Internet do Futuro - Definida por Software Alextian Bartholomeu Liberato Diego Mafioletti.
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Internet do Futuro - Definida por Software
Alextian Bartholomeu LiberatoDiego Mafioletti
Estrutura da Apresentação
• Internet e Datacenters• Rede Definida por Software• Desafios• Princípios• Ambiente Virtual - Moodle• Demonstração/Visita• Resultados Esperados!
Datacenters
Arquiteturas Datacenters
Arquiteturas Datacenters
Fonte: COUTO et al., 2012
Os servidores desempenham umpapel duplo: execução das aplicações e também a retransmissão do tráfego entre os servidores.
Comoditização de Datacenters
InfiniBand
Duas abordagens
Comoditização
Fonte: TOP500, 2013
• Agilidade• Escalabilidade• Tolerância a Falhas• Múltiplos Caminhos• Configuração Automática• Custo
Requisitos de Datacenters
• Encaminhamento Ethernet• Encaminhamento Híbrido
IP/Ethernet• VLAN• MPLS
Técnicas de Encaminhamento
Redes Definidas por Software - SDN
Fonte: Adaptado (ONF,2012)
OpenFlow
OpenFlow fornece um protocolo aberto para programar as tabelas de encaminhamento dos equipamentos da rede.
Fonte: Sherwood et al. 2009
OpenFlow
Fonte: McKeown et al. 2008
Virtualização de rede
Algumas vantagens
Distribuição de Rotas
Visualização da Rede
OpenFlow
Fonte: Shourmasti, 2013
OpenFlow
Fonte: Shourmasti, 2013
OpenFlow Features
Fonte: Shourmasti, 2013
Desafios• Tecnologias:
– Spanning Tree, VLAN, criação de sub-redes..• Técnicas de encaminhamento:
– Não oferecem desempenho, agilidade e flexibilidade..• Virtualização de Servidores:
– Permitir múltiplas máquinas virtuais (VMs).• Equipamento de prateleira:
– Switches de baixo custo não fornece, desempenho, escalabilidade e tabela de encaminhamento.
• Estas limitações não são resolvidas apenas aumentando a capacidade do enlace;
• Característica ausente (SDN x DCN):–Gerenciamento do datacenter–Gerenciamento de processamento
computacional e armazenamento–Operações diretas na rede
Desafios
Princípios do Projeto de uma Arquitetura de Datacenter Programável
• A hipótese é que se for construída uma arquitetura para DC empregando-se os seguintes princípios:
1. Separação do plano de controle do plano de dados2. Controle centralizado3. Separação da computação de rotas do tratamento de falhas4. Roteamento na origem e5. Separação semântica nos endereços (identificador e localizador)• Então o DC será programável provendo a flexibilidade exigida pelas
aplicações com garantias de desempenho e baixo custo.
Princípio 1• Separação do Plano de Controle do Plano de Dados:
– Utiliza protocolo aberto (OpenFlow);– Permite prototipação, inclusive com rede em produção;– “Sistema Operacional de Rede” é separado do plano de
dados (encaminhamento);– Inovação.
Detalhe Princípio 1
Plano de Controle
Plano de Dados
Aplicação1
Aplicação2Aplicaçãon
OpenFlow
S1
S2
S3
Princípio 2
• Controle Centralizado:–Visão centralizada no datacenter;–O controlador:
(i) calcular todas as rotas entre cada par de hosts (conjunto), e (ii) instalar regras de encaminhamento nos comutadores.
Detalhe Princípio 2
Controlador
• Separação da Computação de Rotas do Tratamento de Falhas:– Separação de cálculo das rotas (na topologia implantada)
do tratamento de falhas (quando ocorrem mudanças no estado dos enlaces);
– Ignorar todas as mudanças de estado e apenas recalcular caminhos quando ocorrerem mudanças de topologia.
Princípio 3
Detalhe Princípio 3
s d
Controlador
Princípio 4• Roteamento Embarcado na Origem:
– Rota definida no cabeçalho do pacote.– Simplifica o núcleo ( baixa latência e maior
throughput).– Escalabilidade no plano de dados tornando os
elementos de encaminhamento sem estado.
Detalhe Princípio 4
S1 S2
S3 S4 S5 S6
S7 S8 S9 S10
s d
Controlador
Pacote
Pacote
Roteamento Plano!
Princípio 5
• Separação Semântica nos Endereços (Identificador e Localizador):–Em essência, separar o localizador do
identificador de modo que seja transparente para os hosts e compatível com o hardware existente.
Detalhe Princípio 5
(MAC + IP)
(MAC = PORTA)
(MATCH = ACTION)
VM1 VM2 VM3 VMn
Server2Server1
Servern
01001 01002 01002 0100n
PMAC
Ambiente - Moodle
http://col.ifes.edu.br/moodle/
http://ava.ufes.br/course/view.php?id=705
Demostração
Resultados Esperados
• Projetar uma arquitetura que permita detectar fluxos “elefantes” e tratá-los de forma diferente dos outros fluxos “ratos”, como por exemplo, utilizando caminhos codificados na origem [Ramos et al. 2013] exclusivos para os mesmos, livrando-o do congestionamento. Inclusive de forma preventiva, pois esta rotas já serão definidas na inicialização da topologia;
QoS!
• Virtualizar a rede no datacenter, tendo em vista que as redes utilizarão a mesma infraestrutura física (hardware) para várias VMs, possibilitando inclusive a integração com OpenStack para migração de servidores virtuais [Corradi et al. 2012]
Resultados Esperados
Integração!
• Mensurar a escalabilidade do controlador, pois e mesmo ficará, a priori, disponível para questões de gerenciamento rede do datacenter;
Resultados Esperados
Desempenho!
• Avaliar o melhor modelo de roteamento para uma certa característica topológica, tais como Fat tree [Al-Fares et al. 2008c], DCell [Guo et al. 2008], e Bcube [Guo et al. 2009] quando sujeito a falhas. As métricas que serão consideradas levam em conta os tempos de reconfiguração, a latência de comunicação, a vazão, etc.
Resultados Esperados
Desempenho!
Finalizando!
• Finalmente, espera-se contribuir nos estudos sobre SDN aplicadas em redes de datacenter utilizando equipamentos comoditizados. Criando um modelo aberto e eficiente desta proposta de forma a permitir sua reprodução em diversos cenários, tanto acadêmico quanto comercial.
Comoditização!INOVAÇÃO!!
We are in the early stages of an intellectual voyage. We should keep our minds open while charting our course.
[Scott Shenker]
Obrigado!
ReferênciasTOP500 (2013). Top500 supercomputer sites. Website. http://www.top500.org/statistics/list/.
Shourmasti, Komail Shahmir, Stochastic Switching Using OpenFlow, Master of Telematics - Communication Networks and Networked Services - Norwegian University of Science and Technology, 2013.
McKeown, N., Anderson, T., Balakrishnan, H., Parulkar, G. M., Peterson, L. L., Rexford, J., Shenker, S., and Turner, J. S. (2008). Openflow: enabling innovation in campus networks. Computer Communication Review, 38(2):69–74.
ONF, O. N. F. (2012). Openflow switch specification version 1.3.0 (wire protocol 0x04). Website. https://www.opennetworking.org/images/stories/downloads/sdn-resources/onf-specifications/openflow/openflow-spec-v1.3.0.pdf.
COUTO, R. D. S., CAMPISTA, M. E. M., AND COSTA, L. H. M. K. Uma avaliação da robustez intra data centers baseada na topologia da rede. In SBRC 2012, Ouro Preto, MG,2012.