Nuvens de infraestrutura como serviço (IaaS) estão se tornando um ambiente habitual para execução de aplicações modernas da Internet. Muitas plataformas de gerenciamento de nuvem estão disponíveis para aquele que deseja construir uma nuvem de IaaS privada ou pública (e.g., OpenStack, Eucalyptus, OpenNebula). Um aspecto comum do projeto de plataformas atuais diz respeito ao seu modelo de controle caixa-preta. Em geral, as plataformas de gerenciamento de nuvem são distribuídas com um conjunto de estratégias de alocação de recursos embutida em seu núcleo. Dessa forma, os administradores de nuvem têm poucas oportunidades de influenciar a maneira como os recursos são realmente gerenciados (e.g., posicionamento de máquinas virtuais ou seleção caminho de enlaces virtuais). Os administradores poderiam se beneficiar de personalizações em estratégias de gerenciamento de recursos, por exemplo, para atingir os objetivos específicos de cada ambiente ou a fim de permitir a alocação de recursos orientada à aplicação. Além disso, as preocupações acerca do gerenciamento de recursos em nuvens se dividem geralmente em computação, armazenamento e redes. Idealmente, essas três preocupações deveriam ser abordadas no mesmo nível de importância por implementações de plataformas. No entanto, ao contrário do gerenciamento de computação e armazenamento, que têm sido amplamente estudados, o gerenciamento de redes em ambientes de nuvem ainda é bastante incipiente. A falta de flexibilidade e suporte desequilibrado para o gerenciamento de recursos dificulta a adoção de nuvens como um ambiente de execução viável para muitas aplicações modernas da Internet com requisitos rigorosos de elasticidade e qualidade do serviço. Nesta tese, um novo conceito de plataforma de gerenciamento de nuvem é introduzido onde o gerenciamento de recursos flexível é obtido pela adição de programabilidade no núcleo da plataforma. Além disso, uma API simplificada e orientada a objetos é introduzida a fim de permitir que os administradores escrevam e executem programas de gerenciamento de recursos para lidar com todos os tipos de recursos a partir de um único ponto. Uma plataforma é apresentada como uma prova de conceito, incluindo um conjunto de adaptadores para lidar com tecnologias de virtualização e de redes modernas, como redes definidas por software com OpenFlow, Open vSwitches e Libvirt. Dois estudos de caso foram realizados a fim de avaliar a utilização de programas de gerenciamento de recursos para implantação e otimização de aplicações através de uma rede emulada usando contêineres de virtualização Linux e Open vSwitches operando sob o protocolo OpenFlow. Os resultados mostram a viabilidade da abordagem proposta e como os programas de implantação e otimização são capazes de alcançar diferentes objetivos definidos pelo administrador. / Infrastructure as a Service (IaaS) clouds are becoming an increasingly common way to deploy modern Internet applications. Many cloud management platforms are available for users that want to build a private or public IaaS cloud (e.g., OpenStack, Eucalyptus, OpenNebula). A common design aspect of current platforms is their black-box-like controlling nature. In general, cloud management platforms ship with one or a set of resource allocation strategies hard-coded into their core. Thus, cloud administrators have few opportunities to influence how resources are actually managed (e.g., virtual machine placement or virtual link path selection). Administrators could benefit from customizations in resource management strategies, for example, to achieve environment specific objectives or to enable application-oriented resource allocation. Furthermore, resource management concerns in clouds are generally divided into computing, storage, and networking. Ideally, these three concerns should be addressed at the same level of importance by platform implementations. However, as opposed to computing and storage management, which have been extensively investigated, network management in cloud environments is rather incipient. The lack of flexibility and unbalanced support for resource management hinders the adoption of clouds as a viable execution environment for many modern Internet applications with strict requirements for elasticity or Quality of Service. In this thesis, a new concept of cloud management platform is introduced where resource management is made flexible by the addition of programmability to the core of the platform. Moreover, a simplified object-oriented API is introduced to enable administrators to write and run resource management programs to handle all kinds of resources from a single point. An implementation is presented as a proof of concept, including a set of drivers to deal with modern virtualization and networking technologies, such as software-defined networking with OpenFlow, Open vSwitches, and Libvirt. Two case studies are conducted to evaluate the use of resource management programs for the deployment and optimization of applications over an emulated network using Linux virtualization containers and Open vSwitches running the OpenFlow protocol. Results show the feasibility of the proposed approach and how deployment and optimization programs are able to achieve different objectives defined by the administrator.

Redes Orientadas a Conteúdo (Information-Centric Networks, ICN) são um novo paradigma de comunicação criado para aproximar as infraestruturas de rede às necessidades de sistemas de distribuição de conteúdo. ICN utiliza mecanismos de roteamento e cache projetados para atender requisições por objetos de dados unicamente identificados e desassociados de um localizador fixo. Até o momento, pesquisas sobre ICN focaram principalmente na avaliação de aspectos arquiteturais, tais como o desempenho de diferentes esquemas de roteamento e cache. Entretanto, o método aplicado para distribuir dados utilizando o conceito de objetos também pode impactar a comunicação em uma ICN. Esta tese explora um modelo que permite a distribuição de um conteúdo através de múltiplos objetos de dados. Emprega-se o conceito de relações, definidas como elos entre dois objetos indicando que os dados de um complementam de alguma forma os dados do outro. Tal modelo baseado em relações permite que clientes identifiquem e recuperem os objetos necessários para a reconstrução do conteúdo. Ele é agnóstico ao formato de dados das aplicações, suporta diferentes estruturas de relações e é retrocompatível com especificações atuais de arquiteturas ICN. Também discute-se os principais aspectos de projeto relativos à implementação do modelo na arquitetura NDN. Para avaliar o impacto de relações no desempenho da rede e aplicações, foi realizada uma série de experimentos com dois estudos de caso baseados em cenários relevantes da Internet atual, sendo eles: conteúdo multimídia e páginasWeb. O estudo de caso sobre conteúdo multimídia explora um cenário favorável, no qual relações apresentam uma sobrecarga negligível em contraste ao grande volume de dados dos conteúdos. Os resultados deste estudo de caso mostram que, em comparação com a implementação padrão do NDN, o uso de relações pode reduzir os tempos de download em 34% e o tráfego de rede em 43%. Por sua vez, o estudo de caso sobre páginasWeb explora um cenário no qual relações geram um impacto não negligível na rede e aplicações. A análise deste cenário mostra que, mesmo com a sobrecarga adicional gerada pelas relações, o mecanismo pode reduzir, em média, o tempo de download dos clientes em 28% e o tráfego de rede em 34%. / Information-Centric Networking (ICN) is a communication paradigm created to align the network infrastructures to the needs of content distribution systems. ICN employs routing and caching mechanisms tailored to fulfill requests for uniquely identified data objects not associated to a fixed locator. So far, research about ICN focused primarily on evaluating architectural aspects, such as the performance of di erent routing and caching schemes. However, the method applied to distribute data using the concept of objects can also impact communications in an ICN. In this thesis, we explore a model that enables the distribution of contents as multiple data objects. We employ the concept of relations, defined as links between two objects indicating that the data from one complements in some way the data from the other. Our model based on relations enables clients to identify and retrieve the data pieces required to reconstruct a content. It is application agnostic, supports di erent relation structures, and is backward-compatible with current ICN specifications. We also discuss the main design aspects related to the implementation of the model in the Named Data Networking (NDN) architecture. To evaluate how relations impact network and application performance, we perform a series of experiments with two case studies based on relevant scenarios from the current Internet, namely: multimedia content and Web pages. The multimedia case study explores a favorable scenario in which relations present a negligible overhead in contrast to the high volume of content data. Results from this case study show that, compared to the standard NDN implementation, relations can reduce download times by 34% and network tra c by 43%. In turn, the Web pages case study explores a scenario in which relations generate a non-negligible impact on the network and applications. The analysis of this scenario shows that, even with the additional overhead incurred by relations, the mechanism can reduce on average 28% client download time, and 34%, global network tra c.

Redes definidas por software (Software-Defined Networking – SDN) tem como objetivo fornecer uma arquitetura mais sofisticada e precisa para gerenciar e monitorar o tráfego da rede. SDN permite centralizar parte da lógica de tomada de decisão sobre o processamento de fluxo e roteamento de pacotes em dispositivos chamados controladores. Apesar disso, o comportamento dos dispositivos de rede e suas configurações são muitas vezes escritos para situações específicas diretamente no controlador. Isto torna-se um problema quando há um aumento no número de elementos, ligações e serviços de rede, resultando numa grande quantidade de regras e uma elevada sobrecarga relacionada à configuração da rede. Como alternativa , técnicas, tais como gerenciamento baseado em políticas (Policy-Based Management – PBM) e refinamento de políticas podem ser utilizadas por operadores de alto nível para escrever Acordos de Nível de Serviço (Service Level Agreements – SLAs) em uma interface amigável, sem a necessidade de alterar o código implementado nos controladores. No entanto, o refinamento de políticas na nova área de pesquisa SDN tem sido um tema negligenciado, em parte, porque o refinamento não é um processo trivial. Ao utilizar SLAs, a sua tradução para políticas de baixo nível, por exemplo, regras para a configuração de elementos de comutação, não é simples. Se essa tradução não for realizada corretamente, os elementos do sistema podem não ser capaz de cumprir os requisitos implícitos especificados no SLA. Neste contexto, este trabalho apresenta ARKHAM: um avançado conjunto de ferramentas de refinamento para manipulação de acordos de nível de serviço em redes definidas por software. Este conjunto de ferramentas é composto por (i) um framework para criação de políticas que usa raciocínio lógico para a especificação de objetivos de nível de negócio e automatização de seu refinamento; (ii) um controlador OpenFlow que realiza a coleta de informações e implantação de configurações na rede; e (iii) uma representação formal de políticas de alto nível utilizando Event Calculus e aplicando raciocínio lógico para modelar tanto o comportamento do sistema quanto o processo de refinamento de políticas para o gerenciamento de SDN. Como resultado, a abordagem é capaz de identificar as necessidades e os recursos que precisam ser configurados de acordo com o refinamento do SLA, podendo assim configurar e executar com sucesso ações dinâmicas de suporte à reconfiguração de infraestrutura. / Software-Defined Networking (SDN) aims to provide a more sophisticated and accurate architecture for managing and monitoring network traffic. SDN permits centralizing part of the decision-making logic regarding flow processing and packet routing in controller devices. Despite this, the behavior of network devices and their configurations are often written for specific situations directly in the controller. This becomes an issue when there is an increase in the number of network elements, links, and services, resulting in a large amount of rules and a high overhead related to network configuration. As an alternative, techniques such as Policy- Based Management (PBM) and policy refinement can be used by high-level operators to write Service Level Agreements (SLAs) in a user-friendly interface without the need to change the code implemented in the controllers. However, policy refinement in the new research area of SDN has been a neglected topic, in part, because refinement is a nontrivial process. When using SLAs, their translation to low-level policies, e.g., rules for configuring switching elements, is not straightforward. If this translation is not performed properly, the system elements may not be able to meet the implicit requirements specified in the SLA. In this context, we introduce ARKHAM: an Advanced Refinement Toolkit for Handling Service Level Agreements in Software-Defined Networking. This work presents (i) a Policy Authoring Framework that uses logical reasoning for the specification of business-level goals and to automate their refinement; (ii) an OpenFlow controller which performs information gathering and configuration deployment; and (iii) a formal representation using event calculus that describes our solution. As a result, our approach is capable of identifying the requirements and resources that need to be configured in accordance with SLA refinement, and can successfully configure and execute dynamic actions for supporting infrastructure reconfiguration.

A virtualização de redes é uma solução proposta para superar a chamada ossificação da Internet pois permite o desenvolvimento de novas arquiteturas de rede de forma flexível e controlada. Com a virtualização de redes, é possível criar múltiplas redes virtuais operando simultaneamente em uma infraestrutura física compartilhada. No entanto, o gerenciamento de redes com suporte a virtualização apresenta desafios que precisam ser resolvidos para obter um ambiente de rede confiável e funcional. Um dos principais aspectos relacionados ao gerenciamento de ambientes de virtualização de redes diz respeito ao aprovisionamento de redes virtuais. O aprovisionamento de redes virtuais define como os recursos de rede virtuais (nós e enlaces) são alocados na infraestrutura física. O aprovisionamento de redes virtuais é comumente baseado em algoritmos de mapeamento que possuem objetivos bem definidos como reduzir o custo de alocação, realizar balanceamento de carga ou minimizar o consumo de energia. Embora redes virtuais compartilhem a mesma infraestrutura, elas tipicamente são utilizadas para hospedar várias aplicações que possuem diferentes objetivos. Infelizmente, as soluções de aprovisionamento atuais focam em um único ou em um conjunto muito limitado de objetivos que podem não ser capazes de satisfazer os requisitos de um número cada vez mais crescente de aplicações. Novas aplicações podem exigir objetivos diferentes dos que são suportados pelo sistema de aprovisionamento que está em operação em uma infraestrutura de virtualização de redes. Nesta tese, o problema de Aprovisionamento de Redes Virtuais Orientado à Aplicação é formulado e um arcabouço de aprovisionamento adaptativo para redes virtualizadas que considera as caracteristicas de várias aplicações bem como seus requisitos de desempenho é proposto. O arcabouço proposto é baseado no conceito de paradigma de alocação, que é um conjunto de políticas de aprovisionamento que guiam o processo de alocação de recursos. Um paradigma traduz objetivos de Provedores de Infraestrutura e Provedores de Serviço para ações de alocação individuais que criam as redes virtuais. Uma linguagem de políticas para paradigmas é também definida para expressar o relacionamento entre paradigmas, objetivos e ações. Para determinar a eficiência de um paradigma de alocação, é proposto um modelo para quantificar o desempenho de redes virtuais que é baseado em dados coletados de sistemas de benchmarking aplicados no contexto de ambientes virtualizados. O modelo proposto é capaz de calcular o desempenho das redes virtuais alocadas e influenciar mudanças em paradigmas de alocação. Simulações foram conduzidas para verificar a viabilidade da solução proposta e comparar diferentes paradigmas de alocação. Resultados mostram que o uso de paradigmas de alocação pode ajudar administradores de ambientes de virtualização de redes a escolher a melhor estratégia de alocação dado um conjunto de objetivos definidos pelos Provedores de Infraestrutura e pelos Provedores de Serviço. / Network virtualization is a feasible solution to tackle the so-called Internet ossification by enabling the deployment of novel network architectures in a flexible and controlled way. With network virtualization, it is possible to have multiple virtual networks (VNs) running simultaneously on top of a shared physical infrastructure. Network management with virtualization support, however, poses challenges that need to be addressed in order to fully achieve an effective and reliable networking environment. One of the main aspects related to the management of network virtualization environments is virtual network provisioning. Virtual network provisioning defines how virtual network resources (nodes and links) are allocated in the physical infrastructure. VN provisioning often relies on embedding algorithms that aim to achieve well defined objectives, such as reducing allocation cost, load balancing, or minimizing energy consumption. Although VNs share the same infrastructure, they typically host diverse applications with different goals. Unfortunately, current provisioning solutions focus on a single or a limited set of objectives that may not simultaneously match the requirements of an increasing number of applications deployed in networks everyday. Novel applications may require different objectives that are not supported by the active provisioning system. In this thesis, we formulate the Application-Aware Virtual Network Provisioning Problem (AVNP) and propose an adaptive provisioning framework for virtualized networks that takes into consideration the characteristics of multiple applications and their distinct performance objectives. The proposed framework is based on the concept of allocation paradigm, which is defined as a set of provisioning policies that guide the resource allocation process. A paradigm translates objectives from both Infrastructure Providers (InPs) and Service Providers (SPs) to individual allocation actions that actually provision VNs. A policy language is also defined to express the relationship between paradigms, objectives, and actions. To determine the efficiency of a particular paradigm, we propose a virtual network performance computation model based on data measured from existing virtualization benchmarks. The model is able to quantify the performance of allocated VNs and guide paradigm changing decisions. Extensive simulations were performed to verify the viability of the proposed solution and compare different paradigms. Results show the feasibility of allocation paradigms in helping network providers to select the best provisioning strategy given a set of InP/SP objectives.

Computação em nuvem é um paradigma em que provedores oferecem recursos computacionais como serviços, que são contratados sob demanda e são acessados através da Internet. Os conjuntos de recursos computacionais contratados são chamados de cloud slices, cujo monitoramento fornece métricas essenciais para atividades como a operação da infraestrutura, verificação do cumprimento de SLAs e medição da qualidade do serviço percebida pelos usuários. Além disso, o monitoramento também é oferecido como serviço para os usuários, que podem contratar métricas ou serviços de monitoramento diferenciados para seus cloud slices. O conjunto de métricas associadas a um cloud slice juntamente com as configurações necessárias para coletá-las pelas soluções de monitoramento é chamado de monitoring slice, cuja função é acompanhar o funcionamento do cloud slice. Entretanto, a escolha de soluções para serem utilizadas nos monitoring slices é prejudicada pela falta de integração entre soluções e plataformas de computação em nuvem. Para contornar esta falta de integração, os administradores precisam implementar scripts geralmente complexos para coletar informações sobre os cloud slices hospedados na plataforma, descobrir as operações realizadas na plataforma, determinar quais destas operações precisam ser refletidas no monitoramento de acordo com as necessidades do administrador e gerar as configurações dos monitoring slices. Nesta dissertação é proposto um framework que mantém monitoring slices atualizados automaticamente quando cloud slices são criados, modificados ou destruídos na plataforma de nuvem. Neste framework, os monitoring slices são mantidos de acordo com regras predefinidas pelos administradores oferecendo a flexibilidade que não está disponível nas soluções de monitoramento atuais. Desta forma, o desenvolvimento de scripts complexos é substituído pela configuração dos componentes do framework de acordo com as necessidades dos administradores em relação ao monitoramento. Estes componentes realizam a integração do framework com as plataformas e soluções de monitoramento e podem já ter sido desenvolvidos por terceiros. Caso o componente necessário não esteja disponível, o administrador pode desenvolvê-lo facilmente aproveitando as funcionalidades oferecidas pelo framework. Para avaliar o framework no contexto de nuvens do modelo IaaS, foi desenvolvido o protótipo chamado FlexACMS (Flexible Automated Cloud Monitoring Slices). A avaliação do FlexACMS mostrou que o tempo de resposta para a criação de monitoring slices é independente do número de cloud slices no framework. Desta forma, foi demonstrada a viabilidade e escalabilidade do FlexACMS para a criação de monitoring slices para nuvens IaaS. / Cloud computing is a paradigm that providers offer computing resources as services, which are acquired on demand and are accessed through the Internet. The set of acquired computing resources are called cloud slices, whose monitoring offers essential metrics for activities as infrastructure operation, SLA supervision, and quality of service measurement. Beyond, the monitoring is also offered as a service to users, that can acquire both differentiated metrics or monitoring services to their cloud slices. The set of metrics associated to a cloud slice and the required configuration to collect them by monitoring solutions is called monitoring slice, whose function is keep up with the cloud slice functioning. However, the monitoring solution choice to compose monitoring slices is harmed by lack of integration between solutions and cloud platforms. To overcome this lack of integration, the administrators need to develop scripts usually complex to collect information about cloud slices hosted by the platform, to discover the operations performed in the platform, to determine which operations need to be reflected in the monitoring according to the administrator’s needs, and to generate the monitoring slice configuration. This dissertation proposes a framework that keeps monitoring slices updated automatically when cloud slices are created, modified, or destroyed in the cloud platform. In this framework, the monitoring slices are kept according to rules defined by administrators, which offers the flexibility that is not available in current monitoring solutions. In this way, the framework replaces the development of complex scripts by the configuration of framework’s components according to administrator’s needs in regards to monitoring. These components perform the framework integration with platforms and monitoring solutions and may be already developed by third parties. If required component is not available, the administrator can easily develop it availing functionalities offered by the framework. In order to evaluate the framework in the context of IaaS clouds, a prototype called FlexACMS (Flexible Automated Cloud Monitoring Slices) was developed. The FlexACMS evaluation showed that response time to create monitoring slices is independent of the number of cloud slices in the framework. In this way, the FlexACMS feasibility and scalability was demonstrated for creation of monitoring slices for IaaS clouds.

Redes Definidas por Software (Software-Defined Networking – SDN) é um paradigma emergente que sem dúvida facilita a inovação e simplifica o gerenciamento da rede. SDN provém esses recursos baseado em quatro princípios fundamentais: (i) os planos de controle e encaminhamento da rede são claramente desacoplados, (ii) as decisões de encaminhamento são baseadas em fluxo ao invés de baseadas em destino, (iii) a lógica de encaminhamento é abstraída do hardware para uma camada de software e (iv) um elemento, chamado controlador, é introduzido para coordenar as decisões de encaminhamento. Atualmente muito se tem discutido acerca do uso de SDN em benefício do gerenciamento de redes – onde SDN é considerado uma ferramenta de gerenciamento –, ao invés de se discutir quais são os novos desafios de gerenciamento que esse paradigma introduz. No contexto de SDN, atividades de gerenciamento como monitoramento, visualização e configuração podem ser consideravelmente diferentes das mesmas realizadas em redes tradicionais, merecendo a devida atenção. Por exemplo, um controlador SDN pode ser customizado por administradores de rede de acordo com suas necessidades. Essas customizações podem impactar em consumo de recursos e desempenho no encaminhamento de tráfego. Tal impacto é difícil de se avaliar porque solucões de gerenciamento de redes tradicionais nao foram projetadas para lidar com o contexto de SDN. Como consequencia, uma solução de gerenciamento de SDN deve ser capaz de ajudar o administrador a entender e controlar como o comportamento do controlador SDN afeta a rede. Considerando esse contexto, nós inicialmente desenvolvemos uma análise do tráfego de controle em SDN visando melhor entender o impacto da comunicação entre controlador e dispositivos de encaminhamento. Em seguida, nós propomos uma abordagem interativa para gerenciamento de SDN através do monitoramento, visualização e configuração da rede incluindo o administrador em um ciclo de atividades de gerenciamento, onde metricas específicas de SDN são monitoradas, processadas e mostradas em visualizações interativas. Assim, o administrador da rede é capaz de configurar/ reconfigurar parâmetros de SDN de acordo com seu/sua necessidade. Para demonstrar a viabilidade da nossa abordagem, nós desenvolvemos um protótipo chamado SDN Interactive Manager. Os resultados obtidos através do protótipo apresentaram que a nossa abordagem é capaz de auxiliar o administrador a melhor entender o impacto da configuração de parâmetros relativos a SDN no desempenho da rede como um todo. / Software-Defined Networking (SDN) is an emerging paradigm that arguably facilitates network innovation and simplifies network management. SDN enables these features based on four fundamental principles: (i) network control and forwarding planes are clearly decoupled, (ii) forwarding decisions are flow-based instead of destination-based, (iii) the network forwarding logic is abstracted from a hardware to a programmable software layer, and (iv) an element, called controller, is introduced to coordinate network-wide forwarding decisions. Nowadays, much has been discussed about using SDN principles to improve network management – where SDN is taken as a management tool –, instead of discussing which are the new management challenges that this network paradigm introduces. In the context of SDN, management activities, such as monitoring, visualization, and configuration can be considerably different from traditional networks, thus deserving proper attention. For example, an SDN controller can be customized by network administrators according to their needs. Such customizations might pose an impact on resource consumption and traffic forwarding performance, which is difficult to assess because traditional network management solutions were not designed to cope with the context of SDN. As a consequence, an SDN-tailored management solution must be able to help the administrator to understand and control how the SDN controller behavior affects the network. Considering this context, we initially performed an analysis of control traffic in SDN aiming to better understand the impact of the communication between the controller and forwarding devices. Afterwards, we propose an interactive approach to SDN management through monitoring, visualization, and configuration that includes the administrator in the management loop, where SDN-specific metrics are monitored, processed, and displayed in interactive visualizations. Thus, the administrator is able to make decisions and configure/reconfigure SDN-related parameters according to his/her needs. To show the feasibility of our approach a prototype has been developed, called SDN Interactive Manager. The results obtained with this prototype show that our approach can help the administrator to better understand the impact of configuring SDN-related parameters on the overall network performance.

O gerenciamento de redes é realizado seguindo diversos modelos, baseados em diferentes paradigmas. Os paradigmas tradicionais de gerenciamento compreendem o paradigma centralizado e o paradigma hierárquico fracamente distribuído. Tais paradigmas, contudo, apresentam limitações para o gerenciamento de diversas redes atuais, em virtude de fatores como o aumento em tamanho, em complexidade e em heterogeneidade destas redes. Em adição a estes fatores, existem atualmente contextos de rede que, por apresentarem certas peculiaridades, não podem ser gerenciados de modo apropriado por tais modelos. Estas limitações e requisitos diferenciados encontrados nas redes atuais trazem a necessidade do emprego de modelos de gerenciamento inovadores, baseados nos paradigmas fortemente distribuídos. Neste contexto, uma tecnologia que se mostra promissora para o desenvolvimento de um modelo de gerenciamento com tais características é a tecnologia peer-to-peer (P2P). Esta Tese versa sobre estes tópicos. Discute, como primeiro objetivo, as limitações dos modelos tradicionais para o gerenciamento de contextos modernos de rede, isto é, contextos de redes atuais que possuem particularidades distintas e, com isto, demandam requisitos de gerenciamento específicos, não identificados nas redes tradicionais. Define e investiga, então, como segundo objetivo, um modelo de gerenciamento fortemente distribuído baseado na tecnologia P2P. Este modelo visualiza a rede P2P como uma infra-estrutura que provê suporte para que as operações de gerenciamento sejam desempenhadas com forte distribuição. Por fim, como terceiro objetivo, analisa como as soluções de gerenciamento para redes atuais baseadas neste modelo podem ser classificadas segundo os paradigmas de gerenciamento das principais taxonomias propostas na literatura. Tal análise proporciona a identificação das limitações destas taxonomias para a classificação das soluções de gerenciamento requeridas para os contextos de redes atuais e deu origem à definição de uma taxonomia para soluções de gerenciamento que destaca as características e os requisitos demandados dos modelos de gerenciamento modernos. / Network management is carried out following several models, based on different paradigms. Traditional management paradigms consist of centralized and weakly distributed hierarchical ones. However, such paradigms present limitations to be applied to the management of several today networks. This occurs because of some issues such as the grown in size, complexity and heterogeneity of such networks. Additionally, nowadays, there are network contexts that can not be appropriately managed by such models because of some context peculiarities. Those today’s networks drawbacks and requirements demand the employment of innovative models, based on strongly distributed paradigms. A technology that seems promising in addressing such needs is peer-to-peer (P2P). This Thesis discusses about those topics. As its first objective, the Thesis discusses traditional models drawbacks to the management of modern network contexts, this is, current network contexts that have some different peculiarities and, because of them, demand specific management requirements not existent in traditional networks. As its second objective, the Thesis defines and investigates a strongly distributed management model based on P2P technology. Such model looks at P2P network as an infrastructure that can be used as support to management operations be accomplished in a strongly distributed way. Finally, as its third objective, the Thesis analyses how the management solutions based on such model can be classified according the management paradigms of the main literature taxonomies. Such analysis provides the identification of taxonomies limitations to the classification of management solutions required by today’s network contexts. It has originated the definition of a management solution taxonomy that emphasizes the features and requirements demanded of modern management models.

No contexto do gerenciamento de redes de computadores, domínios são recursos utilizados para agrupar objetos gerenciáveis. Os mapas de rede utilizados pelos sistemas de gerenciamento são exemplos bastante comuns do uso de domínios. Domínios são importantes porque as ações de gerenciamento podem ser aplicadas a todos os objetos gerenciáveis membros de um domínio ao mesmo tempo, não sendo necessário, então, repetir a mesma ação em cada objeto gerenciável, um a um. Domínios que necessitam ser rapidamente criados, utilizados e descartados são referenciados nesta dissertação de mestrado como domínios dinâmicos. Atualmente, na maioria dos sistemas de gerenciamento de redes não existem facilidades disponíveis para suportar o conceito desse tipo de domínios. Em relação aos aspectos de visualização, a apresentação visual de domínios deve ser realizada de forma adequada, visto que, atualmente, as GUIs estão presentes na maioria dos sistemas de gerenciamento. Entretanto, os processos de visualização de domínios utilizados pelos sistemas de gerenciamento atuais apresentam limitações em relação à configuração de características visuais dos domínios apresentados. Essas características são estáticas, não permitindo ao usuário, dessa forma, escolher como deseja visualizar um determinado domínio. Nesta dissertação de mestrado são apresentados a definição e o desenvolvimento de duas novas linguagens que têm por objetivo aperfeiçoar a criação e a visualização de domínios dinâmicos. A primeira linguagem é baseada em um modelo de informação do ambiente gerenciado e é utilizada para criar, de forma automatizada, novos domínios dinâmicos. Tal modelo de informação é formado por classes, atributos e relacionamentos entre as classes. A segunda linguagem, por sua vez, é usada para configurar características visuais dos domínios dinâmicos criados por meio da primeira linguagem. Esta dissertação apresenta, também, um protótipo desenvolvido para suportar as linguagens de criação e visualização de domínios dinâmicos criadas. A partir desse protótipo, é possível criar domínios dinâmicos relacionados a informações da rede de computadores utilizada, bem como personalizar a visualização dos domínios dinâmicos criados. Além disso, o protótipo possibilita, também, a obtenção de algumas informações dos membros dos domínios dinâmicos criados. O protótipo é baseado na Web e foi desenvolvido utilizando-se as tecnologias PRECCX, PHP, MySQL e SNMP. Como será visto ao final, as linguagens definidas e o protótipo desenvolvido mostram que o suporte a domínios dinâmicos objetivado pode ser efetivo e melhorar, sensivelmente, os processos de gerenciamento de redes. A integração da implementação desenvolvida junto ao ambiente QAME, por exemplo, permite atualmente que os administradores possam selecionar, através das linguagens, os equipamentos de uma rede com QoS que precisam ser configurados através do processo de aplicação de políticas original do QAME. / In the computer networks management context, domains are facilities used to group managed objects. The network maps presented in the management systems are the most common examples of the use of domains. Domains are important because the management actions can be applied to all managed objects that are members of a domain at the same time, not being necessary, then, to repeat the same action in each managed object one by one. Domains that need to be quickly created, used and discarded are referenced in this work as dynamic domains. Currently, in the majority of the available network management systems there are no proper facilities to support this type of domains. Concerning the visualization aspects, the domains visual presentation must be carried through of adjusted form, since, currently, the GUIs are present in the majority of the management systems. However, the domains visualization processes used by the current management systems present limitations related to the visual features configuration of the presented domains. These features are static, not allowing the user, this way, to choose how he or she desires to visualize one determined domain. This work presents the definition and the development of two new languages whose goals is to enhance the creation and the visualization of dynamic domains. The first language is based on a managed environment information model and is used to create, forming an automated fashion, new dynamic domains. Such information model is formed by classes, attributes and relationships between the classes. The second language, on its turn, is used to configure visual features of the dynamic domains created by the first language. This work also presents a prototype developed to support the defined dynamic domains creation and visualization languages. With this prototype it is possible to create dynamic domains based on the information of the computer network used, as well as customizing the visualization of the dynamic domains created. Moreover, the prototype makes possible the attainment of some members information of the dynamic domains created. The prototype is based on the Web and was developed using technologies as PRECCX, PHP, MySQL and SNMP. As will be seen in the end, the defined languages and the developed prototype shows that the desired dynamic domains support can be effective and improve, significantly, the network management processes. The integration of the implementation developed together to the QAME environment, for example, allows currently that the administrators can select, through the languages, the QoS network devices that need to be configured through the original policies application process of the QAME.

Ao longo dos anos, a comunidade de gerenciamento de redes têm sido levada a criar alternativas de gerenciamento que sejam capazes de lidar com problemas de heterogeneidade, escalabilidade, confiabilidade, e com a redução da intervenção humana. Atualmente, existem duas principais alternativas empregadas na definição e desenvolvimento de soluções de gerenciamento de redes. A primeira utiliza computação autonômica e propriedades self-*, enquanto a segunda utiliza conceitos e tecnologias peer-to-peer (P2P). Geralmente, as investigações relacionadas com a aplicação de computação autonômica e propriedades self-* no gerenciamento de redes são focadas na definição de modelos de alto nível (ex., ontologias e políticas), os quais são capazes de determinar as ações autônomas do sistema. Em contrapartida, pesquisas relacionadas com P2P no gerenciamento de redes estão mais focadas na definição da infraestrutura de comunicação da solução de gerenciamento. Sendo assim, de um lado existem as pesquisas ligadas à aplicação de computação autonômica e propriedades self-* que sofrem com o problema da falta de aproximação dos modelos de alto nível com a infraestrutura de gerenciamento, e do outro lado existem as que aplicam P2P e que sofrem com o problema oposto. Dado o cenário descrito acima, essa tese tem como objetivo investigar e esclarecer quais são as questões e características envolvidas na integração de propriedades self-* e P2P que contribuem para a definição de novas alternativas de soluções de gerenciamento de redes. A metodologia utilizada nas investigações baseia-se na definição de requisitos de gerenciamento, de questões de integração para o uso conjunto de propriedades self-* e P2P, e na identificação e desenvolvimento de dois estudos de caso. A análise desses estudos de casos mostrou que o primeiro (solução de auto-cura baseada em P2P) é responsável pela quebra do paradigma tradicional do uso de gerenciamento por delegação em cima de infraestruturas P2P. O segundo estudo de caso (auto-organização baseado em P2P) intensifica essa quebra de paradigma ao explorar capacidades de aplicações P2P na definição das propriedades self-* aplicadas ao gerenciamento de redes. As maiores contribuições dessa tese são: (i) a mudança no foco no desenvolvimento das soluções de gerenciamento de redes dos aspectos morfológicos (tais como, APIs, protocolos, arquiteturas, e frameworks) para a definição de algoritmos sofisticados de gerenciamento; (ii) a introdução de técnicas para explorar comportamentos paralelos e cooperativos dos peers de gerenciamento que executam tais algoritmos; (iii) a definição dos design issues que possibilitam o desenvolvimento de ambientes de gerenciamento de redes verdadeiramente distribuídos e cooperativos, onde o papel dos administradores humanos é minimizado e os gerentes estão embutidos dentro dos elementos gerenciados e não na borda dos sistemas. Em resumo, essa tese mostra como repensar a definição e execução de tarefas de gerenciamento de redes. / Over the years, the network management community has been pushed towards the design of alternative management approaches able to support heterogeneity, scalability, reliability, and minor human intervention. Currently, there are two major alternatives that have been employed on the design and development of network management solutions. The first one uses autonomic computing and self-* properties, while the second one employs Peer-To-Peer (P2P) concepts and technologies. In general, the investigations related to self-* properties and autonomic computing applied to network management focus their efforts on defining high level models (e.g., ontologies and policies) that are able to determine and drive the autonomous actions of the system. On the other side, P2P research applied to network management is mainly target to define the communication infrastructure of management solution. Thus, in the case of autonomic and self-* properties, there is a lack of investigations approximating the high level models to the management infrastructure, while the P2P investigations suffer from the opposite problem. Therefore, the investigations carried on this thesis aim at bringing knowledge to issues involving the joint use of self-* properties and P2P to contribute with the development of alternatives for designing network management solutions. The methodology used on the investigations was based on the definition of management requirements, integration issues for the design of the joint use of self-* properties and P2P, and the identification/ development of two case studies. Analyzing these case studies, it is was possible to conclude that the first case study (self-healing P2P solution) had an importance in terms of breaking the traditional paradigms of using Management by Delegation on top of P2P infrastructures for network management. Embracing this break through, the second case study (self-organizing P2P solution) gave a step further on the development of P2P application capabilities for the design of self-* properties applied to network management. The major contributions of this thesis are: (i) the change on the angle of network management solution development from morphological aspects (such as APIs, protocols, architectures, and frameworks) to the design of sophisticated management algorithms; (ii) the introduction of techniques to explore parallel and cooperative behavior of management peers running the management algorithms; (iii) the establishment of design issues that enable the development of truly distributed and cooperative network management environment, where the presence of the human administrator role is minimized and the managers are embedded inside the managed elements and not in the borders of the system. In summary, this thesis shows how to rethink and improve the design and execution of network management tasks.

O Gerenciamento Autonômico de Redes é uma visão que utiliza princípios da Computação Autonômica para o Gerenciamento de Redes. Além disso, algum grau de descentralização é necessário para habilitar capacidades autonômicas completas. Uma alternativa interessante de infraestrutura para essa união é a utilização de overlays Peer-to-Peer (P2P). No entanto, a consistência do estado dos dados de gerenciamento entre os peers é um desafio importante. Mecanismos tradicionais para manter a consistência desses estados são implementados por meio de centralização, o que desperdiça algumas propriedades desejáveis de abordagens P2P. Em contraste com esses mecanismos, é proposto um mecanismo distribuído, escalável e robusto para a manutenção da consistência do estado dos dados de gerenciamento pela introdução de funcionalidades de Manutenção da Verdade Multiagente. Além disso, são propostas estratégias de comunicação para prover suporte a essas funcionalidades. São apresentados também estudos de caso para ilustrar as possibilidades da proposta: o gerenciamento cooperativo de falhas em enlaces Ethernet em provedores de serviços e a ativação distribuída de políticas de gerenciamento de redes. Experimentos simulados são realizados a fim de verificar as propriedades de escalabilidade e robustez da presente proposta. / Autonomic network management is a vision that brings Autonomic Computing principles to Network Management. Besides, it is necessary some level of decentralization to enable broad autonomic capabilities. An interesting alternative of infrastructure for this union is the utilization of Peer-to-Peer (P2P) overlays. However, the consistency of state of management data among peers is an important challenge. Traditional mechanisms to maintain consistency of these states are supported by some centralization which wastes some desirable properties of P2P approach. In contrast to these mechanisms, a distributed, scalable and robust mechanism to maintain the consistency of state of management data is proposed through the introduction of Multi-Agent Truth Maintenance features. Besides, communication strategies are proposed to support these features. Case studies are presented to show possibilities of this proposal: cooperative fault management of Ethernet links in service providers and distributed activation of network management policies. Simulated experiments are performed to verify the scalability and robustness properties of this proposal.