5 - Computer Networks

Referência

• N. McKeown, T. Anderson, H. Balakrishnan, G. Parulkar, L. Peterson, J. Rexford, S.J. Turner, OpenFlow: enabling innovation in campus networks, ACM SIGCOMM Comput. Commun. Rev. (2008)

Resumo

Introdução

• A estrutura das redes de computadores são uma parte crítica diante de todo o desenvolvimento de negócios e evolução tecnológica. E o sucesso desta depende de continuadas pesquisas, e a estrutura existente hoje está limitada para extensões, ou seja, está "ossificada".
• O problema depois de reconhecido criou a necessidade de um trabalho aprofundado neste ponto, e assim a comunidade científica começou a se mover em atitudes como a criação do GENI, um grupo de pesquisas para experimentar novas arquiteturas de Internet.
• Assim novas ideias e discussões surgiram no meio da pesquisa sobre como desenvolver este processo, e conceitos como "slices", virtualização, clean slate, entre outros surgem com representatividade.
• Diante deste cenário, surgem ideias de plataformas e switches programáveis, que desenvolvam novas estratégias e protocolos, e que exigiam uma nova ideia de abordagem não suportada antes.
• Esta nova proposta precisa incorporar:
  • Alta performance e baixo custo de implementação.
  • Capacidade de suportar um alto "range" de pesquisas.
  • Isolamento entre tráfico experimental e de produção.

Switch OpenFlow

• A ideia é aproveitar que a maioria dos switches Ethernet possuem tabelas de fluxo ou encaminhamento (Flow Tables), capazes de coletar estatísticas e implementar QoS, NAT, entre outros.
• O OpenFlow explora um conjunto de funções comuns, devido a diferença entre os fabricantes, e assim provê um protocolo aberto para programar a "flow-table" destes switches, o que já possibilita ao administrador da rede, dividir o fluxo de pesquisa e produção.
• O switch OpenFlow trabalha com a associação de fluxos na tabela através de entradas comuns, as quais não são fixas ou apenas limitadas a um campo de um cabeçalho, mas extensíveis e adaptáveis conforme a necessidade, o que requer um mínimo de funções para implementação.
• Este switch consiste de três partes:
  • Flow Table: a associação de uma entrada (flow entry) com uma ação de acordo com esta.
  • Um canal seguro de comunicação que permita um controlador interagir com o mesmo, para a adaptação dos fluxos à necessidade, através de comandos e informações passadas entre ambos.
  • O protocolo OpenFlow que provê um meio padrão de comunicação entre controlador e switch.
• Em suma um switch OpenFlow dedicado, é um elemento de rede que repassa pacotes entre portas de acordo com processos e regras definidos por um controlador.
• Cada entrada na tabela de fluxos pode ser vista e usada para esta associação dos pacotes que passam pela rede com um tipo de encaminhamento, através do controlador estas podem ser "negociadas" e assim podem ser criados novos fluxos ou deletados alguns através desta comunicação em canal seguro.
• Novamente, os controladores são fundamentais neste processo, porque ele determina as regras de encaminhamento na rede, e possui graças ao canal de comunicação, uma visão (virtualizada) da rede, para que esta possa ser aproveitada da melhor maneira. Este pode apresentar processos dinâmicos e adaptativos, de modo que as melhores condições possam ser identificadas e implementadas automaticamente.

Usando OpenFlow

• O OpenFlow pode ser usado para uma série de exemplos, como:
  • Controle e Gerenciamento de rede: o próprio controlador da rede pode ter uma implementação específica de direcionamento de fluxos proveniente de certos usuários, e a própria política pode ser implementada diretamente no controladror.
  • VLANs: Para criar uma VLAN, ou similar, com o OpenFlow é simples, basta definir um conjunto de fluxos para definir um ID de VLAN, vinculado ao MAC dos hosts. Outra possibilidade é o controlador definir os fluxos de acordo com a autenticação dos Usuários.
  • Redes sem IP: Outros campos (cabeçalho) e propostas de protocolos são implementáveis na arquitetura do OpenFlow, ou até combinações de cabeçalhos de protocolos layer 2 (como o Ethernet) podem ser usados para endereçamento.
  • Conexões VOIP com mobilidade: Um controlador na rede OpenFlow, de acordo com a autenticação dos usuários na rede, pode realizar um handoff remapeando os fluxos (Flow Tables), permitindo uma mobilidade ao longo dos pontos de acesso da rede (WiFi por exemplo).

• Imagem de exemplo de uma rede com Openflow

Exemplo de uma rede com OpenFlow