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.

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.

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.

A redução na escala dos semicondutores tem aumentado a suceptibilidade de componentes eletrônicos a radiação. Single event transient (SET) afeta cada vez mais os circuitos integrados. Os efeitos da radiação podem afetar as redes de relógio dos circuitos integrados. Durante o impacto de uma partícula ionizada, a carga pode ser coletada na saída do buffer da rede de relógio e provocar um clock glich, clock jitter e clock skew. Como consequência do impacto, é possivel notar erros no fluxo do controle e no fluxo de dados do sistema. A presente tese investiga a suscetibilidade ao SET nas redes de relógio dos circuitos. Nós estamos interessados nos caminhos mais sensíveis da rede e nos registros que apresentam mais probabilidade de mudar de estado (bit-flip). Alguns bit-flips tem mais probabilidade de provocar uma falha na saída do circuito, enquanto outros podem ser mascarados pela aplicação. Nesta tese propomos uma nova metodologia para identificar os nós mais sensíveis e calcular o soft error rate causado pelo SET nas redes de relógio. Nossa metodologia utiliza uma ferramenta desemvolvida para esta tese chamada EXT-CLK, a ferramenta extrai a rede de relógio dos archivos de desenho do circuito para realizar diferentes simulações de injeção de SET. Como estudo de caso foi selecionado o circuito SRAM arbiter. Centenas de simulações foram feitas com o intuito de identificar os nós mais sensíveis da rede de relógio. Os resultados mostram 17 registros do ciruito SRAM arbiter terem alto índice de suscetibilidade. A informação encontrada nos resultados poderão ajudar os desenhadores a escolher a técnica de mitigação mais apropriada para o circuito antes de ser fabricado. / Technology scaling to semiconductor has increased the radiation-induced susceptibility of electronic devices. Single Event Transient (SET) are becoming increasingly problematic for integrated circuits (ICs). Radiation effects may occur in the clock distribution networks of the ICs. During the strike of an ionizing particle, charge may be collected on the output node of the clock buffer, provoking a clock glitch, clock jitter and clock skew. As consequence of the impact, it is possible to notice errors in the control flow or data flow of the system. This work investigates the SET susceptibility in the clock distribution network of the circuit. We are interested in the most sensitive paths of the network and registers that are most likely to flip in the clock network. Some bit-flips are most likely to provoke a fault in the IC output once a failure occur in those elements. In the present work we propose a new methodology to identify the most sensitive nodes and to calculate the soft error rate due to SET in clock distribution network. This new methodology uses a tool developed in this thesis named EXT-CLK. The tool extracts the clock network from layout design files, to perform different simulations of SET injection in electrical and logic level. The SRAM arbiter circuit has been chosen as a case study. Thousands of electrical simulations have been performed in order to identify the sensitive nodes of the clock network. Results show that 17 registers of SRAM arbiter exhibit high vulnerability factor. This information can help the designers to use some mitigation techniques on those registers before the manufacturing process.

A redução na escala dos semicondutores tem aumentado a suceptibilidade de componentes eletrônicos a radiação. Single event transient (SET) afeta cada vez mais os circuitos integrados. Os efeitos da radiação podem afetar as redes de relógio dos circuitos integrados. Durante o impacto de uma partícula ionizada, a carga pode ser coletada na saída do buffer da rede de relógio e provocar um clock glich, clock jitter e clock skew. Como consequência do impacto, é possivel notar erros no fluxo do controle e no fluxo de dados do sistema. A presente tese investiga a suscetibilidade ao SET nas redes de relógio dos circuitos. Nós estamos interessados nos caminhos mais sensíveis da rede e nos registros que apresentam mais probabilidade de mudar de estado (bit-flip). Alguns bit-flips tem mais probabilidade de provocar uma falha na saída do circuito, enquanto outros podem ser mascarados pela aplicação. Nesta tese propomos uma nova metodologia para identificar os nós mais sensíveis e calcular o soft error rate causado pelo SET nas redes de relógio. Nossa metodologia utiliza uma ferramenta desemvolvida para esta tese chamada EXT-CLK, a ferramenta extrai a rede de relógio dos archivos de desenho do circuito para realizar diferentes simulações de injeção de SET. Como estudo de caso foi selecionado o circuito SRAM arbiter. Centenas de simulações foram feitas com o intuito de identificar os nós mais sensíveis da rede de relógio. Os resultados mostram 17 registros do ciruito SRAM arbiter terem alto índice de suscetibilidade. A informação encontrada nos resultados poderão ajudar os desenhadores a escolher a técnica de mitigação mais apropriada para o circuito antes de ser fabricado. / Technology scaling to semiconductor has increased the radiation-induced susceptibility of electronic devices. Single Event Transient (SET) are becoming increasingly problematic for integrated circuits (ICs). Radiation effects may occur in the clock distribution networks of the ICs. During the strike of an ionizing particle, charge may be collected on the output node of the clock buffer, provoking a clock glitch, clock jitter and clock skew. As consequence of the impact, it is possible to notice errors in the control flow or data flow of the system. This work investigates the SET susceptibility in the clock distribution network of the circuit. We are interested in the most sensitive paths of the network and registers that are most likely to flip in the clock network. Some bit-flips are most likely to provoke a fault in the IC output once a failure occur in those elements. In the present work we propose a new methodology to identify the most sensitive nodes and to calculate the soft error rate due to SET in clock distribution network. This new methodology uses a tool developed in this thesis named EXT-CLK. The tool extracts the clock network from layout design files, to perform different simulations of SET injection in electrical and logic level. The SRAM arbiter circuit has been chosen as a case study. Thousands of electrical simulations have been performed in order to identify the sensitive nodes of the clock network. Results show that 17 registers of SRAM arbiter exhibit high vulnerability factor. This information can help the designers to use some mitigation techniques on those registers before the manufacturing process.

A redução na escala dos semicondutores tem aumentado a suceptibilidade de componentes eletrônicos a radiação. Single event transient (SET) afeta cada vez mais os circuitos integrados. Os efeitos da radiação podem afetar as redes de relógio dos circuitos integrados. Durante o impacto de uma partícula ionizada, a carga pode ser coletada na saída do buffer da rede de relógio e provocar um clock glich, clock jitter e clock skew. Como consequência do impacto, é possivel notar erros no fluxo do controle e no fluxo de dados do sistema. A presente tese investiga a suscetibilidade ao SET nas redes de relógio dos circuitos. Nós estamos interessados nos caminhos mais sensíveis da rede e nos registros que apresentam mais probabilidade de mudar de estado (bit-flip). Alguns bit-flips tem mais probabilidade de provocar uma falha na saída do circuito, enquanto outros podem ser mascarados pela aplicação. Nesta tese propomos uma nova metodologia para identificar os nós mais sensíveis e calcular o soft error rate causado pelo SET nas redes de relógio. Nossa metodologia utiliza uma ferramenta desemvolvida para esta tese chamada EXT-CLK, a ferramenta extrai a rede de relógio dos archivos de desenho do circuito para realizar diferentes simulações de injeção de SET. Como estudo de caso foi selecionado o circuito SRAM arbiter. Centenas de simulações foram feitas com o intuito de identificar os nós mais sensíveis da rede de relógio. Os resultados mostram 17 registros do ciruito SRAM arbiter terem alto índice de suscetibilidade. A informação encontrada nos resultados poderão ajudar os desenhadores a escolher a técnica de mitigação mais apropriada para o circuito antes de ser fabricado. / Technology scaling to semiconductor has increased the radiation-induced susceptibility of electronic devices. Single Event Transient (SET) are becoming increasingly problematic for integrated circuits (ICs). Radiation effects may occur in the clock distribution networks of the ICs. During the strike of an ionizing particle, charge may be collected on the output node of the clock buffer, provoking a clock glitch, clock jitter and clock skew. As consequence of the impact, it is possible to notice errors in the control flow or data flow of the system. This work investigates the SET susceptibility in the clock distribution network of the circuit. We are interested in the most sensitive paths of the network and registers that are most likely to flip in the clock network. Some bit-flips are most likely to provoke a fault in the IC output once a failure occur in those elements. In the present work we propose a new methodology to identify the most sensitive nodes and to calculate the soft error rate due to SET in clock distribution network. This new methodology uses a tool developed in this thesis named EXT-CLK. The tool extracts the clock network from layout design files, to perform different simulations of SET injection in electrical and logic level. The SRAM arbiter circuit has been chosen as a case study. Thousands of electrical simulations have been performed in order to identify the sensitive nodes of the clock network. Results show that 17 registers of SRAM arbiter exhibit high vulnerability factor. This information can help the designers to use some mitigation techniques on those registers before the manufacturing process.

A área de gerência de rede cresce à medida que redes mais seguras e menos vulneráveis são necessárias, e as aplicações que concorrem pelo seu uso, necessitam de alta disponibilidade e qualidade de serviço. Quando estamos focando a gerência da infra-estrutura física das redes de computadores, por exemplo, a taxa de uso de um segmento de rede, podemos dizer que esse tipo de gerenciamento encontra-se em um patamar bastante sedimentado e testado. Por outro lado, há ainda lacunas para pesquisar na área de gerenciamento de protocolos de alto nível. Entender o comportamento da rede como um todo, conhecer quais hosts mais se comunicam, quais aplicações geram mais tráfego e, baseado nessas estatísticas, gerar uma política para a distribuição de recursos levando em consideração as aplicações críticas é um dever nas redes atuais. O grupo de trabalho IETF RMON padronizou, em 1997, a MIB RMON2. Ela foi criada para permitir a monitoração de protocolos das camadas superiores (rede, transporte e aplicação), a qual é uma boa alternativa para realizar as tarefas de gerenciamento recém mencionadas. Outro problema para os gerentes de rede é a proliferação dos protocolos de alto nível e aplicações corporativas distribuídas. Devido a crescente quantidade de protocolos e aplicações sendo executados sobre as redes de computadores, os softwares de gerenciamento necessitam ser adaptados para serem capazes de gerenciá-los. Isso, atualmente, não é fácil porque é necessário usar linguagens de programação de baixo nível ou atualizar o firmware dos equipamentos de monitoração, como ocorre com os probes RMON2. Considerando este contexto, esse trabalho propõe o desenvolvimento de um agente RMON2 que contemple alguns grupos dessa MIB. O agente baseia-se na monitoração protocolos de alto nível e aplicações que são executados sobre o IP (Internet Protocol) e Ethernet (na camada de enlace). Além da implementação do agente, o trabalho apresenta um estudo de como obter estatísticas do agente RMON2 e usá-las efetivamente para gerenciar protocolos de alto nível e aplicações.

O gerenciamento de redes exige dos administradores a disponibilidade de uma grande quantidade de informações sobre os seus equipamentos, as tecnologias envolvidas e os problemas associados a elas. Nesse cenário, administradores de redes devem, cada vez mais, aprofundar o seu conhecimento através de constante treinamento, até que estejam aptos a administrar uma rede de maneira mais eficiente e confiável. Alguns estudos têm sido feitos buscando integrar tecnologias de Inteligência Artificial na área de gerenciamento de redes. Abordagens utilizando sistemas multiagentes, agentes de interface e sistemas especialistas já foram utilizadas com o objetivo de facilitar a tarefa de gerenciamento de rede aos olhos do usuário. Os chatterbots representam um grande potencial para a tarefa de treinamento e gerenciamento de redes já que utilizam linguagem natural e são capazes de ser facilmente integrados em ambientes mais complexos. O principal objetivo deste trabalho é investigar o uso de chatterbots como uma ferramenta de gerenciamento utilizada por administradores menos treinados. O trabalho envolveu a adaptação do chatterbot ALICE para permitir o treinamento e a gerência de redes através da inclusão de módulos que permitem a monitoração de equipamentos de uma rede (através do protocolo SNMP) e módulos que permitam consultar e armazenar histórico de informações da mesma. Desta forma, a grande contribuição da arquitetura proposta é a de prover uma comunicação mais efetiva entre o administrador menos experiente e a rede, através do chatterbot assistente, que recebe consultas em linguagem natural, interpreta os dados coletados e expõe os conceitos envolvidos no processo de gerenciamento.

Novas tecnologias têm sido investigadas como soluções alternativas ao protocolo de gerenciamento de redes padrão, o SNMP. Nesse cenário, a tecnologia de Web Services (WS) vem se tornando bastante promissora, mas imaginar que ela irá substituir de imediato o SNMP não é uma abordagem factível, pois é provável que o SNMP continue sendo utilizado nos dispositivos de rede por um bom tempo. Além disso, os WS são recentes, necessitando maiores investigações com respeito a utilização no gerenciamento de redes. As atuais investigações realizadas comparam os WS com o SNMP em casos genéricos, não levando em consideração casos especí cos de gerenciamento. Nesse contexto, esta dissertação apresenta o desenvolvimento e a avaliação de duas implementações baseadas em WS, desenvolvidas no especí co contexto do gerenciamento distribuído por delega- ção e tendo a MIB Script, de nida pelo IETF, como base de desenvolvimento. A primeira implementação consiste na construção de um novo tipo de gateway WS para SNMP, denominado gateway em nível de serviço, que caracteriza-se por ser construído baseado nos serviços que um determinado módulo de MIB oferece. Isso proporciona um grau maior de abstração, na visão do gerente WS, na manipulação dos agentes SNMP e, também, diminui o número de mensagens trocadas entre o gerente WS e o gateway desenvolvido. A segunda implementação realiza a total substituição do SNMP no gerenciamento dos dispositivos, permitindo, com isso, um gerenciamento de redes completamente baseado em Web Services. A implementação consistiu na construção de um novo tipo de agente, denominado por agente orientado a serviços baseado em Web Services, ou apenas agente WS. O agente WS desenvolvido possui as mesmas características que o gateway em ní- vel de serviço, diferindo apenas na não utilização de SNMP no caso do agente WS. O gerenciamento das duas implementações é realizado através de um módulo desenvolvido e incorporado ao ambiente de gerenciamento de redes QAME. Esse módulo manipula as duas implementações da mesma maneira, uma vez que os serviços oferecidos por elas possuem a mesma interface de acesso. A avaliação realizada consistiu na comparação entre as duas implementações desenvolvidas neste trabalho e outras duas soluções de gerenciamento investigadas: o gateway em nível de objeto e uma implementação da MIB Script, denominada Jasmin. Os parâmetros de avaliação utilizados nas comparações foram o tráfego gerado e o tempo de resposta percebido. Como será visto ao nal, os resultados das comparações realizadas no caso especí co do gerenciamento por delega- ção são diferentes daqueles apresentados em investigações mais genéricas. Além disso, as duas implementações desenvolvidas neste trabalho demonstraram serem promissoras, apresentando resultados bastante satisfatórios com relação aos parâmetros avaliados.