Criação e reconfiguração de redes virtuais na perspectiva do operador

Abstract

A virtualização é uma peça fundamental no processo actual de inovação em computação e em networking. Este conceito de separar as funcionalidades da infraestrutura subjacente permite a consolidação do uso de recursos físicos, reduzindo preços e impacto ambiental. Também permite a conversão de Capital Expenditure (CAPEX) em Operational Expenditure (OPEX), disponibilizando um conjunto de soluções para o mercado de comunicações e computação que é muito interessante para os operadores de telecomunicações. A virtualização de servidores permite que, no mesmo servidor físico, diferentes servidores virtuais possam coexistir partilhando recursos mas permanecendo isolados e independentes, consolidando o uso do servidor físico. Este foi um passo fundamentam para permitir do desenvolvimento de serviços de Cloud Computing (CC). Apesar de CC ser normalmente definido como "on-demand network access to a shared pool of computing resources" [38], a rede que liga até aos recursos de CC - a Internet - não é controlada pelo cliente. A falta de garantias relativamente à congestão de tráfego e outros aspectos de Quality of Service (QoS) podem inibir empresas que procuram serviços de CC de alta performance e com elevadas garantias de usarem CC. Neste contexto, a virtualização de rede surge como uma oportunidade para ligar todos os recursos através de uma rede virtual gerida pelo cliente e independente do restante tráfego e redes que usam a Internet, com garantias de performance de rede mais do que só de computação. Assim, esta Dissertação tem como principal objectivo integrar os conceitos de rede e CC e fazer uma gestão integrada de recursos virtuais de rede e cloud. Também se pretende evoluir em duas direcções distintas: Virtual Networks (VNs) & Cloud e Virtual Private Networks (VPNs) & Cloud. Neste sentido, são propostos e estudados mecanismos de mapeamento integrado de recursos de rede e de cloud, assim como soluções para a criação de redes virtuais num modelo semelhante ao das VPNs. Estes mecanismos avançados foram então seleccionados de acordo com os resultados de simulação e integrados na plataforma de virtualização Network Virtualization System Suite (NVSS), a ser desenvolvida no âmbito do projecto SAIL. Posteriormente, foi avaliado experimentalmente o desempenho da plataforma ao nível do mapeamento, em termos da qualidade das soluções de mapeamento e dos tempos envolvidos, tanto nas soluções de VN & Cloud como de VPN & Cloud. Foi também feito um breve estudo experimental sobre a influência da virtualização no tráfego e de que forma ela pode afectar o número máximo de redes virtuais que podem coexistir. Os resultados obtidos permitem verificar que a NVSS passou a poder gerir recursos cloud para além dos de rede, e a suportar redes em modo VN ou VPN, fazendo uso de um mecanismo de mapeamento integrado de cloud e rede previamente estudado e optimizado.

Virtualization is a key enabler of innovation nowadays both in computing as in networking. This concept of decoupling functionalities from the underlying infrastructure allows for consolidation in the use of physical resources, thus reducing costs and environmental impact. It also allows the conversion of CAPEX to OPEX, making available a set of solutions for the communications and computing market which is very interesting for telecommunications operators. Server virtualization allows that, in the same physical server, several virtual servers can coexist sharing the resources but remaining isolated and independent, consolidating the use of the physical server. This was a fundamental step to enable the development of CC services. In spite of CC being commonly defined as "on-demand network access to a shared pool of computing resources" [38], the network connecting to the CC resources - the Internet - is not controlled by the client. The lack of guarantees regarding traffic congestion and other QoS aspects might inhibit companies searching for high-performing and highly-guaranteed Cloud computing services from using CC. In this context, network virtualization appears as an opportunity to connect all the resources through a virtual network managed by the client and independent from the rest of the traffic and of other networks using the Internet, with guarantees regarding network performance more than just computing performance. This way, this Thesis main objective is to integrate the concepts of network and CC and implement an integrated management of cloud and network virtual resources. It is also a goal to evolve into two different directions: VNs & Cloud and VPNs & Cloud. Therefore, mechanisms for the integrated mapping of cloud and network resources were proposed and studied, as well as solutions for the creation of virtual networks in a similar model to that of VPNs. These advanced mechanisms were then selected according to the simulation results and integrated in the NVSS platform, which is being developed within the SAIL project. Afterwards, the platform’s mapping performance was experimentally evaluated, regarding the quality of mapping solutions and computing times, both in the solutions for VN & Cloud as for VPN & Cloud. A brief experimental study on the influence of virtualization on traffic and how it can limit the maximum number of coexisting VNs was also conducted. The results show that the NVSS became able to support cloud resources besides network resources, and also networks in mode VN as well as VPN, while using an integrated mapping mechanism for cloud and network resources, which was previously studied and optimized.