Comunicação Anycast em redes definidas por software

Abstract

A comunicação Anycast (um para um de muitos) é um novo paradigma que tem sido usada na prática para pelo menos um serviço crítico na Internet: o DNS. Tal como o multicast (um para muitos), este paradigma utiliza o conceito de grupo, mas a informação é enviada apenas para um dos membros do grupo que esteja em melhor condições (tipicamente o mais próximo), em vez de sempre para todos. As Redes Definidas por Software (SDN) têm sido apontadas como um novo paradigma de redes que permite facilmente projetar, desenvolver e implementar uma rede. Esta arquitetura separa o plano de controlo do plano de dados de uma rede. O plano de controlo é puramente desenvolvido em software e o plano de dados em hardware. As redes baseadas na arquitetura SDN ganharam maior destaque a partir da especificação do protocolo OpenFlow. Este protocolo centraliza o controlo da tabela de fluxos dos dispositivos de rede num controlador externo e flexível, e fornece um protocolo seguro para facilitar a comunicação entre os controladores e switches. Nesta dissertação propõe-se uma estratégia de encaminhamento Anycast, adequada a Redes Definidas por Software (SDN), e que tem em conta métricas de Qualidade de Serviço (QoS). A largura de banda disponível foi escolhida como métrica QoS com o objetivo de mostrar que o seu uso no cálculo de caminhos Anycast permite efetivamente melhorar o desempenho global da rede, com melhor aproveitamento dos recursos disponíveis. A estratégia proposta foi implementada em Python, na forma de um novo componente do controlador POX, e testada em ambiente laboratorial usando o emulador Mininet. No cenário de teste foi usada uma topologia gerada automaticamente, na qual se cria um grupo Anycast com um conjunto de servidores escolhidos aleatoriamente. O controlador recolhe informação de largura de banda disponível em todos os links da topologia e calcula árvores de entrega Anycast por servidor com base nessa métrica, para todos os clientes, usando o algoritmo de Prim. Os resultados obtidos mostram que esta estratégia permite aumentar a largura de banda usada na comunicação Anycast, quando comparada com uma estratégia baseada apenas nos caminhos mais curtos.

Anycast communication (one for one of many) is a new paradigm that has been used in practice for at least one critical Internet service: DNS. Like multicast (one for many), this paradigm uses the concept of a group of systems, but the information is sent only to one of the members of the group that is in best conditions (typically the nearest), rather than always for everyone. Software Defined Networks (SDN) have been identified as a new network paradigm that allows to easily design, develop and implement a network. This architecture separates the control plane from the data plane of a network. The control plan is developed purely in software and the data plan in hardware. Networks based on this SDN architecture gained greater prominence after the specification of the OpenFlow protocol. This protocol centralizes the control of the flow tables of all network devices in an external and flexible controller, and provides a secure protocol to facilitate communication between controllers and switches. This dissertation proposes an Anycast routing strategy, suitable for Software Defined Networks (SDN), which takes into account Quality of Service (QoS) metrics. The available bandwidth was chosen as a QoS metric, in order to show that its use in Anycast path calculations effectively improves the overall performance of the network, with a better use of the available resources. The proposed strategy was implemented in Python, in the form of a new POX controller component, and tested in a laboratory environment using the Mininet emulator. In the test scenario, an automatically generated topology was used in which an Anycast group was created with a set of servers chosen at random. The controller collects available bandwidth information on all topology links and calculates Anycast delivery trees per server based on this metric, for all clients, using the Prim algorithm. The results show that this strategy allows to increase the bandwidth used in Anycast communication, when compared to a strategy based only on the shortest paths.