Roteiro Introdu c~ ao Resili^ encia em Redes de Computadores Medindo a Robustez de Uma Rede com o Fator de Resili^ encia Testes com Topologias e Valida c~ ao do Fator Considera c~ oes Finais Refer^ encias Medindo a Robustez de Uma Rede com o Fator de Resili^ encia Donato Antonio Marino Junior Ronaldo Moreira Salles Universidad de Alcal a Marino e Salles (IME) Medindo a Robustez de Uma Rede com o Fator de Resili^ encia Outubro/2009 1 / 32
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Medindo a robustez de uma rede com o fator de resiliência presentation ciawi2009
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RoteiroIntroducao
Resiliencia em Redes de ComputadoresMedindo a Robustez de Uma Rede com o Fator de Resiliencia
Testes com Topologias e Validacao do FatorConsideracoes Finais
Referencias
Medindo a Robustez de Uma Rede com o Fatorde Resiliencia
Donato Antonio Marino JuniorRonaldo Moreira Salles
Universidad de Alcala
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Resiliencia em Redes de ComputadoresMedindo a Robustez de Uma Rede com o Fator de Resiliencia
Testes com Topologias e Validacao do FatorConsideracoes Finais
Referencias
Roteiro I
1 IntroducaoResiliencia em Redes de ComputadoresObjetivosMotivacao
2 Resiliencia em Redes de ComputadoresTrabalhos RelacionadosMetricas de Topologias
3 Medindo a Robustez de Uma Rede com o Fator de ResilienciaO Fator de Resiliencia
4 Testes com Topologias e Validacao do FatorAtaques e Medidas de CentralidadeTestes com as MetricasComparacao de MetricasConclusoes
5 Consideracoes FinaisConclusoes do TrabalhoTrabalhos Futuros
6 Referencias
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Resiliencia em Redes de ComputadoresMedindo a Robustez de Uma Rede com o Fator de Resiliencia
Testes com Topologias e Validacao do FatorConsideracoes Finais
Referencias
Resiliencia em Redes de ComputadoresObjetivosMotivacao
Resiliencia em Redes de Computadores
Definicao
Resiliencia em redes e a habilidade de uma entidade de tolerar(resistir e automaticamente se recuperar de) desafios nas condicoesda rede, ataques coordenados e anomalias no trafego.[Aggelou, 2008]
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Testes com Topologias e Validacao do FatorConsideracoes Finais
Referencias
Resiliencia em Redes de ComputadoresObjetivosMotivacao
Objetivos do Trabalho
Obtencao de uma metrica que possa avaliar quao resiliente euma rede
Validacao da metrica proposta, comparando-a com metricaspublicadas em artigos cientıficos
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Testes com Topologias e Validacao do FatorConsideracoes Finais
Referencias
Resiliencia em Redes de ComputadoresObjetivosMotivacao
Motivacao
Permitir a avaliacao da robustez de uma rede
Permitir a comparacao de duas ou mais redes
Permitir a avaliacao de estrategias de alteracao de topologias
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Testes com Topologias e Validacao do FatorConsideracoes Finais
Referencias
Trabalhos RelacionadosMetricas de Topologias
Trabalhos Relacionados
Network Robustness and Graph Topology[Dekker and Colbert, 2004]Apresenta a conectividade do no e a similaridade entre os nos comoprincipais metricas para a avaliacao da robustez da topologia.Analisa topologias simetricas, livres de escala, aleatorias e outras.
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Testes com Topologias e Validacao do FatorConsideracoes Finais
Referencias
Trabalhos RelacionadosMetricas de Topologias
Trabalhos Relacionados
Improving Network Robustness by Edge Modification[Beygelzimer et al., 2005]Considera tres importantes metricas para avaliar a robustez deuma rede diante de falhas aleatorias e ataques direcionados e testaestrategias de insercao e remanejamento de enlaces para amelhoria da resiliencia. Metricas utilizadas:
Diametro
LCC - Largest Connected Component
AISPL - Average Inverse Shortest Path Length
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Testes com Topologias e Validacao do FatorConsideracoes Finais
Referencias
Trabalhos RelacionadosMetricas de Topologias
Metricas de Topologias
AISPL - Average Inverse Shortest Path Length
Media inversa do tamanho de todos os caminhos geodesicosde uma rede.
LCC - Largest Connected Component
Quantidade de nos do maior subgrafo resultante dadesconexao da rede causada por falha ou ataque.
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Testes com Topologias e Validacao do FatorConsideracoes Finais
Referencias
Trabalhos RelacionadosMetricas de Topologias
Metricas de Topologias
k-conectividade
Definicao
Seja G um grafo k-conexo. Entao para qualquer par de vertices,existem pelo menos k caminhos vertice-disjuntos entre eles.[Skiena, 2008]
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Testes com Topologias e Validacao do FatorConsideracoes Finais
Referencias
O Fator de Resiliencia
Metrica de Resiliencia Proposta
k-conectividade parcial
A k-conectividade parcial de um grafo e expressa pelo percentualde testes no calculo da k-conectividade que mantiveram atopologia conexa, apos a remocao de combinacoes de k − 1vertices.
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Testes com Topologias e Validacao do FatorConsideracoes Finais
Referencias
O Fator de Resiliencia
k-conectividade parcial - Exemplo
Figura: Combinacoes para uma topologia de cinco nos
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Testes com Topologias e Validacao do FatorConsideracoes Finais
Referencias
O Fator de Resiliencia
k-conectividade parcial - Exemplo
Figura: Combinacoes para uma topologia de cinco nos
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Testes com Topologias e Validacao do FatorConsideracoes Finais
Referencias
O Fator de Resiliencia
k-conectividade parcial - Exemplo
Figura: Combinacoes para uma topologia de cinco nos
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Testes com Topologias e Validacao do FatorConsideracoes Finais
Referencias
O Fator de Resiliencia
O Fator de Resiliencia
O Fator de Resiliencia utiliza a k-conectividade parcial paramedir a robustez de uma rede.
Calcula da 2-conectividade parcial ate a (n − 1)-conectividadeparcial da rede
Considera duas importantes propriedades de grafos conexos:
Todo grafo conexo e 1-conexo.Todo grafo conexo e n-conexo, sendo n o numero total devertices.
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Testes com Topologias e Validacao do FatorConsideracoes Finais
Referencias
O Fator de Resiliencia
O Fator de Resiliencia
A expressao obtida para calculo do Fator de Resiliencia e:
FR =
n−1∑i=2
k(i)
(n−2)
Para a topologia utilizada como exemplo, o calculo seria:
k(2)+k(3)+k(4)(5−2) = 1+0,9+0,7
3 = 0, 8666
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Testes com Topologias e Validacao do FatorConsideracoes Finais
Referencias
Ataques e Medidas de CentralidadeTestes com as MetricasComparacao de MetricasConclusoes
Ataques e Medidas de Centralidade
Simulacoes de Ataques aos nos de maior importancia
Nas simulacoes foram utilizadas medidas de centralidadeoriundas do estudo de Redes Sociais [Wasserman et al., 1994]:
Comparacao dos resultados com as metricas do trabalhorelacionado
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Testes com Topologias e Validacao do FatorConsideracoes Finais
Referencias
Ataques e Medidas de CentralidadeTestes com as MetricasComparacao de MetricasConclusoes
Topologias usadas nos testes
Figura: Telcordia - 15 nos e 28 enlaces
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Testes com Topologias e Validacao do FatorConsideracoes Finais
Referencias
Ataques e Medidas de CentralidadeTestes com as MetricasComparacao de MetricasConclusoes
Topologias usadas nos testes
Figura: Cost-239 - 19 nos e 40 enlaces
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Testes com Topologias e Validacao do FatorConsideracoes Finais
Referencias
Ataques e Medidas de CentralidadeTestes com as MetricasComparacao de MetricasConclusoes
Topologias usadas nos testes
Figura: JaNet - 29 nos e 45 enlaces
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Testes com Topologias e Validacao do FatorConsideracoes Finais
Referencias
Ataques e Medidas de CentralidadeTestes com as MetricasComparacao de MetricasConclusoes
Topologias usadas nos testes
Figura: Renater - 30 nos e 42 enlaces
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Testes com Topologias e Validacao do FatorConsideracoes Finais
Referencias
Ataques e Medidas de CentralidadeTestes com as MetricasComparacao de MetricasConclusoes
Topologias usadas nos testes
Figura: RNP - 27 nos e 26 enlaces
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Testes com Topologias e Validacao do FatorConsideracoes Finais
Referencias
Ataques e Medidas de CentralidadeTestes com as MetricasComparacao de MetricasConclusoes
Topologias usadas nos testes
Figura: UKNet - 30 nos e 51 enlaces
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Testes com Topologias e Validacao do FatorConsideracoes Finais
Referencias
Ataques e Medidas de CentralidadeTestes com as MetricasComparacao de MetricasConclusoes
Softwares utilizados nos Testes
Vertex
Indica Topologia Conexa/Nao ConexaIndica Topologia Completa/Nao CompletaPermite identificar a k-conectividade “completa”Calcula o Fator de Resiliencia
SocNetV - Social Network Visualizer
Calcula CC e BCCalcula DiametroCalcula Average Shortest Path LengthTabela de caminhos geodesicos da topologia
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Testes com Topologias e Validacao do FatorConsideracoes Finais
Referencias
Ataques e Medidas de CentralidadeTestes com as MetricasComparacao de MetricasConclusoes
AISPL - Ataques aos nos de maior CC e BC
* Apresentou inconsistencia quando o ataque desconecta a topologia
* O AISPL realiza calculo no LCC
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Testes com Topologias e Validacao do FatorConsideracoes Finais
Referencias
Ataques e Medidas de CentralidadeTestes com as MetricasComparacao de MetricasConclusoes
LCC - Ataques aos nos de maior CC e BC
* Nao diferencia as topologias em seu estado original
* Sua queda refletia apenas a quantidade de nos atacados
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Testes com Topologias e Validacao do FatorConsideracoes Finais
Referencias
Ataques e Medidas de CentralidadeTestes com as MetricasComparacao de MetricasConclusoes
Fator de Resiliencia - Ataques aos nos de maior CC e BC
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Testes com Topologias e Validacao do FatorConsideracoes Finais
Referencias
Ataques e Medidas de CentralidadeTestes com as MetricasComparacao de MetricasConclusoes
Fator de Resiliencia x AISPL e LCC
Topologia Telcordia Topologia Renater
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Referencias
Ataques e Medidas de CentralidadeTestes com as MetricasComparacao de MetricasConclusoes
Conclusoes dos Testes da Metrica Proposta
O Fator de Resiliencia foi a metrica mais consistente naanalise da robustez de uma rede
Apresentou boa precisao no seu valor permitindo acomparacao de topologias
Nos testes de simulacao de ataques apresentou coerencia emtodos os resultados, diferente das metricas do trabalhorelacionado
Na comparacao com as outras metricas nos seus melhorescasos, os resultados do Fator de Resiliencia seguiramcorretamente a tendencia de queda apos os ataques
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Testes com Topologias e Validacao do FatorConsideracoes Finais
Referencias
Conclusoes do TrabalhoTrabalhos Futuros
Conclusoes do Trabalho
O trabalho apresentou o Fator de Resiliencia como a medidade robustez de uma rede.
Foram utilizadas topologias reais de backbones comerciais eacademicos, em simulacoes de ataques aos nos de maiorimportancia da rede, baseados em conceitos de redes sociais.
Os testes realizados com o Fator de Resiliencia foram maisprecisos e mais consistentes do que com outras metricaspropostas em trabalhos anteriores.
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Testes com Topologias e Validacao do FatorConsideracoes Finais
Referencias
Conclusoes do TrabalhoTrabalhos Futuros
Trabalhos Futuros
Pesquisa de novos algoritmos ou heurısticas para o calculo dak-conectividade parcial
Analise de estrategias para a alteracao de topologias visando oaumento da resiliencia
Estudo de um procedimento para o projeto de redes resilientescom base no fator proposto
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Referencias
Referencias I
Aggelou, G. (2008).Wireless Mesh Networking.McGraw-Hill Professional.
Beygelzimer, A., Grinstein, G., Linsker, R., and Rish, I. (2005).Improving network robustness by edge modification.Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 357(3-4):593–612.
Dekker, A. H. and Colbert, B. D. (2004).Network robustness and graph topology.In Estivill-Castro, V., editor, ACSC, volume 26 of CRPIT, pages 359–368.Australian Computer Society.
Skiena, S. S. (2008).The Algorithm Design Manual.Springer, 2nd edition.
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Testes com Topologias e Validacao do FatorConsideracoes Finais
Referencias
Referencias II
Wasserman, S., Faust, K., and Iacobucci, D. (1994).Social Network Analysis : Methods and Applications (Structural Analysis in theSocial Sciences).Cambridge University Press.
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