Fondements scientifiques

Calculs distribués et transfert des informations

Mots-clés : calcul distribué, environnement de programmation, évaluation de performances, MPI, passage de messages, placement, PVM, réseau de stations,système distribué

MPI: Message Passing Interface
PVM: Parallel Virtual Machine

Résumé :

Les informaticiens ne sont pas les seuls demandeurs de puissance de calcul. Les principaux demandeurs sont surtout des physiciens, des chimistes ou encore des mathématiciens. Ils élaborent des modèles mathématiques de plus en plus fins, mais de plus en plus gourmands en ressources de calcul, ce qui les pousse tout naturellement vers une implantation parallèle de ces modèles.

En conséquence, ils doivent s'improviser informaticiens pour concevoir et implanter leurs modèles sur des machines parallèles de plus en plus sophistiquées.

Classiquement, ils se tournent vers un modèle de programmation basé sur l'utilisation de langages séquentiels (C, C++ ou Fortran) étendus grâce à des bibliothèques de communication. L'approche proposée par ce mode de programmation est basée sur la construction d'une application parallèle en terme de tâches communicantes. Chaque tâche exécute un code séquentiel et coopère avec les autres au travers des services offerts par la bibliothèque de communication.

Si ce mode de programmation reste assez intuitif, il demande une certaine expertise pour obtenir des performances raisonnables à l'exécution.

La programmation par passage de messages est aujourd'hui largement utilisée dans le domaine. Les services offerts par une bibliothèque d'échange de messages peuvent être regroupés en trois grandes catégories:

une possibilité de gestion dynamique des tâches, i.e. faire naître et mourir les tâches impliquées dans une application parallèle ;
une possibilité d'échanger des données entre tâches, par l'intermédiaire de fonctions de communication ;
une possibilité de synchronisation entre tâches.

Beaucoup de bibliothèques de communication sont disponibles, aussi bien dans le domaine public que chez les constructeurs de machines. Parmi ces bibliothèques, MPI s'impose actuellement comme le standard futur. Cependant, son utilisation efficace peut se révéler difficile, principalement à cause de sa richesse. Elle propose en effet près de 200 fonctions de communication qui permettent une optimisation très fine des échanges entre tâches, mais obligent l'utilisateur à une connaissance approfondie de la bibliothèque et de son utilisation sur une architecture matérielle donnée.

De plus, l'utilisation des bibliothèques peut sembler très intuitive, mais il faut tenir compte de certains paramètres (taille des buffers, constitution des messages, ...) pour ne pas subir de graves dégradations de performances.

Enfin, le dernier problème vient du fait que les gens se tournent de plus en plus vers l'utilisation de machines parallèles virtuelles, i.e. ils considèrent un ensemble de stations de travail reliées par un réseau comme autant de processeurs d'une machine parallèle. Vue la puissance actuelle des différents processeurs, un tel réseau représente en effet un potentiel de calcul intéressant. Mais son utilisation ne peut se faire naïvement comme une véritable machine parallèle.

Gestion de réseaux et services

Mots-clés : CORBA, environnement de programmation, gestion de réseaux, gestion de services, ODMA, ODP, OSI, RGT, simulation, spécification formelle, SNMP, test, WBEM

CORBA: Common Object Request Broker Architecture
ODMA: Open Distributed Management Architecture
ODP: Open Distributed Processing
OSI: Open Systems Interconnection
RGT: Réseau de Gestion des Télécommunications
SNMP: Simple Network Management Protocol
WBEM: Web-Based Entreprise Management

Résumé : La gestion de réseaux regroupe l'ensemble des activités humaines et technologiques mises en place pour assurer le bon fonctionnement de tous les composants logiques et physiques du réseau dans le but de fournir des services fiables à moindre coût aux usagers. Du point de vue technologique, elle comprend l'ensemble des systèmes conçus pour superviser les composants gérés et agir sur les ressources du système d'informations. Cette activité est ajourd'hui centrale dans le déploiement, l'exploitation la maintenance et la planification des réseaux. Longtemps limitée à la gestion des équipements, celle-ci s'est largement développée et englobe aujourd'hui, en plus de la gestion des équipements, celle des réseaux (qui offre une vue de l'interconnexion des équipements), des services déployés sur ces réseaux ainsi que des applications qui exploitent les services offerts.
Reconnue comme l'un des composants critiques des systèmes d'informations d'aujourd'hui et de demain, la gestion de réseaux doit répondre à de nombreux défis tels que l'intégration, l'ouverture aux architectures distribuées et coopératives ainsi qu'aux fonctions et agents mobiles.

La gestion de réseaux regroupe l'ensemble des activités humaines et technologiques mises en place pour assurer le bon fonctionnement de tous les composants logiques et physiques du réseau dans le but de fournir des services fiables à moindre coût aux usagers. Du point de vue technologique, elle comprend l'ensemble des systèmes conçus pour superviser les composants gérés et agir sur les ressources du système d'informations. Cette activité est ajourd'hui centrale dans le déploiement, l'exploitation la maintenance et la planification des réseaux. Longtemps limitée à la gestion des équipements, celle-ci s'est largement développée et englobe aujourd'hui, en plus de la gestion des équipements, celle des réseaux (qui offre une vue de l'interconnexion des équipements), des services déployés sur ces réseaux ainsi que des applications qui exploitent les services offerts.

Malgré de nombreux efforts et années de normalisation, plusieurs approches perdurent dans le domaine. L'approche OSI, étendue dans l'architecture du RGT est utilisée pour la gestion des réseaux de télécommunications (SDH, GSM, ...). L'approche SNMP est largement répandue dans le domaine de la gestion des équipements et celui des réseaux locaux. Les normes TL.1 sont principalement utilisées aux Etats-Unis pour la gestion de nombreux équipements de télécommunication. Ces approches sont complétées par des solutions propriétaires encore existantes.

Parallèlement à l'existant, de nouvelles approches émergent et s'appliquent avec succès au domaine de la gestion de réseaux. Parmi ces approches deux s'imposent à des degrés divers aujourd'hui. La première, dont l'impact sur le domaine est le plus fort, est l'approche objets distribués pour la gestion au-dessus de plates-formes CORBA. La seconde, en pleine évolution, est l'approche basée sur les agents mobiles implémentés le plus souvent sur des plates-formes Java.

Reconnue comme l'un des composants critiques des systèmes d'informations d'aujourd'hui et de demain, la gestion de réseaux doit faire face à de nombreux défis dont les principaux sont :

évolutivité : longtemps restreinte à la supervision des équipements, la gestion offre des perspectives intéressantes aux niveaux réseau (où elle est déjà largement utilisée), service (où elle commence a être déployée) et entreprise (respect et mise en oeuvre des politiques et stratégies dans le système d'informations) ;
passage à l'échelle : la gestion s'applique aussi bien aux réseaux locaux de taille moyenne qu'aux réseaux d'interconnexion nationaux ou internationaux sur lesquels de nombreux services sont à gérer. Les solutions de demain doivent pouvoir assurer une gestion efficace, à des coûts raisonnables quelle que soit la taille de l'environnement géré ;
automatisation : de nombreuses fonctions de gestion sont déjà automatisées (ex. collecte d'alarmes). Cependant l'avènement de la gestion de services et l'aspiration à faire chuter les délais de mise à disposition et d'informer le plus possible les usagers implique le devoir de proposer des techniques qui permettent d'automatiser la plupart des fonctions de gestion de service (ex. la souscription, le suivi d'alarmes, ...) ;
intégration : la prise en compte de l'existant dans le déploiement de nouvelles solutions va déterminer le succès de la gestion de services. Dans ce domaine des travaux doivent être menés sur l'interopérabilité des approches à différents niveaux. L'on devra notamment s'intéresser à l'intégration des architectures, des modèles de l'information, des services de communication et paradigmes de gestion issus des approches normalisées et standardisées ;
l'ouverture aux nouvelles technologies : support des fonctions mobiles et architectures orientées-objets ainsi que l'adaptation aux nouveaux types de réseaux tels que les réseaux actifs.

La gestion des réseaux et des services se trouve à la croisée de nombreux domaines de recherche en informatique, réseaux et télécommunications, domaines sur lesquelles s'appuient les solutions proposées. Aujourd'hui, l'ingénierie de la gestion manque cruellement de fondements théoriques spécifiques permettant de proposer des méthodes et outils de conception d'architectures de gestion indépendantes de toute approche ou technologie. Des liens avec les travaux de l'ODP sont partiellement établis mais de nombreux efforts sur ce sujet sont encore à fournir.

IPv6 : expérimentation pour des nouvelles classes d'applications

Mots-clés : Internet, IPv6, multi-média, protocole de communication, temps réel, multipoints, SNMPv3

IPv6: Internet Protocol version 6
SNMPv3: Simple Network Management Protocol version 3

Résumé : La croissance quasi exponentielle de l'Internet ces dernières années devrait conduire à une saturation de l'espace d'adressage autorisé par le protocole IP actuel (IPv4). La Communauté Internet a proposé une nouvelle version, IPv6, avec des tailles d'adresses passant de 32 à 128 bits. Elle en a également profité pour enrichir le protocole existant : simplification de l'entête, amélioration de la gestion des options, inclusion des mécanismes optionnels dans IPv4 comme la mobilité et la sécurité.

La croissance quasi exponentielle de l'Internet ces dernières années devrait conduire à une saturation de l'espace d'adressage autorisé par le protocole IP actuel (IPv4). La Communauté Internet a proposé une nouvelle version, IPv6, avec des tailles d'adresses passant de 32 à 128 bits. Elle en a également profité pour enrichir le protocole existant : simplification de l'entête, amélioration de la gestion des options, inclusion des mécanismes optionnels dans IPv4 comme la mobilité et la sécurité.

Actuellement existe un réseau d'expérimentation le 6bone, réseau virtuel construit au dessus du réseau physique IPv4. Le 6bone supporte le routage de paquets IPv6 via des ``tunnels''. Il repose sur le même concept que le Mbone pour le multicast ou la gestion de groupes.

S'il veut s'imposer, le protocole IPv6 doit être à la hauteur de ses ambitions. Un de ses principaux enjeux est de pouvoir supporter de nouvelles classes d'applications coopératives et interactives comme l'audio, la vidéo conférence, les jeux distribués, ou des applications ayant des contraintes fortes de vitesse et/ou de taille de données comme le calcul distribué.

De plus, l'utilisation de l'Internet à des fins commerciales et le nombre croissant d'utilisateurs rendent nécessaires des mécanismes de protection, d'authentification et de cryptage. Le protocole IPv6 devra faciliter l'intégration de la sécurité par les applications.

Dans le domaine de la gestion de réseaux, se pose également le problème de l'utilisation de SNMP et principalement de SNMPv3 pour la gestion du réseau IPv6.

Dans ce contexte, le groupe RESEDAS souhaite participer activement aux recherches en cours sur IPv6 en rejoignant le G6, le groupe français d'expérimentation du 6Bone.

Validation et test de spécifications

Mots-clés : protocole de communication, spécification formelle, temps réel, validation,test

Résumé : Plusieurs erreurs des systèmes informatiques témoignent du besoin d'analyser rigoureusement les systèmes via l'utilisation des techniques formelles. En exposant les systèmes à des analyses basées sur les techniques formelles à des étapes avancées de la conception, il est possible de réduire les risques de dysfonctionnement des systèmes. A ce stade de conception deux méthodes de vérification existent. La première, le model checking, est basée sur l'analyse automatique de l'espace des états. La deuxième, la preuve de théorème, est interactive. Le test de conformité, une autre étape de validation, vient souvent compléter les deux premières méthodes. Cette étape de validation consiste à s'assurer qu'un produit fini remplit bien les fonctions pour lesquelles il a été conçu.

Dans le domaine de l'analyse de spécification, de nombreux problèmes de recherche émergent :

la vérification en considérant de nouveaux aspects de modélisation tels que la prise en compte du temps, du vrai-parallélisme, de la distribution physique, de la création des ressources dynamiques, des problèmes d'authentification et de sécurité ;
actuellement les programmes à vérifier sont complexes. Il est donc nécessaire que la vérification soit compositionnelle afin de maîtriser cette complexité ;
la vérification par model checking (dans le contexte de la logique temporelle) a l'avantage d'être automatique, mais souffre du problème bien connu qui est l'explosion de l'espace des états. Des techniques sont explorées pour remédier à ce problème. Par exemple on utilise la représentation symbolique, l'interprétation abstraite pour représenter les états et les valeurs de façon efficace. La technique du vrai-parallélisme est aussi utilisée pour réduire le nombre de chemins à explorer ;
du fait de leur complexité, les systèmes de communication ne peuvent être testés exhaustivement. Dans la pratique, les tests réels sont donc souvent incomplets et imparfaits. La couverture de test, sous ses différentes formes, est une notion qui vise à rendre compte de cette imperfection. C'est donc une mesure de qualité importante pour la sélection ou la génération automatique de test ;

Dans ce contexte, le groupe RESEDAS se concentre sur la modélisation et la preuve des aspects temporels et du vrai-parallélisme dans les systèmes distribués. Sur les aspects test, le travaux du groupe portent princiapelement sur la couverture des tests de conformité.

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