Η δομή της εργασίας χωρίζεται σε πέντε μέρη. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια παρουσίαση των δικτύων υπολογιστών και του μοντέλου αναφοράς OSI που χρησιμοποιείται για την περιγραφή τους. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται το πρωτόκολλο επικοινωνίας TCP και αναλύονται οι μηχανισμοί και οι υπηρεσίες που παρέχει. Στο τρίτο κεφάλαιο μελετάται η υλοποίηση του πρωτοκόλλου TCP στον πυρήνα του λειτουργικού συστήματος Linux και προτείνονται μέθοδοι εκτενούς παρακολούθησης της λειτουργίας του σε πραγματικό χρόνο χρησιμοποιώντας τις δυνατότητες που παρέχει ο πυρήνας του λειτουργικού συστήματος. Το τέταρτο κεφάλαιο περιλαμβάνει την πειραματική διαδικασία. Μέσα από συγκεκριμένα σενάρια που υλοποιούνται σε ένα οικιακό τοπικό δίκτυο, εξετάζεται και αξιολογείται η λειτουργία πέντε διαφορετικών αλγορίθμων συμφόρησης του πρωτοκόλλου TCP, οι οποίοι αποτελούν κομμάτι του πυρήνα του λειτουργικού συστήματος. Τέλος στο πέμπτο κεφάλαιο παίρνοντας σαν αφορμή τα αποτελέσματα της συγκριτικής αξιολόγησης των πέντε αλγορίθμων προτείνονται μικρές τροποποιήσεις στον κώδικα του ενός από αυτούς με στόχο την βελτίωση της λειτουργίας του στο συγκεκριμένο τοπικό δίκτυο. / Η δομή της εργασίας χωρίζεται σε πέντε μέρη. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια παρουσίαση των δικτύων υπολογιστών και του μοντέλου αναφοράς OSI που χρησιμοποιείται για την περιγραφή τους. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται το πρωτόκολλο επικοινωνίας TCP και αναλύονται οι μηχανισμοί και οι υπηρεσίες που παρέχει. Στο τρίτο κεφάλαιο μελετάται η υλοποίηση του πρωτοκόλλου TCP στον πυρήνα του λειτουργικού συστήματος Linux και προτείνονται μέθοδοι εκτενούς παρακολούθησης της λειτουργίας του σε πραγματικό χρόνο χρησιμοποιώντας τις δυνατότητες που παρέχει ο πυρήνας του λειτουργικού συστήματος. Το τέταρτο κεφάλαιο περιλαμβάνει την πειραματική διαδικασία. Μέσα από συγκεκριμένα σενάρια που υλοποιούνται σε ένα οικιακό τοπικό δίκτυο, εξετάζεται και αξιολογείται η λειτουργία πέντε διαφορετικών αλγορίθμων συμφόρησης του πρωτοκόλλου TCP, οι οποίοι αποτελούν κομμάτι του πυρήνα του λειτουργικού συστήματος. Τέλος στο πέμπτο κεφάλαιο παίρνοντας σαν αφορμή τα αποτελέσματα της συγκριτικής αξιολόγησης των πέντε αλγορίθμων προτείνονται μικρές τροποποιήσεις στον κώδικα του ενός από αυτούς με στόχο την βελτίωση της λειτουργίας του στο συγκεκριμένο τοπικό δίκτυο.

Στόχος της εργασίας είναι η μελέτη των κατανεμημένων επιθέσεων άρνησης υπηρεσίας σε δίκτυα υπολογιστών καθώς και οι τρόποι αντιμετώπισής και αναγνώρισής τους με χρήση νευρωνικού δικτύου. / The aim of this work is the study of distributed denial of service attacks on computer networks. Analyze the methods of DDoS attacks as well as how to deal and recognize them by using neural network.

Τις τελευταίες δεκαετίες η ασφάλεια υπολογιστών και δικτύων έχει τραβήξει το ενδιαφέρον τόσο των ερευνητών όσο και της βιομηχανίας. Το ενδιαφέρον αυτό συνεχίζει να αυξάνεται με εκθετικό ρυθμό τα τελευταία χρόνια λόγω των συνεχώς αυξανόμενων επιθέσεων, της συνεχούς μεγέθυνσης των εταιρικών και κυβερνητικών δικτύων καθώς και την ολοένα αυξανόμενη χρήση και αξιοποίηση των υπολογιστικών συστημάτων σε κάθε πτυχή της ανθρώπινης δραστηριότητας. Στο πολύ ενεργό αυτό πεδίο, προκύπτουν συνέχεια νέα προβλήματα και παρουσιάζονται συνεχώς νέες ιδέες για την επίλυσή τους. Μία από τις πιο υποσχόμενες είναι η σουίτα IPsec, η οποία προστατεύει την κίνηση των δικτύων στο επίπεδο IP της στοίβας πρωτοκόλλων του Internet, TCP/IP. Η εφαρμογή του έχει ήδη ξεκινήσει τα τελευταία χρόνια, σε μικρή κλίμακα, αλλά με την μετάβαση που προβλέπεται να γίνει από το IPv4 στο IPv6, η υλοποίηση του IPsec θα είναι υποχρεωτικό να υπάρχει σε κάθε δικτυακό σύστημα με την προοπτική της ενδυνάμωσης της ασφάλειας στο Internet. Ακόμα, η ανάπτυξη υπολογιστικών συστημάτων ειδικών εφαρμογών έχει καταφύγει τα τελευταία χρόνια στην μορφή των ενσωματωμένων συστημάτων (embedded systems). Για την σχεδίαση και πιστοποίηση της ορθής λειτουργίας αυτών των συστημάτων είναι σύνηθες να χρησιμοποιούνται FPGA (Field Programmable Gated Array) chip ενώ η τελική μορφή του συστήματος είναι συνήθως υλοποιημένη σε ASIC (Application Specific Integrated Circuit) διότι δίνει τα πλεονεκτήματα μεγαλύτερης ταχύτητας και μικρότερης κατανάλωσης ενέργειας σε σχέση με τα FPGA. Στην παρούσα διπλωματική εργασία σχεδιάστηκε το πρωτόκολλο IPsec ως ένα ενσωματωμένο σύστημα υλικού-λογισμικού και υλοποιήθηκε στην πλατφόρμα FPGA Virtex 5 της εταιρείας Xilinx. Το ενσωματωμένο σύστημα εμπεριέχει έναν επεξεργαστή Microblaze και επιταγχυντές υλικού (hardware accelerators). Η υλοποίηση έγινε με αποδοτική συσχεδίαση υλικού και λογισμικού ώστε να γίνεται αξιοποίηση των πλεονεκτημάτων και των δύο. Συγκεκριμένα, σε υλικό σχεδιάστηκαν οι, απαιτητικοί σε χρόνο, κρυπτογραφικοί πυρήνες του συστήματος, CBC-AES-128 και HMAC-SHA1-96, ενώ το υπόλοιπο τμήμα του IPsec σχεδιάστηκε σε λογισμικό. Για την σχεδίαση και υλοποίηση του ακολουθήθηκαν οι προδιαγραφές που δίνονται στα αντίστοιχα Data-Sheets και RFCs (Request For Comments) και έγινε προσπάθεια να υλοποιηθεί όσο το δυνατόν μεγαλύτερο μέρος αυτών και με όση το δυνατόν ακρίβεια. Τέλος, έγινε on-chip πιστοποίηση ορθής λειτουργίας του συστήματος στην αναπτυξιακή πλακέτα ML507 (Virtex-5) με σύνδεση της σε ένα δίκτυο υπολογιστών και κρυπτογράφηση/αποκρυπτογράφηση πραγματικών πακέτων δεδομένων. / Computer and network security have been of great interest within the research and the industrial community for the last decades. This interest still grows exponentially due to continually growing attacks in number and scale, the growth of corporative and government networks and the increasing use and trust of computer systems in every aspect of life. Many new problems and many new ideas and solutions have occurred in this active field. One of the most promising is the IPsec protocol suite, which protects network traffic in the IP level of the internet protocol stack, TCP/IP. Its usage begun a few years ago, in small scale, but with the foreseeing transition from IPv4 to IPv6, it will be mandatory for every networking system to have an IPsec implementation, with the perspective of strengthening Internet security. Moreover, development of application specific systems turned to embedded system solutions. For the development and verification process of embedded systems, it’s usual the usage of FPGA (Field Programmable Gate Array) chips, while the final form of the system is, in most cases, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) system because of the advantages in speed and low power consumption. The current diploma thesis deals with the design and implementation of IPsec protocol suite in the form of a hardware-software embedded system, using the Virtex 5 FPGA platform, product of the company Xilinx. It uses a Microblaze processor and hardware accelerators. The system is designed with hardware/software co-design, utilizing efficiently their advantages. Specifically, the most time consuming cryptographic components, CBC-AES-128 and HMAC-SHA1-96, are implemented in hardware, while the rest of the IPsec is implemented in software. The implementation followed the corresponding Data-Sheets and RFC (Request For Comments) specifications as much as possible in the manner of features and implementation accuracy. Finally, the system was interconnected as part of a computer network and was verified with processing of real packets.

Περιληπτικά, στη συγκεκριμένη διδακτορική διατριβή μελετήθηκαν οι θεωρίες της βελτιστοποίησης και των κατανεμημένων αλγορίθμων με σκοπό την χρήση τους σε ένα διομότιμο σύστημα σύγχρονου διαμοιρασμού αντικειμένων. Επιπλέον μελετήθηκε το περιβάλλον και οι συνθήκες λειτουργίας ενός τέτοιου συστήματος. καθώς και τα χαρακτηριστικά του. Αποτέλεσμα της μελέτης αυτής είναι η εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με τις απαιτήσεις που πρέπει να πληρούνται κατά τη δημιουργία ενός διομότιμου συστήματος σύγχρονου διαμοιρασμού αντικειμένων και οι τεχνικοί στόχοι που πρέπει αυτό να ικανοποιεί. Με αυτά τα κριτήρια σχεδιάστηκε η αρχιτεκτονική του συστήματος και ορίστηκαν τα προβλήματα που πρέπει να επιλυθούν. Για την λειτουργία ενός τέτοιου συστήματος ορίστηκαν οι ακόλουθες απαιτήσεις: • Μεγιστοποίηση της χρήσης από το σύστημα του διαθέσιμου εύρους ζώνης των συμμετεχόντων κόμβων. Φυσικά, οι κόμβοι έχουν ετερογενείς τιμές του διαθέσιμου εύρους ζώνης και, μάλιστα, με μεγάλη διασπορά. • Ελαχιστοποίηση της καθυστέρησης από τη στιγμή δημιουργίας ενός αντικειμένου μέχρι τον διαμοιρασμό του σε κάθε συμμετέχοντα κόμβο. • Ομοιόμορφη διαρκής κατανομή του συνολικού εύρους ζώνης του συστήματος στους συμμετέχοντες κόμβους. • Ανεκτικότητα του συστήματος στη δυναμική συμπεριφορά των χρηστών που προκαλείται από εισόδους και εξόδους των χρηστών στο σύστημα σε μη προκαθορισμένες χρονικές στιγμές. • Ικανότητα κλιμάκωσης του συστήματος σε αριθμό συμμετεχόντων χρηστών κάτι που επάγει την κατανεμημένη διαχείριση του συστήματος. • Προσαρμογή του σχεδιαζόμενου συστήματος στην κίνηση του δικτύου στο οποίο αυτό επικάθεται και ανεκτικότητά του στις μεταβολές του εύρους ζώνης των συμμετεχόντων κόμβων. • Ελαχιστοποίηση του φορτίου το οποίο εισάγει η λειτουργία του συστήματος στο δίκτυο. Για τη λειτουργία του προτεινόμενου συστήματος απαιτείται η δημιουργία ενός γράφου διασύνδεσης. Ως γράφος διασύνδεσης ορίζεται ο γράφος που προκύπτει αν κάθε κόμβος συνδεθεί με ένα μικρό υποσύνολο των συμμετεχόντων κόμβων που ονομάζονται και γείτονες του κόμβου. Για την ικανοποίηση των προαναφερθεισών απαιτήσεων. μελετήθηκαν τα χαρακτηριστικά του γράφου διασύνδεσης και προέκυψε ότι κάθε κόμβος: α) πρέπει να έχει γείτονες με όσο το δυνατόν μικρότερη δικτυακή καθυστέρηση μεταξύ τους, β) πρέπει να έχει αριθμό εξερχόμενων συνδέσεων ανάλογο με το εύρος ζώνης του, γ) οι συνδέσεις αυτές πρέπει να κατανέμονται ομοιόμορφα στους συμμετέχοντες κόμβους για την ικανοποίηση των αναγκών όλων των κόμβων, δ) οι κόμβοι με σχετικά μεγάλο εύρος ζώνης πρέπει να ομαδοποιούνται στο γράφο με σκοπό την γρήγορη αρχικά διάχυση του αντικειμένου και ε) ο γράφος διασύνδεσης πρέπει να αναδιατάσσεται δυναμικά έτσι ώστε να διατηρεί τις ιδιότητες αυτές στο δυναμικό δικτυακό περιβάλλον που επικάθεται και για δυναμική συμπεριφορά των συμμετεχόντων κόμβων. Για την ικανοποίηση αυτών των τεχνικών στόχων αναπτύχθηκε μία δομή του γράφου που ικανοποιεί αυτά τα χαρακτηριστικά. Η βελτιστοποίηση του γράφου γίνεται μέσω αλγορίθμων κατά την λειτουργία των οποίων κάθε κόμβος επιλέγει περιοδικά ένα τυχαίο κόμβο ο οποίος είναι γείτονάς του στον γράφο διασύνδεσης. Μεταξύ των δύο αυτών κόμβων εκτελείται ανακατανομή των γειτόνων τους με σκοπό την εξισορρόπηση του αριθμού των γειτόνων που κάθε ένας από αυτούς διαθέτει. αλλά και την ελαχιστοποίηση της μέσης καθυστέρησης που έχουν αθροιστικά οι κόμβοι από τους γείτονές τους. Οι αλλαγές στον γράφο διασύνδεσης που προκύπτουν από κάθε εκτέλεση του αλγορίθμου αυτού μεταβάλλουν και τους γείτονες ενός υποσυνόλου κόμβων εκτός των δύο συμμετεχόντων στον αλγόριθμο εναλλαγής. Οι αλλαγές αυτές επιφέρουν άλλες αλλαγές με την σειρά τους και έτσι προκύπτει τελικά ένας γράφος διασύνδεσης όπου κάθε κόμβος έχει τον προκαθορισμένο αριθμό γειτόνων και. παράλληλα. ελαχιστοποιείται το άθροισμα των μέσων δικτυακών καθυστερήσεων που έχουν οι συμμετέχοντες κόμβοι με τους γείτονές τους. Για τον διαμοιρασμό του αντικειμένου ο δημιουργός του το τεμαχίζει σε τεμάχια (μπλοκ). Τα τεμάχια προωθούνται σε ένα πολύ μικρό σύνολο κόμβων και αποτελούν τις λογικές μονάδες δεδομένων που ανταλλάσσονται μεταξύ των κόμβων. Σκοπός είναι ο διαμοιρασμός του κάθε τεμαχίου σε κάθε κόμβο μέσα σε ένα προκαθορισμένο χρονικό διάστημα. Για την ανταλλαγή τεμαχίων μεταξύ των γειτόνων του γράφου διασύνδεσης του προς διαμοιρασμού αντικειμένου μεταξύ των συμμετεχόντων κόμβων αναπτύχθηκε ένας Κατανεμημένος Χρονοπρογραμματιστής Ανταλλαγής Τεμαχίων (ΚΧΑΤ). Τεχνικοί στόχοι της ανάπτυξης του ΚΧΑΜ αποτέλεσαν α) ο χρονισμός διαπραγμάτευσης αποστολής τεμαχίων μεταξύ κάθε αποστολέα και παραλήπτη, β) η γρήγορη διάδοση πρόσφατα παραγόμενων τεμαχίων και σπάνιων σε μία γειτονία του γράφου διασύνδεσης (τεμάχια που δημιουργήθηκαν μεταγενέστερα από άλλα ευνοούνται από το χρονοπρογραμματιστή αρχικά για την επιτυχή και γρήγορη διάδοσή τους σε μία κρίσιμη μάζα από κόμβους), γ) η τροφοδότηση όλων των κόμβων με ομοιόμορφο και σταθερό ρυθμό, δ) η προτεραιότητα σε κόμβους με μεγάλο εύρος ζώνης, ε) η αποφυγή μετάδοσης του ίδιου τεμαχίου από δύο αποστολείς προς τον ίδιο παραλήπτη και στ) η αποφυγή μιας κατάστασης όπου αποστολέας και παραλήπτης δεν έχουν τεμάχια προς ανταλλαγή. Ο χρονισμός του ΚΧΑΜ που αναπτύχθηκε αποτελείται από τρείς φάσεις. Στην πρώτη φάση που εκτελείται περιοδικά από κάθε αποστολέα εκδίδεται και αποστέλλεται στους πιθανούς παραλήπτες ένα σύνολο από «κουπόνια» μεγέθους ανάλογου με το εύρος ζώνης του αποστολέα. Στη δεύτερη φάση ο εκάστοτε παραλήπτης ζητά προκαταβολικά ένα τεμάχιο στην περίπτωση που επιλεγεί από τον αποστολέα για μετάδοση τεμαχίου. Στην τρίτη φάση ο αποστολέας επιλέγει τον παραλήπτη ακριβώς πριν την μετάδοση κάθε τεμαχίου και αποστέλλει το τεμάχιο που έχει ζητηθεί. Ο αλγόριθμος ο οποίος προτείνεται για τη δημιουργία κουπονιών έχει ως στόχο τη μεγιστοποίηση της χρήσης του εύρους ζώνης όλων των κόμβων και την ικανοποίηση των αναγκών κάθε συμμετέχοντα κόμβου. Είναι αυτός που, στην ουσία, καθορίζει τις ροές δεδομένων μεταξύ των γειτόνων του γράφου διασύνδεσης. Η χρησιμότητά του αναδεικνύεται σε περιπτώσεις όπου ο ρυθμός αναπαραγωγής του προς διαμοιρασμό αντικειμένου είναι παρόμοιος με το μέσο εύρος ζώνης του συστήματος. Οι απαιτήσεις του αλγορίθμου ζήτησης τεμαχίων μοντελοποιούνται μέσω της γραμμικής βελτιστοποίησης και διασφαλίζεται η γρήγορη και αποτελεσματική διάχυση των τεμαχίων ελαχιστοποιώντας την ύπαρξη ανενεργών πόρων. Τέλος, ο αλγόριθμος επιλογής γείτονα είναι αυτός που ρυθμίζει την ομοιόμορφη κατανομή του εύρους ζώνης στους συμμετέχοντες κόμβους, αλλά και δίνει προτεραιότητα στους κόμβους με μεγάλο εύρος ζώνης έτσι ώστε να επιτευχθεί ο γρήγορος διαμοιρασμός κάθε τεμαχίου και η ελαχιστοποίηση της καθυστέρησης του συστήματος. Η αξιολόγηση της προτεινόμενης αρχιτεκτονικής, της τοπολογίας του γράφου διασύνδεσης και του ΚΧΑΜ, έγινε μέσω προσομοίωσης σε προσομοιωτή δικτυακών συστημάτων. Μοντελοποιήθηκε το εύρος ζώνης των συμμετεχόντων κόμβων και δικτυακές καθυστερήσεις χρησιμοποιώντας πραγματικά δεδομένα από διομότιμα συστήματα.. Το σύστημα που αναπτύχθηκε μοντελοποιήθηκε πλήρως σε επίπεδο πακέτου. Εξετάστηκαν αρκετά σενάρια αξιολόγησης του συστήματος τα οποία, μεταξύ άλλων, περιλαμβάνουν, ευαισθησία του συστήματος σε παραμέτρους των προτεινόμενων αλγορίθμων, δυναμικά σενάρια όσον αφορά τη συμπεριφορά των χρηστών και του δικτύου και σενάρια εύρεσης των ορίων του προτεινόμενου συστήματος. Η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων έδειξε ότι ικανοποιούνται οι απαιτήσεις που τέθηκαν για τη δημιουργία του συστήματος, καθώς και βελτίωση της συμπεριφοράς του συστήματος σε σχέση με αντίστοιχα συστήματα της διεθνούς βιβλιογραφίας με τα οποία συγκρίθηκε. / Peer-to-peer live streaming is a network application, where peers (users) contribute their upload bandwidth for the real time distribution of a video stream. The objective of this work is the optimization of this data diffusion with a distributed and self-organized architecture. Peers have heterogeneous and dynamic uploading bandwidth. This fact combined with the characteristics of the topology of the underlying network and the dynamic traffic conditions e.g. latency create a volatile and complex environment for P2P live streaming delivery, which strongly affect the success of a P2P system measured by a number of performance metrics. The first important factor is the uploading bandwidth utilization that corresponds to the ability of the system to exploit as much as possible of the overall uploading bandwidth of the participating peers. The maximization of the upload bandwidth utilization increases the video playback delivery rate and ensures the stability of the distribution. Equally important parameter is the setup time defined as the time interval between the generation of a block from an origin server and its delivery to every peer in the system. Furthermore, a P2P live streaming system has to remain stable and its delivery rate must remain high in a dynamic environment, where peers arrive and depart randomly. .Finally, fairness among nodes indicates the ability of the system to distribute continuously and uniformly the aggregate uploading bandwidth to the participating peers. This ensures that every peer will acquire a percentage of blocks above a critical threshold for an “affordable” video playback regardless the aggregate uploading bandwidth is not sufficient for the complete delivery of the video stream. For the development of the proposed system is required the creation of a content diffusion overlay (CDO). For every peer, CDO defines the graph which includes the subset of adjacent participating peers (neighbors) that are connected with it. For the fulfillment of the aforementioned requirements CDO must ensure the following features: • Each peer must have neighbors close to it in the underlying network. • The number of the neighbors has to be proportional to its upload bandwidth. • The number of the neighbors from which each peer receives data has to be balanced among participating peers. • In the CDO, peers with high upload bandwidth must be clustered for the fast diffusion of each video block to a critical mass of peers. • The CDO has to be adapted dynamically according to the underlying network conditions and the behavior of the participating peers. The optimization of the CDO and the fulfillment of these technical objectives is done with the use of a distributed optimization and maintenance algorithm (DOMA) that reorganizes the “neighborhoods” of CDO and so it keeps almost stable the attributes of the graph during peer arrivals and departures. It also ensures the high levels of bandwidth utilization. The algorithm based on a cost function, denoted as energy function between two nodes and can represent for example the network latency between two nodes. DOMA is executed between two neighbors that we note as initiators and their neighbors that we called satellites. Its purpose is to minimize the sum of the energy functions between initiators and satellites under the constraints on the number of neighbors that the graph structure implies. In p2p live streaming every user and/or content provider that generates a multimedia block stream is indicated as source. A P2P block exchange scheduling algorithm (P2P-BESA) ensures the distribution of each block to every user and with low latency. P2P-BESA focuses on the following properties: • The consistent message sequence between two peers for the negotiation of the transmission of a video block. • The fast diffusion of blocks that are recently produced. • The transmission of blocks to every peer with a stable and equal rate among the peers. • The prioritization of transmission to peers with relatively high upload bandwidth. • The avoidance of block retransmission. • The avoidance of content bottleneck between two peers. The decision for the transmission of a block is done in three phases. In the first phase, every peer acting as block sender issues tokens periodically proportional with its upload bandwidth. This ensures the maximization of the upload bandwidth of the participating peers and determines the data flows between participating peers. In the second phase, each peer periodically is acting as receiver and requests a different block from each one of its potential senders. As potential senders we define the set of peers that have recently sent a token to it. This algorithm ensures the fast and complete diffusion of every block by also minimizing the idle bandwidth resources in the systems. Finally in the third phase, before the transmission of each block each sender selects the destination peer according to the blocks that it misses and its upload bandwidth capabilities. The evaluation of the proposed system is done with a network simulator. A detailed packet level P2P live streaming simulator models the bandwidth of the participating peers, the network latency between them, peer arrivals and departures and finally dynamic changes in the underlying network. The evaluation of the system shows that: • It achieves very high levels of bandwidth utilization (around 95%) • low latency in the diffusion of its video block (2-4 seconds) • system is almost immune to peer arrivals and departures • very tolerant to underlying network changes Finally the proposed system outperforms when it is compared with other recently proposed systems in the international bibliography.

Τα τελευταία χρόνια το Διαδίκτυο αναπτύσσεται και επεκτείνεται με εκθετικούς ρυθμούς τόσο σε επίπεδο πλήθους χρηστών όσο και σε επίπεδο παρεχόμενων υπηρεσιών. Η ευρεία χρήση των κατανεμημένων βάσεων δεδομένων, των κατανεμημένων υπολογιστών και των τηλεπικοινωνιακών εφαρμογών βρίσκει άμεση εφαρμογή και αποτελεί θεμελιώδες στοιχείο στις επικοινωνίες, στην άμυνα, στις τράπεζες, στα χρηματιστήρια, στην υγεία, στην εκπαίδευση και άλλους σημαντικούς τομείς. Το γεγονός αυτό, έχει κάνει επιτακτική την ανάγκη προστασίας των υπολογιστικών και δικτυακών συστημάτων από απειλές που μπορούν να τα καταστήσουν τρωτά σε κακόβουλους χρήστες και ενέργειες. Αλλά για να προστατεύσουμε κάτι θα πρέπει πρώτα να καταλάβουμε και να αναλύσουμε από τι απειλείται. Η διαθεσιμότητα αξιόπιστων μοντέλων σχετικά με τη διάδοση απειλών στα δίκτυα υπολογιστών, μπορεί να αποδειχθεί χρήσιμη με πολλούς τρόπους, όπως το να προβλέψει μελλοντικές απειλές ( ένα νέο Code Red worm) ή να αναπτύξει νέες μεθόδους αναχαίτισης. Αυτή η αναζήτηση νέων και καλύτερων μοντέλων αποτελεί ένα σημαντικό τομέα έρευνας στην ακαδημαϊκή και όχι μόνο κοινότητα. Σκοπός της παρούσης εργασίας είναι η παρουσίαση κάποιων βασικών επιδημιολογικών μοντέλων και κάποιων παραλλαγών αυτών. Αναλύουμε για κάθε μοντέλο τις υποθέσεις που έχουν γίνει, τα δυνατά και αδύνατα σημεία αυτών. Αυτά τα μοντέλα χρησιμοποιούνται σήμερα εκτεταμένα προκειμένου να μοντελοποιηθεί η διάδοση αρκετών απειλών στα δίκτυα υπολογιστών, όπως είναι για παράδειγμα οι ιοί και τα σκουλήκια ( viruses and worms). Θα πρέπει εδώ να αναφέρουμε ότι οι ιοί υπολογιστών και τα σκουλήκια (worms) είναι οι μόνες μορφές τεχνητής ζωής που έχουν μετρήσιμη επίδραση-επιρροή στη κοινωνία. Επίσης αναφέρουμε συγκεκριμένα παραδείγματα όπως το Code Red worm, τον οποίων η διάδοση έχει χαρακτηριστεί επιτυχώς από αυτά τα μοντέλα. Τα επιδημιολογικά αυτά μοντέλα που παρουσιάζουμε και αναλύουμε είναι εμπνευσμένα από τα αντίστοιχα βιολογικά, που συναντάμε σήμερα σε τομείς όπως είναι για παράδειγμα ο τομέας της επιδημιολογίας στην ιατρική που ασχολείται με μολυσματικές ασθένειες. Αναλύουμε τις βασικές στρατηγικές σάρωσης που χρησιμοποιούν σήμερα τα worms προκειμένου να βρουν και να διαδοθούν σε νέα συστήματα. Παρουσιάζουμε τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα αυτών. Επίσης παρουσιάζουμε αναλυτικά κάποιες βασικές κατηγορίες δικτύων που συναντάμε σήμερα και χαρακτηρίζουν τα δίκτυα υπολογιστών. Η γνώση αυτή που αφορά την τοπολογία των δικτύων είναι ένα απαραίτητο στοιχείο που σχετίζεται άμεσα με τη διάδοση κάποιων απειλών που μελετάμε στη συγκεκριμένη εργασία. Τέλος παρουσιάζουμε και αναλύουμε ένα δικό μας μοντέλο διάδοσης απειλών με τη χρήση ενός συστήματος διαφορικών εξισώσεων βασιζόμενοι στο θεώρημα του Wormald. Θεωρούμε ότι τα δίκτυα email, Instant messaging και P2P σχηματίζουν ένα social δίκτυο. Αυτά τα δίκτυα μακροσκοπικά μπορούν να θεωρηθούν σαν μία διασύνδεση ενός αριθμού αυτόνομων συστημάτων. Ένα αυτόνομο σύστημα είναι ένα υποδίκτυο που διαχειρίζεται από μία και μόνο αρχή. Παρουσιάζουμε λοιπόν ένα μοντέλο διάδοσης βασισμένο σε αυτή τη δομή δικτύου που θα αναλύσουμε, καθώς και στις συνήθειες επικοινωνίας των χρηστών. Το μοντέλο αυτό ενσωματώνει τη συμπεριφορά των χρηστών με βάση κάποιες παραμέτρους που ορίζουμε. Επίσης προτείνουμε ένα πιο ρεαλιστικό μοντέλο σχετικά με τη προοδευτική ανοσοποίηση των συστημάτων. Η μοντελοποίηση του δικτύου έγινε με βάση το Constraint Satisfaction Problem (CSP). Χρησιμοποιώντας αυτό το μοντέλο που προτείνουμε, μπορούμε να καθορίσουμε τη διάδοση κάποιων απειλών όταν δεν έχουμε εγκατεστημένο κάποιο πρόγραμμα προστασίας ή σωστά ενημερωμένους χρήστες. / In recent years the Internet grows and expands exponentially rates at many levels of users and service level. The widespread use of distributed databases, distributed computing and telecommunications applications is directly applicable and is an essential element in the communications, defense, banks, stock exchanges in the health, education and other important areas. This has made imperative the need to protect computer and network systems from threats that may make them vulnerable to malicious users and actions. But to protect something you must first understand and analyze what is threatened. The availability of reliable models for the spread of threats to computer networks, may prove useful in many ways, such as to predict future threats (a new Code Red worm) or develop new methods of containment. This search for new and better models is an important area of research in the academic community and not only. The purpose of this work is to present some basic epidemiological models and some variations thereof. We analyze each model assumptions made, the strengths and weaknesses of these. These models are currently used extensively to disseminate montelopoiithei several threats to computer networks, eg viruses and worms (viruses and worms). It should be mentioned here that the computer viruses and worms (worms) are the only artificial life forms that have a measurable impact-influence in society. Also cite specific examples, such as Code Red worm, whose spread has been described successfully by these models. Epidemiological models are presented and analyzed are inspired by their biological, which have been created in areas such as for example the field of epidemiology in medicine that deals with infectious diseases. We analyze the basic scanning strategies used today to find worms and spread to new systems. We present the advantages and disadvantages of these. Also present in detail some basic types of networks which have been characterized and computer networks. This knowledge on the topology of networks is an essential element directly related to the dissemination of some threats are studying in this work. Finally we present and analyze our own model proliferation threats using a system of differential equations based on the theorem of Wormald. We believe that networks email, Instant messaging and P2P form a social network. These networks can be considered macroscopically as an interconnection of a number of autonomous systems. An autonomous system is a subnet managed by a single authority. Presents a diffusion model based on the network structure to be analyzed, and the communication habits of users. This model incorporates the behavior of users based on some parameters set. Also propose a more realistic model of the progressive immune systems. The modeling system was based on the Constraint Satisfaction Problem (CSP). Using this model we propose, we can determine the spread of some threats when we have established a protection program or properly informed users.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται έλεγχος της λειτουργίας ενός πλήθους διαφορετικών τεχνολογιών δικτύου, όπως το Ψηφιακό Δίκτυο Ενοποιημένων Υπηρεσιών (Integrated Services Digital Network, ISDN), ο ψηφιακός βρόχος συνδρομητή (Digital Subscriber Loop), οι τεχνολογίες SHDSL,VDSL κ.α. Αφότου έγινε μια εκτενής περιγραφή των περισσότερων τύπων δικτύων και διεξοδική μελέτη των λειτουργιών τους, προσδιορίστηκαν οι τεχνολογίες δικτύου που είναι εφικτό να μελετηθούν στα πλαίσια ενός εργαστηριακού μαθήματος. Για την επίτευξη του στόχου αυτού δη-μιουργήθηκαν μια σειρά εργαστηριακών ασκήσεων που βοηθούν στην κατανόηση τόσο των συγκεκριμένων τεχνολογιών (και των μεταξύ τους διαφορών) όσο και των πολυάριθμων ελέγχων που είναι δυνατό να διεξαχθούν για την παρακολούθηση και συντήρηση των συγκεκριμένων δικτύων. Εν κατακλείδι η εργασία αποτελεί ένα χρήσιμο εργαλείο για τη μελέτη των πιο σημαντικών τεχνολογιών δικτύου. / This diploma thesis examines the monitoring of the functions, of many network technologies such as the Integrated Services Digital Network (ISDN), the Digital Subscriber Loop (DSL), the SHDSL, VDSL technologies and more. After an extensive reference of the most network types and a comprehensive study of their functions, it has been determined which of those is possible to be examined as a part of lab course. In order for this goal to be achieved, it has been created a set of laboratory exercises that help in the understanding of these network technologies, the differences between them and the multiple tests that can be conducted for the monitoring and maintenance of those networks. In conclusion this diploma thesis is useful tool in the study of the most important network technologies.