Nesta dissertação é apresentada uma avaliação da viabilidade de obtenção de operações atômicas para a configuração de múltiplos dispositivos em uma rede de computadores. Em especial, é tratada a configuração de dispositivos a partir do gerenciamento baseado em políticas. Nestes casos, a necessidade de operações atômicas vem do fato de que uma aplicação de política que falha em um determinado dispositivo pode levar a um estado inconsistente em uma rede da qual se deseja um comportamento uniforme e global. Assim, este trabalho analisa requisitos, limitações, implicações e alternativas de implementação para a obtenção de atomicidade na aplicação de políticas. Como uma proposta de solução para este problema é definido um protocolo de consenso a ser utilizado entre os participantes da aplicação da política na rede. Tal protocolo é implementado utilizando Web Services e integrado junto ao sistema de gerenciamento baseado em políticas denominado QAME. Por fim, a solução é avaliada através de testes em um cenário de testes composto por um cluster de computadores. / This work presents an investigation of the viability of performing atomic operations during the configuration of multiple devices in a computer network. Specially, the configuration of devices using policy-based network management is addressed. In these cases, the need of atomic operations comes from the fact that a policy application that fails in a certain device can lead to an inconsistent state in a network from which an uniform and global behavior is desired. Thus, this work analyses requirements, limitations, implications, and alternatives for obtaining atomicity in policy deployment. As a solution for this problem, this work defines a consensus protocol to be used by the participants in the policy deployment process. Such protocol was implemented using Web Services and integrated to a policy-based network management system named QAME. At last, the proposed solution is evaluated through a set of tests performed over a testing scenario composed of a high-performance cluster.

A avaliação do comportamento das redes de computadores através de métricas de desempenho é útil para avaliação de protocolos, para o aperfeiçoamento de aplicações, na escolha de conteúdo, entre outros. A obtenção destas métricas, porém, continua sendo uma tarefa complexa porque na maioria das vezes não se tem instrumentos adequados para tal. O desempenho de uma rede é fácil de ser obtido quando as conexões envolvidas estão limitadas a uma Intranet, pois os administradores têm acesso irrestrito a todos os equipamentos envolvidos. Por outro lado, quando os equipamentos pertencerem a domínios administrativos diferentes, a avaliação de desempenho passa a ser uma tarefa difícil de ser efetuada. As infra-estruturas de medição de desempenho foram propostas como uma forma de dotar as redes de computadores com instrumentos que facilitem a mensuração do desempenho. Uma infra-estrutura de medição de desempenho é um conjunto de equipamentos, espalhados por diversas redes, designados para interagirem uns com os outros quantificando o desempenho dos enlaces entre eles. As vantagens da utilização de infra-estruturas de medição de desempenho são claras, porém a sua utilização em larga escala ainda é problemática. Isso ocorre por problemas de escalabilidade e da inabilidade de gerenciamento dos equipamentos que compõem a infra-estrutura, presentes em diferentes domínios administrativos. Este trabalho avaliou um conjunto de infra-estruturas de medição de desempenho e concluiu que o tratamento dado ao gerenciamento de tais infra-estruturas é variado. De forma resumida, elas não possuem um conjunto de funções de gerenciamento padronizado. Com base nesta avaliação, o trabalho apresenta um modelo de gerenciamento para infra-estruturas de medição de desempenho. O modelo proposto mantém a independência administrativa dos pontos presentes na infra-estrutura, mas permite a interação entre os mesmos por meio de funções de gerenciamento específicas. Um protótipo foi implementado e implantado em um ambiente real para validação do modelo de gerenciamento proposto. Durante o período de avaliação do protótipo foi possível confirmar a importância do gerenciamento dos componentes das infra-estruturas de medição. Os problemas ocorridos durante esse período foram rapidamente detectados e solucionados. A experiência de uso do protótipo possibilitou observar os benefícios que podem ser obtidos com o gerenciamento de infra-estruturas de medição de desempenho. / The evaluation of computer network behavior through performance metrics is useful in protocol evaluation, application improvement and content choice, among others. The process of obtaining those metrics continues to be a complex task because most of the time there are no tools available for such. The performance of a network is easy to be obtained when the involved connections are limited to an Intranet. In this case, administrators have unrestricted access to all the involved equipments. On the other hand, when the equipments belong to different administrative domains, the performance evaluation becomes a very difficult task. The measurement infrastructures appear as a form of endowing the computer networks with instruments that facilitate measuring performance. A measurement infrastructure is a group of equipments, spread through several networks, designated to interact with each other quantifying the performance of the connections among them. The advantages of the use of measurement infrastructures are clear, although its use in wide scale is still problematic. That happens mainly due to scalability problems and to inability of equipment management belonging to different administrative domains. This work evaluated a set of measurement infrastructures and concluded that the treatment given to the management of such infrastructures is varied. In summary, there is not a set of standardized management functions. Based on this evaluation, this work presents a management model for measurement infrastructures. The proposed model maintains the administrative independence of the present points in the infrastructure but, also, allows the interaction among them by means of specific management functions. A prototype was implemented and deployed in a real environment for validation of the proposed management model. During the evaluation prototype period it was possible to confirm the importance of the management of the components of the measurement infrastructures. The experience of use of the prototype made possible to observe the benefits that can be obtained with the management of measurement infrastructures.

Com o desenvolvimento das redes de telecomunicações e o crescimento da heterogeneidade dos elementos presentes nessas redes, a tarefa de desenvolver o suporte de novas interfaces nos sistemas de gerência de redes de telecom ficou bastante complicada, pois cada interface e dispositivo de rede possuem suas peculiaridades, características e configurações. Com o intuito de facilitar o monitoramento das novas interfaces de telecom nos sistemas de gerência de redes, esse trabalho visa identificar semelhanças entre as interfaces e dispositivos utilizados pelas operadoras de telecom no Brasil. O estudo foi realizado através de pesquisas junto a empresas que desenvolvem esses equipamentos, formando um grupo de objetos básicos para o suporte de novas tecnologias em telecom. Para facilitar essa pesquisa na busca das semelhanças entre as interfaces de telecom, foi desenvolvida a ferramenta Device Compare, que a partir de uma base de dados de um sistema de gerência de redes de telecom, compara duas interfaces apresentando as similaridades entre os objetos gerenciados, mostrando o tipo do objeto (se é um objeto monitorado de configuração ou de estado), e o protocolo de comunicação utilizado para recuperar a informação. A partir do resultado da pesquisa entre as interfaces de telecom utilizadas no Brasil e a comparação de objetos monitorados pelo sistema de gerência feito pela ferramenta Device Compare, foi desenvolvido um inventário de objetos presentes na maioria das interfaces de telecom que visa facilitar o monitoramento de novas interfaces nos sistemas de gerência, e, através do conhecimento de gerência das interfaces anteriores, criar o suporte para as novas interfaces e dispositivos que chegam ao mercado. / With the development of telecommunications networks and the different types of netwok components, the task of supporting new technologies in network management systems became too complicated, due to the fact that every interface and every network element has different atributes, characteristics and configurations. This work will identify similarities between devices and interfaces used by telecom providers in Brasil with the intention of facilitating the support of new technologies in network management systems. This research will be done on companies that develop this devices forming a basic set of objects to support new technologies. In order to find this similarities, we developed the Device Compare which is a tool that access a database of network management system, and compare two interfaces showing the similarities among the monitored objects, presenting the type of the object, i.e. it shows if the object is monitored to derive status or if it has to be configured, showing the communication protocol used to retrieve the information. From the result of this study on telecom interfaces used in Brasil and the comparation of objects monitored by the management system made by Device Compare tool we implemented a list with the most common objects in telecom interfaces. This list will be used to facilitate the support of new interfaces in management systems, and through the knowledge of old interfaces management, create the support to new interfaces and new devices that appear in the telecommunication market.

Em março de 2006 o Internet Research Task Force (IRTF) propôs uma metodologia para medições sobre tráfegos SNMP, a fim de identificar os padrões de uso desse protocolo. Contudo, essa metodologia apresenta algumas limitações, tais como: ausência de técnicas para visualização de dados, não especificação de formas de comparação dos resultados obtidos a partir de vários arquivos de tráfego e falta de integração entre as ferramentas necessárias para a execução da metodologia. Esta dissertação de mestrado apresenta uma proposta de arquitetura para uma ferramenta Web que automatiza, de forma integrada, a execução das etapas da metodologia do IRTF, buscando solucionar os problemas identificados nessa metodologia. Essa arquitura foi implementada em um software denominado Management Traffic Analyzer, e técnicas de visualização específicas para os resultados gerados a partir de análises de tráfegos SNMP foram desenvolvidas especialmente para essa ferramenta. Por fim, utilizou-se o Management Traffic Analyzer para o estudo de amostras de tráfego SNMP provenientes de duas grandes redes brasileiras: a do ponto de presença da Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP) no Rio Grande do Sul, e a da própria RNP. / In March 2006 the Internet Research Task Force (IRTF) proposed a methodology for measuring SNMP traffic traces. However, this methodology presents some limitations, such as: absence of data visualization techniques, non specification of forms for comparing results obtained from various traffic traces and lack of integration among the needed tools for the execution of the methodology. This masters dissertation proposes an architecture of a web tool which automatizes, in an integrated fashion, the execution of the IRTF methodology’s steps. This architecture was implemented in a software which was called Managament Traffic Analyzer, and visualization techniques specific for the results generated by the SNMP traffic traces analyses were developed specifically for this tool. Finally, the Management Traffic Analyzer was used for the study of SNMP traffic traces originated from two large brazilian networks: the one of the Brazilian National Education and Research Network (RNP) point of presence in the state of Rio Grande do Sul, and the one of the RNP itself.

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

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.

As atuais pesquisas em gerência de mudança em um ambiente de TI (Tecnologia de Informação) têm explorado diferentes aspectos desta nova disciplina, porém normalmente assumindo que as mudanças expressas em documentos de Requisição de Mudanças (RFC – Request for Change) são sempre executadas com sucesso sobre uma determinada infraestrutura de TI. Esse cenário, muitas vezes, pode não refletir a realidade em sistemas de TI, pois falhas durante a execução de mudanças podem ocorrer e não devem ser simplesmente ignoradas. Para abordar esta questão, esta dissertação propõe uma solução onde atividades em um plano de mudança podem ser agrupadas, formando grupos atômicos. Esses grupos são atômicos no sentido de que quando uma atividade falha, todas as outras atividades já executadas do mesmo grupo precisam retroceder para o último estado consistente. Automatizar o processo de rollback em mudanças pode ser especialmente conveniente no sentido de que não seja necessário um operador humano desfazer manualmente as atividades que falharam de um determinado grupo atômico. Para avaliar a solução proposta e a sua viabilidade técnica foi implementado um protótipo que, usando elementos da linguagem BPEL (Business Process Execution Language), torna-se possível definir como sistemas de gerenciamento de mudanças em TI devem se comportar para capturar e identificar falhas. Os resultados mostram que a solução proposta não somente gera planos completos e corretos com base em marcações de atomicidade, mas também que a geração dos planos de rollback interfere minimamente no processo de agendamento de mudanças. / The current research on IT change management has been investigating several aspects of this new discipline, but they are usually carried out assuming that changes expressed in Requests for Change (RFC) documents will be successfully executed over the managed IT infrastructure. This assumption, however, is not realistic in actual IT systems because failures during the execution of changes do happen and cannot be ignored. In order to address this issue, we propose a solution where tightly-related change activities are grouped together forming atomic groups of activities. These groups are atomic in the sense that if one activity fails, all other already executed activities of the same group must rollback to move the system backwards to the previous consistent state. The automation of change rollback is especially convenient because it relieves the IT human operator of manually undoing the activities of a change group that has failed. To prove concept and technical feasibility of our proposed solution, we have implemented a prototype system that, using elements of the Business Process Execution Language (BPEL), is able to control how atomic groups of activities must be handled in IT change management systems. Results showed that the rollback solution not only generates complete and correct plans given a set of atomicity marks, but also that the rollback plan generation minimally interferes in the change scheduling process.

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.

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.