Network infrastructure control for virtual campuses

Abstract

This dissertation provides a way to merge Cloud Computing infrastructures with traditional or legacy network deployments, leveraging the best in both worlds and enabling a logically centralized control for it. A design/architecture is proposed to extend existing Cloud Computing software stacks so they are able to manage networks outside the Cloud Computing infrastructure, by extending the internal, virtualized network segments. This is useful in a variety of use cases such as incremental Legacy to Cloud network migration, hybrid virtual/ traditional networking, centralized control of existing networks, bare metal provisioning and even offloading of advanced services from typical home gateways into the operator, improving control and reducing maintenance costs. An implementation is presented and tested on top of OpenStack, the principal Open-Source Cloud Computing software stack available. It includes changes to the API, command line interface and existing mechanisms which previously only supported homogeneous vendor equipment, such that they support any hardware and be able to automate their provisioning. By using what is called External Drivers, any organization (an hardware vendor, a Cloud provider or even a telecommunications operator) can develop their own driver to support new, specific networking equipment. Besides this ease of development and extensibility, two drivers are already developed in the context of this work: one for OpenWrt switches/routers and one for Cisco EtherSwitch IOS switching modules. Test results indicate that there are low penalties on latency and throughput, and that provisioning times (for setting up or tearing down networks) are reduced in comparison with similar maintenance operations on traditional computer networks.

Esta dissertação apresenta uma forma de juntar infrastruturas Cloud Computing com redes tradicionais ou legadas, trazendo o melhor de ambos os mundos e possibilitando um controlo logicamente centralizado. Uma arquitetura é proposta com o intuito de extender implementações de Cloud Computing para que possam gerir também redes fora da infrastrutura de Cloud Computing, extendendo os segmentos de rede internos, virtualizados. Isto é útil para um variado conjunto de casos de uso, tais como migração incremental de redes legadas para a Cloud, redes híbridas virtuais/tradicionais, controlo centralizado de redes já existentes, aprovisionamento de bare metal e até mesmo a passagem de serviços tipicamente fornecidos por um home gateway para o lado do operador, melhorando o controlo e reduzindo custos de manutenção. Uma implementação da solução é apresentada e testada em cima do OpenStack, a principal solução Open-Source de Cloud Computing disponível. A implementação inclui alterações à API, à interface de linha de comandos e aos mecanismos já existentes, que apenas suportam implementações homogéneas, para que possam suportar qualquer equipamento e automatizar o aprovisionamento dos mesmos. Através daquilo que se chamam drivers externos, qualquer organização (seja um fabricante de equipamentos de rede, um fornecedor de Cloud ou uma operadora de telecomunicações) pode desenvolver o seu próprio drivers para suportar novos, específicos equipamentos de hardware. Para além da facilidade de desenvolvimento e extensibilidade, dois drivers são também fruto deste trabalho: um para switches/routers OpenWrt e outro para os módulos de switching Cisco EtherSwitch, sistema operativo IOS. Testes efetuados indicam que há baixas penalizações na latência e largura de banda, e ainda que os tempos de aprovisionamento são reduzidos em comparação com semelhantes operações de manutenção em redes informáticas tradicionais.