O objetivo desta dissertação é avaliar o desempenho de ambientes virtuais de roteamento construídos sobre máquinas x86 e dispositivos de rede existentes na Internet atual. Entre as plataformas de virtualização mais utilizadas, deseja-se identificar quem melhor atende aos requisitos de um ambiente virtual de roteamento para permitir a programação do núcleo de redes de produção. As plataformas de virtualização Xen e KVM foram instaladas em servidores x86 modernos de grande capacidade, e comparadas quanto a eficiência, flexibilidade e capacidade de isolamento entre as redes, que são os requisitos para o bom desempenho de uma rede virtual. Os resultados obtidos nos testes mostram que, apesar de ser uma plataforma de virtualização completa, o KVM possui desempenho melhor que o do Xen no encaminhamento e roteamento de pacotes, quando o VIRTIO é utilizado. Além disso, apenas o Xen apresentou problemas de isolamento entre redes virtuais. Também avaliamos o efeito da arquitetura NUMA, muito comum em servidores x86 modernos, sobre o desempenho das VMs quando muita memória e núcleos de processamento são alocados nelas. A análise dos resultados mostra que o desempenho das operações de Entrada e Saída (E/S) de rede pode ser comprometido, caso as quantidades de memória e CPU virtuais alocadas para a VM não respeitem o tamanho dos nós NUMA existentes no hardware. Por último, estudamos o OpenFlow. Ele permite que redes sejam segmentadas em roteadores, comutadores e em máquinas x86 para que ambientes virtuais de roteamento com lógicas de encaminhamento diferentes possam ser criados. Verificamos que ao ser instalado com o Xen e com o KVM, ele possibilita a migração de redes virtuais entre diferentes nós físicos, sem que ocorram interrupções nos fluxos de dados, além de permitir que o desempenho do encaminhamento de pacotes nas redes virtuais criadas seja aumentado. Assim, foi possível programar o núcleo da rede para implementar alternativas ao protocolo IP. / The aim of this work is to evaluate the performance of routing virtual environments built on x86 machines and network devices existing on the Internet today. Among the most widely used virtualization platforms, we want to identify which best meets the requirements of a virtual routing to allow programming of the core production networks. Virtualization platforms Xen and KVM were installed on modern large capacity x86 machines, and they were compared for efficiency, flexibility and isolation between networks, which are the requirements for good performance of a virtual network. The tests results show that, despite being a full virtualization platform, KVM has better performance than Xen in forwarding and routing packets when the VIRTIO is used. Furthermore, only Xen had isolation problems between networks. We also evaluate the effect of the NUMA architecture, very common in modern x86 servers, on the performance of VMs when lots of memory and processor cores are allocated to them. The results show that Input and Output (I/O) network performance can be compromised whether the amounts of virtual memory and CPU allocated to VM do not respect the size of the existing hardware NUMA nodes. Finally, we study the OpenFlow. It allows slicing networks into routers, switches and x86 machines to create virtual environments with different routing forwarding rules. We found that, when installed with Xen and KVM, it enables the migration of virtual networks among different physical nodes, without interruptions in the data streams, and allows to increase the performance of packet forwarding in the virtual networks created. Thus, it was possible to program the core network to implement alternatives to IP protocol.

O objetivo desta dissertação é avaliar o desempenho de ambientes virtuais de roteamento construídos sobre máquinas x86 e dispositivos de rede existentes na Internet atual. Entre as plataformas de virtualização mais utilizadas, deseja-se identificar quem melhor atende aos requisitos de um ambiente virtual de roteamento para permitir a programação do núcleo de redes de produção. As plataformas de virtualização Xen e KVM foram instaladas em servidores x86 modernos de grande capacidade, e comparadas quanto a eficiência, flexibilidade e capacidade de isolamento entre as redes, que são os requisitos para o bom desempenho de uma rede virtual. Os resultados obtidos nos testes mostram que, apesar de ser uma plataforma de virtualização completa, o KVM possui desempenho melhor que o do Xen no encaminhamento e roteamento de pacotes, quando o VIRTIO é utilizado. Além disso, apenas o Xen apresentou problemas de isolamento entre redes virtuais. Também avaliamos o efeito da arquitetura NUMA, muito comum em servidores x86 modernos, sobre o desempenho das VMs quando muita memória e núcleos de processamento são alocados nelas. A análise dos resultados mostra que o desempenho das operações de Entrada e Saída (E/S) de rede pode ser comprometido, caso as quantidades de memória e CPU virtuais alocadas para a VM não respeitem o tamanho dos nós NUMA existentes no hardware. Por último, estudamos o OpenFlow. Ele permite que redes sejam segmentadas em roteadores, comutadores e em máquinas x86 para que ambientes virtuais de roteamento com lógicas de encaminhamento diferentes possam ser criados. Verificamos que ao ser instalado com o Xen e com o KVM, ele possibilita a migração de redes virtuais entre diferentes nós físicos, sem que ocorram interrupções nos fluxos de dados, além de permitir que o desempenho do encaminhamento de pacotes nas redes virtuais criadas seja aumentado. Assim, foi possível programar o núcleo da rede para implementar alternativas ao protocolo IP. / The aim of this work is to evaluate the performance of routing virtual environments built on x86 machines and network devices existing on the Internet today. Among the most widely used virtualization platforms, we want to identify which best meets the requirements of a virtual routing to allow programming of the core production networks. Virtualization platforms Xen and KVM were installed on modern large capacity x86 machines, and they were compared for efficiency, flexibility and isolation between networks, which are the requirements for good performance of a virtual network. The tests results show that, despite being a full virtualization platform, KVM has better performance than Xen in forwarding and routing packets when the VIRTIO is used. Furthermore, only Xen had isolation problems between networks. We also evaluate the effect of the NUMA architecture, very common in modern x86 servers, on the performance of VMs when lots of memory and processor cores are allocated to them. The results show that Input and Output (I/O) network performance can be compromised whether the amounts of virtual memory and CPU allocated to VM do not respect the size of the existing hardware NUMA nodes. Finally, we study the OpenFlow. It allows slicing networks into routers, switches and x86 machines to create virtual environments with different routing forwarding rules. We found that, when installed with Xen and KVM, it enables the migration of virtual networks among different physical nodes, without interruptions in the data streams, and allows to increase the performance of packet forwarding in the virtual networks created. Thus, it was possible to program the core network to implement alternatives to IP protocol.