Integrated cloud management using software defined networks

Abstract

Nestes últimos anos tem-se vindo a registar um grande aumento no número de dispositivos ligados à Internet a partir de praticamente qualquer lugar. Assim, para manter-se par com a procura, os Internet Providers têm de melhorar sua rede através da aquisição de mais dispositivos de rede, o que por sua vez aumenta o custo da infra-estrutura. Além disso, isso dificulta ainda mais a gestão das redes devido à sua abordagem centrada no hardware que requer a configuração manual de cada um dos dispositivos de rede. Uma mudança no paradigma atual tem sido estudado e evoluindo ao longo de décadas, mostrando, nos últimos anos, que ele pode realmente ser a futura direção para a rede. SDN é um novo paradigma de rede que facilita a gestão da mesma ao permitir que esta se torne programável. Isso é feito principalmente através da separação dos planos de dados e controlo e também através da criação de abstrações que tornam a rede mais flexível e escalável. O que por sua vez, permite a inovação e gestão mais simples de redes de data center em ambientes de cloud. O objetivo principal desta dissertação é implementar e avaliar uma solução que facilita a gestão, em ambientes de data center, usando este novo paradigma, SDN. Ela fornece configuração transparente e automática da rede subjacente, a fim de permitir a comunicação entre os nós com requisitos de largura de banda especificados. Além disso, também realiza a monitorização de balanceamento de carga para optimizar o uso de tráfego na rede. Esta dissertação apresenta a solução desenvolvida que utiliza um controlador de SDN e OpenvSwitch. A solução faz uso de ambos os protocolos OpenFlow e OVSDB, bem como os módulos do controlador OpenDaylight. A interacção com o controlador é realizada através do uso do REST APIs fornecidas pelo controlador acima mencionado. Durante a fase de avaliação, vários cenários de teste foram executados a fim de avaliar a correção e o desempenho do sistema que interage com a rede. A aplicação comportou-se razoavelmente bem por ser capaz de aplicar a largura de banda especificada on-demand (QoS) de uma maneira simples e sem falhas. Do mesmo modo, o balanceamento de carga foi também aplicado com sucesso, sem perder a comunicação entre os nós. Tudo isto foi realizado com overhead moderado (em termos de tempo de instalação e da quantidade de dados enviados para gerir a rede). Em conclusão, a solução mostra-se promissora pela sua facilidade na gestão de redes em data centers.

These past few years we have been experiencing a large increase in the number of devices connected to the Internet from almost anywhere. Thus, to keep up with the demand, Service Providers have to upgrade their network by acquiring more network devices, which greatly increases the infrastructure’s cost. In addition, this hampers even more the management of the networks due to their hardware centric approach which requires manual configuration of each of the network devices. A change in the current paradigm has been studied and evolving for decades, showing, in the last years, that it can actually be the future direction for networking. SDN is a modern networking paradigm that eases network management by enable the network to be programmable. This is done mainly through the separation of data and control planes and also through the creation of abstractions that make the network more flexible and scalable. Which, in turn enables innovation and simpler management to data center networks in cloud environments. The main objective of this dissertation is to implement and evaluate a solution that eases the management in data center environments using this new paradigm, SDN. It provides seamless and automatic configuration of the underlying network in order to allow communication between nodes with on-demand bandwidth requirements. In addition, it also performs load balance monitoring to optimize the traffic usage on the network. This dissertation presents the developed solution which uses a SDN controller and OpenvSwitch. The solution makes use of both OpenFlow and OVSDB protocols as well as OpenDaylight controller’s modules. The interaction with the controller is performed through the use of the REST APIs provided by the above mentioned controller. During the evaluation stage, several test scenarios were executed in order to evaluate the correctness and performance of the system interacting with the network. The application behaved reasonably well by being able to apply the specified bandwidth on-demand (QoS) in a simple manner without flaws. Similarly, the load balance was also successfully applied without loosing communication between the hosts. All this was accomplished with moderate overhead (in terms of time of installation and quantity of data sent to manage the network). In conclusion, the solution shows to be promising for the ease of management in data center networks.