Encaminhamento IP com openflow

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Software-Defined Networking: lo standard Openflow

Questo elaborato è una rassegna riguardante il Software-Defined Networking ed in particolare il protocollo OpenFlow.

Openflow e software-defined networking: l'evoluzione della rete programmabile

Il paradigma “Software-Defined Networking” (SDN) ha suscitato recentemente interesse grazie allo sviluppo e all'implementazione di uno standard tecnologico come OpenFlow. Con il modello SDN viene proposta una rete programmabile tramite la separazione dell’unità di controllo e l'unità di instradamento, rendendo quindi i nodi di rete (come ad es. router o switch) esclusivamente hardware che inoltra pacchetti di dati secondo le regole dettate dal controller. OpenFlow rappresenta lo standard dominante nella tecnologia SDN in grado di far comunicare l'unità controller e l'hardware di uno o più nodi di rete. L'utilizzo di OpenFlow consente maggiore dinamicità e agevolazione nella personalizzazione della rete attraverso un'interfaccia utente, includendo svariate funzioni quali la modifica e l’automatizzazione delle regole di instradamento, la creazione di una rete virtuale dotata di nodi logici o la possibilità di monitorare il traffico accrescendo la sicurezza della propria rete.

Rassegna su software-defined networking e openflow

Questa tesi è una rassegna sul tema del Software-Defined Networking (SDN):un paradigma emergente nel campo delle reti di calcolatori che consente di controllare, tramite un software centralizzato a livello logico, il comportamento dell’intera rete. In particolore è stato approfondito il protocollo OpenFlow ovvero l'interfaccia aperta e standardizzata per la comunicazione tra piano di controllo e piano di inoltro che è divenuto uno standard “de facto” nell'ambito della tecnologia SDN.

Diseño e implementación de una herramienta de visualización para análisis en tiempo real de redes SDN/OpenFlow

Las Redes Definidas por Software (Software Defined Networking) permiten la monitorización y el control centralizado de la red, de forma que los administradores pueden tener una visión real y completa de la misma. El análisis y visualización de los diferentes parámetros obtenidos representan la forma más viable y práctica de programar la red en función de las necesidades del usuario. Por este motivo, en este proyecto se desarrolla una arquitectura modular cuyo objetivo es presentar en tiempo real la información que se monitoriza en una red SDN. En primera instancia, las diferentes métricas monitorizadas (error, retardo y tasa de datos) son almacenadas en una base de datos, para que en una etapa posterior se realice el análisis de dichas métricas. Finalmente, los resultados obtenidos, tanto de métricas en tiempo real como de los datos estadísticos, son presentados en una aplicación web. La información es obtenida a través de la interfaz REST que expone el controlador Floodlight y para el análisis de la información se plantea una comparación entre los valores medios y máximos del conjunto de datos. Los resultados obtenidos muestran gráficamente de forma clara y precisa las diferentes métricas de monitorización. Además, debido al carácter modular de la arquitectura, se ofrece un valor añadido a los sistemas actuales de monitorización SDN.

A layer 2 multipath fabric using a centralized controller

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Uma abordagem SDN para o controlo e admissão de tráfego

Nos últimos anos tem-se verificado uma modificação nos hábitos de consumo da Internet. As suas aplicações necessitam de certas garantias que são cada vez mais exigentes e, para as acompanhar, métodos cada vez mais avançados de classificação de tráfego são utilizados de modo a lhes atribuir os seus requisitos. Este comportamento provoca no entanto um aumento da complexidade da rede, criando problemas na sua gestão e no processamento de toda a informação. Com o aumento de tráfego, a situação tende a ser cada vez pior. A solução apresentada nesta dissertação passa pela construção de duas lógicas de processamento de controladores Software-Defined Networking (SDN), que atribuem garantias às aplicações utilizando métodos de classificação de tráfego simplistas, utilizando uma metodologia first-come, first-served (FCFS), diminuindo o processamento requerido em relação a outras técnicas. Independentemente do tipo de tráfego, caso a rede consiga assegurar garantias, estas serão atribuídas. Existe um comportamento diferenciado na zona central da rede e na zona de ingresso, de modo a criar uma rede mais escalável, em que a zona de ingresso, lidando com um menor número flows, prepara-os para serem enviados para a zona central bastando a estes apenas encaminhar o tráfego para o seu destino, retirando carga desta zona onde a quantidade de flows é superior. Obtém-se assim uma rede que garante qualidade de serviço a determinados flows, evitando a utilização de técnicas pesadas ao nível de classificação, tornando-a mais escalável.

Development of an Ecology-Oriented Software-Defined Networking Framework

ICT contributed to about 0.83 GtCO2 emissions where the 37% comes from the telecoms infrastructures. At the same time, the increasing cost of energy has been hindering the industry in providing more affordable services for the users. One of the sources of these problems is said to be the rigidity of the current network infrastructures which limits innovations in the network. SDN (Software Defined Network) has emerged as one of the prominent solutions with its idea of abstraction, visibility, and programmability in the network. Nevertheless, there are still significant efforts needed to actually utilize it to create a more energy and environmentally friendly network. In this paper, we suggested and developed a platform for developing ecology-related SDN applications. The main approach we take in realizing this goal is by maximizing the abstractions provided by OpenFlow and to expose RESTful interfaces to modules which enable energy saving in the network. While OpenFlow is made to be the standard for SDN protocol, there are still some mechanisms not defined in its specification such as settings related to Quality of Service (QoS). To solve this, we created REST interfaces for setting of QoS in the switches which can maximize network utilization. We also created a module for minimizing the required network resources in delivering packets across the network. This is achieved by utilizing redundant links when it is needed, but disabling them when the load in the network decreases. The usage of multi paths in a network is also evaluated for its benefit in terms of transfer rate improvement and energy savings. Hopefully, the developed framework can be beneficial for developers in creating applications for supporting environmentally friendly network infrastructures.

Implementing Green IT approach for transferring Big Data over Parallel Data Link

The whole research of the current Master Thesis project is related to Big Data transfer over Parallel Data Link and my main objective is to assist the Saint-Petersburg National Research University ITMO research team to accomplish this project and apply Green IT methods for the data transfer system. The goal of the team is to transfer Big Data by using parallel data links with SDN Openflow approach. My task as a team member was to compare existing data transfer applications in case to verify which results the highest data transfer speed in which occasions and explain the reasons. In the context of this thesis work a comparison between 5 different utilities was done, which including Fast Data Transfer (FDT), BBCP, BBFTP, GridFTP, and FTS3. A number of scripts where developed which consist of creating random binary data to be incompressible to have fair comparison between utilities, execute the Utilities with specified parameters, create log files, results, system parameters, and plot graphs to compare the results. Transferring such an enormous variety of data can take a long time, and hence, the necessity appears to reduce the energy consumption to make them greener. In the context of Green IT approach, our team used Cloud Computing infrastructure called OpenStack. It’s more efficient to allocated specific amount of hardware resources to test different scenarios rather than using the whole resources from our testbed. Testing our implementation with OpenStack infrastructure results that the virtual channel does not consist of any traffic and we can achieve the highest possible throughput. After receiving the final results we are in place to identify which utilities produce faster data transfer in different scenarios with specific TCP parameters and we can use them in real network data links.

Proposta e implementação de uma máquina de workflow para o Projeto CEMT

Este trabalho apresenta um protótipo de uma máquina de workflow, de uso geral, implementado em plataforma de software livre. O protótipo utiliza um servidor web com PHP, em sistema operacional Linux, alguns programas desenvolvidos em C e o banco de dados MySql. O projeto CEMT demanda o uso da tecnologia de workflow, com o objetivo de controlar a execução de cursos a distância. Antes de ser iniciado o desenvolvimento do protótipo, foi feito um estudo sobre algumas máquinas de workflow existentes, com o objetivo de encontrar alguma que tivesse licença livre e pudesse ser utilizada no projeto CEMT, ou colher subsídios para o desenvolvimento de uma máquina de workflow própria. Foram testadas duas máquinas de workflow de licença livre (Openflow e OFBIZ), uma máquina com cópia de demonstração (Reactor) e foram consultadas as documentações fornecidas pelos fabricantes. Além disso foi consultada também a documentação do Domino Workflow, que não disponibilizou cópia de avaliação e cuja licença não é livre. Um dos requisitos do protótipo é a compatibilidade com os padrões de interface recomendados pela WfMC. Esses padrões permitem a interoperabilidade entre softwares de workflow. O primeiro benefício da adoção desses padrões é a interação com o editor gráfico de workflow AW (Amaya Workflow), desenvolvido no Instituto de Informática da UFRGS. Este editor gera definições de processos de workflow no formato da linguagem XPDL (XML Process Definition Language), que alimentam a máquina de workflow. O esquema XPDL foi traduzido para um esquema de banco de dados relacional e foi desenvolvido um compilador que lê um arquivo no formato XPDL e gera comandos SQL de inserção das informações desse arquivo no banco de dados. Foi desenvolvida uma interface web para demonstrar o funcionamento do protótipo. A API definida na Interface 2 da WfMC foi implementada parcialmente. Essa API permite o desenvolvimento independente de outras interfaces de usuário. Foram propostas algumas extensões à Interface 1 e modificações na definição de estados recomendada pela Interface 2 da WfMC. Com isso foi possível aumentar o controle sobre a execução das instâncias de workflow. Foram incluídas as restrições de data e possibilidade de bloqueio na execução de instâncias de atividades. Outras extensões possibilitam um serviço de notificações e atividades em grupo e oferecem novas possibilidades de alocação de atividades. O funcionamento básico do protótipo é descrito e inclui as funcionalidades de carga da definição de processo, instanciação de processo, visualização da lista de trabalho e execução das atividades, entre outras.

Evolving Future Internet clean-slate Entity Title Architecture with quality-oriented control-plane extensions

A Internet atual vem sofrendo vários problemas em termos de escalabilidade, desempenho, mobilidade, etc., devido ao vertiginoso incremento no número de usuários e o surgimento de novos serviços com novas demandas, propiciando assim o nascimento da Internet do Futuro. Novas propostas sobre redes orientadas a conteúdo, como a arquitetura Entidade Titulo (ETArch), proveem novos serviços para este tipo de cenários, implementados sobre o paradigma de redes definidas por software. Contudo, o modelo de transporte do ETArch é equivalente ao modelo best-effort da Internet atual, e vem limitando a confiabilidade das suas comunicações. Neste trabalho, ETArch é redesenhado seguindo o paradigma do sobreaprovisionamento de recursos para conseguir uma alocação de recursos avançada integrada com OpenFlow. Como resultado, o framework SMART (Suporte de Sessões Móveis com Alta Demanda de Recursos de Transporte), permite que a rede defina semanticamente os requisitos qualitativos das sessões para assim gerenciar o controle de Qualidade de Serviço visando manter a melhor Qualidade de Experiência possível. A avaliação do planos de dados e de controle teve lugar na plataforma de testes na ilha do projeto OFELIA, mostrando o suporte de aplicações móveis multimídia com alta demanda de recursos de transporte com QoS e QoE garantidos através de um esquema de sinalização restrito em comparação com o ETArch legado

IPSFlow: Um framework para Sistema de Prevenção de Intrusão baseado em Redes Definidas por Software

Os Sistemas de Detecção e Prevenção de Intrusão (Intrusion Detection Systems – IDS e Intrusion Prevention Systems - IPS) são ferramentas bastante conhecidas e bem consagradas no mundo da segurança da informação. Porém, a falta de integração com os equipamentos de rede como switches e roteadores acaba limitando a atuação destas ferramentas e exige um bom dimensionamento de recursos de hardware como processamento, memória e interfaces de rede de alta velocidade, utilizados para implementá-las. Diante de diversas limitações deparadas por pesquisadores e administradores de redes, surgiu o conceito de Rede Definida por Software (Software Defined Network – SDN), que ao separar os planos de controle e de dados, permite adaptar o funcionamento da rede de acordo com as necessidades de cada um. Desta forma, devido à padronização e flexibilidade propostas pelas SDNs, e das limitações apresentadas dos IPSs, esta dissertação de mestrado propõe o IPSFlow, um framework que utiliza uma rede baseada na arquitetura SDN e o protocolo OpenFlow para a criação de um IPS com ampla cobertura e que permite bloquear um tráfego caracterizado pelos IDS(s) como malicioso no equipamento mais próximo da origem. Para validar o framework, experimentos no ambiente virtual Mininet foram realizados utilizando-se o Snort como IDS para analisar tráfego de varredura (scan) gerado pelo Nmap de um host ao outro. Os resultados coletados apresentam que o IPSFlow funcionou conforme planejado ao efetuar o bloqueio de 85% do tráfego de varredura.

Software Defined Networks: alcuni casi di studio

In questo elaborato si descrive l'emergente approccio alle reti, il Software Defined Network, ed i suoi benefici. Successivamente viene preso in considerazione un importante componente di questa nuova architettura: il protocollo OpenFlow; si spiega che cos'è e si elencano i benefici che può apportare ad un'architettura SDN a sostegno di questi vengono mostrati quattro differenti casi d'uso di OF, comparati poi ad altri scenari equivalenti che non usano questo protocollo. Infine si è pensato ad alcuni possibili studi e sviluppi circa quest'architettura.

Enhancing quality of service in software-defined networks

Resource management is of paramount importance in network scenarios and it is a long-standing and still open issue. Unfortunately, while technology and innovation continue to evolve, our network infrastructure system has been maintained almost in the same shape for decades and this phenomenon is known as “Internet ossification”. Software-Defined Networking (SDN) is an emerging paradigm in computer networking that allows a logically centralized software program to control the behavior of an entire network. This is done by decoupling the network control logic from the underlying physical routers and switches that forward traffic to the selected destination. One mechanism that allows the control plane to communicate with the data plane is OpenFlow. The network operators could write high-level control programs that specify the behavior of an entire network. Moreover, the centralized control makes it possible to define more specific and complex tasks that could involve many network functionalities, e.g., security, resource management and control, into a single framework. Nowadays, the explosive growth of real time applications that require stringent Quality of Service (QoS) guarantees, brings the network programmers to design network protocols that deliver certain performance guarantees. This thesis exploits the use of SDN in conjunction with OpenFlow to manage differentiating network services with an high QoS. Initially, we define a QoS Management and Orchestration architecture that allows us to manage the network in a modular way. Then, we provide a seamless integration between the architecture and the standard SDN paradigm following the separation between the control and data planes. This work is a first step towards the deployment of our proposal in the University of California, Los Angeles (UCLA) campus network with differentiating services and stringent QoS requirements. We also plan to exploit our solution to manage the handoff between different network technologies, e.g., Wi-Fi and WiMAX. Indeed, the model can be run with different parameters, depending on the communication protocol and can provide optimal results to be implemented on the campus network.