, this work presents a strategy for resource reservation in inter-domain QoS management in Next Generation Networks. This strategy takes into account the high mobility expected in NGNs and proposes the reuse of reservations to speed up the QoS reestablishment after node or network movements. For the implementation of this strategy, we decided to adapt the Virtual Topology Service, which is a service that helps the domains to advertise QoS information, through virtual topologies, and to negotiate resource reservations independently from the technology they will use to enforce these reservations. The proposed strategy and its implementation were tested in different mobility scenarios over a real NGN prototype. The analysis of the test results showed that the reservation reuse accelerates the reservation of new resources and, consequently, the reestablishment of the QoS expected by the user Mestrado Ciência da Computação Mestre em Ciência da Computação