Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2017-08-03T12:15:02Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) MSc_LucasBrasilino_Final_1.pdf: 2345785 bytes, checksum: 9f48d20f1b438a184562636ba3112aeb (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-03T12:15:02Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) MSc_LucasBrasilino_Final_1.pdf: 2345785 bytes, checksum: 9f48d20f1b438a184562636ba3112aeb (MD5) Previous issue date: 2015-07-27 / Although datacenter’s server hosts have embraced virtualization, the network’s core itself has not. A virtual network (VN) is an instance (slice) of network resources such as links and nodes that is built on top of a physical network. Indeed, virtual networking is of paramount importance for multi-tenant datacenters, since it makes management easier. However, VLANs continue to be used nowadays, driving virtualized datacenters to scalability constraints. VLAN isolates layer 2 (L2) address spaces and indexes them by a 12-bit value, which imposes the hard limit of only 4,096 VNs. Modern Cloud Computing-aware datacenters have being required for delivering IaaS, and are willing to go beyond these scalability restrictions. Even modern tunneling schemes, such as STT, come at a price of overhead because frames are encapsulated by higher layer protocols (UDP, IP). In addition, current virtualized datacenters demand specialized switching hardware (layer 3), increasing datacenter’s CAPEX, and require huge computing resources in order to precompute virtual link’s states. Recently, the Software-Defined Networking (SDN) appears as a potential solution for fulfilling those needs by enabling network programmability. SDN decouples the network control from the data plane, placing the former in a central controller that exposes an API for developers and vendors. As a consequence, controllers have a unified network’s view and are able to execute custom network applications, reaching an unprecedent flexibility and manageability. OpenFlow is currently the most prominent SDN technology. Even with SDN, many questions remain unanswered. For instance, how to provide scalability and dynamics to a network while preserving legacy core devices? If a datacenter operator can preserve its previous investments, surely he will adopt SDN easier. This dissertation presents HotOM (HotOatMeal), a new virtualized datacenter network approach that, by leveraging SDN, overcomes the traditional scalability constraints, enables network programmability while still using legacy network devices, therefore preserving CAPEX. The logic part of HotOM was implemented in Python programming language as a component of the POX OpenFlow controller. HotOM was deployed and evaluated in a real testbed. Analyses were done, from throughput, RTT, CPU time usage to scalability. These metric results were compared against plain VLAN Ethernet network. In addition, a validation of isolation between tenants was performed, as well as a study on protocol overhead. It was confirmed that HotOM scales up to 16.8M tenants, while achieving 47%, 44%, 41% less overhead than STT, VXLAN, and NVGRE, respectively. Finally a qualitative analysis between HotOM and state of the art datacenter virtual network (DCVN) proposals was carried out, showing by comparison that HoTOM consolidates advantages in many functional features: it fulfills almost all evaluated characteristics, more than any other presented technology. / Apesar dos hosts servidores de datacenters terem abraçado a virtualização, o núcleo de redes não o fez. Uma rede virtual (VN - virtual network) é uma instância de recursos de rede, como enlaces e nós, construída sobre uma rede física. De fato, VNs é de suma importância para datacenters multi-inquilinos porque facilitam o gerenciamento. Porém, VLANs ainda continuam sendo utilizadas, conduzindo datacenters virtualizados a restrições de escalabilidade. Uma VLAN isola espaços de endereçamento da camada 2 e os indexa através de um valor de 12 bits, o que impõe um limite de apenas 4.096 VNs. Datacenters modernos de Computação em Nuvem têm sido requisitados, cada vez mais, a dar suporte à IaaS e, portanto, devem suplantar estas restrições de escalabilidade. Mesmo nos novos esquemas de tunelamento, como STT, há um efeito colateral do overhead acrescentando ao quadro das máquinas virtuais, uma vez que estes são encapsulados por protocolos de camadas mais altas (UDP, IP) para transmissão pela rede. Além disso, os atuais datacenters virtualizados exigem dispositivos de comutação especializados, aumentando assim o CAPEX, e necessitam de enormes recursos computacionais para calcular os estados dos links virtuais. Recentemente, as Redes Definidas por Software (SDN - Software-Defined Networking) surgiram como uma solução para atender a tais requisitos ao permitir programabilidade da rede. SDN desacopla o controle da rede do plano de dados, colocando-o em um controlador central que expõe uma API para desenvolvedores e fornecedores. Como consequência, os controladores têm uma visão unificada e são capazes de executar aplicações de rede customizadas, alcançando flexibilidade e gerenciabilidade sem precedentes. OpenFlow é atualmente a tecnologia SDN mais proeminente. Mesmo com SDN, várias questões permanecem sem resposta. Por exemplo, como prover escalabilidade e dinamicidade a uma rede enquanto se mantém os dispositivos legados no núcleo? Esta dissertação apresenta o HotOM (HotOatMeal), uma nova abordagem para redes de datacenters virtualizados que, utilizando SDN, supera as restrições tradicionais de escalabilidade, permite a programabilidade da rede enquanto utiliza dispositivos de rede legados, preservando, assim, o CAPEX. A parte lógica do HotOM foi implementada em Python no controlador OpenFlow POX. O HotOM foi implantado e avaliado em um testbed real. Análises da vazão, RTT, tempo de uso de CPU e escalabilidade foram realizadas. Os resultados foram comparados com Ethernet. Adicionalmente, uma validação sobre isolamento entre inquilinos foi realizada, bem como um estudo sobre o overhead da proposta. O HotOM escala até 16.8M VNs e obtém 47%, 44% e 41% menos overhead que STT, VXLAN e NVGRE. Finalmente foi conduzida uma análise qualitativa entre HotOM e estado da arte em redes virtuais de datacenter, demonstrando-se comparativamente que o HotOM agrega vantagens: ele atende a praticamente todas as características avaliadas, mais que qualquer outra tecnologia apresentada.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-07-28T11:35:35Z No. of bitstreams: 1 leonardochinelatecosta.pdf: 971542 bytes, checksum: f5371f63a0629a94b6f8569205597bb5 (MD5) / Rejected by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br), reason: Corrigir openflow conforme consta no resumo OpenFlow on 2016-07-28T12:15:24Z (GMT) / Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-07-28T12:23:04Z No. of bitstreams: 1 leonardochinelatecosta.pdf: 971542 bytes, checksum: f5371f63a0629a94b6f8569205597bb5 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-07-28T12:26:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 leonardochinelatecosta.pdf: 971542 bytes, checksum: f5371f63a0629a94b6f8569205597bb5 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-28T12:26:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 leonardochinelatecosta.pdf: 971542 bytes, checksum: f5371f63a0629a94b6f8569205597bb5 (MD5) Previous issue date: 2016-06-10 / O paradigmade Redes Definidas por Software (SDN) vem mudando a forma como gerenciar e operar redes de computadores através da sua principal ideia, a separação dos planos de dados e de controle. O protocolo OpenFlow implementa este conceito e,devido às vantagens de menor custo de operação e maior facilidade de adaptação a projetos de comutadores já existentes, é encontrado hoje em diversos equipamentos de rede comercializados por muitas empresas. Com o uso do paradigma SDN e do protocolo OpenFlow, a inovação e a evolução da rede são facilitadas. Dessa forma, muitos serviços típicos de rede podem ser repensados, de forma a torná-los mais flexíveis. Um desses serviços é o balanceamento de carga. Neste trabalho é realizado um estudo sobre a viabilidade de se implementar um balanceador de carga OpenFlow em uma rede SDN real, considerando as restrições existentes nos equipamentos OpenFlow comerciais atuais. Para isso, foi proposto um modelo de balanceamento de carga em SDN que leva em consideração diferentes perfis de carga mais realistas e que é baseado na utilização de diferentes políticas para a realização do balanceamento. Contudo, antes de reproduzir esse cenário em um ambiente real, foi realizada uma avaliação de desempenho de alguns planos de dados OpenFlow a fim de se verificar se as implementações OpenFlow atuais são capazes de suportar o balanceamento de carga ou outros serviços e uma rede de produção. Foi avaliada a qualidade de diferentes implementações OpenFlow de hardware switches comerciais e de implementações open source de software switches, através de métricas de desempenho em operações típicas de um switch OpenFlow. Os resultados mostram que as implementações OpenFlow dos hardware switches avaliados ainda não atingiram um nível de maturidade suficiente para serem utilizadas em larga escala. Apesar de desempenhos similares entre os modos OpenFlow e legacy na maioria dos casos, as implementações OpenFlow em hardware apresentaram problemas como implementações incompletas do padrão, baixo número de regras suportadas, funcionamento instável para tabelas de fluxo cheias e problemas no processamento de múltiplos comandos. / Software Defined Networks paradigm (SDN) is changing the way how we manage and operate computer networks by its main idea, the decoupling of data and control planes. OpenFlow protocol implements this concept and, due to the advantages of lower operating expenditures and greater ease of adaptation to existing switches projects, it is found today in various network equipment sold by many companies. Using SDN paradigm and OpenFlow protocol, network innovation and evolution are facilitated. Thus, many typical network services can be rethought in order to make them more flexible. An example of such services is load balancing. This work is a study about the feasibility of implementing an OpenFlow load balancer in a real SDN network, considering the restrictions in current commercial OpenFlow equipment. For this, we propose a SDN load balancing which considersdifferentmorerealisticworkloadprofilesandisbasedonusingdifferentpoliciesfor performing the balancing. However, before reproducing this scenario in a real environment, a performance evaluation of some OpenFlow data planes was conducted in order to verify that the current OpenFlow implementations are able to support load balancing or other services in production networks. The quality of different commercial OpenFlow hardware switch implementations and open source software switch implementations was evaluated, using performance metrics in typical operations of an OpenFlow switch. The results show that OpenFlow implementations of the evaluated hardware switches have not yet reached a sufficient level of maturity to be used on a large scale. Despite similar performances between OpenFlow and legacy modes in most cases, OpenFlow hardware implementations have presented problems such as standard incomplete implementations, low number of supported rules, unstable operation for full flow tables and problems in processing multiple commands

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2017-03-02T14:56:30Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) moises.rodrigues-phd.thesis-final-v3.pdf: 4286662 bytes, checksum: 9e67a238c996afd5b50b91cf3c59c86a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-02T14:56:30Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) moises.rodrigues-phd.thesis-final-v3.pdf: 4286662 bytes, checksum: 9e67a238c996afd5b50b91cf3c59c86a (MD5) Previous issue date: 2016-10-03 / During the last decades, the world web went from a way to connect a handful of nodes to the means with which people cooperate in search of knowledge, social interaction, and entertainment. Furthermore, our homes and workstations are not the only places where we are connected, the mobile broadband market is present and changing the way we interact with the web. According to Cisco, global network traffic will be three times higher in 2018 than it was in 2013. Real-time entertainment has been and will remain an important part of this growth. However, the internet was not designed to handle such demand and, therefore, there is a need for new technologies to overcome those challenges. Content Delivery Networks (CDN) prove to be an alternative to overcome those challenges. The basic concept is to distribute replica servers scattered geographically, keeping content close to end users. Following CDN’s popularity an increasing number of CDNs, most of them extremely localized, began to be deployed. Furthermore, Cloud Computing emerged, making software and hardware accessible as resources through well-defined interfaces. Using Cloud services, such as distributed IaaS, one could deploy complex CDNs. Despite being the best technology to scale content distribution, there are some scenarios where CDNs may perform poorly, such as flash crowd events. Therefore, we need to study content delivery techniques to efficiently accompany the ever increasing need for content contemplating new possibilities, such as growing the number of smaller localized CDNs and Cloud Computing. Examining given issues this work presents strategies towards improvements in Content Delivery Networks (CDN). We do so by proposing and evaluating algorithms, models and a prototype demonstrating possible uses of such new technologies to improve CDN’s resource management. We present P2PCDNSim, a comprehensive CDN simulator designed to assist researchers in the process of planning and evaluating new strategies. Furthermore, we propose a new dynamic Replica Placement Algorithm (RPA), based on the count of data flows through network nodes, that maintains similar Quality of Experience (QoE) while decreasing cross traffic during flash crowd events. Also, we propose a solution to improve the mobile backhaul’s replica placement flexibility based on SDN. Our experimental results show that the delay introduced by the developed module is less than 5ms for 99% of the packets, which is negligible in today’s LTE networks, and the slight negative impact on streaming rate selection is easily outweighed by the increased flexibility / Durante a última década, a rede mundial de computadores evoluiu de um meio de conexão para um pequeno grupo de nós para o meio de pelo qual pessoas obtém conhecimento, interação social e entretenimento. Além disso, nossas casas e estações de trabalho não são nossos únicos pontos de acesso à rede. De acordo com a Cisco, o tráfego global da rede em 2018 será três vezes maior do que era em 2013. Entretenimento em tempo real tem sido e continuará sendo uma parte importante nesse crescimento. No entanto, a rede não foi projetada para lidar com essa demanda, portanto, existe a necessidade de novas tecnologias para superar tais desafios. Content Delivery Networks (CDN) se mostram como uma boa alternativa para superar esses desafios. Seu conceito básico é distribuir servidores de réplica geograficamente, mantendo assim o conteúdo próximo aos usuários. Seguindo sua popularidade, um número crescente de CDNs, em sua maioria locais, começaram a ser implementadas. Além disso, computação em nuvem surgiu, tornando software e hardware recursos acessíveis através de interfaces bem definidas. Os serviços na nuvem, tais como Infrastructure as a Service (IaaS) distribuídos, tornam possível a implementação de CDNs complexas. Apesar de ser a melhor tecnologia para entrega de conteúdo em termos de escalabilidade, existem cenários que ainda desafiam as CDNs, como eventos de flash crowd. Portanto, precisamos estudar estratégias de entrega de conteúdo para acompanhar de maneira eficiente o constante crescimento na necessidade por conteúdo, aproveitando também as novas possibilidade como, o crescimento de CDNs localizadas e popularização da computação em nuvem. Examinando os problemas levantados, essa tese apresenta estratégias no sentido de melhorar Content Delivery Networks (CDN). Fazemos isso propondo e avaliando algoritmos, modelos e um protótipo demonstrando possíveis usos de tais tecnologias para melhorar o gerenciamento de recursos das CDNs. Apresentamos o P2PCDNSim, um simulador de CDNs planejado para auxiliar pesquisadores no processo de planejamento e avaliação de novas estratégias. Além disso, propomos uma nova estratégia de posicionamento de réplicas dinâmica, baseada na contagem de fluxos de dados passando pelos nós, que mantém uma Quality of Experience (QoE) similar enquanto diminui tráfego entre Autonomous System (AS). Ademais, propomos uma solução baseada em Software Defined Networks (SDN) que aumenta a flexibilidade de posicionamento de servidores réplica dentro do backhaul móvel. Nossos resultados experimentais mostram que o atraso introduzido pelo nosso módulo é menor que 5ms em 99% dos pacotes transmitidos, atraso mínimo nas redes Long-Term Evolution (LTE) atuais.