Redes definidas por software (SDN) são uma abordagem recente para o projeto e operação de redes de computadores. Este paradigma é empregado com sucesso em cenários de datacenter, no entanto redes de acesso definidas por software (SDAN) ainda são raras em operadoras de telefonia e provedores de Internet. Isso deve-se em grande parte à inexistência de uma arquitetura de referência, algo que diversos projetos tentaram suprir nos últimos anos. Independente da vertente escolhida, a opção por uma mudança tão disruptiva como o SDN precisa ser justificada. Modelos tecno-econômicos são comumente utilizados para estimar o impacto da mudança na rentabilidade da operação. O custo total de propriedade (TCO) é uma métrica utilizada para esse fim. O presente trabalho desenvolveu um modelo simplificado de comparação de arquiteturas de rede, que diferentemente dos demais, tem foco nos serviços oferecidos ao assinante e no custo de gerenciamento dos mesmos. A análise é realizada em duas dimensões. Na primeira o esforço de operar a rede é estimado através de uma análise qualitativa, de forma similar ao realizado por outros modelos. O segundo eixo é a quantidade de recursos exigida para provisionar e monitorar cada serviço. Essa estimativa é gerada através do uso de simulação de tempo discreto dos elementos e protocolos relevantes. A combinação das duas análises permite identificar as tendências de comportamento dos serviços geradas pela adoção de uma nova arquitetura de rede, e avaliar a conveniência dessa migração. O uso de simulação neste trabalho demandou a construção de modelos dos equipamentos e protocolos envolvidos. Elegeu-se o pacote NS-3 como ferramenta de simulação. Definir e implementar modelos para todos os serviços analisados poderia tornar-se tão oneroso quanto as técnicas que desejávamos suplantar, e por isso utilizou-se uma abordagem indireta. São simulados apenas os componentes essenciais, e os custos de cada serviço são inferidos a partir deles. O modelo de rede SDAN utilizado, denominado SDCN, é inspirado no SplitArchitecture, proposto pelo projeto SPARC. / Software defined networks are a novel approach to design and operation of computer networks. Although this paradigm is employed successfully in many data-centers and campus, software defined access networks (SDAN) are still in their infancy. Carriers and ISPs have not converged on a standard architecture to build their infrastructure upon, a problem many initiatives are trying to solve. Regardless of the chosen model, the option for such a disruptive change as SDN needs to be justified. Techno-economic models are commonly used to estimate the impact of a change in the operation. The Total Cost of Ownership (TCO) is a metric commonly used for this purpose. The present work developed a simplified evaluation model for network architectures, which focuses on the services offered to the subscriber and on the cost of managing them. The analysis is performed in two dimensions. In the first, the effort to operate the network is estimated through a qualitative analysis, similar to the one performed by other existing models. The second axis is the amount of resources required to provision and monitor each service. This estimation is produced through the use of discrete time simulation of selected elements and protocols. The combination of the analyzes allows us to identify the behavioral trends provoked by the adoption of a new network architecture, and to evaluate the convenience of such migration. The simulation in this work demanded models for the equipment and protocols involved. The package NS-3 was the chosen simulation tool. Defining and implementing models for all services analyzed could become as costly as the techniques we wish to overcome, so an indirect approach has been used. Only the essential components are simulated, and the costs of each service are inferred from them. The SDAN model evaluated in this work, called SDCN, is a simplification of the SplitArchitecture proposed by the SPARC project.

O projeto de mecanismos flexíveis e eficientes para o posicionamento e encadeamento de funções virtualizadas de rede (VNFs) é essencial para o sucesso de Virtualização de Funções de Rede (Network Function Virtualization, NFV). A maioria das soluções existentes, no entanto, considera custos fixos (e imutáveis) de processamento de fluxos e de largura de banda ao posicionar as VNFs em Pontos de Presença da Rede (N-PoPs). Essa limitação torna-se crítica em redes NFV com fluxos cujos comportamentos são altamente dinâmicos e nas quais os requisitos de processamento e os recursos disponíveis nos NPoPs mudam constantemente. Para preencher essa lacuna, propõe-se o NFV-PEAR, uma plataforma para o posicionamento e encadeamento adaptativo de VNFs. O NFV-PEAR visa (re)organizar periodicamente os posicionamentos e encadeamentos de VNFs previamente determinados, objetivando-se manter um desempenho fim-a-fim aceitável mesmo durante flutuações nos custos de processamento e nos requisitos dos fluxos. Paralelamente, busca-se minimizar as mudanças na rede (por exemplo, a realocação de VNFs ou de fluxos) realizadas para cumprir esse objetivo. Os resultados obtidos, a partir de uma avaliação experimental, mostram que o NFV-PEAR tem potencial para reduzir significativamente o número de mudanças na rede necessárias para assegurar o desempenho fim-a-fim esperado para os fluxos, garantindo assim o funcionamento estável dos serviços. / The design of flexible and efficient mechanisms for proper placement and chaining of virtual network functions (VNFs) is key for the success of Network Function Virtualization (NFV). Most state-of-the-art solutions, however, consider fixed (and immutable) flow processing and bandwidth requirements when placing VNFs in the Network Points of Presence (N-PoPs). This limitation becomes critical in NFV-enabled networks having highly dynamic flow behavior, and in which flow processing requirements and available N-PoP resources change constantly. To bridge this gap, we present NFV-PEAR, a platform for adaptive VNF placement and chaining. In NFV-PEAR, network operators may periodically (re)arrange previously determined placement and chaining of VNFs, with the goal of maintaining acceptable end-to-end flow performance despite fluctuations of flow processing costs and requirements. In parallel, NFV-PEAR seeks to minimize network changes (e.g., reallocation of VNFs or network flows). The results obtained from an experimental evaluation provide evidence that NFV-PEAR has potential to deliver more stable operation of network services, while significantly reducing the number of network changes required to ensure end-to-end flow performance.

Algumas palavras e definições comumente utilizadas quando se está falando de Software-Defined Networking, como programabilidade, flexibilidade, ou gerenciamento centralizado, parecem muito apropriadas ao contexto de um outro paradigma de rede: Internet of Things. Em redes domésticas já não é incomum a existência de dispositivos projetados para segurança, climatização, iluminação, monitoramento de saúde e algumas formas de automação que diferem entre si em diversos aspectos, como no modo de operar e de se comunicar. Lidar com este tipo de cenário, que pode diferir bastante daquilo que estamos acostumados na gerência de redes e serviços, fazendo uso dos recursos tradicionais como ferramentas e protocolos bem estabelecidos, pode ser difícil e, em alguns casos, inviável. Com o objetivo de possibilitar o monitoramento remoto de pacientes com doenças crônicas através de dispositivos de healthcare disponíveis no mercado, uma proposta de middleware foi desenvolvida em um projeto de pesquisa para contornar as limitações relacionadas à interoperabilidade, coleta de dados, gerência, segurança e privacidade encontradas nos dispositivos utilizados. O middleware foi projetado com o intuito de executar em access points instalados na casa dos pacientes. Contudo, as limitações de hardware e software do access point utilizado refletem no desenvolvimento, pois restringem o uso de linguagens de programação e recursos que poderiam agilizar e facilitar a implementação dos módulos e dos mecanismos necessários. Os contratempos encontrados no desenvolvimento motivaram a busca por alternativas, o que resultou na refatoração do middleware através de Software-Defined Networking, baseando-se em trabalhos que exploram o uso desse paradigma em redes domésticas. O objetivo deste trabalho é verificar a viabilidade da utilização de Software-Defined Networking no contexto de Internet of Things, mais especificamente, aplicado ao serviço de monitoramento de pacientes da proposta anterior e explorar os possíveis benefícios resultantes. Com a refatoração, a maior parte da carga de serviços da rede e do monitoramento foi distribuída entre servidores remotos dedicados, com isso os desenvolvedores podem ir além das restrições do access point e fazer uso de recursos antes não disponíveis, o que potencializa um processo de desenvolvimento mais ágil e com funcionalidades mais complexas, ampliando as possibilidades do serviço. Adicionalmente, a utilização de Software-Defined Networking proporcionou a entrega de mais de um serviço através de um único access point, escalabilidade e autonomia no gerenciamento das redes e dos dispositivos e na implantação de serviços, fazendo uso de recursos do protocolo OpenFlow, e a cooperação entre dispositivos e serviços a fim de se criar uma representação digital mais ampla do ambiente monitorado. / Some words and definitions usually employed when talking about Software-Defined Networking such as programmability, frexibility, or centralized management sound very appropriate to the context of another network paradigm: Internet of Things. The presence of devices designed for security, air conditioning, lighting, health monitoring and some other automation resources have become common in home networks; those devices may be different in many ways, such as the way they operate and communicate, between others. Dealing with this kind of scenario may differ in many ways from what we are familiar regarding networking and services management; the use of traditional management tools and protocols may be hard or even unfeasible. Aiming to enable the health monitoring of patients with chronical illnesses through using off-the-shelf healthcare devices a middleware proposal was developed in a research project to circumvent interoperability, data collecting, management, security and privacy issues found in employed devices. The middleware was designed to run on access points in the homes of the patients. Although hardware and software limitations of the used access points reflect on the development process, because they restrict the use of programming languages and resources that could be employed to expedite the implementation of necessary modules and features. Development related mishaps have motivated the search for alternatives resulting in the middleware refactoring through Software-Defined Networking, based on previous works where that paradigm is used in home networks. This work aims to verify the feasability of the employment of Software- Defined Networking in the Internet of Things context, and its resulting benefits; specifically in the health monitoring of chronic patients service from the previous proposal. After refactoring most of the network and services load was distributed among remote dedicated servers allowing developers to go beyond the limitations imposed by access points constraints, and to make use of resources not available before enabling agility to the development process; it also enables the development of more complex features expanding services possibilities. Additionally Software-Defined Networking employment provides benefits such as the delivering of more than only one service through the same access point; scalability and autonomy to the network and devices monitoring, as to the service deployment through the use of OpenFlow resources; and devices and services cooperation enabling the built of a wider digital representation of the monitored environment.

Redes definidas por software (Software-Defined Networking – SDN) tem como objetivo fornecer uma arquitetura mais sofisticada e precisa para gerenciar e monitorar o tráfego da rede. SDN permite centralizar parte da lógica de tomada de decisão sobre o processamento de fluxo e roteamento de pacotes em dispositivos chamados controladores. Apesar disso, o comportamento dos dispositivos de rede e suas configurações são muitas vezes escritos para situações específicas diretamente no controlador. Isto torna-se um problema quando há um aumento no número de elementos, ligações e serviços de rede, resultando numa grande quantidade de regras e uma elevada sobrecarga relacionada à configuração da rede. Como alternativa , técnicas, tais como gerenciamento baseado em políticas (Policy-Based Management – PBM) e refinamento de políticas podem ser utilizadas por operadores de alto nível para escrever Acordos de Nível de Serviço (Service Level Agreements – SLAs) em uma interface amigável, sem a necessidade de alterar o código implementado nos controladores. No entanto, o refinamento de políticas na nova área de pesquisa SDN tem sido um tema negligenciado, em parte, porque o refinamento não é um processo trivial. Ao utilizar SLAs, a sua tradução para políticas de baixo nível, por exemplo, regras para a configuração de elementos de comutação, não é simples. Se essa tradução não for realizada corretamente, os elementos do sistema podem não ser capaz de cumprir os requisitos implícitos especificados no SLA. Neste contexto, este trabalho apresenta ARKHAM: um avançado conjunto de ferramentas de refinamento para manipulação de acordos de nível de serviço em redes definidas por software. Este conjunto de ferramentas é composto por (i) um framework para criação de políticas que usa raciocínio lógico para a especificação de objetivos de nível de negócio e automatização de seu refinamento; (ii) um controlador OpenFlow que realiza a coleta de informações e implantação de configurações na rede; e (iii) uma representação formal de políticas de alto nível utilizando Event Calculus e aplicando raciocínio lógico para modelar tanto o comportamento do sistema quanto o processo de refinamento de políticas para o gerenciamento de SDN. Como resultado, a abordagem é capaz de identificar as necessidades e os recursos que precisam ser configurados de acordo com o refinamento do SLA, podendo assim configurar e executar com sucesso ações dinâmicas de suporte à reconfiguração de infraestrutura. / Software-Defined Networking (SDN) aims to provide a more sophisticated and accurate architecture for managing and monitoring network traffic. SDN permits centralizing part of the decision-making logic regarding flow processing and packet routing in controller devices. Despite this, the behavior of network devices and their configurations are often written for specific situations directly in the controller. This becomes an issue when there is an increase in the number of network elements, links, and services, resulting in a large amount of rules and a high overhead related to network configuration. As an alternative, techniques such as Policy- Based Management (PBM) and policy refinement can be used by high-level operators to write Service Level Agreements (SLAs) in a user-friendly interface without the need to change the code implemented in the controllers. However, policy refinement in the new research area of SDN has been a neglected topic, in part, because refinement is a nontrivial process. When using SLAs, their translation to low-level policies, e.g., rules for configuring switching elements, is not straightforward. If this translation is not performed properly, the system elements may not be able to meet the implicit requirements specified in the SLA. In this context, we introduce ARKHAM: an Advanced Refinement Toolkit for Handling Service Level Agreements in Software-Defined Networking. This work presents (i) a Policy Authoring Framework that uses logical reasoning for the specification of business-level goals and to automate their refinement; (ii) an OpenFlow controller which performs information gathering and configuration deployment; and (iii) a formal representation using event calculus that describes our solution. As a result, our approach is capable of identifying the requirements and resources that need to be configured in accordance with SLA refinement, and can successfully configure and execute dynamic actions for supporting infrastructure reconfiguration.

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 (Software-Defined Networking – SDN) é um paradigma emergente que sem dúvida facilita a inovação e simplifica o gerenciamento da rede. SDN provém esses recursos baseado em quatro princípios fundamentais: (i) os planos de controle e encaminhamento da rede são claramente desacoplados, (ii) as decisões de encaminhamento são baseadas em fluxo ao invés de baseadas em destino, (iii) a lógica de encaminhamento é abstraída do hardware para uma camada de software e (iv) um elemento, chamado controlador, é introduzido para coordenar as decisões de encaminhamento. Atualmente muito se tem discutido acerca do uso de SDN em benefício do gerenciamento de redes – onde SDN é considerado uma ferramenta de gerenciamento –, ao invés de se discutir quais são os novos desafios de gerenciamento que esse paradigma introduz. No contexto de SDN, atividades de gerenciamento como monitoramento, visualização e configuração podem ser consideravelmente diferentes das mesmas realizadas em redes tradicionais, merecendo a devida atenção. Por exemplo, um controlador SDN pode ser customizado por administradores de rede de acordo com suas necessidades. Essas customizações podem impactar em consumo de recursos e desempenho no encaminhamento de tráfego. Tal impacto é difícil de se avaliar porque solucões de gerenciamento de redes tradicionais nao foram projetadas para lidar com o contexto de SDN. Como consequencia, uma solução de gerenciamento de SDN deve ser capaz de ajudar o administrador a entender e controlar como o comportamento do controlador SDN afeta a rede. Considerando esse contexto, nós inicialmente desenvolvemos uma análise do tráfego de controle em SDN visando melhor entender o impacto da comunicação entre controlador e dispositivos de encaminhamento. Em seguida, nós propomos uma abordagem interativa para gerenciamento de SDN através do monitoramento, visualização e configuração da rede incluindo o administrador em um ciclo de atividades de gerenciamento, onde metricas específicas de SDN são monitoradas, processadas e mostradas em visualizações interativas. Assim, o administrador da rede é capaz de configurar/ reconfigurar parâmetros de SDN de acordo com seu/sua necessidade. Para demonstrar a viabilidade da nossa abordagem, nós desenvolvemos um protótipo chamado SDN Interactive Manager. Os resultados obtidos através do protótipo apresentaram que a nossa abordagem é capaz de auxiliar o administrador a melhor entender o impacto da configuração de parâmetros relativos a SDN no desempenho da rede como um todo. / Software-Defined Networking (SDN) is an emerging paradigm that arguably facilitates network innovation and simplifies network management. SDN enables these features based on four fundamental principles: (i) network control and forwarding planes are clearly decoupled, (ii) forwarding decisions are flow-based instead of destination-based, (iii) the network forwarding logic is abstracted from a hardware to a programmable software layer, and (iv) an element, called controller, is introduced to coordinate network-wide forwarding decisions. Nowadays, much has been discussed about using SDN principles to improve network management – where SDN is taken as a management tool –, instead of discussing which are the new management challenges that this network paradigm introduces. In the context of SDN, management activities, such as monitoring, visualization, and configuration can be considerably different from traditional networks, thus deserving proper attention. For example, an SDN controller can be customized by network administrators according to their needs. Such customizations might pose an impact on resource consumption and traffic forwarding performance, which is difficult to assess because traditional network management solutions were not designed to cope with the context of SDN. As a consequence, an SDN-tailored management solution must be able to help the administrator to understand and control how the SDN controller behavior affects the network. Considering this context, we initially performed an analysis of control traffic in SDN aiming to better understand the impact of the communication between the controller and forwarding devices. Afterwards, we propose an interactive approach to SDN management through monitoring, visualization, and configuration that includes the administrator in the management loop, where SDN-specific metrics are monitored, processed, and displayed in interactive visualizations. Thus, the administrator is able to make decisions and configure/reconfigure SDN-related parameters according to his/her needs. To show the feasibility of our approach a prototype has been developed, called SDN Interactive Manager. The results obtained with this prototype show that our approach can help the administrator to better understand the impact of configuring SDN-related parameters on the overall network performance.

In order to keep up with the increasing demand on speed and reliability in modern wireless systems, new standards have to be introduced. By using Multiple Input Multiple Output technology (MIMO) and Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) technologies the performance can be increased dramatically. Forthcoming standards such as WLAN 802.11n, WiMax and 3GPP LTE are all taking advantage of MIMO technology. To perform realistic tests with these standards it is often not enough to run software simulations in for example Matlab. Instead, as many real world parameters as possible need to be included. This can be done using a testbed, like the LiUMIMO, that actually transmits and receives data through the air. The LiUMIMO is designed as a Software Defined Radio (SDR), only the RF front end and the data log are implemented in hardware, while all signal processing will be performed in Matlab.

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 (Software-Defined Networking – SDN) é um paradigma emergente que sem dúvida facilita a inovação e simplifica o gerenciamento da rede. SDN provém esses recursos baseado em quatro princípios fundamentais: (i) os planos de controle e encaminhamento da rede são claramente desacoplados, (ii) as decisões de encaminhamento são baseadas em fluxo ao invés de baseadas em destino, (iii) a lógica de encaminhamento é abstraída do hardware para uma camada de software e (iv) um elemento, chamado controlador, é introduzido para coordenar as decisões de encaminhamento. Atualmente muito se tem discutido acerca do uso de SDN em benefício do gerenciamento de redes – onde SDN é considerado uma ferramenta de gerenciamento –, ao invés de se discutir quais são os novos desafios de gerenciamento que esse paradigma introduz. No contexto de SDN, atividades de gerenciamento como monitoramento, visualização e configuração podem ser consideravelmente diferentes das mesmas realizadas em redes tradicionais, merecendo a devida atenção. Por exemplo, um controlador SDN pode ser customizado por administradores de rede de acordo com suas necessidades. Essas customizações podem impactar em consumo de recursos e desempenho no encaminhamento de tráfego. Tal impacto é difícil de se avaliar porque solucões de gerenciamento de redes tradicionais nao foram projetadas para lidar com o contexto de SDN. Como consequencia, uma solução de gerenciamento de SDN deve ser capaz de ajudar o administrador a entender e controlar como o comportamento do controlador SDN afeta a rede. Considerando esse contexto, nós inicialmente desenvolvemos uma análise do tráfego de controle em SDN visando melhor entender o impacto da comunicação entre controlador e dispositivos de encaminhamento. Em seguida, nós propomos uma abordagem interativa para gerenciamento de SDN através do monitoramento, visualização e configuração da rede incluindo o administrador em um ciclo de atividades de gerenciamento, onde metricas específicas de SDN são monitoradas, processadas e mostradas em visualizações interativas. Assim, o administrador da rede é capaz de configurar/ reconfigurar parâmetros de SDN de acordo com seu/sua necessidade. Para demonstrar a viabilidade da nossa abordagem, nós desenvolvemos um protótipo chamado SDN Interactive Manager. Os resultados obtidos através do protótipo apresentaram que a nossa abordagem é capaz de auxiliar o administrador a melhor entender o impacto da configuração de parâmetros relativos a SDN no desempenho da rede como um todo. / Software-Defined Networking (SDN) is an emerging paradigm that arguably facilitates network innovation and simplifies network management. SDN enables these features based on four fundamental principles: (i) network control and forwarding planes are clearly decoupled, (ii) forwarding decisions are flow-based instead of destination-based, (iii) the network forwarding logic is abstracted from a hardware to a programmable software layer, and (iv) an element, called controller, is introduced to coordinate network-wide forwarding decisions. Nowadays, much has been discussed about using SDN principles to improve network management – where SDN is taken as a management tool –, instead of discussing which are the new management challenges that this network paradigm introduces. In the context of SDN, management activities, such as monitoring, visualization, and configuration can be considerably different from traditional networks, thus deserving proper attention. For example, an SDN controller can be customized by network administrators according to their needs. Such customizations might pose an impact on resource consumption and traffic forwarding performance, which is difficult to assess because traditional network management solutions were not designed to cope with the context of SDN. As a consequence, an SDN-tailored management solution must be able to help the administrator to understand and control how the SDN controller behavior affects the network. Considering this context, we initially performed an analysis of control traffic in SDN aiming to better understand the impact of the communication between the controller and forwarding devices. Afterwards, we propose an interactive approach to SDN management through monitoring, visualization, and configuration that includes the administrator in the management loop, where SDN-specific metrics are monitored, processed, and displayed in interactive visualizations. Thus, the administrator is able to make decisions and configure/reconfigure SDN-related parameters according to his/her needs. To show the feasibility of our approach a prototype has been developed, called SDN Interactive Manager. The results obtained with this prototype show that our approach can help the administrator to better understand the impact of configuring SDN-related parameters on the overall network performance.

Redes definidas por software (Software-Defined Networking – SDN) tem como objetivo fornecer uma arquitetura mais sofisticada e precisa para gerenciar e monitorar o tráfego da rede. SDN permite centralizar parte da lógica de tomada de decisão sobre o processamento de fluxo e roteamento de pacotes em dispositivos chamados controladores. Apesar disso, o comportamento dos dispositivos de rede e suas configurações são muitas vezes escritos para situações específicas diretamente no controlador. Isto torna-se um problema quando há um aumento no número de elementos, ligações e serviços de rede, resultando numa grande quantidade de regras e uma elevada sobrecarga relacionada à configuração da rede. Como alternativa , técnicas, tais como gerenciamento baseado em políticas (Policy-Based Management – PBM) e refinamento de políticas podem ser utilizadas por operadores de alto nível para escrever Acordos de Nível de Serviço (Service Level Agreements – SLAs) em uma interface amigável, sem a necessidade de alterar o código implementado nos controladores. No entanto, o refinamento de políticas na nova área de pesquisa SDN tem sido um tema negligenciado, em parte, porque o refinamento não é um processo trivial. Ao utilizar SLAs, a sua tradução para políticas de baixo nível, por exemplo, regras para a configuração de elementos de comutação, não é simples. Se essa tradução não for realizada corretamente, os elementos do sistema podem não ser capaz de cumprir os requisitos implícitos especificados no SLA. Neste contexto, este trabalho apresenta ARKHAM: um avançado conjunto de ferramentas de refinamento para manipulação de acordos de nível de serviço em redes definidas por software. Este conjunto de ferramentas é composto por (i) um framework para criação de políticas que usa raciocínio lógico para a especificação de objetivos de nível de negócio e automatização de seu refinamento; (ii) um controlador OpenFlow que realiza a coleta de informações e implantação de configurações na rede; e (iii) uma representação formal de políticas de alto nível utilizando Event Calculus e aplicando raciocínio lógico para modelar tanto o comportamento do sistema quanto o processo de refinamento de políticas para o gerenciamento de SDN. Como resultado, a abordagem é capaz de identificar as necessidades e os recursos que precisam ser configurados de acordo com o refinamento do SLA, podendo assim configurar e executar com sucesso ações dinâmicas de suporte à reconfiguração de infraestrutura. / Software-Defined Networking (SDN) aims to provide a more sophisticated and accurate architecture for managing and monitoring network traffic. SDN permits centralizing part of the decision-making logic regarding flow processing and packet routing in controller devices. Despite this, the behavior of network devices and their configurations are often written for specific situations directly in the controller. This becomes an issue when there is an increase in the number of network elements, links, and services, resulting in a large amount of rules and a high overhead related to network configuration. As an alternative, techniques such as Policy- Based Management (PBM) and policy refinement can be used by high-level operators to write Service Level Agreements (SLAs) in a user-friendly interface without the need to change the code implemented in the controllers. However, policy refinement in the new research area of SDN has been a neglected topic, in part, because refinement is a nontrivial process. When using SLAs, their translation to low-level policies, e.g., rules for configuring switching elements, is not straightforward. If this translation is not performed properly, the system elements may not be able to meet the implicit requirements specified in the SLA. In this context, we introduce ARKHAM: an Advanced Refinement Toolkit for Handling Service Level Agreements in Software-Defined Networking. This work presents (i) a Policy Authoring Framework that uses logical reasoning for the specification of business-level goals and to automate their refinement; (ii) an OpenFlow controller which performs information gathering and configuration deployment; and (iii) a formal representation using event calculus that describes our solution. As a result, our approach is capable of identifying the requirements and resources that need to be configured in accordance with SLA refinement, and can successfully configure and execute dynamic actions for supporting infrastructure reconfiguration.