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Software-Defined Networks e Openflow: conceitos e tecnologias

emergentes

III Workshop de Tecnologia de Redes do PoP-BAPonto de Presena da RNP na Bahia

Italo Valcy

27 e 28 de setembro de 2012

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Licena de uso e atribuio

Todo o material aqui disponvel pode, posteriormente, ser utilizado sob os termos da:

Creative Commons License: Atribuio - Uso no comercial - Permanncia da Licena

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/

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Rede ossificada Infraestrutura de redes atual: equipamentos

proprietrios, fechados e de alto custo; circuitos dedicados (ASIC); camada de software de controle Necessrio: especializao da lgica de controle para cada tipo

e objetivo de rede

Padronizao dos protocolos (RFCs, ISOs, padres IEEE) Problema: As funcionalidades so engessadas (ossificadas)

pelos protocolos existentes (BGP, OSPF, IEEE802.1, IEEE802.3, QinQ, Vlan, Vlan Translation, MPLS/VPLS, etc.)

Mudana, especializao ou insero na lgica de controle est sujeita ao clico de desenvolvimento e

testes restritos ao fabricante! (HAMILTON, 2009)

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Rede ossificada No mbito da pesquisa, essas exigncias so

ainda maiores: Experimentao de novos protocolos e

funcionalidades da rede em condies reais Idealmente experimentar em ambientes

espelhados da rede em operao Como criar uma rede de experimentao sem

interferir na rede de produo?

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Rede ossificada

Redes de produo mais complexas precisam de solues especficas: Proprietrias -> Pre-stantard -> draft -> RFC Exemplo: TRILL (Transparent Interconnection

of Lots of Links) Paper Radia Joy Perlman (2004) RFC 6325 (2011)

Exemplo: IPv6 RFC 2460: dez/1998 (obsoletes rfc1883, dez/1995)

Todo esse processo leva tempo...

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Soluo em software

Algumas redes complexas poderiam ter solues mais fceis de administrar se baseadas em software: E se usarmos um Linux? (network

namespaces, netfilter, quagga, etc.) Como fazer isso sem perder a velocidade das

implementaes em hardware dos switches/routers?

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Soluo centralizada

Trocar um critrio de deciso local (router) por um controle centralizado global!!!!

Com replicao para tolerncia a falhas e desempenho

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Agenda

Arquitetura SDN Openflow: funcionamento e cenrios Alguns detalhes tcnicos Utilizao do Openflow

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A rede atual

Specialized Packet

Forwarding Hardware

OperatingSystem

Feature Feature

Roteamento, gerencia, mobilidade, controlede acesso, VPN,

VerticalizaoFechado, proprietrioInovao lenta

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A rede atual

Specialized Packet

Forwarding Hardware

Feature

Feature

Specialized Packet

Forwarding Hardware

Specialized Packet

Forwarding Hardware

Specialized Packet

Forwarding Hardware

OperatingSystem

OperatingSystem

OperatingSystem

OperatingSystem

OperatingSystem

Feature

Feature

Feature

Feature

Feature

Feature

Specialized Packet

Forwarding Hardware

Feature

Feature

Caixas pretasfechadas

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Feature Feature

Network OS

A Rede definida por software

PacketForwarding

PacketForwarding

PacketForwarding

PacketForwarding

PacketForwarding

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Feature Feature

Network OS

1. Interface aberta para acesso ao hardware (e.g. Openflow)

3. API aberta bem definida2. Pelo menos um SO de rede

(provavelmente muitos)Open- and closed-source

A Rede definida por software

OpenFlow

PacketForwarding

PacketForwarding

PacketForwarding

PacketForwarding

PacketForwarding

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Como funciona o Openflow?

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Ethernet Switch/Router

Fonte: Nick McKeown (Stanford), SDN CIO Summit 2010

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Data Path (Hardware)Data Path (Hardware)

Control Path (Software)Control Path (Software)


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Data Path (Hardware)Data Path (Hardware)

Control PathControl Path OpenFlowOpenFlow

OpenFlow ControllerOpenFlow Controller

OpenFlow Protocol (SSL)


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If header = x, send to port 4If header = y, overwrite header with z, send to ports 5,6If header = ?, send to me

OpenFlow Switch

OpenFlow Switch

OpenFlow Switch

OpenFlow Switch

FlowTable

Network OS

Como Openflow funciona

OpenFlow/SSL/TCP


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Como Openflow funciona Definio: fluxo uma sequncia unidirecional de pacotes na qual

todos os pacotes compartilham um conjunto de valores de cabealho comum

Exemplos: Fluxo 1: pacotes com destino 192.168.0.0/24 Fluxo 2: pacotes com interface de entrada 2 e VLAN

ID 10 Fluxo 3: pacotes com MAC de origem X, MAC de

destino Y, e porta TCP de destino 80 ...

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Como Openflow funciona Quando o switch recebe um pacote ele deve

compar-lo com sua tabela de fluxo

Fonte: Leandro Bertholdo (PoP-RS), 13o WRNP

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Como Openflow funciona Se o cabealho no for compatvel com

nenhum fluxo em sua tabela, o switch deve encaminhar o cabealho (ou pacote todo) para o controlador


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Como Openflow funciona Ao receber o pacote, o controlador deve tomar

uma deciso e Enviar uma requisio de mudana da tabela de

fluxos do switch Devolver o pacote (ou o cabealho + buffer-id) Indicar uma ao para o pacote Ou.. descartar


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Tabela de fluxos

Fonte: OpenFlow Brazil Tutorial, SBRC 2010

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Tabela de fluxos - Exemplos

Fonte: OpenFlow Brazil Tutorial, SBRC 2010

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Cenrios com Openflow Controle Centralizado vs Distribudo

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Cenrios com Openflow Encaminhamento de fluxos individual vs Agregado

Fluxos individuais Cada fluxo individual

criado pelo controlador

Coincidncia exata dos campos do fluxo (1:1)

Controle granular da rede (ex: redes de campus)

Fluxos agregados Uma entrada na

tabela cobre um grupo de fluxos

Entrada coringa de fluxo

Bom para controlar uma grande quantidade de fluxos (ex: backbone)

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Cenrios com Openflow Tabela de fluxos dinmica vs esttica

Dinmica O primeiro pacote dispara

uma insero de fluxos pelo controlador

Delay adicional para configurao por fluxo

Adaptatividade da rede Se perder a comunicao com

o controller, o comutador tem utilidade limitada

Esttica O controlador popula

previamente a tabela de fluxos

Requer regras essencialmente agregadas (coringas)

Rede com topologia fixa

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Exemplo (tiny-switch.py)def datapath_join_callback(dpid, stats): logger.info('Switch %x has joined the network' % dpid) if dpid == 1: inst.install_datapath_flow(dpid, { core.IN_PORT : 1 }, openflow.OFP_FLOW_PERMANENT, openflow.OFP_FLOW_PERMANENT, [[openflow.OFPAT_OUTPUT, [0, 3]]], priority=1) inst.install_datapath_flow(dpid, { core.IN_PORT : 3 }, openflow.OFP_FLOW_PERMANENT, openflow.OFP_FLOW_PERMANENT, [[openflow.OFPAT_OUTPUT, [0, 1]]], priority=1) (...)

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SDN Stack

Fonte: Christian Esteve (CPqD), 13o WRNP

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Utilizao de Openflow Openflow auxiliou o Google a melhorar a performance

do seu backbone e a reduzir seu custo e complexidade ... Todd Underwood/Google (RIPE 64, Abr/2012)

Stanford University Especificao / Eventos Implantao na rede de campus Trabalho com Slices da rede

No Brasil: estudos, utilizao, desenvolvimento Universidades e Centros de pesquisa, FIBRE, RNP,

CPqD, etc.

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Utilizao de Openflow Grupo de Redes do DCC/UFBA em parceria com o PoP-

BA Experimentao para algoritmos de roteamento em

redes mesh sem fio Grupo de estudos e desenvolvimento

Minicurso sobre Openflow e SDN na Semana de Computao da UFBA (3-6 de Outubro/2012) http://infojr.com.br/semcomp/

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Consideraes finais SDN (Software-Defined Networking) uma

arquitetura Promete fomentar inovao aberta e competio Evoluo da rede mais fcil e rpida Separao do plano de controle e

encaminhamento Openflow um protocolo A partir do openflow possvel definir, modificar,

testar e avaliar uma gama de protocolos e cenrios de rede

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Consideraes finais Cuidado! Openflow no uma tecnologia fim. Ele no

resolve os problemas, apenas pode ser usado como ferramenta para tal

Software sempre est sujeito a bugs! preciso definir com cuidado a arquitetura que

ser usada, diminuindo ou eliminando os pontos de falha

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Referncias McKeown N., Parulkar G. et al. (2010). Software

Defined Networks and Openflow, Stanford University. SDN CIO Summit 2010.

McKeown, N., Anderson, T., Balakrishnan, H., Parulkar, G., Peterson, L., Rexford, J., Shenker, S., and Turner, J. (2008). Openflow: enabling innovation in campus networks. SIGCOMM Comput. Commun. Rev., 38:6974.

Bertholdo L. (2012). Tecnologias, conceitos e servios emergentes: Openflow. 13o WRNP

HAMILTON, J. Networking: The last bastion of mainframe computing. 2009.

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Obrigado!!!:-)

Italo [email protected]

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