Demonstrador de uma rede Openflow

Abstract

A Internet constitui hoje uma das infra-estruturas críticas da nossa sociedade, pois fornece uma série de serviços para todas as faixas etárias. Contudo a sua arquitectura e princípio de funcionamento foram desenvolvidos para redes simples e de pequenas dimensões que suportavam um pequeno conjunto de serviços e aplicações. O problema surge quando a utilização da Internet ultrapassa os limites para as quais foi desenvolvida. Factores como um grande aumento do número de utilizadores, multiplicidade de dispositivos e serviços levaram à necessidade de criar protocolos e mecanismos para colmatar os problemas induzidos pelos mesmos. Estes últimos acabaram por tornar um sistema simples para troca de informação num sistema complexo, pouco escalável e flexível, tornando cada vez mais difícil a inclusão de novas tecnologias e protocolos, o que acaba por limitar a inovação e a introdução de novos serviços com suporte na rede. Estes problemas motivaram a comunidade científica à procura de novas soluções e ideias para uma arquitectura que satisfaça os requisitos actuais do mercado. Foi neste contexto que surgiram as Software Defined Networks (SDN) . As SDNs constituem um novo paradigma de redes de comunicações que visa dar resposta aos problemas anteriormente referidos. Por outro lado é uma tecnologia jovem e em franca expansão e desenvolvimento. É neste âmbito que surge este projecto de Dissertação, cujo objectivo é realizar um demonstrador de rede Openflow que permita o estudo e análise das suas capacidades em condições similares às encontradas num cenário real. Também se pretende que esta possua um mecanismo de instanciação e de reconfiguração inteligente da rede. Com este objectivo em mente foi realizado um estudo aprofundado sobre as SDNs. Nesse estudo são abordados alguns dos conceitos e tecnologias relacionados com a mesma, como por exemplo, possíveis plataformas e protocolos de utilização que promovam o aumento das suas capacidades e funcionalidades. Neste âmbito foi desenvolvido um demonstrador de redes Openflow baseado na arquitectura das SDNs com o objectivo de verificar o resultado do estudo teórico realizado sobre as mesmas. O demonstrador terá um papel preponderante na camada de controlo, tendo sido necessário o desenvolvimento do gestor de rede responsável pelo controlo da rede Openflow. Este gestor será constituído por 4 módulos, dos quais dois são alvo de estudo e desenvolvimento neste projecto de dissertação. O primeiro destes dois módulos é o responsável pela monitorização da rede, isto é, verificar o seu estado e notificar possíveis problemas da mesma. O segundo módulo será o responsável pela activação dos fluxos correspondentes aos serviços que se pretendem activar na rede. Relativamente aos outros dois módulos podemos referir que correspondem a módulos externos cujo objectivo de integração no demonstrador é permitir testar as funcionalidades do demonstrador Openflow. Finalmente foram desenvolvidos mecanismos que garantem a comunicação entre os módulos. A fim de validar as premissas que deram origem a este projecto de investigação, foram efectuados um conjunto de testes sobre as funcionalidades e desempenho de cada um dos módulos desenvolvidos.

Nowadays, Internet is one of the most critical infrastructures of our society, as it provides a wide range of services for several age groups. However, its architecture and operating principles were developed for simple and small-sized networks that only supported a few set of services and applications. The problem arises when Internet usage exceeds the limits for which it was previously designed. Reasons such as the large increase of the number of users, multiplicity/heterogeneity of devices and services, led to the need of creating protocols and mechanisms to solve the problems. The latter is responsible for making a rather simple data exchange system into a complex one, poorly scalable and flexible. It has become more difficult to include new technologies and protocols, restraining innovation and the introduction of new services supported in the network. The above mentioned issues motivated the scientific community to look for novel solutions and ideas towards an architecture that fulfills the current market requirements. Software Define Networking emerged in this context. SDN appears as a new paradigm of communication networks that aims to answer the problems earlier stated. Still, this is a novel technology that is in fairly expansion and development. This Dissertation project arises in that scope, whose purpose is to create a setup that allows studying and analyzing its capacity in a real case scenario. Furthermore, the setup also contains a mechanism for instantiation and intelligent reconfiguration of the network. A depth research on SDNs was made. This research addresses concepts and technologies such as possible platforms and utilization protocols that stimulate the increase of capacity and functionality of SDNs. Under this heading, an openflow network setup based on SDN architecture was developed, with the aim of verifying the outcomes of the theoretical study previously done. The setup plays an important role on the control layer, and it has been developed a network management module responsible for the Openflow network control. This management part is composed by 4 distinct blocks, 2 of them are targeted and built in this Dissertation project. The first of them is the one responsible for the network monitoring, more precisely, it requires verifying the general order of the network and notify possible problems that might occur. The second one is responsible for the streams activation of the corresponding services that are enabled in the network. Regarding the other two modules, they represent external modules whose integration in the setup aims to allow testing the functionalities of the Openflow setup itself. Finally, mechanisms that guarantee communication between modules were developed. In order to validate the assumptions that gave rise to this investigation project, a set of tests were carried out, related to functionality and performance of each module built. Finally, a comparison between the performance of this implementation and the performance of current networks was held.