Thesis (M.S. in computer science)--Washington State University, December 2007. / Includes bibliographical references (p. 61-69).

Orientador: Maurício Ferreira Magalhães / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-18T04:31:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pasquini_Rafael_D.pdf: 2243729 bytes, checksum: ec930672675b7ec5f267ae8611acc605 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Roteamento é uma das principais funções em redes de computadores, sendo responsável pelo encaminhamento de tráfego entre todos os pares de nós de origem e destino. O princípio de roteamento comum a protocolos usados mundialmente requer a presença de informação sobre todos os destinos disponíveis, em todos os roteadores compondo a rede, de tal forma a garantir a entrega de tráfego. Desta forma, construir redes em grande escala usando tal princípio de roteamento é amplamente aceito como não escalável. O problema intrínseco destes mecanismos está relacionado ao fato de que as tabelas de roteamento acompanham o crescimento da informação de roteamento presente na rede. Por outro lado, existem mecanismos de roteamento disponíveis na literatura que requerem apenas uma fração de toda a informação de roteamento presente na rede, provendo um melhor controle para a taxa à qual as tabelas de roteamento crescem. Neste cenário, um espaço de identificação plano é usado para identificar, univocamente, todos os nós presentes na rede e relações de vizinhança no espaço de identificação plano são estabelecidas através de uma rede sobreposta, construída sob um substrato de rede, como, por exemplo, uma rede IP. Entretanto, manter a coerência desta rede sobreposta é desafiador, uma vez que os nós podem mudar seus pontos de conexão no substrato de rede, resultando no uso de diferentes endereços (IPs) e requerendo mecanismos para manter ativa a associação entre a rede sobreposta e o substrato de rede. Neste contexto, este trabalho propõe o uso de uma organização de rede alternativa, onde nenhum substrato de rede é necessário para prover a comunicação entre nós no espaço de identificação. O mecanismo de roteamento plano proposto é baseado em uma métrica de ou-exclusivo (XOR) e no conceito de visibilidade local. Tal combinação acarreta a criação de uma estrutura de rede em malha e promove a integração entre o espaço de identificação plano e a estrutura física da rede. Basicamente, o mecanismo de roteamento baseado em operações de XOR efetua roteamento diretamente sob identificadores planos. Este trabalho apresenta a especificação completa do protocolo, descrevendo suas principais propriedades relacionadas ao tamanho das tabelas de roteamento, à quantidade de mensagens de sinalização necessárias para convergir o sistema de roteamento e os caminhos obtidos. Além disso, este trabalho detalha a instanciação do mecanismo de roteamento plano proposto em três diferentes cenários: 1) redes de data centers, 2) redes veiculares ad hoc (VANETs) e 3) o sistema de roteamento entre domínios da Internet / Abstract: Routing is one of the main functions of computer networks, being responsible for traffic forwarding between all pairs of source and destination nodes. The common routing principle of protocols used in networks worldwide requires the presence of information about all available destinations, in all routers composing the network, in order to assure traffic delivery. In this way, building large scale networks using such routing principle is widely regarded as non scalable. The intrinsic problem of such mechanisms is related to the fact that routing tables follow the growth of the routing information present in the network. Conversely, there are routing mechanisms available in the literature which require just a fraction of the overall routing information present in the network, providing a better control for the rate at which the routing tables grow. In such scenario, a flat identity space is used to uniquely refer to all nodes present in the network, and neighborhood relations at the flat identity space are established through an overlay network, built on top of a substrate network, such as an IP network. However, maintaining the correctness of the overlay network is challenging, since nodes can change their attachment points at the substrate network, resulting in the use of different addresses (IPs), and requiring mechanisms to keep the association between the overlay network and the substrate network active. In this context, this work proposes the usage of an alternative network organization, where no substrate network is required to provide the communication between nodes at the flat identity space. The proposed flat routing mechanism is based on the bitwise exclusive or (XOR) metric and in the concept of local visibility. Such combination leads to the creation of a mesh network structure and promotes the integration between the flat identity space and the physical network structure. Basically, the proposed XOR-based routing mechanism performs routing directly on top of flat identifiers. This work presents the entire protocol specification, describing its main properties related to the size of the required routing tables, the amount of signaling messages needed to converge the routing system, and the obtained paths. Afterwards, this work also details the instantiation of the proposed flat routing mechanism in three different scenarios: 1) data center networks, 2) ad hoc vehicular networks (VANETs) and 3) the inter-domain Internet routing system / Doutorado / Engenharia de Computação / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Edmundo Roberto Mauro Madeira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-25T12:25:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rosa_RaphaelVicente_M.pdf: 3185742 bytes, checksum: 0fe239607d96962513c068e7379c6f19 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Atualmente provedores de infraestrutura (Infrastructure Providers - InPs) alocam recursos virtualizados, computacionais e de rede, de seus data centers para provedores de serviços na forma de data centers virtuais (Virtual Data Centers - VDCs). Almejando maximizar seus lucros e usar de forma eficiente os recursos de seus data centers, InPs lidam com o problema de otimizar a alocação de múltiplos VDCs. Mesmo que a alocação de máquinas virtuais em servidores seja feita de maneira otimizada por diversas técnicas e algoritmos já existentes, aplicações de computação em nuvem ainda tem o desempenho prejudicado pelo gargalo do subaproveitamento de recursos de rede, explicitamente definidos por limitações de largura de banda e latência. Baseado no paradigma de Redes Definidas por Software, nós aplicamos o modelo de rede como serviço (Network-as-a-Service - NaaS) para construir uma arquitetura de data center bem definida para dar suporte ao problema de aprovisionamento de redes virtuais em data centers. Construímos serviços sobre o plano de controle da plataforma RouteFlow os quais tratam a alocação de redes virtuais de data center otimizando a utilização de recursos da infraestrutura de rede. O algoritmo proposto neste trabalho realiza a tarefa de alocação de redes virtuais, baseado na agregação de informações de um plano virtual executando o protocolo BGP eficientemente mapeado a uma topologia física de rede folded-Clos definida por \textit{switches} com suporte a OpenFlow 1.3. Em experimentos realizados, mostramos que o algoritmo proposto neste trabalho realiza a alocação de redes virtuais de data center de forma eficiente, otimizando o balanceamento de carga e, consequentemente, a utilização de recursos da infraestrutura de rede de data centers. A estratégia de alocação de largura de banda utilizada demonstra flexibilidade e simplicidade para atender a diferentes padrões de comunicação nas redes virtuais ao mesmo tempo que permite elasticidade ao balanceamento de carga na rede. Por fim, discutimos como a arquitetura e algoritmo propostos podem ser estendidos para atender desempenho, escalabilidade, e outros requisitos de arquiteturas de redes de data center / Abstract: Nowadays infrastructure providers (InPs) allocate virtualized resources, computational and network, of their data center to service providers (SPs) in the form of virtual data centers (VDCs). Aiming maximize revenues and thus efficiently use the resources of their virtualized data centers, InPs handle the problem to optimally allocate multiple VDCs. Even if the allocation of virtual machines in servers can be made using well known techniques and algorithms already existent, cloud computing applications still have performance limitations imposed by the bottleneck of network resources underutilization, which are explicitly defined by bandwidth and latency constraints. Based on Software Defined Network paradigm we apply the Network-as-a-Service model to build a data center network architecture well-suited to the problem of virtual networks embedding. We build services over the control plane of the RouteFlow platform that perform the allocation of virtual data center networks optimizing the utilization of network infrastructure resources. This task is performed by the algorithm proposed in this dissertation, which is based on aggregated information from a virtual routing plane using the BGP protocol and a folded-Clos physical network topology based on OpenFlow 1.3 devices. The experimental evaluation shows that the proposed algorithm performs efficient load balancing on the data center network and altogether yields better utilization of the physical resources. The proposed bandwidth allocation strategy exhibits simplicity and flexibility to attend different traffic communication patterns while yielding an elastic load balanced network. Finally, we argue that the algorithm and the architecture proposed can be extended to achieve performance, scalability and many other features required in data center network architectures / Mestrado / Ciência da Computação / Mestre em Ciência da Computação

Orientadores: Maurício Ferreira Magalhães, Jussi Kangasharju / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-19T04:57:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Wong_Walter_D.pdf: 8583260 bytes, checksum: d8d0b4860d62302e3b4d81e44323d66c (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A segurança da informação é responsável pela proteção das informações contra o acesso nãoautorizado, uso, modificação ou a sua destruição. Com o objetivo de proteger os dados contra esses ataques de segurança, vários protocolos foram desenvolvidos, tais como o Internet Protocol Security (IPSEC) e o Transport Layer Security (TLS), provendo mecanismos de autenticação, integridade e confidencialidade dos dados para os usuários. Esses protocolos utilizam o endereço IP como identificador de hosts na Internet, tornando-o referência e identificador no estabelecimento de conexões seguras para a troca de dados entre aplicações na rede. Com o advento da Web e o aumento exponencial do consumo de conteúdos, como vídeos e áudios, há indícios da migração gradual do uso predominante da Internet, passando da ênfase voltada para a conexão entre hosts para uma ênfase voltada para a obtenção de conteúdo da rede, paradigma esse conhecido como information-centric networking. Nesse paradigma, usuários buscam por documentos e recursos na Internet sem se importarem com o conhecimento explícito da localização do conteúdo. Como consequência, o endereço IP que previamente era utilizado como ponto de referência do provedor de dados, torna-se meramente um identificador efêmero do local onde o conteúdo está armazenado, resultando em implicações para a autenticação correta dos dados. Nesse contexto, a simples autenticação de um endereço IP não garante a autenticidade dos dados, uma vez que o servidor identificado por um dado endereço IP não é necessariamente o endereço do produtor do conteúdo. No contexto de redes orientadas à informação, existem propostas na literatura que possibilitam a autenticação dos dados utilizando somente o conteúdo propriamente dito, como a utilização de assinaturas digitais por bloco de dado e a construção de árvores de hash sobre os blocos de dados. A ideia principal dessas abordagens é atrelar uma informação do provedor original do conteúdo nos blocos de dados transportados, por exemplo, uma assinatura digital, possibilitando a autenticação direta dos dados com o provedor, independentemente do host onde o dado foi obtido. Apesar do mecanismo citado anteriormente possibilitar tal verificação, esse procedimento é muito oneroso do ponto de vista de processamento, especialmente quando o número de blocos é grande, tornando-o inviável de ser utilizado na prática. Este trabalho propõe um novo mecanismo de autenticação utilizando árvores de hash com o objetivo de prover a autenticação dos dados de forma eficiente e explícita com o provedor original e, também, de forma independente do host onde os dados foram obtidos. Nesta tese, propomos duas técnicas de autenticação de dados baseadas em árvores de hash, chamadas de skewed hash tree (SHT) e composite hash tree (CHT), para a autenticação de dados em redes orientadas à informação. Uma vez criadas, parte dos dados de autenticação é armazenada em um plano de segurança e uma outra parte permanece acoplada ao dado propriamente dito, possibilitando a verificação baseada no conteúdo e não no host de origem. Além disso, essa tese apresenta o modelo formal, a especificação e a implementação das duas técnicas de árvore de hash para autenticação dos dados em redes de conteúdo através de um plano de segurança. Por fim, esta tese detalha a instanciação do modelo de plano de segurança proposto em dois cenários de autenticação de dados: 1) redes Peer-to-Peer e 2) autenticação paralela de dados sobre o HTTP / Abstract: Information security is responsible for protecting information against unauthorized access, use, modification or destruction. In order to protect such data against security attacks, many security protocols have been developed, for example, Internet Protocol Security (IPSec) and Transport Layer Security (TLS), providing mechanisms for data authentication, integrity and confidentiality for users. These protocols use the IP address as host identifier on the Internet, making it as a reference and identifier during the establishment of secure connections for data exchange between applications on the network. With the advent of the Web and the exponential increase in content consumption (e.g., video and audio), there is an evidence of a gradual migration of the predominant usage of the Internet, moving the emphasis on the connection between hosts to the content retrieval from the network, which paradigm is known as information-centric networking. In this paradigm, users look for documents and resources on the Internet without caring about the explicit knowledge of the location of the content. As a result, the IP address that was used previously as a reference point of a data provider, becomes merely an ephemeral identifier of where the content is stored, resulting in implications for the correct authentication data. In this context, the simple authentication of an IP address does not guarantee the authenticity of the data, because a hosting server identified by a given IP address is not necessarily the same one that is producing the requested content. In the context of information-oriented networks, some proposals in the literature proposes authentication mechanisms based on the content itself, for example, digital signatures over a data block or the usage of hash trees over data blocks. The main idea of these approaches is to add some information from the original provider in the transported data blocks, for example, a digital signature, enabling data authentication directly with the original provider, regardless of the host where the data was obtained. Although the mechanism mentioned previously allows for such verification, this procedure is very costly in terms of processing, especially when the number of blocks is large, making it unfeasible in practice. This thesis proposes a new authentication mechanism using hash trees in order to provide efficient data authentication and explicitly with the original provider, and also independently of the host where the data were obtained. We propose two techniques for data authentication based on hash trees, called skewed hash tree (SHT) and composite hash tree (CHT), for data authentication in information-oriented networks. Once created, part of the authentication data is stored in a security plane and another part remains attached to the data itself, allowing for the verification based on content and not on the source host. In addition, this thesis presents the formal model, specification and implementation of two hash tree techniques for data authentication in information-centric networks through a security plane. Finally, this thesis details the instantiation of the security plane model in two scenarios of data authentication: 1) Peer-to-Peer and 2) parallel data authentication over HTTP / Doutorado / Engenharia de Computação / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: Mauricio Ferreira Magalhães; Christian Esteve Rothenberg / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-18T11:07:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Macapuna_CarlosAlbertoBraz_M.pdf: 1236245 bytes, checksum: a91bba6ee11302ae78b90231dd6c0241 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Assim como as grades computacionais, os centros de dados em nuvem são estruturas de processamento de informações com requisitos de rede bastante exigentes. Esta dissertação contribui para os esforços em redesenhar a arquitetura de centro de dados de próxima geração, propondo um serviço eficaz de encaminhamento de pacotes, que explora a disponibilidade de switches programáveis com base na API OpenFlow. Desta forma, a dissertação descreve e avalia experimentalmente uma nova arquitetura de redes de centro de dados que implementa dois serviços distribuídos e resilientes a falhas que fornecem as informações de diretório e topologia necessárias para codificar aleatoriamente rotas na origem usando filtros de Bloom no cabeçalho dos pacotes. Ao implantar um exército de gerenciadores de Rack atuando como controladores OpenFlow, a arquitetura proposta denominada Switching with in-packet Bloom filters (SiBF) promete escalabilidade, desempenho e tolerância a falhas. O trabalho ainda defende a ideia que o encaminhamento de pacotes pode tornar-se um serviço interno na nuvem e que a sua implementação pode aproveitar as melhores práticas das aplicações em nuvem como, por exemplo, os sistemas de armazenamento distribuído do tipo par <chave,valor>. Além disso, contrapõe-se ao argumento de que o modelo de controle centralizado de redes (OpenFlow) está vinculado a um único ponto de falhas. Isto é obtido através da proposta de uma arquitetura de controle fisicamente distribuída, mas baseada em uma visão centralizada da rede resultando, desta forma, em uma abordagem de controle de rede intermediária, entre totalmente distribuída e centralizada / Abstract: Cloud data centers, like computational Grids, are information processing fabrics with very demanding networking requirements. This work contributes to the efforts in re-architecting next generation data centers by proposing an effective packet forwarding service that exploits the availability of programmable switches based on the OpenFlow API. Thus, the dissertation describes and experimentally evaluates a new architecture for data center networks that implements two distributed and fault-tolerant services that provide the directory and topology information required to encode randomized source routes with in-packet Bloom filters. By deploying an army of Rack Managers acting as OpenFlow controllers, the proposed architecture called Switching with in-packet Bloom filters (SiBF) promises scalability, performance and fault-tolerance. The work also shows that packet forwarding itself may become a cloud internal service implemented by leveraging cloud application best practices such as distributed key-value storage systems. Moreover, the work contributes to demystify the argument that the centralized controller model of OpenFlow networks is prone to a single point of failure and shows that direct network controllers can be physically distributed, yielding thereby an intermediate approach to networking between fully distributed and centralized / Mestrado / Engenharia de Computação / Mestre em Engenharia Elétrica

Submitted by Maria Cristina (library@lncc.br) on 2015-04-07T17:08:19Z No. of bitstreams: 1 Tese Valenzano.pdf: 6171673 bytes, checksum: a6e9df33d246d4212e78a76bcac3eaf2 (MD5) / Approved for entry into archive by Maria Cristina (library@lncc.br) on 2015-04-07T17:08:37Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tese Valenzano.pdf: 6171673 bytes, checksum: a6e9df33d246d4212e78a76bcac3eaf2 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-07T17:08:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Valenzano.pdf: 6171673 bytes, checksum: a6e9df33d246d4212e78a76bcac3eaf2 (MD5) Previous issue date: 2014-06-09 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / The efficient deployment of HPC (High Performance Computing) applications on Clouds offers many challenges, in particular, for communication-intensive applications. One strategy to mitigate performance overheads caused by high communication latency is to schedule requested Virtual Machines (VMs) effectively onto physical resources by optimizing VM placement. In this work, we study the case of scientific applications in virtual clusters by analyzing how different VM profiles and placements can affect observed performance of a parallel application that uses distributed memory. The main contribution of this thesis is a methodology with the following features: a) the representation of VM placement and virtual clusters through the placement of virtual cores; b) a software for systematic execution and obtainment of metrics under different configurations; c) performance analysis aware of core placement, resource contention and resource usage patterns; d) modeling and prediction of performance by feature extraction using Canonical Correlation Analysis on kernel metrics, according to the Dwarf classification. / A disponibilização eficiente de aplicações de Computação de Alto Desempenho em Clouds apresenta muitos desafios, em particular, para aplicações intensivas de comunicação. Uma estratégia para mitigar a queda de desempenho, causada por alta latência, consiste em escalonar as Máquinas Virtuais (VMs) de forma eficiente nos recursos físicos através da otimização da localização de VMs. Neste trabalho, é estudado o caso de aplicações científicas em clusters virtuais, por meio da análise da forma como diferentes perfis e localizações de VM podem afetar o desempenho observado de uma aplicação paralela que utiliza memória distribuída. A contribuição principal consiste em uma metodologia com as seguintes característicias: a) a representação da localização de VMs e de clusters virtuais através da localização de núcleos virtuais; b) um novo software para a execução sistemática de clusters virtuais e a obtenção de métricas sob diferentes configurações; c) análise de desempenho ciente da localização dos núcleos virtuais, a contenção de recursos e os padrões de utilização de recursos; d) modelagem e predição do desempenho por meio de extração de características utilizando a Análise de Correlação Canônica, segundo a classificação de Dwarfs.