abstract: Commercial load balancers are often in use, and the production network at Arizona State University (ASU) is no exception. However, because the load balancer uses IP addresses, the solution does not apply to all applications. One such application is Rsyslog. This software processes syslog packets and stores them in files. The loss rate of incoming log packets is high due to the incoming rate of the data. The Rsyslog servers are overwhelmed by the continuous data stream. To solve this problem a software defined networking (SDN) based load balancer is designed to perform a transport-level load balancing over the incoming load to Rsyslog servers. In this solution the load is forwarded to one Rsyslog server at a time, according to one of a Round-Robin, Random, or Load-Based policy. This gives time to other servers to process the data they have received and prevent them from being overwhelmed. The evaluation of the proposed solution is conducted a physical testbed with the same data feed as the commercial solution. The results suggest that the SDN-based load balancer is competitive with the commercial load balancer. Replacing the software OpenFlow switch with a hardware switch is likely to further improve the results. / Dissertation/Thesis / Masters Thesis Computer Science 2015

abstract: In traditional networks the control and data plane are highly coupled, hindering development. With Software Defined Networking (SDN), the two planes are separated, allowing innovations on either one independently of the other. Here, the control plane is formed by the applications that specify an organization's policy and the data plane contains the forwarding logic. The application sends all commands to an SDN controller which then performs the requested action on behalf of the application. Generally, the requested action is a modification to the flow tables, present in the switches, to reflect a change in the organization's policy. There are a number of ways to control the network using the SDN principles, but the most widely used approach is OpenFlow. With the applications now having direct access to the flow table entries, it is easy to have inconsistencies arise in the flow table rules. Since the flow rules are structured similar to firewall rules, the research done in analyzing and identifying firewall rule conflicts can be adapted to work with OpenFlow rules. The main work of this thesis is to implement flow conflict detection logic in OpenDaylight and inspect the applicability of techniques in visualizing the conflicts. A hierarchical edge-bundling technique coupled with a Reingold-Tilford tree is employed to present the relationship between the conflicting rules. Additionally, a table-driven approach is also implemented to display the details of each flow. Both types of visualization are then tested for correctness by providing them with flows which are known to have conflicts. The conflicts were identified properly and displayed by the views. / Dissertation/Thesis / Masters Thesis Computer Science 2016

Orientador: Ailton Akira Shinoda / Resumo: O consumo de energia no setor de Tecnologia da Informação e Comunicação (TIC) tem crescido exponencialmente nos últimos anos, em virtude da quantidade crescente de equipamentos para armazenamento e processamento de dados. O paradigma de Redes Definidas por Software (do inglês, Software-Defined Networking - SDN) e a arquitetura OpenFlow estão permitindo uma nova gama de aplicações e serviços para redes. A presente tese apresenta um estudo que aplica tecnologias SDN em um ambiente virtualizado com a federação GENI (Global Environment for Network Innovation). Neste trabalho foi desenvolvido um módulo no controlador Floodlight intitulado como Módulo Economia de Energia que emprega um algoritmo denominado MiNet (Mínima Rede) para a construção da Árvore de Extensão Mínima (do inglês, Minimum Spanning Tree - MST) sobre os componentes de comutação em redes. Este estudo apresenta três simulações em duas topologias de rede Fat Tree, sendo, uma com dez (FatTree10) e outra com vinte switches (FatTree20). Na primeira simulação foi realizada sem o módulo com a configuração padrão do controlador Floodlight para servir de comparação com os resultados de desempenho obtidos nas outras duas simulações. Já a segunda, com o Módulo Economia de Energia incluído no controlador, foi avaliada quanto aos custos iniciais nas ligações entre os switches. Na terceira, os custos nas ligações dos switches foram alterados para evidenciar que o Módulo Economia de Energia é capaz de recalcular uma nova Árvore d... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

Abstract Traditional communication networks consist of large sets of vendor-specific manually configurable devices. These devices are hardwired with specific control logic or algorithms used for different network functions. The resulting networks comprise distributed control plane architectures that are complex in nature, difficult to integrate and operate, and are least efficient in terms of resource usage. However, the rapid increase in data traffic requires the integrated use of diverse access technologies and autonomic network operations with increased resource efficiency. Therefore, the concepts of Software Defined Networking (SDN) are proposed that decouple the network control plane from the data-forwarding plane and logically centralize the control plane. The SDN control plane can integrate a diverse set of devices, and tune them at run-time through vendor-agnostic programmable Application Programming Interfaces (APIs). This thesis proposes software defined cognitive networking to enable intelligent use of network resources. Different radio access technologies, including cognitive radios, are integrated through a common control platform to increase the overall network performance. The architectural framework of software defined cognitive networking is presented alongside the experimental performance evaluation. Since SDN enables applications to change the network behavior and centralizes the network control plane to oversee the whole network, it is highly important to investigate SDN in terms of security. Therefore, this thesis finds the potential security vulnerabilities in SDN, studies the proposed security platforms and architectures for those vulnerabilities, and presents future directions for unresolved security vulnerabilities. Furthermore, this thesis also investigates the potential security challenges and their solutions for the enabling technologies of 5G, such as SDN, cloud technologies, and virtual network functions, and provides key insights into increasing the security of 5G networks. / Tiivistelmä Perinteiset tietoliikenneverkot pohjautuvat usein laajoille manuaalisesti konfiguroitaville valmistajakohtaisille ratkaisuille. Niissä käytetään laitekohtaista kontrollilogiikkaa tai verkon eri toiminnallisuuksien algoritmeja. Tämän johdosta verkon hajautettu kontrollitaso muodostuu monimutkaiseksi, jota on vaikea integroida ja operoida, eikä se ole kovin joustava resurssien käytön suhteen. Tietoliikenteen määrän kasvaessa tulee entistä tärkeämmäksi integroida useita verkkoteknologioita ja autonomisia verkon toiminnallisuuksia tehokkaan resurssinhallinnan saavuttamiseksi. Ohjelmisto-ohjatut verkkoratkaisut (SDN, Software Defined Networking) tarjoavat keinon hallita erikseen verkon kontrolliliikennettä eroteltuna dataliikenteestä keskitetysti. Tämä kontrollitaso voi integroida erilaisia verkkolaitteita ja ohjata niitä ajonaikaisesti valmistajariippumattoman sovellusohjelmointirajapinnan kautta. Tässä työssä on tutkittu älykästä ohjelmisto-ohjattavaa verkkoratkaisua, jonka avulla eri radioverkkoteknologiat (mukaan lukien konginitiiviradio) voidaan integroida yhteisen kontrollialustan kautta lisäämään verkon kokonaissuorituskykyä. Työssä esitetään kognitiivinen ohjelmisto-ohjattu verkon arkkitehtuuriratkaisu sekä sen suorituskyvyn arviointi mittauksiin pohjautuen. Koska ohjelmisto-ohjattu verkko pohjautuu koko verkon keskitettyyn kontrollilogiikkaan, on tietoturvan merkitys korostunut entisestään. Tässä työssä on sen vuoksi tutkittu juuri tällaisen verkkoratkaisun mahdollisia tietoturvauhkia sekä niiden torjumiseen soveltuvia ratkaisuvaihtoehtoja sekä esitetään tulevaisuuden kehityssuuntia vielä ratkaisemattomille uhkille. Lisäksi työssä on tutkittu laajemmin tulevien 5G verkkojen tietoturvauhkia ja niiden ratkaisuja, liittyen ohjelmisto-ohjattuihin verkkoratkaisuin, pilviteknologioihin ja virtualisoiduille verkkotoiminnallisuuksille. Työ tarjoaa myös näkemyksen siitä, miten verkon tietoturvaa voidaan kokonaisuudessaan lisätä 5G verkoissa.

Redes Definidas por Software ajudam a simplificar a programabilidade da rede ao desacoplar o plano de controle dos dispositivos de encaminhamento, e implementá-lo em um controlador logicamente centralizado. Apesar de permitir uma separação de conceitos mais clara, essa característica cria também uma relação de dependência entre controlador e dispositivos. Falhas no plano de controle prejudicam a visibilidade do estado da rede no controlador e podem tornar a rede inutilizável caso os dispositivos de encaminhamento sejam isolados. A relevância deste problema motivou uma série de propostas, incluindo a distribuição física de instâncias de controle e a delegação de tarefas aos dispositivos de encaminhamento. Esta dissertação contém a proposta e a avaliação de uma arquitetura que usa redes celulares de dados (4G) como enlaces reservas para o plano de controle. Nenhum trabalho anterior explorou esta ideia, apesar da pesquisa recente envolvendo Redes Definidas por Software e redes sem fio. A avaliação experimental permite uma melhor compreensão ao responder três perguntas: (i) Como o comportamento do tráfego do plano de controle é afetado pelas características de enlaces celulares, (ii) quão rapidamente o plano de controle é migrado para o enlace reserva quando uma falha ocorre e (iii) como funções de rede que dependem do estado da rede em um instante se comportam em tal arquitetura. Apesar da já esperada maior latência dos enlaces celulares, esta arquitetura mantém o funcionamento parcial de tarefas que dependem de visão global da rede quando falhas ocorrem nos enlaces primários, de maneira simples e com custo acessível. O grau de manutenção de tais tarefas é diretamente relacionado com sua dependência da rapidez de reação do plano de controle a eventos de rede. O principal benefício de prevenir a partição do plano de controle é a manutenção de uma visão global consistente da rede. / Software Defined Networks simplify network programmability by detaching the control plane from forwarding devices and deploying it into a logically centralized controller. While this allows a clearer separation of concerns, it also creates a dependency between them. Failures in the control plane break the controller view of the network state and could render the network unusable if forwarding devices cannot be reached. The relevance of this problem has led to a range of proposals, including physical distribution of controller instances and delegation of concerns to forwarding devices. This dissertation features the proposal and evaluation of an architecture that leverages cellular data networks (4G) as control plane backup links. No previous work has explored this idea, despite the recent research intersecting SDN and wireless networks. The experimental evaluation provides insights towards answering three research questions: (i) How is the behavior of control plane traffic affected by the characteristics of cellular links, (ii) how quickly is the control plane handed over to the backup link when a failure occurs and (iii) how well do network functions that rely on a snapshot of the network state behave on such an architecture. Despite the expected higher latency of cellular links, this architecture maintains partial functionality of tasks that depend on global network awareness when failures occur in primary control links in a simple, affordable fashion. The degree to which the functionality of these tasks is maintained is directly related to its dependency on the timeliness of control plane reaction to network events. The main benefit of preventing control plane partition is to maintain a consistent global view of the network.

Redes Definidas por Software ajudam a simplificar a programabilidade da rede ao desacoplar o plano de controle dos dispositivos de encaminhamento, e implementá-lo em um controlador logicamente centralizado. Apesar de permitir uma separação de conceitos mais clara, essa característica cria também uma relação de dependência entre controlador e dispositivos. Falhas no plano de controle prejudicam a visibilidade do estado da rede no controlador e podem tornar a rede inutilizável caso os dispositivos de encaminhamento sejam isolados. A relevância deste problema motivou uma série de propostas, incluindo a distribuição física de instâncias de controle e a delegação de tarefas aos dispositivos de encaminhamento. Esta dissertação contém a proposta e a avaliação de uma arquitetura que usa redes celulares de dados (4G) como enlaces reservas para o plano de controle. Nenhum trabalho anterior explorou esta ideia, apesar da pesquisa recente envolvendo Redes Definidas por Software e redes sem fio. A avaliação experimental permite uma melhor compreensão ao responder três perguntas: (i) Como o comportamento do tráfego do plano de controle é afetado pelas características de enlaces celulares, (ii) quão rapidamente o plano de controle é migrado para o enlace reserva quando uma falha ocorre e (iii) como funções de rede que dependem do estado da rede em um instante se comportam em tal arquitetura. Apesar da já esperada maior latência dos enlaces celulares, esta arquitetura mantém o funcionamento parcial de tarefas que dependem de visão global da rede quando falhas ocorrem nos enlaces primários, de maneira simples e com custo acessível. O grau de manutenção de tais tarefas é diretamente relacionado com sua dependência da rapidez de reação do plano de controle a eventos de rede. O principal benefício de prevenir a partição do plano de controle é a manutenção de uma visão global consistente da rede. / Software Defined Networks simplify network programmability by detaching the control plane from forwarding devices and deploying it into a logically centralized controller. While this allows a clearer separation of concerns, it also creates a dependency between them. Failures in the control plane break the controller view of the network state and could render the network unusable if forwarding devices cannot be reached. The relevance of this problem has led to a range of proposals, including physical distribution of controller instances and delegation of concerns to forwarding devices. This dissertation features the proposal and evaluation of an architecture that leverages cellular data networks (4G) as control plane backup links. No previous work has explored this idea, despite the recent research intersecting SDN and wireless networks. The experimental evaluation provides insights towards answering three research questions: (i) How is the behavior of control plane traffic affected by the characteristics of cellular links, (ii) how quickly is the control plane handed over to the backup link when a failure occurs and (iii) how well do network functions that rely on a snapshot of the network state behave on such an architecture. Despite the expected higher latency of cellular links, this architecture maintains partial functionality of tasks that depend on global network awareness when failures occur in primary control links in a simple, affordable fashion. The degree to which the functionality of these tasks is maintained is directly related to its dependency on the timeliness of control plane reaction to network events. The main benefit of preventing control plane partition is to maintain a consistent global view of the network.

Submitted by Daniella Sodre (daniella.sodre@ufpe.br) on 2015-03-10T14:04:29Z No. of bitstreams: 2 Dissertaçao Edson Adriano Avelar.pdf: 6960345 bytes, checksum: 5d86f99ab1fc8ac8ac5b540172fe0827 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-10T14:04:29Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertaçao Edson Adriano Avelar.pdf: 6960345 bytes, checksum: 5d86f99ab1fc8ac8ac5b540172fe0827 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2013-03-01 / Apesar do enorme sucesso da Internet, a comunidade científica tem apontado dificuldades em promover inovação e buscar soluções para os novos desafios nas redes tradicionais, tais como a mobilidade, qualidade de serviço (QoS) e qualidade de experiência (QoE). Atualmente, os requisitos para usuários móveis e aplicações multimídia são incorporados nas redes, mas com limitações, através de constantes incrementos/remendos na pilha TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Assim, a pesquisa sobre arquitetura para Internet do Futuro (FI) chegou a um impasse, ao qual convencionou-se denominar de engessamento da Internet. Com a proliferação de smartphones, tablets e uma infinidade de dispositivos/sensores conectados à Internet, embarcados em veículos (carros, ônibus etc.) ou robôs (por exemplo, para monitoramento ambiental, de tráfego e energia, além da segurança dos cidadãos), há necessidade de um gerenciamento de mobilidade eficiente e escalável, a fim de garantir tanto a obtenção das informações coletadas por objetos/sensores móveis conectados às redes sem fio nas futuras cidades inteligentes, quanto para permitir a continuidade do serviço para usuários móveis. Nas pesquisas sobre arquiteturas para Internet do Futuro, a academia e a indústria estão apostando nas redes definidas por software (SDN/Software-Defined Networks) e, particularmente, na plataforma OpenFlow. Essas tecnologias surgem para auxiliar nas soluções dos problemas supracitados e são alvo de muitas pesquisas em arquiteturas para Internet do Futuro. Na filosofia SDN, o plano de controle é separado do plano de dados dentro dos comutadores, fornecendo, desta forma, programabilidade e flexibilidade para as redes, e permitindo extensão e inovação. No entanto, ainda não há uma solução consolidada para mobilidade do terminal em arquiteturas SDN. Esta dissertação propõe e avalia uma nova arquitetura de gerenciamento de mobilidade baseada em SDN para a Internet do Futuro. A proposta é implementada em um testbed OpenFlow/802.11(Wi-Fi). Além disso, a fim de proporcionar mobilidade transparente (seamless), é desenvolvido um mecanismo de decisão de handover (mudança de ponto de acesso) baseado na lógica fuzzy. Os resultados de desempenho demonstram a eficácia da proposta no fornecimento de mobilidade transparente e continuidade de serviço ao usuário, bem como o suporte adequado para os requisitos de tráfego de vídeo em termos de métricas de QoS/QoE.

Made available in DSpace on 2014-06-12T15:58:06Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo3252_1.pdf: 2382561 bytes, checksum: c2a06bbc48d03850db39ab0f6ef2859e (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2011 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Este trabalho apresenta uma proposta para gerenciamento e monitoramento de redes virtuais através da adaptação do Nagios, uma ferramenta de gerência e monitoramento amplamente utilizada em datacenters por administradores de rede. Esta adaptação foi implementada através da criação de um plug-in que coleta dados relevantes de switches virtuais realizando inferências de estados de disponibilidade destes switches. Para verificação da usabilidade do plug-in, foi criada uma rede virtual utilizando o software de padrão aberto Openflow e OpenvSwitch em conjunto com o NOX, além da criação de máquinas virtuais sobre o virtualizador KVM com o auxílio da biblioteca libvirt para criação das máquinas virtuais e interfaces virtuais

Detta projekt har haft som mål att skapa ett redundant SDN-nätverk som ska ligga som grund för ett fiktivt företag. Företeaget ska kunna använda nätverket som vi bygger upp för att vidareutveckla detta och anpassa det efter verksamhetens behov. Nätverket byggs upp med mininet som används för att simulera en nätverksmiljö. Det fiktiva företaget ska sedan bara kunna lyfta ut nätverket från mininet ut till ett riktigt nätverk. Nätverkets funktioner, såsom protokollen STP och LACP implementeras med hjälp av programmeringsspråket python. / The goal for this project is to setup a redundant Software Defined Network for a fictive company. The company should be able to use the network for future network extension. The network will be built in mininet. Mininet is a software that is used to simulate a real network environment. The company should also be able to take the simulated network in mininet and implement it in to a real network. The protocols STP and LACP are implemented in the network by means of the programming language python.

In computer networking, failures, such as breaking equipment, cable cuts, power failures and human errors continuously cause communication interruptions. Such failures may result in dissatisfied customers, loss of product reputation, violation of SLAs and even critical failures in industrial systems. SDN, which logically centralizes the control plane, is an emerging technology in computer networking. The global view provided by the SDN controller can be used to reconfigure the network in case of a link failure. However, this reconfiguration may take too long for high availability networks. With the introduction of proactive link repair, backup paths are preinstalled in the forwarding devices, reducing path recovery time. This thesis addresses the usage of SDN to provide resiliency in high availability networks. First, we consider how SDN can be used for increasing the reliability of ICNs. Second, we investigate how similar technologies could be applied to deal with fast channel attenuation and resulting outage in mmWave backhaul networks. Finally, we look at CloudMAC-based Wireless LAN, and how SDN-enabled QoS improvements could improve connection reliability. / In computer networking, failures, such as breaking equipment, cable cuts, power failures and human errors continuously cause communication interruptions. Such failures may result in dissatisfied customers, loss of product reputation, violation of Service Level Agreements and even critical failures in industrial systems. Recently, the concept of Software Defined Networking (SDN) was introduced. SDN opens up and centralizes the control plane, which allows designing networks more resilient to failures. In this thesis, we address the usage of SDN in order to provide resiliency in high availability networks. First, we consider how SDN enabled, proactive failure recovery can be used to provide the reliability required in Industrial Control Networks (ICNs). We also investigate how the same approach could be applied to mmWave backhaul networks to cope with fast channel attenuation and the resulting outage. Through extensive experiments, we can demonstrate an increase in reliability for both ICNs and mmWave backhaul networks. Second, we look at CloudMAC-based Wireless LAN, and how SDN-enabled traffic control algorithms could improve connection reliability. Through our experiments we can show that both discriminatory and non-discriminatory algorithms significantly increase the connection reliability. In combination, these results serve to strengthen the image of SDN as a provider of resilient, high-availability networks.