Critical ethernet based on OpenFlow

Abstract

Nowadays, we put an immense value on Ethernet networks, especially for data center operations empowering cloud environments or huge network infrastructures in general. However, it is not always possible to bring 100% up-time communications since redundancy in Ethernet has always been an unresolved problem, considering the large amount of network resources to be managed. Through history there have been many developed solutions that tried to solve this issue, only to fail in providing the proper support. Software-defined Networking (SDN) is a novel paradigm and a dynamic and configurable mechanism that brings a programmable nature for developers to implement solutions that may finally solve the identified issues. Via the use of programmable open interfaces, the control and management of network behavior is becoming easier and less error prone. The main objective of this dissertation was the implementation and evaluation of a fail-safe SDN-based solution for critical communications, therefore for fault management in redundant Ethernet technologies on a typical data center management scenario. This dissertation presents the developed solution and the main phases of its implementations. The implemented solution uses a redundant L2 network and a SDN controller to calculate the network topology. The solution makes use of extensions to both the OpenFlow protocol and OpenDaylight controller’s modules. During the evaluation stage, different scenarios were tested where topology changes occur. The evaluation results show that the proposed solution behaves satisfactorily whenever a link fails, obtaining none packet loss. To conclude, the solution shows to be promising for critical data center operations concerning the adaptation time obtained.

Hoje em dia coloca-se um valor imenso em redes Ethernet, especialmente para operações em data centers que fornecem serviços na cloud ou em enormes infraestruturas de rede em geral. No entanto, nem sempre é possível existir e garantir comunicações a 100% devido ao facto de a redundância em Ethernet ter sido considerada sempre como um problema não resolvido, tendo em conta a grande quantidade de recursos de rede a serem geridos. Ao longo da história têm sido desenvolvidas diversas soluções que tentaram resolver este problema, apenas para enfrentarem o falhanço em fornecer os requisitos adequados. Software-defined Networking (SDN) é um paradigma inovador e um mecanismo dinâmico e configurável que traz uma natureza programável que permite a implementação de soluções que possam, finalmente, resolver os problemas identificados. Através do uso de interfaces abertas programáveis, o controlo e gestão do comportamento da rede está a tornar-se mais fácil e menos propenso a erros. O objetivo principal desta dissertação foi a implementação e avaliação de uma solução baseada em SDN à prova de falhas para comunicações críticas, portanto para gestão de falhas em tecnologias Ethernet redundantes num cenário típico de gestão de data centers. Esta dissertação apresenta a solução desenvolvida e as principais fases da sua implementação. A solução implementada utiliza uma rede redundante L2 e um controlador SDN para calcular a topologia da rede. A solução faz uso de extensões para o protocolo OpenFlow e módulos do controlador OpenDaylight. Durante a fase de avaliação, diferentes cenários foram testados onde ocorreram mudanças na topologia. Os resultados da avaliação mostram que a solução proposta se comporta de forma satisfatória sempre que uma ligação falha, obtendo perda de pacotes nula. Para concluir, a solução mostra-se promissora para as operações em data centers críticas tendo em conta o tempo de adaptação obtido nas avaliações.