Muitos aspectos da gestão de redes de computadores, como a Qualidade de Serviço (QoS) e segurança, devem ser levados em consideração para garantir que a rede atenda às exigências de usuários e clientes. Felizmente, soluções de gestão de rede foram desenvolvidas para lidar com estes aspectos, tais como Redes Baseadas em Intenção (Intent-based Networking - IBN). IBN é um novo paradigma de rede que abstrai configurações de rede, permitindo que administradores especifiquem como a rede deve se comportar e não o que ele deve fazer. Nesta dissertação, apresentamos uma solução de IBN chamada INSpIRE (Integrated NFV-based Intent Refinement Envirorment). INSpIRE implementa uma técnica de refinamento para traduzir intenções em um conjunto de configurações para executar uma desejada cadeia de serviço em ambos, ambientes homogêneos (somente funções virtualizadas) e ambientes heterogêneos (funções virtualizadas e middleboxes físicas). A técnica de refinamento baseia-se em Requisitos Não Funcionais (Non-Functional Requirements - NFRs) e clustering para determinar quais funções de rede deverão compor a cadeia de serviços. Nossa solução é capaz de (i) determinar as funções específicas necessárias para o cumprimento de uma intenção, (ii) encadear estas funções de acordo com suas dependências e (iii) apresentar informações de baixo nível suficientes para que dispositivos de rede possam posteriormente orientar o tráfego de rede por essa cadeia de serviço. Além disso, para avaliar a viabilidade da nossa solução, estudos de caso no qual refletem situações de gestão do mundo real e uma avaliação da escalabilidade do processo de refinamento são detalhados. Por fim, os resultados mostraram que INSpIRE é capaz de fornecer uma cadeia de serviços que atende aos requisitos especificados na intenção em cenários pequenos e grandes. / Many aspects of the management of computer networks, such as quality of service and security, must be taken into consideration to ensure that the network meets the users and clients demands. Fortunately, management solutions were developed to address these aspects, such as Intent-Based Networking (IBN). IBN is a novel networking paradigm that abstracts network configurations by allowing administrators to specify how the network should behave and not what it should do. In this dissertation, we introduce an IBN solution called INSpIRE (Integrated NFV-based Intent Refinement Environment). INSpIRE implements a refinement technique to translate intents into a set of configurations to perform a desired service chain in both homogeneous environments (virtualized functions only) and heterogeneous environments (virtualized functions and physical middleboxes). This refinement technique relies on Non- Functional Requirements (NFRs) and clustering to determine the network functions that will compose the service chain. Our solution is capable of (i) determining the specific functions required to fulfill an intent, (ii) chaining these functions according to their dependencies, and (iii) presenting enough low-level information to network devices for posterior traffic steering. Furthermore, to assess the feasibility of our solution we detail case studies that reflects realworld management situations and evaluate the scalability of the refinement process. Finally, the results showed that INSpIRE is capable of delivering a service chain that meets the requirements specified in the intent in small and large scenarios.

Monitorar significa, de forma genérica, acompanhar e avaliar dados fornecidos por aparelhagem técnica. Quando se fala em monitoramento de uma rede, não se está fugindo desta idéia. Para monitorar a rede são utilizados mecanismos para coletar dados da mesma, sendo estes dados posteriormente avaliados. O monitoramento da rede é, sob o ponto de vista da administração da mesma, uma atividade indispensável. Através desta operação é possível obter conclusões sobre a “saúde” da rede. A busca e análise dos dados da rede podem ser feitas com vários enfoques, cada um buscando cercar uma situação específica, onde entre outros, destacam-se a segurança e a carga da rede. A proposta de fazer uso de algum recurso que permita monitorar a rede fica cada vez mais importante, à medida que as redes têm crescido em tamanho e importância para as organizações. Atualmente, é comum se falar em redes locais com centenas e até milhares de computadores conectados. Associada a esta realidade existe ainda a conexão com a Internet, que faz com que o número de máquinas em contato, suba para valores gigantescos. Os usuários de computador que estão conectados a uma rede, podem estar, fisicamente, muito longe dos olhos do administrador da mesma. Com isso, este sente-se obrigado a utilizar ferramentas que permita monitorar a rede, uma vez que não tem controle sobre os usuários. Sob o ponto de vista da segurança, a preocupação está em verificar a possível ocorrência de ataques ou detectar problemas nas configurações dos mecanismos de segurança implementados. Já quanto à carga da rede, o enfoque é monitorar os tipos de acessos e serviços utilizados, a fim de identificar atividades supérfluas que possam estar sobrecarregando a rede. O presente trabalho tem por objetivo estudar meios para construir uma ferramenta que permita verificar, de forma on-line, as conexões TCP/IP que estão ativas na rede local, seja uma conexão entre duas máquinas da rede local, ou com a Internet, possibilitando visualizar os serviços que estão sendo acessados e a quantidade de tráfego gerada pelos computadores. Ao final será construído um protótipo a fim de validar o estudo feito. O estudo parte da análise do padrão de rede Ethernet, que é ambiente a ser utilizado neste estudo. Na seqüência serão estudadas as características dos principais protocolos da família TCP/IP, que é o conjunto de protocolo utilizado pela grande maioria das redes, inclusive pela maior delas, que é a Internet. Em uma fase posterior, serão estudadas as formas de se fazer o monitoramento em uma rede Ethernet e as ferramentas de monitoramento existentes. Na seqüência, os detalhes do protótipo para monitorar conexões TCP/IP são apresentados bem como os resultados dos testes de validação do mesmo.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major de Telecomunicações). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Tese de mestrado. Redes e Serviços de Comunicações (Área de especialização de Comunicações). 2006. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto

Tese de mestrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major de Automação). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Tese de mestrado. Redes e Serviços de Comunicação. 2004. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto

Tese de doutoramento. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:42:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000391995-Texto+Completo-0.pdf: 1694229 bytes, checksum: ee45120ceb9e6be4fdb62fcce97ad619 (MD5) Previous issue date: 2006 / The proposition of Networks-on-Chip (NoCs) for modern and future embedded systems capitalizes on the fact that busses present performance degradation when shared by a great number of cores. Even if NoC research is a relatively young field, the literature abounds with propositions of NoC architectures. Several of these propositions claim providing quality of service (QoS) guarantees, which is essential for e. g. real time and multimedia applications. The most widespread approach to attain some degree of QoS guarantee relies on a two-step process. The first step is to characterize application performance through traffic modeling and simulation. The second step consists in tuning a given network template to achieve some degree of QoS guarantee. These QoS targeted NoC templates usually provide specialized structures to allow either the creation of connections (circuit switching) or the assignment of priorities to connectionless flows. It is possible to identify three drawbacks in this two-step process approach. First, it is not possible to guarantee QoS for new applications expected to run on the system, if those are defined after the network design phase. Second, even with end-to-end delay guarantees, connectionless approaches may introduce jitter. Third, to model traffic precisely for a complex application is a very hard task. If this problem is tackled by oversimplifying the modeling phase, errors may arise, leading to NoC parameterization that is poorly adapted to achieve the required QoS. This work has two main objectives. The first one is to evaluate the area-performance trade-off and the limitations of circuit switching and priority scheduling to meet QoS. This evaluation shows where such implementations are really suited for achieving QoS guarantees, and when more elaborate mechanisms to meet QoS are needed. The second objective is to propose the use of a rate-based scheduling to achieve QoS requirements considering the execution time state of the NoC. The evaluation of circuit switching and priority scheduling show that: (i) circuit switching can guarantee QoS only to a small number of flows, this technique presents low scalability and can potentially waste significant bandwidth; (ii) priority-based approaches may display best-effort behavior and, in worst-case situations, may lead to unacceptable latency for low priority flows, besides being subject to jitter. In face of these limitations, rate-based scheduling arises as an option to improve the performance of QoS flows when varying traffic scenarios are used. / A proposição de redes intra-chip (NoCs) para futuros e modernos sistemas embarcados baseia-se no fato de que barramentos apresentam degradação do desempenho quando compartilhados por um grande número de núcleos. Mesmo a pesquisa de NoCs sendo um campo relativamente novo, a literatura possui muitas proposições de arquiteturas de tais redes. Muitas destas proposições objetivam prover garantias de qualidade de Serviço (QoS), o que é essencial para aplicações de tempo real e multimídia. O método mais amplamente usado para obter algum grau de garantia de QoS é dividido em duas etapas. A primeira etapa é caracterizar a aplicação através da modelagem de tráfego e simulação. A segunda etapa consiste em dimensionar uma determinada rede para alcançar garantias de QoS. Projetos de NoCs destinados a atender QoS usualmente provêem estruturas especializadas para permitir ou a criação de conexões (chaveamento por circuito) ou a definição de prioridades para fluxos sem conexão. É possível identificar três desvantagens neste método de duas etapas. Primeiro, não é possível garantir QoS para novas aplicações que venham a ser executadas no sistema, se estas são definidas depois da fase de projeto da rede. Segundo, mesmo com garantias de latência fim-a-fim, métodos sem o estabelecimento de conexão podem introduzir jitter. Terceiro, modelar tráfego precisamente para uma aplicação complexa é uma tarefa muito difícil. Se este problema é contornado pela simplificação da fase de modelagem, erros podem ser introduzidos, conduzindo a uma parametrização da NoC pobremente adaptada para atender à QoS requerida. Este documento tem dois principais objetivos. O primeiro é avaliar o compromisso área-desempenho e as limitações do chaveamento por circuito e do escalonamento baseado em prioridades para prover QoS. Esta avaliação mostra quando tais implementações são realmente apropriadas para atender requisitos de QoS, e quando mecanismos mais elaborados são necessários. O segundo objetivo é propor o uso de um escalonamento baseado em taxas para atender requisitos de QoS, considerando o estado da NoC em tempo de execução. A avaliação do chaveamento por circuito e do escalonamento baseado em prioridades mostra que: (i) chaveamento por circuito pode garantir QoS somente para um pequeno número de fluxos; esta técnica apresenta baixa escalabilidade e pode desperdiçar largura de banda; (ii) escalonamento baseado em prioridades pode apresentar comportamento melhor esforço e, em situações de pior caso, pode conduzir a uma latência inaceitável para fluxos de baixa prioridade, além de ser sujeito a jitter. Por estas limitações, o escalonamento baseado em taxas surge com uma opção para melhorar o desempenho de fluxos QoS quando cenários de tráfego variáveis são usados.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:42:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000411702-Texto+Completo-0.pdf: 1801479 bytes, checksum: 77884f26b3b3891c3df19805dedffc5e (MD5) Previous issue date: 2008 / The main cost functions in VLSI design during the 90’s were silicon area, performance, cost and reliability. Power dissipation and energy consumption were a secondary concern. For example, some Intel processors could dissipate more than 120 watts. Mobile computing changes this scenario, making energy consumption and battery life a primary concern. A first move to reduce power is to integrate most of the system functions together in a single integrated circuit, leading to the SoC concept. Due to number of functions integrated in modern SoCs, networks on chip (NoCs) are becoming the preferred communication infrastructure due to their scalability and communication parallelism. Current power estimation models for NoCs capitalize mostly in the volume of information transmitted through the network. This work proposes a more precise NoC power estimation model, based in the buffer reception rates, according to the traffic scenario applied to the network. Results show the accuracy of the model compared to industrial power estimation tools, with an error inferior to 10%, with reduced execution time. Compared to a volume based estimation method, it was possible to demonstrate the weakness of such methods, even if they are faster to generate results. The proposed model is integrated into the ATLAS framework, providing designers a path to evaluate power and energy of automatically generated NoCs. Additionally, this work evaluates the dissipation of each Hermes internal component, with and without power reduction techniques. / No passado, as maiores preocupações de um projetista VLSI compreendiam área de silício, desempenho, custo e confiabilidade. A dissipação de potência e a energia consumida pelo circuito ocupavam uma posição secundária no projeto do mesmo. A computação móvel mudou este cenário, trazendo a dissipação de potência e o consumo de energia de um circuito como preocupações primárias, visando principalmente aumentar a vida útil das baterias do dispositivo. A primeira medida para reduzir a potência do circuito é agregar diversas funções, que antes estariam em circuitos independentes, em um mesmo circuito, criando o conceito de SoC. Devido ao número de funções integradas nos SoCs modernos, as redes intra-chip (NoCs) estão sendo mais utilizadas devido a sua escalabilidade e paralelismo de comunicação. Os modelos atuais de estimativa da dissipação de potência nas NoCs utilizam como principal métrica o volume de dados transmitidos na rede. Este trabalho propõe um modelo para estimativa da dissipação de potência em uma rede intra-chip mais preciso, baseado nas taxas de recepção nos buffers de cada roteador da rede durante a transmissão do tráfego avaliado. Resultados mostram um erro de no máximo 10% em comparação com uma ferramenta comercial de estimativa de dissipação de potência, reduzindo o tempo de estimativa. Comparando o modelo proposto com modelos baseados em volume de dados, podemos verificar a imprecisão dos modelos de volume, mesmo que estes apresentem tempo de resposta melhores. O modelo proposto foi integrado ao framework ATLAS, permitindo que os projetistas avaliem a potência dissipada para as NoCs e tráfegos gerados neste framework. Além disto, este trabalho apresenta a avaliação da dissipação de potência da NoC Hermes, avaliando a aplicação de técnicas de redução de potência em circuitos CMOS sobre a rede.