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.

OpenFlow Multi-Table Lookup Architecture for Multi-Gigabit Software Defined Networking (SDN)

The proposed multi-table lookup architecture provides SDN-based, high-performance packet classification in an OpenFlow v1.1+ SDN switch. The objective of the demonstration is to show the functionality of the architecture deployed on the NetFPGA SUME Platform.

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.

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

The Future of the Next-Generation Internet and Possible Applications into Education and Culture Heritage

There are several initiatives such as: US Ignite, Software Defined Networking (SDN), OpenFlow, Global Environment for Network Innovation (GENI), WiMAX and Internet 2 dealing with the future of the internet. The goal of the paper is to understand the goals, intricacies, and nuances of some of these techniques and show some of the possibilities of next-generation high-speed networking and their applications into education and culture heritage.

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.

Problematiche di sicurezza nelle software defined networks

Questa tesi ha l’obiettivo di comprendere e valutare se l’approccio al paradigma SDN, che verrà spiegato nel capitolo 1, può essere utilizzato efficacemente per implementare dei sistemi atti alla protezione e alla sicurezza di una rete più o meno estesa. Oltre ad introdurre il paradigma SDN con i relativi componenti basilari, si introduce il protocollo fondamentale OpenFlow, per la gestione dei vari componenti. Per ottenere l’obiettivo prestabilito, si sono seguiti alcuni passaggi preliminari. Primo tra tutti si è studiato cos’è l’SDN. Esso introduce una potenziale innovazione nell’utilizzo della rete. La combinazione tra la visione globale di tutta la rete e la programmabilità di essa, rende la gestione del traffico di rete un processo abbastanza complicato in termini di livello applicativo, ma con un risultato alquanto performante in termini di flessibilità. Le alterazioni all’architettura di rete introdotte da SDN devono essere valutate per garantire che la sicurezza di rete sia mantenuta. Le Software Defined Network (come vedremo nei primi capitoli) sono in grado di interagire attraverso tutti i livelli del modello ISO/OSI e questa loro caratteristica può creare problemi. Nelle reti odierne, quando si agisce in un ambiente “confinato”, è facile sia prevedere cosa potrebbe accadere, che riuscire a tracciare gli eventi meno facilmente rilevabili. Invece, quando si gestiscono più livelli, la situazione diventa molto più complessa perché si hanno più fattori da gestire, la variabilità dei casi possibili aumenta fortemente e diventa più complicato anche distinguere i casi leciti da quelli illeciti. Sulla base di queste complicazioni, ci si è chiesto se SDN abbia delle problematiche di sicurezza e come potrebbe essere usato per la sicurezza. Per rispondere a questo interrogativo si è fatta una revisione della letteratura a riguardo, indicando, nel capitolo 3, alcune delle soluzioni che sono state studiate. Successivamente si sono chiariti gli strumenti che vengono utilizzati per la creazione e la gestione di queste reti (capitolo 4) ed infine (capitolo 5) si è provato ad implementare un caso di studio per capire quali sono i problemi da affrontare a livello pratico. Successivamente verranno descritti tutti i passaggi individuati in maniera dettagliata ed alla fine si terranno alcune conclusioni sulla base dell’esperienza svolta.

A Survey of Security in Software Defined Networks

The proposition of increased innovation in network applications and reduced cost for network operators has won over the networking world to the vision of Software-Defined Networking (SDN). With the excitement of holistic visibility across the network and the ability to program network devices, developers have rushed to present a range of new SDN-compliant hardware, software and services. However, amidst this frenzy of activity, one key element has only recently entered the debate: Network Security. In this article, security in SDN is surveyed presenting both the research community and industry advances in this area. The challenges to securing the network from the persistent attacker are discussed and the holistic approach to the security architecture that is required for SDN is described. Future research directions that will be key to providing network security in SDN are identified.

A Configurable Packet Classification Architecture for Software-Defined Networking

Network management tools must be able to monitor and analyze traffic flowing through network systems. According to the OpenFlow protocol applied in Software-Defined Networking (SDN), packets are classified into flows that are searched in flow tables. Further actions, such as packet forwarding, modification, and redirection to a group table, are made in the flow table with respect to the search results. A novel hardware solution for SDN-enabled packet classification is presented in this paper. The proposed scheme is focused on a label-based search method, achieving high flexibility in memory usage. The implemented hardware architecture provides optimal lookup performance by configuring the search algorithm and by performing fast incremental update as programmed the software controller.

Software Defined Networking: tre casi d'uso

Le reti devono essere in grado di gestire i modelli di traffico generati dalle nuove applicazioni, per questo si sta concentrando un interesse senza precedenti nella storia di Internet parlando di Software Defined Networking (SDN), un nuovo modo di concepire le reti. SDN è un paradigma che permette di dividere il piano di controllo dal piano dati consentendo il controllo della rete da un dispositivo unico centralizzato,il controller. In questa tesi abbiamo voluto esaminare due specifici casi di studio, affinché si dimostri come SDN possa fornire il miglior supporto per risolvere il problema delle architetture tradizionali, e uno strumento utile per progettare SDN. Per primo viene analizzato Procera, utilizzato nelle reti domestiche e nelle reti campus per dimostrare che, grazie ad esso, è possibile ridurre la complessità di un’intera rete. Poi è stato visto AgNos, un’architettura basata su azioni svolte da agenti rappresentando così un ottimo strumento di lavoro sia perché gli agenti sono implementati nei controller di rete e sia perché AgNos ha la peculiarità di fornire all’utente (o al sistema) un livello stabile di concretezza. Inoltre sono stati analizzati due problemi comuni su Internet: 1.la mitigazione degli attacchi Ddos, dove i domini SDN collaborano per filtrare i pacchetti dalla fonte per evitare l’esaurimento delle risorse 2.l’attuazione di un meccanismo di prevenzione per risolvere il problema dell’attacco Dos nella fase iniziale rendendo l’aggressione più facile da gestire. L’ultimo argomento trattato è il sistema Mininet, ottimo strumento di lavoro in quanto permette di emulare topologie di rete in cui fanno parte host, switch e controller, creati utilizzando il software. Rappresenta un ottimo strumento per implementare reti SDN ed è molto utile per lo sviluppo, l'insegnamento e la ricerca grazie alla sua peculiarità di essere open source.

Optimized Packet Classification for Software-Defined Networking

Recent trends, such as Software-Defined Networking (SDN), introduce programmability to the network with the opportunity to dynamically route traffic based on flow descriptions. Packet header lookup is the first phase in this process. In this paper, we illustrate improved header lookup and flow rule update speeds over conventional lookup algorithms. This is achieved by performing individual packet header field searches and combining the search results. We propose that individual algorithms should be selected for packet classification based on the application requirements. Improving the network processing performance with our configurable solution will directly support the proposed capability of programmability in SDN.

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 sphere decoding for FPGA-based MIMO detection

Sphere Decoding (SD) is a highly effective detection technique for Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) wireless communications receivers, offering quasi-optimal accuracy with relatively low computational complexity as compared to the ideal ML detector. Despite this, the computational demands of even low-complexity SD variants, such as Fixed Complexity SD (FSD), remains such that implementation on modern software-defined network equipment is a highly challenging process, and indeed real-time solutions for MIMO systems such as 4 4 16-QAM 802.11n are unreported. This paper overcomes this barrier. By exploiting large-scale networks of fine-grained softwareprogrammable processors on Field Programmable Gate Array (FPGA), a series of unique SD implementations are presented, culminating in the only single-chip, real-time quasi-optimal SD for 44 16-QAM 802.11n MIMO. Furthermore, it demonstrates that the high performance software-defined architectures which enable these implementations exhibit cost comparable to dedicated circuit architectures.

Design and deployment of secure, robust, and resilient SDN Controllers

The scale of the Software-Defined Network (SDN) Controller design problem has become apparent with the expansion of SDN deployments. Initial SDN deployments were small-scale, single controller environments for research and usecase testing. Today, enterprise deployments requiring multiple controllers are gathering momentum e.g. Google’s backbone network, Microsoft’s public cloud, and NTT’s edge gateway. Third-party applications are also becoming available e.g. HP SDN App Store. The increase in components and interfaces for the evolved SDN implementation increases the security challenges of the SDN controller design. In this work, the requirements of a secure, robust, and resilient SDN controller are identified, stateof-the-art open-source SDN controllers are analyzed with respect to the security of their design, and recommendations for security improvements are provided. This contribution highlights the gap between the potential security solutions for SDN controllers and the actual security level of current controller designs.