O paradigma SDN simplifica o gerenciamento da rede ao concentrar todas as tarefas de controle em uma única entidade, o controlador. Nesse modo de operação, os dispositivos de encaminhamento só funcionam de forma completa enquanto conectados a um controlador. Neste contexto, a literatura recente identificou questões fundamentais, como o isolamento de dispositivos em função de disrupções na rede e a sobrecarga de um controlador, e propôs estratégias de posicionamento do controlador para enfrentá-las. Contudo, as propostas atuais têm limitações cruciais: (i) a conectividade dispositivo-controlador é modelada usando um único caminho, ainda que na prática possam ocorrer múltiplas conexões concorrentes; (ii) alterações no comportamento da chegada de novos fluxos são manipulados sob demanda, assumindo que a rede em si pode sustentar altas taxas de requisição; e (iii) mecanismos de recuperação de falhas requerem informações pré-definidas, que, por sua vez, não são otimizadas. Esta dissertação apresenta Survivor, uma nova abordagem de posicionamento do controlador para redes WAN que visa enfrentar esses desafios. A abordagem trata três aspectos de forma explícita durante o projeto da rede: a conectividade, a capacidade e a recuperação. Além disso, tais aspectos são planejados para dois estados distintos da rede: pré e pós-disrupção. Em outras palavras, a rede é configurada da melhor forma tanto para operação normal, quanto para operação após eventos de disrupção. Para este fim, a abordagem é dividida em duas etapas. A primeira define o posicionamento de instâncias do controlador, enquanto a segunda especifica uma lista de controladores de backup para cada dispositivo na rede. Ademais, são desenvolvidas duas estratégias com base na abordagem Survivor. A primeira, implementada em Programação Linear Inteira, garante uma solução ótima a um custo computacional alto. A segunda, implementada através de heurísticas, fornece soluções sub-ótimas a um custo computacional muito mais baixo. Comparações com o estado-da-arte mostram que a abordagem Survivor provê ganhos significativos na sobrevivência (identificado na probabilidade mais baixa de perda de conectividade) e no estado convergente da rede através de mecanismos de recuperação mais inteligentes. / The SDN paradigm simplifies network management by focusing all control tasks into a single entity, the controller. In this way, forwarding devices can only operate correctly while connected to a logically centralized controller. Within this context, recent literature identified fundamental issues, such as device isolation due to disruptions in the network and controller overload, and proposed controller placement strategies to tackle them. However, current proposals have crucial limitations: (i) device-controller connectivity is modeled using single paths, yet in practice multiple concurrent connections may occur; (ii) peaks in the arrival of new flows are only handled on-demand, assuming that the network itself can sustain high request rates; and (iii) failover mechanisms require predefined information which, in turn, has been overlooked. This dissertation presents Survivor, a novel controller placement approach for WAN networks that addresses these challenges. The approach explicitly considers the following three aspects in the network design process: connectivity, capacity and recovery. Moreover, these aspects are planned for two distinct states of the network: pre and postdisruption. In other words, the network is configured optimally for both normal operation and for operation after disruption events. To this end, the approach is divided into two steps. The first defines the positioning of the controller instances, and the second specifies a list of backup controllers for each device on the network. Moreover, two strategies based on Survivor are developed. The first strategy, implemented with Integer Linear Programming, guarantees an optimal solution with a high computational cost. The second strategy, implemented using heuristics, provides sub-optimal solutions with a much lower computational cost. Comparisons to the state-of-the-art show that the Survivor approach provides significant increases in network survivability (identified with the lowest probability of connectivity loss) and converged network state through smarter recovery mechanisms.

abstract: Cloud computing is regarded as one of the most revolutionary technologies in the past decades. It provides scalable, flexible and secure resource provisioning services, which is also the reason why users prefer to migrate their locally processing workloads onto remote clouds. Besides commercial cloud system (i.e., Amazon EC2), ProtoGENI and PlanetLab have further improved the current Internet-based resource provisioning system by allowing end users to construct a virtual networking environment. By archiving the similar goal but with more flexible and efficient performance, I present the design and implementation of MobiCloud that is a geo-distributed mobile cloud computing platform, and G-PLaNE that focuses on how to construct the virtual networking environment upon the self-designed resource provisioning system consisting of multiple geo-distributed clusters. Furthermore, I conduct a comprehensive study to layout existing Mobile Cloud Computing (MCC) service models and corresponding representative related work. A new user-centric mobile cloud computing service model is proposed to advance the existing mobile cloud computing research. After building the MobiCloud, G-PLaNE and studying the MCC model, I have been using Software Defined Networking (SDN) approaches to enhance the system security in the cloud virtual networking environment. I present an OpenFlow based IPS solution called SDNIPS that includes a new IPS architecture based on Open vSwitch (OVS) in the cloud software-based networking environment. It is enabled with elasticity service provisioning and Network Reconfiguration (NR) features based on POX controller. Finally, SDNIPS demonstrates the feasibility and shows more efficiency than traditional approaches through a thorough evaluation. At last, I propose an OpenFlow-based defensive module composition framework called CloudArmour that is able to perform query, aggregation, analysis, and control function over distributed OpenFlow-enabled devices. I propose several modules and use the DDoS attack as an example to illustrate how to composite the comprehensive defensive solution based on CloudArmour framework. I introduce total 20 Python-based CloudArmour APIs. Finally, evaluation results prove the feasibility and efficiency of CloudArmour framework. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Computer Science 2014

As redes de computadores têm evoluído para acomodar uma grande variedade de serviços, tais como streaming de vídeos de alta qualidade e entrega de conteúdo sensível a atrasos. Estes serviços têm aumentado a demanda por recursos não originalmente considerados na Internet. Com a promessa de atender novas demandas de rede rapidamente, pesquisadores propuseram Redes Programáveis, nas quais o comportamento dos dispositivos de rede pode ser alterado utilizando aplicativos. Entretanto, tal comportamento pode não ser um consenso entre usuários da rede. O surgimento de Redes Virtualizadas superou tal questão, ao permitir a coexistência de múltiplas redes virtuais sobre a mesma infraestrutura física. A fim de se obter redes virtuais isoladas com comportamento programável, foram propostas as Redes Virtuais Programáveis (RVP). Diante dessa nova realidade, os administradores de rede não estão mais olhando unicamente para dispositivos de rede. Eles estão olhando para um sistema composto de dispositivos e aplicativos de rede que definem o comportamento individual de cada rede virtual. Isso requer não apenas novas ferramentas e abordagens de gerenciamento, além disso, exige a revisão de conceitos tradicionais sobre redes. Implementações de RVP são encontradas principalmente em testbeds e ambientes de Computação em Nuvem. Testbeds são muito propícios à inovação, mas possuem fortes limitações no que diz respeito a migração de soluções experimentais para produção. Por outro lado, computação em nuvem é um ótimo ambiente de produção, mas possui restrições de flexibilidade e inovação, uma vez que as soluções de rede adotadas geralmente são proprietárias. Portanto, nesta dissertação introduz-se um novo modelo de negócio que permite a criação de soluções inovadoras em ambientes de produção, a Programabilidade de Redes como um Serviço (NPaaS). Diferente do modelo de negócio de redes tradicionais, onde os usuários finais são apenas consumidores dos serviços de rede já disponíveis, em NPaaS os usuários finais também são capazes de desenvolver e implantar novas soluções de rede. Para apoiar NPaaS, propõe-se uma plataforma de gerenciamento de rede virtual programável, chamada ProViNet. Essa plataforma fornece a arquitetura de software e estratégias necessárias para permitir a implantação e gestão NPaaS. Uma avaliação qualitativa do modelo de negócio NPaaS foi realizada, o resultado foi contrastado com alguns dos modelos de negócio praticados atualmente. Assim, enfatizando a singularidade do NPaaS. Enquanto isso, uma avaliação experimental foi realizada para demonstrar a viabilidade da plataforma ProViNet. Os resultados mostraram que NPaaS representa uma alternativa promissora para ambientes de rede virtual com acesso público, como as nuvens públicas. Além disso, uma avaliação quantitativa do protótipo da plataforma demonstrou a viabilidade técnica e provou que aplicativos de rede desenvolvidos usando BPMN são capazes de executar com desempenho aceitáveis. / Computer networks have evolved to accommodate a wide variety of services, such as streaming of high quality videos and delay-sensitive content delivery. These services have increased the demand for features not originally considered in the Internet. Aiming to address novel network demands quickly, some researchers proposed Programmable Networks, in which network devices behavior can be changed using applications. Notwithstanding, such behavior might not be a consensus between computer network stakeholders. The emergence of Virtualized Networks overcame this issue by allowing the coexistence of multiple virtual networks on the same physical infrastructure. Finally, the convergence of programmability and virtualization techniques are explored within a third concept, the Programmable Virtual Networks (PVN). Faced with this new reality, network administrators are no longer just looking at network devices. They are looking at a system made of virtual devices and applications that define each virtual network behavior. This requires not just new tools and management approaches, over and above that, requires new thinking. PVN deployments are found mostly in shared experimental facilities (also known as testbeds) and Cloud Computing environments. Testbeds are very innovation friendly, but with strong limitations in regards to taking experimental solutions to production. On the other hand, Cloud computing is a great production environment, but presents flexibility and innovation restrictions once network solutions adopted are usually proprietary. Therefore, in this dissertation it is introduced Network Programming as a Service (NPaaS), a new business model that aims to facilitate the conduct of innovative solutions for production environments. Different from traditional network business models, where end-users are just consumers of network services already available, in NPaaS, end-users are also able to develop and deploy novel network solutions. To support NPaaS, Programmable Virtual Network management platform is proposed. Such platform, named ProViNet, provides all architectural and technical features necessary to enable NPaaS deployment and management. A qualitative evaluation of the NPaaS business model was performed, and the result was contrasted with some of the current models, thus, emphasizing the singularity of NPaaS. In the meanwhile, an experimental evaluation was conducted to demonstrate the feasibility of ProViNet platform. Results have shown that NPaaS represent a promising alternative for virtual network environments with public access such as public clouds. Moreover, a quantitative evaluation of the platform prototype demonstrated the technical feasibility and proved that network applications developed using BPMN are able to run with acceptable performance rates.

O paradigma SDN simplifica o gerenciamento da rede ao concentrar todas as tarefas de controle em uma única entidade, o controlador. Nesse modo de operação, os dispositivos de encaminhamento só funcionam de forma completa enquanto conectados a um controlador. Neste contexto, a literatura recente identificou questões fundamentais, como o isolamento de dispositivos em função de disrupções na rede e a sobrecarga de um controlador, e propôs estratégias de posicionamento do controlador para enfrentá-las. Contudo, as propostas atuais têm limitações cruciais: (i) a conectividade dispositivo-controlador é modelada usando um único caminho, ainda que na prática possam ocorrer múltiplas conexões concorrentes; (ii) alterações no comportamento da chegada de novos fluxos são manipulados sob demanda, assumindo que a rede em si pode sustentar altas taxas de requisição; e (iii) mecanismos de recuperação de falhas requerem informações pré-definidas, que, por sua vez, não são otimizadas. Esta dissertação apresenta Survivor, uma nova abordagem de posicionamento do controlador para redes WAN que visa enfrentar esses desafios. A abordagem trata três aspectos de forma explícita durante o projeto da rede: a conectividade, a capacidade e a recuperação. Além disso, tais aspectos são planejados para dois estados distintos da rede: pré e pós-disrupção. Em outras palavras, a rede é configurada da melhor forma tanto para operação normal, quanto para operação após eventos de disrupção. Para este fim, a abordagem é dividida em duas etapas. A primeira define o posicionamento de instâncias do controlador, enquanto a segunda especifica uma lista de controladores de backup para cada dispositivo na rede. Ademais, são desenvolvidas duas estratégias com base na abordagem Survivor. A primeira, implementada em Programação Linear Inteira, garante uma solução ótima a um custo computacional alto. A segunda, implementada através de heurísticas, fornece soluções sub-ótimas a um custo computacional muito mais baixo. Comparações com o estado-da-arte mostram que a abordagem Survivor provê ganhos significativos na sobrevivência (identificado na probabilidade mais baixa de perda de conectividade) e no estado convergente da rede através de mecanismos de recuperação mais inteligentes. / The SDN paradigm simplifies network management by focusing all control tasks into a single entity, the controller. In this way, forwarding devices can only operate correctly while connected to a logically centralized controller. Within this context, recent literature identified fundamental issues, such as device isolation due to disruptions in the network and controller overload, and proposed controller placement strategies to tackle them. However, current proposals have crucial limitations: (i) device-controller connectivity is modeled using single paths, yet in practice multiple concurrent connections may occur; (ii) peaks in the arrival of new flows are only handled on-demand, assuming that the network itself can sustain high request rates; and (iii) failover mechanisms require predefined information which, in turn, has been overlooked. This dissertation presents Survivor, a novel controller placement approach for WAN networks that addresses these challenges. The approach explicitly considers the following three aspects in the network design process: connectivity, capacity and recovery. Moreover, these aspects are planned for two distinct states of the network: pre and postdisruption. In other words, the network is configured optimally for both normal operation and for operation after disruption events. To this end, the approach is divided into two steps. The first defines the positioning of the controller instances, and the second specifies a list of backup controllers for each device on the network. Moreover, two strategies based on Survivor are developed. The first strategy, implemented with Integer Linear Programming, guarantees an optimal solution with a high computational cost. The second strategy, implemented using heuristics, provides sub-optimal solutions with a much lower computational cost. Comparisons to the state-of-the-art show that the Survivor approach provides significant increases in network survivability (identified with the lowest probability of connectivity loss) and converged network state through smarter recovery mechanisms.

O paradigma SDN simplifica o gerenciamento da rede ao concentrar todas as tarefas de controle em uma única entidade, o controlador. Nesse modo de operação, os dispositivos de encaminhamento só funcionam de forma completa enquanto conectados a um controlador. Neste contexto, a literatura recente identificou questões fundamentais, como o isolamento de dispositivos em função de disrupções na rede e a sobrecarga de um controlador, e propôs estratégias de posicionamento do controlador para enfrentá-las. Contudo, as propostas atuais têm limitações cruciais: (i) a conectividade dispositivo-controlador é modelada usando um único caminho, ainda que na prática possam ocorrer múltiplas conexões concorrentes; (ii) alterações no comportamento da chegada de novos fluxos são manipulados sob demanda, assumindo que a rede em si pode sustentar altas taxas de requisição; e (iii) mecanismos de recuperação de falhas requerem informações pré-definidas, que, por sua vez, não são otimizadas. Esta dissertação apresenta Survivor, uma nova abordagem de posicionamento do controlador para redes WAN que visa enfrentar esses desafios. A abordagem trata três aspectos de forma explícita durante o projeto da rede: a conectividade, a capacidade e a recuperação. Além disso, tais aspectos são planejados para dois estados distintos da rede: pré e pós-disrupção. Em outras palavras, a rede é configurada da melhor forma tanto para operação normal, quanto para operação após eventos de disrupção. Para este fim, a abordagem é dividida em duas etapas. A primeira define o posicionamento de instâncias do controlador, enquanto a segunda especifica uma lista de controladores de backup para cada dispositivo na rede. Ademais, são desenvolvidas duas estratégias com base na abordagem Survivor. A primeira, implementada em Programação Linear Inteira, garante uma solução ótima a um custo computacional alto. A segunda, implementada através de heurísticas, fornece soluções sub-ótimas a um custo computacional muito mais baixo. Comparações com o estado-da-arte mostram que a abordagem Survivor provê ganhos significativos na sobrevivência (identificado na probabilidade mais baixa de perda de conectividade) e no estado convergente da rede através de mecanismos de recuperação mais inteligentes. / The SDN paradigm simplifies network management by focusing all control tasks into a single entity, the controller. In this way, forwarding devices can only operate correctly while connected to a logically centralized controller. Within this context, recent literature identified fundamental issues, such as device isolation due to disruptions in the network and controller overload, and proposed controller placement strategies to tackle them. However, current proposals have crucial limitations: (i) device-controller connectivity is modeled using single paths, yet in practice multiple concurrent connections may occur; (ii) peaks in the arrival of new flows are only handled on-demand, assuming that the network itself can sustain high request rates; and (iii) failover mechanisms require predefined information which, in turn, has been overlooked. This dissertation presents Survivor, a novel controller placement approach for WAN networks that addresses these challenges. The approach explicitly considers the following three aspects in the network design process: connectivity, capacity and recovery. Moreover, these aspects are planned for two distinct states of the network: pre and postdisruption. In other words, the network is configured optimally for both normal operation and for operation after disruption events. To this end, the approach is divided into two steps. The first defines the positioning of the controller instances, and the second specifies a list of backup controllers for each device on the network. Moreover, two strategies based on Survivor are developed. The first strategy, implemented with Integer Linear Programming, guarantees an optimal solution with a high computational cost. The second strategy, implemented using heuristics, provides sub-optimal solutions with a much lower computational cost. Comparisons to the state-of-the-art show that the Survivor approach provides significant increases in network survivability (identified with the lowest probability of connectivity loss) and converged network state through smarter recovery mechanisms.

As redes de computadores têm evoluído para acomodar uma grande variedade de serviços, tais como streaming de vídeos de alta qualidade e entrega de conteúdo sensível a atrasos. Estes serviços têm aumentado a demanda por recursos não originalmente considerados na Internet. Com a promessa de atender novas demandas de rede rapidamente, pesquisadores propuseram Redes Programáveis, nas quais o comportamento dos dispositivos de rede pode ser alterado utilizando aplicativos. Entretanto, tal comportamento pode não ser um consenso entre usuários da rede. O surgimento de Redes Virtualizadas superou tal questão, ao permitir a coexistência de múltiplas redes virtuais sobre a mesma infraestrutura física. A fim de se obter redes virtuais isoladas com comportamento programável, foram propostas as Redes Virtuais Programáveis (RVP). Diante dessa nova realidade, os administradores de rede não estão mais olhando unicamente para dispositivos de rede. Eles estão olhando para um sistema composto de dispositivos e aplicativos de rede que definem o comportamento individual de cada rede virtual. Isso requer não apenas novas ferramentas e abordagens de gerenciamento, além disso, exige a revisão de conceitos tradicionais sobre redes. Implementações de RVP são encontradas principalmente em testbeds e ambientes de Computação em Nuvem. Testbeds são muito propícios à inovação, mas possuem fortes limitações no que diz respeito a migração de soluções experimentais para produção. Por outro lado, computação em nuvem é um ótimo ambiente de produção, mas possui restrições de flexibilidade e inovação, uma vez que as soluções de rede adotadas geralmente são proprietárias. Portanto, nesta dissertação introduz-se um novo modelo de negócio que permite a criação de soluções inovadoras em ambientes de produção, a Programabilidade de Redes como um Serviço (NPaaS). Diferente do modelo de negócio de redes tradicionais, onde os usuários finais são apenas consumidores dos serviços de rede já disponíveis, em NPaaS os usuários finais também são capazes de desenvolver e implantar novas soluções de rede. Para apoiar NPaaS, propõe-se uma plataforma de gerenciamento de rede virtual programável, chamada ProViNet. Essa plataforma fornece a arquitetura de software e estratégias necessárias para permitir a implantação e gestão NPaaS. Uma avaliação qualitativa do modelo de negócio NPaaS foi realizada, o resultado foi contrastado com alguns dos modelos de negócio praticados atualmente. Assim, enfatizando a singularidade do NPaaS. Enquanto isso, uma avaliação experimental foi realizada para demonstrar a viabilidade da plataforma ProViNet. Os resultados mostraram que NPaaS representa uma alternativa promissora para ambientes de rede virtual com acesso público, como as nuvens públicas. Além disso, uma avaliação quantitativa do protótipo da plataforma demonstrou a viabilidade técnica e provou que aplicativos de rede desenvolvidos usando BPMN são capazes de executar com desempenho aceitáveis. / Computer networks have evolved to accommodate a wide variety of services, such as streaming of high quality videos and delay-sensitive content delivery. These services have increased the demand for features not originally considered in the Internet. Aiming to address novel network demands quickly, some researchers proposed Programmable Networks, in which network devices behavior can be changed using applications. Notwithstanding, such behavior might not be a consensus between computer network stakeholders. The emergence of Virtualized Networks overcame this issue by allowing the coexistence of multiple virtual networks on the same physical infrastructure. Finally, the convergence of programmability and virtualization techniques are explored within a third concept, the Programmable Virtual Networks (PVN). Faced with this new reality, network administrators are no longer just looking at network devices. They are looking at a system made of virtual devices and applications that define each virtual network behavior. This requires not just new tools and management approaches, over and above that, requires new thinking. PVN deployments are found mostly in shared experimental facilities (also known as testbeds) and Cloud Computing environments. Testbeds are very innovation friendly, but with strong limitations in regards to taking experimental solutions to production. On the other hand, Cloud computing is a great production environment, but presents flexibility and innovation restrictions once network solutions adopted are usually proprietary. Therefore, in this dissertation it is introduced Network Programming as a Service (NPaaS), a new business model that aims to facilitate the conduct of innovative solutions for production environments. Different from traditional network business models, where end-users are just consumers of network services already available, in NPaaS, end-users are also able to develop and deploy novel network solutions. To support NPaaS, Programmable Virtual Network management platform is proposed. Such platform, named ProViNet, provides all architectural and technical features necessary to enable NPaaS deployment and management. A qualitative evaluation of the NPaaS business model was performed, and the result was contrasted with some of the current models, thus, emphasizing the singularity of NPaaS. In the meanwhile, an experimental evaluation was conducted to demonstrate the feasibility of ProViNet platform. Results have shown that NPaaS represent a promising alternative for virtual network environments with public access such as public clouds. Moreover, a quantitative evaluation of the platform prototype demonstrated the technical feasibility and proved that network applications developed using BPMN are able to run with acceptable performance rates.

Made available in DSpace on 2015-04-11T14:02:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ricardo.pdf: 1126811 bytes, checksum: 85736cdaf1e7cf53e93c63df8abb6b16 (MD5) Previous issue date: 2013-07-29 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The Internet is organized on network groups managed by administrative domains known as Autonomous Systems (ASes). Each AS employs its own routing policies and has autonomy in comparison to other ASes. The comunication and coordination between these ASes is made possible by the interdomain routing protocol. The Border Gateway Protocol (BGP)is the interdomain routing protocol currently used on Internet. However, the Internet s interdomain routing architecture has undergone only minor changes since its inception. It presents issues difficult to solve, because of the barrier to deploy new features, the hardness to understand its behavior and dynamics, and complexity to identify and correct faults. The deployment on Internet architecture is a tough task, because the need to deploy it directly on routers. Besides that, there is a requirement of global acceptance of new protocols and modifications. We observed that Software Defined Networking (SDN) could be used to provide innovation on interdomain routing, but it lacked mechanisms support this approach. SDN is an emerging paradigm composed by a data plane, a control plane, and an open protocol. On this work we present a mechanism able to perform interdomain routing with domains that deploys SDN paradigm, called Inter-SDN Routing Component. We point out the main issues on current interdomain routing, describes the Inter-SDN component, its behavior, and its experimental evaluation. Besides that, we show how prototyping and building of an interdomain mechanism on SDN are tasks relatively simple, and explain how our solution takes advantage of the SDN features to address the issues of the interdomain routing. / A Internet está organizada em grupos de redes que são gerenciados por domínios ad- ministrativos conhecidos como Sistemas Autônomos (ASes Autonomous Systems). Cada AS emprega suas próprias políticas de roteamento e tem autonomia em relação a outros ASes. A comunicação e coordenação entre estes ASes acontece por meio do protocolo de roteamento interdomínio. O Protocolo de Roteamento de Borda (BGP Border Gateway Protocol) é o protocolo de roteamento interdomínio atualmente utilizado na Internet. Entretanto, a arquitetura do roteamento interdomínio da Internet tem sofrido poucas mudanças desde sua criação. Ela apresenta problemas complexos de serem resolvidos, devido à dificuldade para a implantação de novas soluções, à dificuldade de entender seu comportamento e dinâmica, e à complexidade de identificar e corrigir falhas. A implantação de novas funcionalidades na arquitetura da Internet é uma tarefa difícil, devido à necessidade de manipular diretamente todos os roteadores. Além disso, é necessário aceitação global de novos protocolos e modificações nos existentes. Nós observamos que a abordagem Redes Definidas por Software (SDN Software-Defined Networking) poderia ser usada para prover inovação no roteamento interdomínio, mas que faltavam mecanismos para suportar esse tipo de roteamento. Neste trabalho, nós apresentamos um mecanismo capaz de realizar o roteamento interdomínio entre domínios que utilizam o paradigma SDN, chamado Inter-SDN. Nós ressaltamos os principais problemas no modelo atual de roteamento interdomínio, descrevemos o componente Inter-SDN, seu comportamento, e apresentamos uma análise experimental. Além disso, nós mostramos como o projeto e a construção de um mecanismo de roteamento interdomínio em SDN são tarefas relativamente simples, e explicamos como nossa solução utiliza as vantagens do SDN para resolver problemas do roteamento interdomínio.

Submitted by Patrícia Cerveira (pcerveira1@gmail.com) on 2017-06-14T20:26:32Z No. of bitstreams: 1 Alex João.pdf: 2737215 bytes, checksum: 01f1f6dd1595e3849310212c302e540e (MD5) / Approved for entry into archive by Biblioteca da Escola de Engenharia (bee@ndc.uff.br) on 2017-06-29T15:57:07Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Alex João.pdf: 2737215 bytes, checksum: 01f1f6dd1595e3849310212c302e540e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-29T15:57:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alex João.pdf: 2737215 bytes, checksum: 01f1f6dd1595e3849310212c302e540e (MD5) / O advento do paradigma financeiras, ou outros tipos de limitações. Desta forma, redes com enlaces redundantes têm sua capacidade potencial desperdiçada pelo uso de protocolos de roteamento distribuídos que não conseguem lidar de forma adequada com todos os caminhos disponíveis. Em especial, as redes dos centros de dados que possuem um grande número de enlaces redundantes e têm que fornecer a comunicação de forma eficiente entre seus equipamentos. Nesta dissertação será apresentado o Equalize, um arcabouço criado segundo o paradigma RDS, que realiza o equilíbrio automático dos fluxos ingressantes na rede através dos enlaces disponíveis que estejam menos congestionados. A topologia da rede é "descoberta" de forma automática e a localização de um host é determinada pelo seu endereço de camada 2 (MAC), de forma que o mesmo pode migrar para qualquer ponto da rede mantendo seu endereço de camada 3 (IP) original. Para o cálculo do melhor caminho entre dois nós, o Equalize executa um algoritmo de Dijkstra adaptado, que emprega a utilização de cada enlace como parâmetro de custo. Assim, o Equalize estabelece na rede a funcionalidade de auto-balanceamento e também apresenta uma boa resiliência para falhas, além de suportar a migração de hosts (sejam eles físicos ou virtuais). Com essas características, Equalize é bastante adequado para redes com facilidade para um gerenciamento centralizado e com múltiplos caminhos entre seus equipamentos, como as redes dos centros de dados. Os resultados obtidos com a emulação de uma pequena rede mostram que a abordagem proposta é capaz de alcançar uma boa taxa de transferência na bissecção da rede, ao mesmo tempo em que garante o equilíbrio no uso dos enlaces contribuindo, assim, para o uso eficiente dos recursos de rede e melhorando a utilização de sua capacidade total disponível. / The advent of Software-Defined Networking (SDN) is promoting innovation and faster network development. Even though network design demands for robust, more capable and flexible approaches to cope with increasingly complexity, system eficiency is often limited due to resource bounding as a consequence of physical, technical, financial, or other types of constraints. Though, networks with multiple redundant links have their potential capacity wasted due to the use of distributed routing protocols that cannot adequately deal with all available paths. In particular, the data center networks that have a large number of redundant links and must provide eficient communications among edges. In this dissertation we present Equalize, a framework built upon the SDN paradigm, that automatically balances the network incoming flows among the less congested available links. The network topology is automatically "discovered" and the location of a host is determined by its layer 2 (MAC) address, so that it can migrate to any point in the network while keeping its original layer 3 (IP) address. To calculate the best path between two nodes, Equalize runs an adapted Dijkstra's algorithm, employing each link utilization as the cost parameter. Thus, Equalize establishes the self-balancing functionality in the network and also presents a good resilience to failures, besides supporting the migration of hosts (whether physical or virtual). Having those characteristics, Equalize is well suited for networks with ease of centralized management and multiple paths among edges, such as data center networks. The results obtained by emulating a small network show that the proposed approach is able to achieve a good bisection throughput, while enforcing the balance in the use of links, thereby contributing to eficient use of network resources and improving the utilization of its total capacity available.

Le grand nombre d’appareils connectés combiné au volume croissant de trafic ont poussé les réseaux dans leurs derniers retranchements. Pour résoudre ce problème, l’approche “Software-Defined Networking” (SDN) qui découple le plan de contrôle du plan de données a été proposée. OpenFlow est un nouveau protocole qui réalise le concept SDN. Pour traiter ces flux, OpenFlow utilise des listes de règles sur les commutateurs. Ces règles sont utilisées pour déterminer les actions dans le réseau. Ceci permet de simplifier la mise en place de services réseaux complexes mais soulève la question de savoir quelles règles définir et où les placer dans le réseau afin d’en respecter ses contraintes. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur le problème de placement de règles dans OpenFlow (ORPP) et proposons une abstraction de type boite noire afin de masquer la gestion du réseau. Tout d'abord, nous formalisons le problème de placement de règles et faisons une étude des solutions existantes. Les solutions existantes sont cependant inefficaces car elles reposent majoritairement sur le concept du plus court chemin. Nous proposons de relaxer le problème en autorisant l’utilisation de chemins arbitraires et proposons deux algorithmes complémentaires : OFFICER et aOFFICER. L'idée générale d’OFFICER et aOFFICER est d’utiliser les chemins les plus efficaces pour le trafic de haute importance et autoriser le trafic de plus basse importance à suivre des détours. Ces deux propositions sont évaluées en utilisant des traces de trafic. Finalement, nous appliquons le principe de la boite noire pour améliorer les performances d'un service de diffusion de contenus dans les réseaux cellulaires / The massive number of connected devices combined with an increasing traffic push network operators to their limit by limiting their profitability. To tackle this problem, Software-Defined Networking (SDN), which decouples network control logic from forwarding devices, has been proposed. An important part of the SDN concepts is implemented by the OpenFlow protocol that abstracts network communications as flows and processes them using a prioritized list of rules on the network forwarding elements. While the abstraction offered by OpenFlow allows to implement many applications, it raises the new problem of how to define the rules and where to place them in the network while respecting all requirements, which we refer as the OpenFlow Rules Placement Problem (ORPP). In this thesis, we focus on the ORPP and hide the complexity of network management by proposing a black box abstraction. First, we formalize that problem, classify and discuss existing solutions. We discover that most of the solutions enforce the routing policy when placing rules, which is not memory efficient in some cases. Second, by trading routing for better resource efficiency, we propose OFFICER and aOFFICER, two frameworks that select OpenFlow rules satisfying policies and network constraints, while minimizing overheads. The main idea of OFFICER an aOFFICER is to give high priority for large flows to be installed on efficient paths, and let other flows follow default paths. These proposals are evaluated and compared to existing solutions in realistic scenarios. Finally, we study a use case of the black box abstraction, in which we improve the performance of content delivery services in cellular networks

Atea Eskilstuna hade behovet av en plattform som kan förenkla och minska antalet konfigurationer vid implementation av kunder. Arbetet gick ut på att utvärdera plattformen VMware NSX och jämföra det mot traditionella nätverkslösningar. I dagens datacenter är virtualisering en viktig del av dess verksamhet. Användandet av virtualisering optimerar hanteringen av hårdvaru-resurser och kostnader. Virtualisering har hittills främst fokuserat på hantering av servrar och klienter, vilket har passerat nätverksutvecklingen, och därför har det uppstått vissa problem med traditionella datacenter gällande trafikflöden, säkerhet och implementering. Datacenter har tidigare varit optimerade för trafik som ska in eller ut ur datacentret. Detta har lett till att brandväggar och säkerhetspolicies ofta placerats vid datacentrets kant. I dagens datacenter har det däremot blivit en ökning på trafik mellan enheter inom datacentret som behöver skyddas. Denna typ av interna säkerhet kan uppnås av interna policies på samtliga nätverksenheter, dock blir det ohållbart vid implementation då antalet konfigurationspunkter i nätverket ökar. Dessa problem kan hanteras med hjälp av VMware NSX som virtualiserar nätverksenheter och centraliserar administration. NSX har en distribuerad brandväggs-funktion vilket medför att policies kan appliceras direkt på virtuella maskiner och virtuella routrar, från en central konfigurationspunkt. Detta ökar säkerheten och minskar implementationstiden jämfört med traditionella datacenter. Arbetet fokuserar på hur NSX arbetar till skillnad från fysiska nätverksenheter samt hur NSX hanterar frågor som trafikflöden, säkerhet och automation. För dessa ändamål byggdes en laborationsmiljö i Ravellos molntjänst med flertalet virtuella maskiner och en litteraturstudie utfördes. Laborationsmiljön användes för att sätta upp kunder med hjälp av virtuella nätverksenheter och virtuella maskiner. Laborationsmiljön användes som referens för hur implementation av NSX och dess funktioner går till. Litteraturstudien fokuserar på vad som är möjligt i NSX och vilka för- och nackdelar som finns med NSX jämfört med traditionella datacenter. Resultaten visade på att den enda nackdelen med NSX var dess licenskostnader. / Atea Eskilstuna had the need of a platform that simplify and reduce the number of configurations while implementing customer environments. The purpose of this thesis was to do a survey of VMware NSX networking platform and compare it to traditional networking solutions. The virtualization is an important part in data centers and its operations today. With the use of virtualization both hardware resources and costs optimizes. Virtualization has primary been focusing on servers and clients and the network evolution has been overlooked. Therefore, some problems have occurred within traditional data centers regarding traffic flows, security and management. Traditional datacenters have previously been optimized for traffic flows inbound or outbound of the datacenter. This optimization has led to implementation of firewalls and security policies at the datacenter edge. However, in the modern datacenters there’s been an increase of traffic flows between devices inside the datacenter, which needs to be secured. Securing these internal traffic flows can be accomplished through internal policies on the network devices. Implementing these policies however is not a scalable solution as the number of configuration points increases. These problems can be handled through VMware NSX which virtualize network units and centralizes administration. NSX provides a distributed firewall function that through a central management platform can be applied directly on groups of virtual machines and virtual routers. This approach increases security inside the datacenter as well as decreasing the implementation time compared to traditional datacenters. This thesis focus how NSX work unlike physical network units and how it handles issues like hairpinning, security and automation. A lab environment was built up in Ravellos cloud service with virtual machines and a literature study was made for this purpose. The lab environment was used to implement different customers with the help of virtual network components and virtual machines. This lab environment served as a reference point how implementation of NSX, its functions and components was made. The literature study focus on what is possible in NSX and which pros and cons that comes with NSX compared to traditional solutions in data centers. Results shows that the only cons with NSX is license costs.