Este trabalho tem como finalidade apresentar uma visão geral dos assuntos relacionados à definição, configuração e gerenciamento dos serviços habilitados pela arquitetura de Serviços Diferenciados em relação à priorização de tráfego. Nele, descrevemos as necessidades por QoS nas redes atuais e futuras, bem como o direcionamento da Internet 2 em relação ao QoS, mais especificamente voltada ao mecanismo DiffServ. Também são destacados os mecanismos de QoS para redes IP do fornecedor Cisco Systems, o qual possui a maior gama de mecanismos já implantados pelos fornecedores. Por fim, identificamos as características necessárias para participar do QBone, um testbed para Serviços Diferenciados.

As redes ATM têm se constituído na solução tecnológica ideal para o desenvolvimento da RDSI-FL. O ATM foi desenvolvido para dar suporte, com altas velocidades e com garantia de qualidade, a uma ampla variedade de serviços. A demanda por serviços de comunicação de dados, em velocidades maiores do que as redes de pacotes atuais são capazes de oferecer, tem crescido rapidamente, estimulando o desenvolvimento da tecnologia ATM, que tem sido muito promissora, devida a sua flexibilidade e eficiência. Para dar suporte à comunicação de dados em redes ATM, foram desenvolvidas soluções, como a emulação de redes locais (LANE), a interconexão de redes locais (LAN) e metropolitanas (MAN), e o protocolo IP sobre ATM. O ATM utiliza multiplexação estatística (assíncrona) para inserir os dados nos canais de comunicação de forma otimizada. Esta técnica, permite atender uma quantidade maior de fontes heterogêneas sob num único canal, porém, pode causar congestionamento na rede. O uso da multiplexação estatística, aliada à necessidade de garantir níveis de qualidade diferentes, para cada tipo de serviço, torna necessária a adoção de uma combinação de técnicas de controle de tráfego e congestionamento. Com este propósito, foram desenvolvidos diversas funções e mecanismos, como, por exemplo, controle de acesso (CAC), controle dos parâmetros de uso (UPC), descarte seletivo de células e conformação de tráfego (TS), os quais necessitam conhecer as características do tráfego emitido pela fonte. Por esta razão, toda e qualquer conexão ATM está associada a um contrato de tráfego, que especifica as exigências do usuário, quanto à qualidade de serviço (QoS) a ser oferecida pela rede, através de um descritor de tráfego. O trabalho apresentado nesta dissertação, tem por objetivo propor uma metodologia capaz de discriminar um fluxo de células ATM arbitrário, visando a obter os parâmetros descritores de UPC do mesmo. A discriminação de tráfego é relevante à medida que todos os usuários de redes ATM necessitam, de alguma forma, determinar os parâmetros que caracterizam seu fluxo, para poder negociar o contrato de trafego. Infelizmente, a maioria das aplicações ATM, não tem condições prévias de fornecer dados sobre o comportamento do fluxo que geram. Para estas situações, estamos propondo um Discriminador de Tráfego ATM (DTA), que infere a partir de uma amostra inicial do fluxo um conjunto mais provável de parâmetros, os quais constituirão o descritor de tráfego da fonte (STD).

O gerenciamento de redes de computadores é uma tarefa complexa de ser realizada porque a redes atualmente possuem muitos equipamentos, protocolos, serviços e usuários. Como regra geral, redes de computadores são heterogêneas e a introdução de facilidades para o fornecimento de qualidade de serviço (QoS) faz com que a gerência de redes se torne ainda mais complexa, e neste cenário as soluções tradicionais de gerenciamento podem falhar. O gerenciamento de redes com QoS vem sendo investigado por diversos grupos, e soluções comerciais para o problema já podem ser encontradas. Entretanto, a gerência de QoS possui aspectos diversos que são investigados separadamente. Do ponto de vista do administrador de redes, soluções pontuais são importantes, mas a integração entre os diversos aspectos de gerência de QoS também é uma necessidade. Tal necessidade, entretanto, não tem encontrado respaldo nas pesquisas desenvolvidas ou nos produtos de gerenciamento disponibilizados no mercado. Nesta situação, o administrador da rede é obrigado a trabalhar ao mesmo tempo com soluções disjuntas que não oferecem integração. Isso acaba por complicar a gerência de QoS, que por si só já é uma atividade complexa. QoS e discutida a necessidade de integração. As soluções existentes e pesquisas desenvolvidas são classificadas para que possam ser mais bem avaliadas em uma visão mais global. A classificação realizada organiza os aspectos de QoS em tarefas de gerência de QoS que devem ser executadas por um administrador de redes que possuam facilidades de QoS. Para que a integração das tarefas de gerência de QoS seja possível, um modelo para gerência integrada de QoS em redes de computadores é proposto. O modelo, definido em camadas, utiliza elementos distribuídos na rede para executar tarefas específicas e um ambiente de gerência central fornece uma interface única de acesso ao sistema de gerência ao administrador da rede. O modelo proposto é analisado de acordo com alguns aspectos (por exemplo, em relação à sua escalabilidade, flexibilidade e exeqüibilidade). Uma implementação do mesmo é apresentada para a gerência de redes baseadas em IP que possuam mecanismos para fornecimento de QoS. A avaliação do modelo mostra, ao final, que a gerência de QoS, além de ser uma necessidade real, é possível de ser executada de forma integrada, como desejam os administradores de rede.

Aplicações como videoconferência, vídeo sob-demanda, aplicações de ensino a distância, entre outras, utilizam-se das redes de computadores como infra-estrutura de apoio. Mas para que tal uso seja efetivo, as redes de computadores, por sua vez, devem fornecer algumas facilidades especiais para atender às necessidades dessas aplicações. Dentre as facilidades que devem ser fornecidas estão os suportes à qualidade de serviço (QoS - Quality of Service) e as transmissões multicast. Além do suporte a QoS e multicast nas redes, é necessário fornecer um gerenciamento da rede adequado às expectativas de tais aplicações. Soluções que fornecem gerenciamento de forma individual para tais facilidades, já foram propostas e implementadas. Entretanto, estas soluções não conseguem agir de modo integrado, o que torna a tarefa do gerente da rede extremamente complexa e difícil de ser executada, pois possibilitam um fornecimento não adequado das facilidades desejadas às aplicações. Nesta dissertação é apresentada uma solução para gerenciamento integrado de QoS e multicast. Fazem parte da solução: a definição e implementação de uma arquitetura para gerenciamento integrado de QoS e multicast, utilizando gerenciamento baseado em políticas (PBNM - Policy-Based Network Management), além da validação da solução proposta através da implementação de um protótipo. Um ambiente, condições de teste, e análise dos resultados obtidos, também são apresentados durante a dissertação.

O fornecimento de facilidades de QoS em redes de computadores tem por objetivo introduzir níveis das garantias que são ausentes, por exemplo, no paradigma de melhor-esforço das redes IP. Diferentes arquiteturas de QoS possuem padrões diferentes para os serviços fornecidos, que conduzem a um cenário em que a QoS prevista não possa ser sempre fornecida corretamente pela arquitetura utilizada. Neste contexto, uma monitoração da QoS é necessária para verificar a QoS observada e para compará-la com a QoS esperada/ contratada. Em uma rede que utilize gerenciamento baseado em políticas, a QoS esperada é definido pelas políticas que regem o comportamento da rede. O Internet Engineering Task Force (IETF) tem padronizado vários elementos para um sistema de gerenciamento de redes baseado em políticas (PBNM), no qual políticas são definidas utilizando-se linguagem de alto nível, armazenadas em repositórios para políticas, aplicadas com o auxilio de Policy Decision Points (PDPs) e mantidas por Enforcement Points (PEPs). Pela definição do IETF, uma vez que uma política é aplicada com sucesso, o sistema de PBNM não mais checará o comportamento desta, e a QoS definida é assumida com a fornecida pela rede. De fato, isso nem sempre é verdade. A arquitetura da qual provém a QoS pode apresentar-se instável ou mediante problemas, logo a QoS esperada não seria atingida. Para verificar a degradação na QoS em ambientes de gerenciamento reais, atualmente, o administrador da rede monitora a rede e determina a QoS fornecida. Tal QoS é, por sua vez, manualmente comparada com a QoS definida pelas políticas de rede. Finalmente, se diferenças são encontradas, o administrador procede com medidas que levem a arquitetura a um estado consistente Nos dias de hoje, as definições e aplicações de políticas e monitoração de QoS são tarefas executadas separadamente pelas soluções disponíveis. Além disso, como demonstrado anteriormente, a verificação da QoS fornecida contra a QoS definida pelas políticas da rede é deixada a cargo do administrador da rede. Nesse contexto, a automação da monitoração das políticas de QoS e a integração entre as tarefas citadas são necessárias do ponto de vista do administrador da rede. Nesta dissertação, é proposta uma definição (e um sistema) para a monitoração de QoS em que as definições de políticas são dados de entrada utilizados para checar a QoS observada. No momento em que uma degradação na QoS é detectada, o sistema de monitoração notifica um gerente com suporte a SNMP utilizando mensagens do tipo InformRequest. A arquitetura do sistema é dividida internamente em monitores de QoS e controladores de monitores de QoS. Cada controlador de monitor de QoS controla vários monitores de QoS, os quais coletam dados da rede. Tais dados são comparados com as políticas traduzidas pelo controlador, e, caso sejam detectadas degradações, o controlador de monitor de QoS notifica o gerente. A comunicação entre controlador de monitores de QoS e monitores de QoS também é baseada em SNMP. O principal objetivo do trabalho é fornecer uma solução que integre monitoração de QoS e PBNM em um único ambiente de gerenciamento.

A tecnologia de rede dominante em ambientes locais é ethernet. Sua ampla utilização e o aumento crescente nos requisitos impostos pelas aplicações são as principais razões para a evolução constante presenciada desde o surgimento deste tipo de rede simples e barata. Na busca por maior desempenho, configurações baseadas na disputa por um meio de transmissão compartilhado foram substituídas por topologias organizadas ao redor de switches e micro-segmentadas, ou seja, com canais de transmissão individuais para cada estação. Neste mesmo sentido, destacam-se os dispositivos de qualidade de serviço padronizados a partir de 1998, que permitem a diferenciação de tráfego prioritário. O uso desta tecnologia em ambientes de automação sempre foi refreado devido à imprevisibilidade do protocolo CSMA/CD. Entretanto, o uso de switched ethernet em conjunto com a priorização de tráfego representa um cenário bastante promissor para estas aplicações, pois ataca as duas fontes principais de indeterminismo: colisões e enfileiramento. Este trabalho procura avaliar esta estrutura em ambientes de controle distribuído, através de uma análise temporal determinística. Como resultado, propõe-se um modelo analítico de cálculo capaz de prever os valores máximos, médios e mínimos do atraso fim-a-fim observado nas comunicações de diferentes classes de tráfego. Durante a análise, outras métricas relevantes são investigadas como a variação no atraso (jitter) e a interferência entre classes de prioridades distintas.

A evolução das redes de computadores criou a necessidade de novos serviços de rede que fornecessem qualidade de serviços nos fluxos de dados dos usuários. Nesse contexto, uma nova área de pesquisa surgiu, o gerenciamento de QoS, onde foram apresentadas novas tarefas para o gerenciamento de recursos de rede que fornecem QoS. Uma delas, a descoberta de QoS, é responsável por identificar alvos numa rede de computadores. Um alvo é uma entidade capaz de implementar funcionalidades para o fornecimento de QoS. Essa dissertação apresenta uma proposta de modelo para a descoberta de QoS. O modelo é composto por duas partes: metodologia e arquitetura. A metodologia define os procedimentos para a realização da descoberta de QoS, enquanto a arquitetura define entidades que implementam tais procedimentos bem como o relacionamento entre essas entidades. O modelo proposto também tem por objetivo ser extensível, escalável e distribuído. Além disso, um protótipo baseado no modelo é apresentado.

A execução de testes é um passo essencial na adoção de novos protocolos de comunicação e sistemas distribuídos. A forma com que estes se comportam na presença de falhas, tão comuns em ambientes geograficamente distribuídos, deve ser conhecida e considerada. Testes sob condições de falha devem ser realizados e as implementações devem trabalhar dentro de sua especificação nestas condições, garantindo explicitamente o funcionamento dos seus mecanismos de detecção e recuperação de erros. Para a realização de tais testes, uma técnica poderosa é a injeção de falhas. Ferramentas de injeção de falhas permitem ao projetista ou engenheiro de testes medir a eficiência dos mecanismos de um sistema antes que o mesmo seja colocado em operação efetiva. Este trabalho apresenta o projeto, desenvolvimento e teste do injetor de falhas FIRMAMENT. Esta ferramenta executa, dentro do núcleo do sistema operacional, microprogramas, ou faultlets, sobre cada mensagem processada para a emulação de situações de falha de comunicação, utilizando uma abordagem de scripts. A ferramenta é implementada como um módulo de núcleo do sistema operacional Linux, tendo acesso total aos fluxos de entrada e saída de pacotes de forma limpa e não intrusiva, permitindo o teste de sistemas baseados nos protocolos IPv4 e IPv6. Seu desempenho é significativo, já que a ferramenta evita que os mecanismos de injeção de falhas sejam invocados nos fluxos que não sejam de interesse aos testes, bem como dispensa a cópia de dados dos pacotes de comunicação a serem inspecionados e manipulados. A aplicabilidade da ferramenta, dada pela sua facilidade de integração a um ambiente de produção, é conseqüência de sua disponibilidade como um módulo de núcleo, podendo ser carregada como um plugin em um núcleo não modificado. As instruções por FIRMAMENT suportadas lhe dão alto poder de expressão dos cenários de falhas. Estas instruções permitem a inspeção e seleção de mensagens de forma determinística ou estatística. Além disso, fornecem diversas ações a serem realizadas sobre os pacotes de comunicação e sobre as variáveis internas do injetor, fazendo-o imitar o comportamento de falhas reais, como descarte e duplicação de mensagens, atraso na sua entrega e modificação de seu conteúdo. Estas características tornam a ferramenta apropriada para a realização de experimentos sobre protocolos e sistemas distribuídos.

A tecnologia de rede dominante em ambientes locais é ethernet. Sua ampla utilização e o aumento crescente nos requisitos impostos pelas aplicações são as principais razões para a evolução constante presenciada desde o surgimento deste tipo de rede simples e barata. Na busca por maior desempenho, configurações baseadas na disputa por um meio de transmissão compartilhado foram substituídas por topologias organizadas ao redor de switches e micro-segmentadas, ou seja, com canais de transmissão individuais para cada estação. Neste mesmo sentido, destacam-se os dispositivos de qualidade de serviço padronizados a partir de 1998, que permitem a diferenciação de tráfego prioritário. O uso desta tecnologia em ambientes de automação sempre foi refreado devido à imprevisibilidade do protocolo CSMA/CD. Entretanto, o uso de switched ethernet em conjunto com a priorização de tráfego representa um cenário bastante promissor para estas aplicações, pois ataca as duas fontes principais de indeterminismo: colisões e enfileiramento. Este trabalho procura avaliar esta estrutura em ambientes de controle distribuído, através de uma análise temporal determinística. Como resultado, propõe-se um modelo analítico de cálculo capaz de prever os valores máximos, médios e mínimos do atraso fim-a-fim observado nas comunicações de diferentes classes de tráfego. Durante a análise, outras métricas relevantes são investigadas como a variação no atraso (jitter) e a interferência entre classes de prioridades distintas.

A evolução das redes de computadores criou a necessidade de novos serviços de rede que fornecessem qualidade de serviços nos fluxos de dados dos usuários. Nesse contexto, uma nova área de pesquisa surgiu, o gerenciamento de QoS, onde foram apresentadas novas tarefas para o gerenciamento de recursos de rede que fornecem QoS. Uma delas, a descoberta de QoS, é responsável por identificar alvos numa rede de computadores. Um alvo é uma entidade capaz de implementar funcionalidades para o fornecimento de QoS. Essa dissertação apresenta uma proposta de modelo para a descoberta de QoS. O modelo é composto por duas partes: metodologia e arquitetura. A metodologia define os procedimentos para a realização da descoberta de QoS, enquanto a arquitetura define entidades que implementam tais procedimentos bem como o relacionamento entre essas entidades. O modelo proposto também tem por objetivo ser extensível, escalável e distribuído. Além disso, um protótipo baseado no modelo é apresentado.