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
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Estrutura da Apresentação
• Internet e Datacenters• Rede Definida por Software• Desafios• Princípios• Ambiente Virtual - Moodle• Demonstração/Visita• Resultados Esperados!
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Datacenters
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Arquiteturas Datacenters
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Arquiteturas Datacenters
Fonte: COUTO et al., 2012
Os servidores desempenham umpapel duplo: execução das aplicações e também a retransmissão do tráfego entre os servidores.
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Comoditização de Datacenters
InfiniBand
Duas abordagens
Comoditização
Fonte: TOP500, 2013
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• Agilidade• Escalabilidade• Tolerância a Falhas• Múltiplos Caminhos• Configuração Automática• Custo
Requisitos de Datacenters
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• Encaminhamento Ethernet• Encaminhamento Híbrido
IP/Ethernet• VLAN• MPLS
Técnicas de Encaminhamento
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Redes Definidas por Software - SDN
Fonte: Adaptado (ONF,2012)
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OpenFlow
OpenFlow fornece um protocolo aberto para programar as tabelas de encaminhamento dos equipamentos da rede.
Fonte: Sherwood et al. 2009
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OpenFlow
Fonte: McKeown et al. 2008
Virtualização de rede
Algumas vantagens
Distribuição de Rotas
Visualização da Rede
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OpenFlow
Fonte: Shourmasti, 2013
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OpenFlow
Fonte: Shourmasti, 2013
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OpenFlow Features
Fonte: Shourmasti, 2013
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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.
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• 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
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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.
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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.
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Detalhe Princípio 1
Plano de Controle
Plano de Dados
Aplicação1
Aplicação2Aplicaçãon
OpenFlow
S1
S2
S3
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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.
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Detalhe Princípio 2
Controlador
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• 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
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Detalhe Princípio 3
s d
Controlador
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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.
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Detalhe Princípio 4
S1 S2
S3 S4 S5 S6
S7 S8 S9 S10
s d
Controlador
Pacote
Pacote
Roteamento Plano!
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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.
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Detalhe Princípio 5
(MAC + IP)
(MAC = PORTA)
(MATCH = ACTION)
VM1 VM2 VM3 VMn
Server2Server1
Servern
01001 01002 01002 0100n
PMAC
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Ambiente - Moodle
http://col.ifes.edu.br/moodle/
http://ava.ufes.br/course/view.php?id=705
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Demostração
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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!
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• 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!
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• Mensurar a escalabilidade do controlador, pois e mesmo ficará, a priori, disponível para questões de gerenciamento rede do datacenter;
Resultados Esperados
Desempenho!
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• 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!
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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!!
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We are in the early stages of an intellectual voyage. We should keep our minds open while charting our course.
[Scott Shenker]
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Obrigado!
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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.