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1 Redes de computadores baseadas em tecnologias ativas Flavio Paiva Junqueira Grupo de Teleinformatica e Automac~ao - GTA COPPE/PEE - Programa de Engenharia Eletrica Universidade Federal do Rio de Janeiro Caixa postal CEP Rio de Janeiro - RJ - Brasil 28 de Maio de 1997 Resumo Redes ativas permitem a usuarios individuais injetarem programas customizados nos nos da rede. As ditas arquiteturas ativas possibilitam um aumento consideravel na complexidade e na customizac~ao da computac~ao que e realizada nos nos da rede. Este artigo tem como enfoque a utilizac~ao de capsulas, que s~ao pacotes contendo fragmentos de programas e dados, substituindo os pacotes convencionais. Quest~oes como o acesso aos recursos dos nos e a linguagem a ser utilizada s~ao discutidas. Por m e sugerida uma arquitetura basica, proposta neste artigo, para um processador ativo que coopera com a camada de rede. 1

2 1 Introduc~ao As redes de computadores convencionais transportam bits de forma passiva m-a- m, isto e, os dados s~ao transmitidos em pacotes pelo sub-sistema de comunicac~ao sem alterac~ao. O processamento realizado sobre um pacote de dados e baseado em uma sem^antica denida para o cabecalho, restringindo assim as ac~oes que podem ser realizadas sobre o seu conteudo. As redes ativas se prop~oem a permitir a injec~ao de programas nos nos da rede, chamados de nos ativos, que realizar~ao computac~oes especcas sobre as mensagens de dados de usuarios e aplicac~oes. As redes s~ao ditas ativas porque podem realizam computac~oes e modicar o conteudo dos pacotes. Com isto, ha um ganho na exibilidade dos eventos internos da rede, que n~ao s~ao mais restritos as opc~oes presentes nos cabecalhos dos pacotes. Todas as aplicac~oes que necessitam de tratamento diferenciado dentro da rede poderiam se utilizar dos recursos de computac~ao disponveis nos nos da rede. Como exemplo temos rewalls, Web proxies, roteadores multiponto etc. Um problema interessante se aplicar redes ativas e para o caso de congestionamento. Neste caso, a chegada de informac~ao para indicar um congestionamento em algum ponto da rede pode ocorrer tardiamente. As redes ativas s~ao classicadas segundo a sua arquitetura. Uma abordagem que e particularmente interessante, consiste na troca de pacotes passivos por \capsulas" (abordagem integrada), que s~ao programas em miniatura encapsulados em quadros de transmiss~ao, que s~ao executados em todos os nos da rede. Outra abordagem, denominada de comutadores programaveis, consiste na distinc~ao de pacotes contendo programas, dos que contem dados (abordagem integrada). Assim, o mecanismo de inserc~ao de programas e separado da transmiss~ao de dados. Contudo, o que possibilita a exist^encia destas redes ativas s~ao as tecnologias ativas, que consistem em codigos compilados e interpretados, suportando a transfer^encia baseada em encapsulamento e a execuc~ao segura e eciente dos fragmentos de programa. No entanto, observa-se que a utilizac~ao de processamento aumenta a lat^encia no transporte m-a-m dos dados. Por isto, varias quest~oes relacionadas a execuc~ao de programas nos nos s~ao analisadas nas pesquisas em desenvolvimento atualmente, procurando diminuir este atraso no geral, ou pelo menos diminuir o atraso para os casos de maior ocorr^encia. O caso mais geral seria a retransmiss~ao direta, sem utilizac~ao das capacidades de processamento. 2

3 1.1 Pesquisas em redes ativas Diversos trabalhos em redes ativas est~ao em desenvolvimento em diversos centros de pesquisa. No MIT [4], Tennenhouse et al. est~ao desenvolvendo um prototipo baseado na abordagem de capsulas e diversos estudos est~ao em andamento em assuntos relacionados, como armazenamento ativo, especicac~ao de componentes e fus~ao/ltragem de dados baseados em rede. Na universidade da Pensilv^ania, o projeto SwitchWare [5] consiste no desenvolvimento de um comutador programavel, que permite o carregamento de modulos digitalmente no comutador. Aideia basica e elevaronvel de abstrac~ao da funcionalidade do comutador para perto do nvel de uma maquina de Turing. O projeto NetScript [10] da universida de Columbia, consiste em uma linguagem de programac~ao e de um ambiente de execuc~ao. O time do universidade Carnegie Mellon esta desenvolvendo um mecanismo de gerenciamento de recursos para suporte de redes voltadas para aplicac~ao. Na escola de computac~ao da universidade da Georgia [7], Bhattacharjee et al. est~ao desenvolvendo estudos, onde utilizam redes ativas para soluc~ao do problema de congestionamento nos nos da rede. 1.2 Desenvolvimento do trabalho Neste trabalho, foram abordadas as principais caractersticas das propostas de Tennenhouse, tendo sido explorado tambem o trabalho de Bhattacharjee et al. Baseado em ambos os trabalhos foi proposta uma arquitetura basica para um processador ativo que opera em conjunto com a camada de rede. Na sec~ao 2 s~ao discutidas algumas aplicac~oes que teriam vantagens em estar sobre redes ativas. Na sec~ao 3 s~ao apresentadas caractersticas relativas as duas abordagens para arquitetura de redes ativas (integrada e discreta). Na sec~ao 4 e discutida a necessidade de um modelo de programac~ao interoperavel, de forma que os nos da rede executem de forma coerente os programas contidos nas capsulas. Seguindo a proposta de Tennenhouse et al., na sec~ao 5, apresenta-se uma extens~ao para utilizac~ao de IP para protocolo de rede de uma rede ativa. Um resumo da proposta de Bhattacharjee et al. e apresentado na sec~ao 6. A proposta para uma arquitetura de um processador ativoe apresentada na sec~ao 7. Por m, na sec~ao 8 s~ao apresentadas algumas conclus~oes relativas a este trabalho. 2 Aplicac~oes em redes ativas Recentemente, tem havido um consideravel interesse em: tecnologia de agentes, que permite mobilidade de codigo de clientes para servidores e em applets na Web, que 3

4 permitem a mobilidade de codigo de servidores para clientes. Baseada nestas ideias, uma rede ativa permite a mobilidade de codigo para onde quer que seja necessario na rede. Existem aplicac~oes em que seria interessante, do ponto de vista do usuario, o interposicionamento de computac~ao dentro da rede. Em [1][4], s~ao apresentadas alguns exemplos: Firewalls, os quais s~ao geralmente localizados em limites administrativos Web Proxies e outros servicos tais como DNS e roteadores multicast, que forma vertices estrategicos de arvores de copia, fus~ao e cache Gateways N^omades/Moveis, posicionados nas extremidades das redes onde existem descontinuidades signicantes na banda disponvel, como por exemplo estac~oes-base de redes moveis Novas aplicac~oes que incluem funcionalidades de gerenciamento, fus~ao e distribuic~ao de dados para multiplos usuarios e mecanismos de autenticac~ao e seguranca. Estas aplicac~oes demonstram que existe a necessidade de redes em que a computac~ao realizada nos nos seja dependente da aplicac~ao e de facil realizac~ao. Na falta de uma abordagem coerente para interposicionamento, foram adotadas estrategias ad hoc, como se observa nos exemplos. Em muitos casos, a plataforma inserida apresenta a fachada de roteadores anvel de rede, mas realmente realizam func~oes especcas. As redes ativas procuram racionalizar estas diversas atividades atraves de uma plataforma uniforme para computac~ao baseada na rede. 2.1 Firewalls Firewalls implementam ltros que determinam quais pacotes devem ser passados de forma transparente e quais devem ser bloqueados. Embora tenham uma relac~ao de paridade com outros roteadores, rewalls implementam func~oes especcas de aplicac~oes e de usuarios, alem do roteamento dos pacotes. A necessidade de atualizar o rewall para habilitar o uso de novas aplicac~oes, muitas vezes, e um impedimento para a sua utilizac~ao. Em uma rede ativa, este processo poderia ser automatizado atraves da habilitac~ao do acesso de aplicac~oes de representantes autorizados, que se autenticariam no rewall, e injetariam modulos apropriados neste. 2.2 Web Proxies Web Proxies s~ao um exemplo de servico especco para aplicac~ao, sendo desenvolvidos para servir e armazenar temporariamente paginas Web. Um modelo proposto 4

5 por Harvest [2] emprega um esquema hierarquico no qual nos de cache s~ao posicionados perto das extremidades da rede, isto e, dentro da organizac~ao do usuario. Este sistema e escalavel e pode ser estendido permitindo que nos da hierarquia estejam posicionados em pontos estrategicos dentro da rede de provedores de acesso e portadoras. Um problema interessante e o desenvolvimento de algoritmos e ferramentas que automaticamente realizem o balanceamento da hierarquia atraves do reposicionamento dos proprios nos de cache, en~ao apenas da informac~ao do cache. Um outro argumento em favor da utilizac~ao de tecnologias ativas para armazenamento temporario na Web e que uma frac~ao signicativa das paginas Web s~ao computadas dinamicamente e n~ao est~ao sujeitas ao armazenamento passivo. Isto sugere que o desenvolvimento de esquemas de Web proxies suportem caches ativos que armazenem e executem programas que gerem paginas Web. 2.3 Computac~ao movel/n^omade Estrategias de inserc~ao s~ao utilizadas em varias pesquisas voltadas para computac~ao movel. Por exemplo, Kleinrock [2] descreve um roteador n^omade que e inserido entre sistemas nais e a rede. Este modulo observa e se adapta de acordo com os meios pelos quais o sistema esta conectado a rede, que pode ser atraves de uma linha telef^onica ou atraves de uma rede local no escritorio, por exemplo. Este roteador deve decidir por realizar mais armazenamento temporario de arquivo ou compress~ao quando o sistema esta conectado atraves de um enlace de baixa banda, e/ou recorrer a seguranca adicional, tal como encriptac~ao, quando a operac~ao n~ao for local. De forma similar, gateways e agentes n^omades s~ao nos que suportam mobilidade. Estes est~ao localizados em pontos estrategicos que interligam redes com enlaces de banda nominal e caractersticas de conabilidade diferentes, tais como as junc~os entre redes com e sem o. O trabalho realizado em TCP snooping [1] aumenta a performance de conex~oes TCP atraves da retenc~ao de informac~oes pertinentes ao estado de cada conex~ao em estac~oes-base sem o. Servicos especcos de aplicac~ao realizados em gateways incluem o armazenamento temporario de arquivos e a transcodicac~ao de imagens. 2.4 Domnios para novas aplicac~oes Em [4], s~ao apresentadas algumas classes de aplicac~oes que podem se aproveitar das caractersticas basicas das redes ativas. Entre estas est~ao aplicac~oes baseadas na fus~ao de informac~oes, em protec~ao da rede por reconhecimento de usuario, e gerenciamento ativo da rede. 5

6 2.4.1 Fus~ao e distribuic~ao de informac~ao Diversas aplicac~oes atualmente est~ao baseadas em multiplos usuarios/estac~oes. Algumas destas necessitam de servicos prestados pela rede que suportem a fus~ao e a distribuic~ao conveniente da informac~ao. No entanto, os sistemas existentes est~ao baseados em servicos que fornecem funcionalidades limitadas sem suporte para distribuic~oes especcas, desfavorecendo o armazenamento na rede e a fus~ao da informac~ao. Sensores Usuário Proc. Fusao Fusão Proc. Fusão Proc. Fusão Sensores Proc. Atuador Usuário Atuadores Figura 1: Fus~ao e distribuic~ao de informac~ao baseada na rede A gura 1 ilustra uma aplicac~ao baseada em multiplos stios. Nesta gura, uma aplicac~ao, tal como simulac~ao ou manipulac~ao remota, permite a cada usuario enxergar dados de imagens compostos obtidos de um grande numero de sensores. Alem disto, cada sensor pode ser assistido por diversos usuarios, que ter~ao requisitos diferentes no que diz respeito a codicac~ao e a apresentac~ao da informac~ao que acessam. A fus~ao de dados na rede reduz os requisitos de banda para usuarios que est~ao localizados na periferia (banda baixa) da rede. De forma similar, servicos especcos multiponto para usuarios, dentro da rede, reduz a carga nos sensores e no backbone Protec~ao da rede por reconhecimento de usuario A protec~ao da informac~ao signica que a informac~ao correta chegara as pessoas certas. Embora mecanismos de seguranca na rede e de autenticac~ao estejam sendo propostos, redes ativas podem admitir o desenvolvimento de mecanismos integrados que governam todos os recursos da rede e a informac~ao que ui por ela. Isto 6

7 elimina a necessidade de sistemas multiplos de seguranca/autenticac~ao operando independentemente em cada camada do protocolo de comunicac~ao, e permite a programac~ao em uma poltica de seguranca para a rede especca para cada aplicac~ao. Finalmente, uma abordagem formal utilizando especicac~oes rigorosas e seguranca baseada em tipos restritos pela linguagem pode ser utilizados para concluir sobre a polticas de protec~ao e os mecanismos de suas implementac~oes Gerenciamento ativo da rede Varias tarefas de gerenciamento da rede consistem na coleta e no exame dos dados conforme os eventos ocorrem. Para fornecer um conjunto de dados util, tal como indicac~oes de excec~ao, uma certa intelig^encia deve ser utilizada para ltrar eventos inexpressivos. Tecnologias ativas poderiam ser utilizadas para implementar abordagens sosticadas para monitorar a rede e ltrar eventos. Os componentes da rede, tais como roteadores, podem assumir a responsabilidade de monitorar a si proprios (por exemplo, atraves da injec~ao de programas customizados de monitorac~ao e diagnostico nos vizinhos mais proximos). De forma similar, redes ativas podem fornecer a exibilidade necessaria para aprimorar a detecc~ao de falhas e atualizar as polticas de sobreviv^encia que governam a resposta dos componentes as falhas correlacionadas, tais como aquelas causadas por terremotos ou invasores maliciosos. 3 Redes Ativas Pode-se distinguir duas abordagens principais para redes ativas, discreta e integrada, dependendo se os programas e os dados s~ao transportados de forma discreta, isto e, em mensagens separadas, ou de forma integrada, conforme e apresentado em [4] [1]. A seguir s~ao discutidas quest~oes relativas a estas duas abordagens. 3.1 Comutadores programaveis - uma abordagem discreta O processamento de mensagens pode ser arquiteturalmente separado do processo de injec~ao de programas em um no, com um mecanismo separado para cada func~ao. Usuarios enviariam pacotes atraves de nos programaveis da mesma forma que e feita atualmente. Quando o pacote chega, seu cabecalho e examinado e um programa e disparado para operar sobre o conteudo do pacote. O programa processa ativamente o pacote, possivelmente alterando o seu conteudo. Um grau de customizac~ao e possvel, pois o cabecalho da mensagem identica o programa que deve ser executa- 7

8 do. Portanto, e possvel executar diferentes programas para usuarios ou aplicac~oes diferentes. A separac~ao da execuc~ao e do carregamento do programa pode ser util quando e desejavel que o carregamento de programas seja cuidadosamente controlado ou quando os programas individualmente forem grandes. Esta abordagem e utilizada, por exemplo, na Rede Inteligente, padronizada pelo ITU-T. Na Internet, o carregamento do programa pode ser restrito ao operador do roteador, ao qual e fornecido uma \porta de fundos" atraves da qual este pode dinamicamente carregar codigo. Esta porta de fundos deve autenticar o operador e ainda realizar uma avaliac~ao no codigo que esta sendo carregado. Observa-se que permitir a operadores carregar codigo dinamicamente no roteadores seria util para estender as suas capacidades, mesmo que programas n~ao realizem computac~oes especcas de aplicac~oes ou usuarios. 3.2 Capsulas - Uma abordagem integrada Uma vis~ao mais extrema de redes ativas e aquela na qual toda mensagem e um programa. Toda mensagem, ou capsula, que passa nos nos contem um fragmento de programa (de pelo menos uma instruc~ao) que pode incluir dados embutidos. Quando uma capsula chega a um no ativo, seu conteudo e avaliado, da mesma forma que uma impressora Postscript interpreta o conteudo de cada arquivo que e enviado para esta. A gura 2 fornece uma vis~ao conceitual de como um no ativo deve ser organizado. Bits chegando nos enlaces de entrada s~ao processados por um mecanismo que identica os limites das capsulas, possivelmente utilizando mecanismos de enquadramento fornecido pelos protocolos tradicionais de enlace. Oconteudo da capsula e enviado para um ambiente de execuc~ao transiente onde pode ser seguramente avaliado. Sup~oe-se que os programas s~ao compostos de instruc~oes primitivas, que realizam computac~oes basicas no conteudo da capsula, e pode ainda chamar metodos externos, os quais podem fornecer acesso a recursos fora do ambiente transiente. A execuc~ao de uma capsula pode resultar no escalonamento de zero ou mais capsulas para transmiss~ao nos enlaces de sada e podem alterar o estado n~ao-transiente do no. Oambiente transiente e destrudo quando a avaliac~ao da capsula termina. alterando o seu conteudo. 3.3 Programac~ao com capsulas A distinc~ao entre as abordagens discreta e integrada e feita somente para efeito de compreens~ao. Em termos praticos, uma rede baseada na abordagem integrada 8

9 Armazenamento de componentes Processamento Ambiente Transiente de execução Quadro/Envio Escalonamento/Transmissão Figura 2: Organizac~ao de um no ativo poderia ser programada para emular a abordagem discreta e vice-versa. No entanto, as possibilidades oferecidas pela perspectiva integrada, principalmente no que diz respeito as novas formas de lancar computac~ao dentro da rede. Esta abordagem fornece uma estrutura para linguagem de programac~ao que possibilitou a sntese de recentes resultados na area de ambientes de programac~ao, sistemas operacionais e redes. Em aplicac~oes simples, a ac~ao de uma capsula visitando um no consiste em determinar o seu proximo destino ou salto e escalonar zero ou mais (possivelmente modicados) capsulas para transmiss~ao em enlaces selecionados. Sera necessario o fornecimento de mecanismos para determinac~ao e nomeac~ao de enlaces nos quais as capsulas ser~ao transmitidas. No protocolo IP, este mecanismo esta acoplado a cada no, e cada pacote precisa apenas conter o endereco de destino, isto e, estes pacotes n~ao precisam saber os enlaces pelos quais est~ao passando. Em esquemas de roteamento explcito puro, cada mensagem carrega a identidade de todos os enlaces pelos quais passa. O ideal seria obter uma abordagem intermediaria, onde cada capsula pode enumerar e avaliar dinamicamente os caminhos disponveis em um no, sem haver necessidade de um conhecimento detalhado no instante da composic~ao da capsula. Uma quest~ao importante diz respeito ao grau de acesso que e dado a uma capsula com relac~ao aos objetos, tais como tabelas de roteamento, que est~ao alem do ambiente de execuc~ao transiente. Em uma abordagem restrita, as capsulas poderiam ser auto-contidas. Embora isto seja suciente para implementar alguns programas interessantes, este modelo e de alguma forma connado. Existem tr^es formas pelas quais os programas poderiam atingir recursos que est~ao alem do ambiente transiente: Componentes de fundac~ao - servicos universalmente disponibilizados e implementados fora das capsula 9

10 Armazenamento ativo -a habilidade de modicar o estado em que o armazenamento em um no foi deixado apos a execuc~ao de uma capsula Extens~oes - permite a programas criarem novas classes e metodos Componentes de fundac~ao Os componentes de fundac~ao s~ao simplesmente metodos que implementam o acesso controlado dos programas aos recursos disponves nos nos. Um subconjunto destes componentes formara a API presente em tempo de execuc~ao de um programa. Outros componentes formam uma hierarquia de classes incorporada aos nos que servira como base para o desenvolvimento de programas de capsula. Muitas capsulas necessitar~ao de acesso a informac~oes e servicos especcos dos nos, tais como tabelas de roteamento e estado dos enlaces de transmiss~ao para este no. Utilizando componentes incorporados que fornecem acesso a estas informac~oes, uma determinada aplicac~ao poderia desenvolver capsulas que realizassem um processamento similar aquele realizado no cabecalho de um datagrama IP, como exemplo. Instruc~oes de processamento opcional e de multiponto podem estar disponveis. Para propositos de migrac~ao, poderiam ser desenvolvidos componentes padronizados que implementassem os tipos existentes do IP. Uma capsula carregando um datagrama IP, poderia conter uma unica e simples instruc~ao da forma \execute o metodo IP no restante da carga util". De outra perspectiva, poderia-se pensar nos roteadores existentes na Internet como sendo um subconjunto bastante restrito de nos ativos, nos quais o programa de cada capsula e carregado no campo tipo do protocolo IP. O conjunto de instruc~oes e restrito a metodos pre-denidos que correspondem aos valores conhecidos deste campo e implementam a funcionalidade padronizada do IETF Armazenamento ativo Seria vantajoso se as capsulas pudessem deixar informac~ao em um armazenamento n~ao-transiente nos nos. Uma conex~ao poderia ser aberta de forma que as capsulas fossem executadas em cada no de um caminho especco e que deixassem uma pequena quantidade de informac~ao contendo o estado associado em cada no que passasse. Capsulas subsequentes seguindo este caminho avaliariam o estado da conex~ao atraves da informac~ao deixada, e provavelmente atualizaria este estado. Uma abordagem similar poderia ser utilizada para realizar uxos, os quais s~ao de alguma forma mais exveis do que conex~oes. Toda capsula deveria incluir codigo que buscasse esta informac~ao de estado de uxo nos nos pelos quais passasse. No entanto, capsulas em uxos s~ao consideradas mais robustas do que capsulas em uma conex~ao, dado que a informac~ao de estado para capsulas em uma conex~ao n~ao seria 10

11 essencial para a correta execuc~ao de uma capsula. Se uma capsula em um uxo encontrar um no em que n~ao ha informac~ao de estado, esta gera a informac~ao dinamicamente, utiliza para seu proprios propositos e deixa outras informac~oes para serem utilizadas pelas proxima capsulas do uxo. Os nos da rede podem tratar estes estados de uxo como sendo soft states, que podem ser armazenados temporariamente e podem ser liberados se for necessario. Assim, os uxos s~ao menos exigentes que conex~oes, no que diz respeito a robustez do armazenamento no no. Eventualmente, podem ser desenvolvidas abordagens para suportar aplicac~oes do tipo das apresentadas na sec~ao 2.4.1, que v~ao alem de simples conex~oes e uxos. Por exemplo, capsulas poderiam ser programadas para se encontrarem em um determinado no, arranjando para que a primeira capsula que chegar determine alguma informac~ao de estado no no e \durma" ate achegada das outras. As capsulas poderiam de alguma forma se engajar em uma computac~ao conjunta, como no caso das aplicac~oes de fus~ao de informac~ao, ou se retirar de arvores multiponto. Finalmente, com isso nota-se que as capsulas s~ao capazes de modicar o armazenamento nos nos, fornecido um mecanismo uniforme de implementac~ao de func~oes de apoio. Protocolos de roteamento e atualizac~ao de tabelas poderiam ser implementadas em capsulas assim como func~oes de gerenciamento da rede, tais como aquelas fornecidas por SNMP. Func~oes de manutenc~ao que duram todo o tempo de trabalho do no poderiam ser implementadas desta maneira, embora nestes casos, os ambientes transientes de execuc~ao devam sobreviver ate o desligamento do no Extens~oes Os programas carregados nas capsulas devem ser pequenos com relac~ao a quantidade de dados carregada, pois sen~ao o mecanismo sera extremamente ineciente. Portanto, existe sentido em se desenvolver um ambiente de programac~ao que possa ser estendido, de forma que capsulas possam disponibilizar unicamente classes e metodos nos nos, para refer^encia de outras capsulas e metodos. Desta forma, a maior parte das capsulas pode ser concisa, com, possivelmente, uma unica instruc~ao invocando um metodo especico de um usuario sobre o resto do conteudo da capsula. Uma abordagem interessante seria fornecer um mecanismo que resolvesse refer^encias para metodos externos. Ao inves de capsulas explicitamente carregarem metodos na regi~ao de armazenamento n~ao-transiente do no, o no poderia conter uma regi~ao para armazenamento temporario (cache) de metodos externos conhecidos e ser equipado com um mecanismo que permitisse alocar e carregar dinamicamente metodos sob demanda. Embora esta abordagem sob demanda possa sofrer do problema de lat^encia, quando uma nova aplicac~ao e iniciada, isto pode ser deslocado 11

12 atraves da permiss~ao de capsulas enviadas em avanco para organizar o cache quando faltas s~ao antecipadas. A distinc~ao entre as abordagens de carregamento explcitas e sob demanda esta ntimamente relacionada a distinc~ao maior que foi feita entre abordagens discretas e integradas para redes ativas na sec~ao 3. Os casos em que temos as abordagens explcita e discreta, distingue o carregamento do programa como sendo uma atividade explcita que deve ser realizada antes do uso. Por outro lado, os casos de abordagem sob demanda e integrada oferecem uma maior exibilidade com relac~ao a determinac~ao e a temporizac~ao. Esta exibilidade possui um custo em termos de sosticac~ao dos mecanismos requeridos para suportar um carregamento seguro e eciente. 4 Modelo de programac~ao interoperavel Para que seja possvel a exist^encia de uma rede com multiplos nos, onde o codigo carregado nas capsulas seja util, e necessario que haja mobilidade de forma que os programas possam ser transmitidos atraves da rede, e portabilidade, de forma que possa ser carregado em diversas plataformas. Isto sugere o desenvolvimento de um numero relativamente pequeno de modelos padronizados para a programac~ao de nos da rede e a descric~ao e alocac~ao dos seus recursos. Os objetivos para estes modelos s~ao que eles suportem: Mobilidade - que e a habilidade de transferir capsulas e executa-las em um conjunto de plataformas que possuem tecnologias basicas diferentes Seguranca - a habilidade de restringir os recursos que as capsulas podem acessar Eci^encia - habilita a mobilidade e a seguranca sem comprometer a performance da rede, pelo menos nos casos mais comuns. As redes de pacotes tradicionais obt^em interoperabilidade atraves da padronizac~ao da sintaxe e da sem^antica dos pacotes. Por exemplo, os roteadores na Internet suportam a especicac~ao do IP. Embora implementac~oes de roteadores possam diferir, estes implementam basicamente programas \equivalentes". Ao contrario, nos ativos podem executar varios programas diferentes nos pacotes uindo atraves deles. A interoperabilidade e obtida em um nvel mais alto de abstrac~ao. Ao inves de padronizarmos a computac~ao realizada em cada pacote, padroniza-se o modelo computacional, isto e, o conjunto de instruc~oes e os recursos disponveis para os programas de capsulas. O modelo de programac~ao das capsulas deve ser interoperavel entre os diversos nos ativos. Isto signica que estes devem suportar a representac~ao na qual foi feito 12

13 o programa que foi encapsulado, de forma coerente. Varias quest~oes s~ao abordadas no desenvolvimento de um modelo de programac~ao que envolvem a representac~ao e aavaliac~ao das capsulas, e o acesso seguro aos recursos dos nos da rede. Asub-sec~ao 4.1 apresenta as quest~oes relacionadas a representac~ao e a avaliac~ao, e na sub-sec~ao 4.2 s~ao discutidas as quest~oes envolvendo o acesso aos recursos e seguranca nos nos. 4.1 Mobilidade, seguranca e eci^encia nos programas encapsulados Uma discuss~ao dos programas em capsulas e apresentada em [1]. Esta discuss~ao considera as linguagens nas quais os programas podem ser expressados e os mecanismos que suportam a sua execuc~ao segura e eciente. Cada capsula e avaliada dentro de um ambiente de execuc~ao transiente por suposic~ao, cujo tempo de vidae o intervalo durante o qual e avaliada em um dado no. Propriedades de seguranca s~ao obtidas atraves da restric~ao do acesso aos recursos dos nos que podem ser realizadas no seu escopo, como exemplo, o acesso ao armazenamento Primitivas de capsulas Existe um conjunto limitado de ac~oes primitivas que as capsulas podem realizar sem ultrapassar os limites dos seus ambientes transientes. Estas ac~oes constituem uma linguagem de programac~ao restrita, ou conjunto de instruc~oes, que podem realizar operac~oes aritmeticas e testes condicionais, manipular a pilha e a heap do ambiente transiente. O conjunto de ac~oes primitivas sera estendido atraves da adic~ao de chamada de metodos externos, o qual provera acesso a recursos alem do ambiente transiente. Alguns destes metodos externos se utilizar~ao das mesmas ac~oes primitivas e ser~ao tambem avaliadas em um ambiente fechado com uma distinc~ao abrupta entre ac~oes auto-contidas e seus acessos a outros metodos. Outros acessar~ao a API incorporada no ambiente de execuc~ao dos nos ou no sistema operacional embutido. A API de nos de rede ativos sera distinguida pela disponibilidade de metodos desenvolvidos especicamente para o ambiente de rede, tais como copia eciente de capsulas e controle sosticado sobre o escalonamento dos recursos de transmiss~ao. Para propositos de interoperabilidade todos os nos ativos em um caminho de uma capsula devem ser capazes de avaliar o conteudo desta. Existem tr^es formas de se obter este nvel de portabilidade/mobilidade: Expressar os programas em uma linguagem de alto nvel que pode ser interpretada nos nos 13

14 Adotar uma representac~ao independente de plataforma, tipicamente um conjunto de instruc~oes em bytecodes Expressar programas em um formato binario dependente da plataforma e organizar cada capsula de forma que carregue multiplas codicac~oes do programas, suportortando todos os nos ativos pelos quais vai passar. A utilizac~ao de um codigo-fonte de alto nvel permite um rapido desenvolvimento e prototipagem. Ja uma representac~ao intermediaria pode fornecer uma forma compacta e relativamente eciente de expressar programas relativamente curtos. Metodos externos podem ser codicados ou expressados em um formato dependente da maquina. Componentes muito utilizados podem ser armazenados em bibliotecas binarias, principalmente bibliotecas de bootstrap que permitem aos administradores inicializar plataformas novas ou reparadas Execuc~ao segura e eciente O desenvolvimento de redes ativas se da devido a disponibilidade de tecnologias ativas. Estas tecnologias s~ao mecanismos que permitem que usuarios injetem programas em recursos compartilhados. Ate agora o uso de tecnologias ativas ocorreu somente m-a-m, isto e enviando codigo de clientes para servidores e vice-versa. A proposta das redes ativas e promover o uso destes mecanismos em redes de computadores. No caso das redes de computadores, os recursos compartilhados em quest~ao s~ao os roteadores, comutadores e servidores que est~ao presentes dentro da rede. As tecnologias ativas surgiram nos campos de sistemas operacionais e linguagens de programac~ao por mais de dez anos. Trabalhos recentes, em geral, tenderam a particularizar uma de tr^es importantes caractersticas, que s~ao: mobilidade, eci^encia ou seguranca. A linguagem Postscript e um exemplo de um desenvolvimento enfocando mobilidade em contra-posic~ao a seguranca. Aplicac~oes geram programas moveis que s~ao executados nas impressoras, os quais s~ao compartilhados e distribudos pela rede. No campo de processamento paralelo, mensagens ativas, enfocam eci^encia em contra-posic~ao a mobilidade, atraves da reduc~ao de programas a uma unica instruc~ao. Cada instruc~ao chama um manipulador especco de cada aplicac~ao residente no recipiente. O manipulador fornece um mecanismo para envio de mensagens que chegam, de forma que sejam tratadas como computac~oes auto-escalonaveis. Estes sistemas, que t^em como objetivo acomunicac~ao interna em um unico complexo de processamento paralelo, n~ao considera as caractersticas de seguranca relevantes as infraestruturas compartilhadas. O advento dos sistemas distribudos heterog^eneos edasredes de computadores acelerou as pesquisas para estas tecnologias. Ox-kernel [1] suporta a composic~ao de 14

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