Redes Definidas por Software - GTA / COPPE / UFRJ · Com o uso de SDN é possível desviar parte do tráfego para não sobrecarregar uma máquina ou até mesmo desviar todo o tráfego

Redes deComputadores I

Redes Definidaspor Software

Antonio Gonzalez Pastana LobatoUlisses da Rocha Figueiredo


Introdução

Introdução

• Aplicações Atuais– Data-Centers

• Muitas máquinas• Sistemas operacionais diferentes

– Simulações de ambientes realistas• Muitas máquinas• Alto custo

– Requer versatilidade

• Virtualização– Diversas máquinas virtuais Uma máquina física

• Compartilhamento de recursos

Introdução

• Virtualização de Rede– Abstração Compartilhamento de Recursos

• Infraestrutura de Rede

• Desacoplagem– Hardware vs. Função

• Função Independente do Hardware

• Função Elemento Virtual de Rede

− Exercida pelo Ambiente Virtual

• Abordagens– Redes Programáveis

• Redes Definidas por Software

• Isolamento

– Virtualização dos Elementos de Rede

• Virtualização de computadores para elementos de rede


Definição

Definição

• Programabilidade da rede

• Gerenciamento

• Abstração das funcionalidades em baixo-nível da rede

• Estrutura de SDN (Software Defined Network)

• Separação de Planos

• Plano de Dados

• Plano de Controle

Separação dePlanos

• Plano de Dados

• Encaminhamento de pacotes

• Age como um comutador


• Responsável pela inteligência da rede

• Definição do próximo salto dos pacotes

• Requer um controlador

Separação dePlanos

Controlador

• Definição do próximo salto do pacote

• Atualiza o plano de dados

• Interface de programação

• Mais alto nível para os desenvolvedores

• Aplicações mais sofisticadas

• Visão global da rede

• Vários elementos encaminhadores Um controlador

• Melhor tomada de decisões

Controlador


PrincipaisFerramentas

OpenFlow

• Desenvolvido por:

• Universidade de Stanford

• Universidade da Califórnia

• Definição

• Protocolo base para criação de SDN

• Regras e padrões

• Software aberto

OpenFlow

• Baseado no paradigma da separação de planos

• Requer um controlador

• Definição da rota 12 campos do cabeçalho

• Atualiza a tabela de fluxos nos comutadores OpenFlow

• Tabela de fluxos

• Fluxo definido

• Pacote comutado no plano de dados

• Fluxo não definido

• Primeiro pacote encaminhado para o plano de controle

• Definição do fluxo Atualiza a tabela

ArquiteturaOpenFlow

D

B

C

A

E

Canal SeguroConexão SSL

Controlador

Header

Header

Header

Controlador Nox

Ap

lica

ção

1

Ap

lica

ção

2

Ap

lica

ção

3

Ap

lica

ção

N

...

Rede 1Rede 2 Rede N

FlowVisor

• Desenvolvido por:

• Universidade de Stanford

• Controlador especial para o OpenFlow

• Proxy transparente

• Comutadores OpenFlow

• Controlador(es)

• Fatia a rede

• Isolamento

• Controle distribuído

DemaisFerramentas

• Open vSwitch• Comutador controlado por software

• Implementa diversos protocolos

• OpenFlow

• Possui controlador próprio

• Permite o uso de um controlador externo

• Controladores• Fornecem APIs (Application Programming Interface)

• Desenvolvimento de protótipos de SDN

• Exemplos• NOX

• POX


PrincipaisAplicações

Garantia de QoS

• Ferramenta QFlow [1][2]

• Xen

• Virtualização dos elementos de rede Plano de controle

• OpenFlow Plano de dados

• Recursos da rede física

• Controle

• Monitoramento

• Distribuição

• Definição de prioridades

• Recursos ociosos

Gestão de Energia


• Redefinição do fluxo

• Desvio do tráfego de pacotes [3]

• Desvio parcial do fluxo de uma máquina

• Evitar sobrecarga

• Desvio total do fluxo de uma máquina

• Permite o desligamento

• Manutenção

• Economia


Conclusão

Conclusão


• Separação de Planos

• Plano de Dados


• Controlador

• Programabilidade da rede

• Gerenciamento

• Aplicações mais sofisticadas


Perguntas

Perguntas

1 - Qual a diferença entre plano de controle e plano de dado?

2 - Qual a vantagem de se ter um plano de controle separado?

O plano de controle é responsável pela inteligência da rede, ou seja, ele define as próximas rotas do fluxo de pacotes na rede, podendo rodar, por exemplo, um protocolo de roteamento ou algo parecido. Já o plano de dados é responsável por encaminhar pacotes na rede, ou seja, ele simplesmente encaminha os pacotes para seu destino que é determinado pelo plano de controle.

Essa separação fornece a facilidade de que vários switches podem compartilhar o mesmo plano de controle. Com isso, para mudar as regras de definição de fluxo desses elementos encaminhadores, basta modificar o plano de controle. Além disso, com o plano de controle separado, é possível que o controlador possua a visão global da rede, o que pode ser levado em conta na tomada de decisões.

Perguntas

3 - Explique como ocorre o encaminhamento de pacotes no protocolo Openflow quando:

a) O fluxo já está definido.

b) O fluxo ainda não foi definido.

Quando o fluxo já está definido o pacote é simplesmente comutado.

Quando chega o primeiro pacote de um fluxo não definido, ele é então mandado para o controlador, que então define qual será o próximo destino desse pacote e adiciona essa linha na tabela de encaminhamento do comutador OpenFlow.

Perguntas

4 - Como é possível garantir QoS com SDN?

5 - Como o uso de SDN pode contribuir para um melhor aproveitamento da energia elétrica?

Na ferramenta QFlow por exemplo, temos que a qualidade de serviço é garantida através do controle, monitoramento e distribuição dos recursos da rede física para as diversas redes virtuais, de acordo com o tipo da rede e sua prioridade com relação às outras redes.

Com o uso de SDN é possível desviar parte do tráfego para não sobrecarregar uma máquina ou até mesmo desviar todo o tráfego de pacotes para que a máquina possa ser desligada, o que é conhecido como migração de fluxo.

Mininet*

• Simulador de redes virtuais

• Kernel

• Comutadores

• Protocolos

• Suporte ao protocolo OpenFlow• Desenvolvimento de protótipos de

SDN

* Lantz, B., Heller, B., & McKeown, N. (2010, October). A network in a laptop: rapidprototyping for Software-defined networks. InÂ Proceedings of the 9th ACM SIGCOMM Workshop on Hot Topics in Networks (p. 19). ACM


Referências

Referência

[1] Mattos, D. M. F., and Duarte, O. C. M. B. - "QFlow: Um Sistema com Garantia de Isolamento e Oferta de Qualidade de Serviço para Redes Virtualizadas", in XXX Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores e Sistemas Distribuídos - SBRC'2012, pp. 536-549, Ouro Preto, MG, Brazil, May 2012

[2] Figueiredo, U. da R., Lobato, A. G. P., Mattos, D. M. F., Ferraz L. H. G., and Duarte, O. C. M. B. - "Análise de Desempenho de Mecanismos de Encaminhamento de Pacotes em Redes Virtuais", in XXXI Workshop de Gerência e Operação de Redes e Serviços (WGRS 2013) - SBRC'2013, pp. 61-84, Brasília, DF, Brazil, May 2013

[3] Minicurso 4 do XXX Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores e Sistemas Distribuídos 30 de Abril a 4 de Maio de 2012, Ouro Preto, MGTítulo: Redes Definidas por Software: uma abordagem sistemica para o desenvolvimento de pesquisas em Redes de ComputadoresAutores: Dorgival Guedes, Luiz Filipe Menezes Vieira, Marcos Menezes Vieira, Henrique Rodrigues e Rogerio Vinhal Nunes, (2012, Maio)


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