Resumen de Flexible Network Monitoring and Traffic Analysis Techniques for the Future Internet
Las tecnologías y servicios desarrollados sobre Internet han ocasionado una de las transformaciones más importantes a escala global en las últimas décadas. Este éxito ha conllevado un aumento abrupto de las prestaciones necesarias para el correcto funcionamiento de los servicios desplegados sobre redes de ordenadores, y un gran número de retos técnicos relativos a la seguridad, calidad y gestión de los mismos. Todo ello ha motivado la aparición de propuestas disruptivas para mejorar los procesos de configuración y control de red; de recolección y análisis de datos; y de emplazamiento de elementos funcionales dentro de infraestructuras flexibles y escalables.
En este contexto, esta tesis presenta una serie de contribuciones al estado del arte de monitorización y análisis de tráfico con el objetivo de proporcionar y definir metodologías y sistemas capaces de adaptarse a las características y requisitos de la monitorización de la Internet del futuro. Para ello, se ha partido de dos observaciones iniciales referentes a las tendencias y necesidades de los procesos de monitorización en las infraestructuras de última generación. Por un lado, que la evolución del equipamiento en redes de ordenadores está permitiendo definir dinámicamente el comportamiento de los sistemas. Por otro, que el diseño de los sistemas de monitorización está evolucionando hacia una mayor distribución de las tareas para mejorar su escalabilidad y coste de operación, gracias a las soluciones basadas en software y virtualización.
A partir de estas consideraciones, se han planteado tres objetivos principales para esta Tesis Doctoral que abarcan cuestiones críticas para flexibilizar los procesos de monitorización de red. En primer lugar, definir nuevas aproximaciones para la realización de tareas críticas de gestión, partiendo del análisis dinámico de la actividad de red y del comportamiento del tráfico intercambiado a lo largo del tiempo. En segundo lugar, analizar qué factores condicionan la explotación de plataformas de virtualización y los elementos reconfigurables basados en software para la implementación de herramientas de análisis, experimentación y monitorización de red. Por último, diseñar estrategias que permitan integrar adaptativamente elementos software en entornos heterogéneos de red, para disminuir el coste de operación y despliegue de los futuros sistemas de monitorización.
En relación al primer objetivo, los resultados alcanzados exponen las posibilidades que ofrece la aplicación de técnicas de alta dimensionalidad para la definición de patrones de comportamiento de la red. En este sentido, durante la realización de la tesis se ha explorado la aplicación de técnicas de análisis de datos funcionales (FDA) y líneas base de alta dimensionalidad. Las principales ventajas de estas aproximaciones se ilustran mediante la definición de métodos y algoritmos para la reducción del volumen de medidas de red; caracterización y detección de atípicos; y predicción de la actividad de red.
Con respecto al segundo objetivo, se ha llevado a cabo un estudio en profundidad de una de las plataformas de referencia para la realización de experimentos en entornos virtualizados, Mininet. Este estudio permitió caracterizar el efecto de las características topológicas y operacionales de redes virtuales en el consumo de recursos computacionales y prestaciones alcanzables. Las conclusiones permitieron definir una guía de buenas prácticas útil para diseñar los pasos iniciales de experimentación con esta plataforma, y que puede facilitar la realización de estudios comparados incluyendo otras soluciones del estado del arte.
Finalmente, el tercer objetivo se alcanzó partiendo de los resultados anteriores y mediante el desarrollo de una serie de aplicaciones para mejorar las resolución de algunos problemas del análisis de tráfico y monitorización de red. Como primera aplicación, se definió un algoritmo para la compresión con pérdidas de series temporales de medidas de red, para mejorar la realización de estudios longitudinales del tráfico. Por otro lado, se definió la arquitectura y funcionamiento de un sistema para la predicción de momentos de baja actividad en la red, para mejorar la planificación de actividades sin temporización crítica-p.ej.,transferencias masivas de datos. Además, este trabajo presenta un algoritmo heurístico de análisis sobre una aplicación de monitorización de Voz sobre IP (VoIP), para facilitar su ejecución en elementos de red de recursos limitados aprovechando los recursos computacionales a lo largo de la red. Finalmente, se desarrolló un sistema y método de generación de carga sintética de red aplicando los resultados ya mencionados, orientado a la validación de herramientas de monitorización de red -aplicada exitosamente para la evaluación de la aplicación de monitorización de VoIP indicada previamente.
