Extending OpenFlow for Unified
Management and Control of Cloud
Data Center Resources
Davide Adami, Barbara Martini, Gianni Antichi,
Stefano Giordano, Piero Castoldi
Artigo submetido para o CloudNet 2012
Programa de Engenharia Elétrica - PEE/COPPE/UFRJ
Universidade Federal
1 do Rio de Janeiro
Autores
(Dados do Google Scholar)
• Davide Adami
– Citations for 'Davide Adami ' : 1433
– Cited Publications: 66
– H-Index: 20
• Barbara Martini
– Citations for 'Barbara Martini ' : 2522
– Cited Publications: 100
– H-Index: 27
• Gianni Antichi
– Citations for 'Gianni Antichi ' : 85
– Cited Publications: 15
– H-Index: 4
2
Autores
(Dados do Google Scholar)
• Stefano Giordano
– Citations for 'Stefano Giordano ' : 4178
– Cited Publications: 102
– H-Index: 31
• Piero Castoldi
– Citations for 'Piero Castoldi' : 1998
– Cited Publications: 101
– H-Index: 16
3
Introdução
• Aumento da complexidade dos Data Centers
– Proliferação de aplicações em Nuvem
– Avanços nas tecnologias de virtualização
• Aumento da dinamicidade das cargas atendidas
– Elasticidade  Recursos de acordo com a carga
• Desafio  Organização de Data Center
– Maior largura de banda agregada possível
– Menor latência na comunicação
– Necessidades de tráfego heterogêneas entre VMs
4
Introdução
• Proposta
– OpenFlow-Based Virtualization-aware Networking (OFVN)
– Nova funcionalidade de rede
•
•
•
•
Consciente do uso da virtualização em Data Center
Voltada para aplicações em nuvem
Aplicação de ações de Engenharia de Tráfego
Utilização da tecnologia OpenFlow
5
Data Center Legado vs.
Nova Funcionalidade de Rede
6
Motivação
• Infraestrutura do Data Center
– Estática  dedicada a aplicações individuais, cada aplicação
tem seus próprios recursos físicos e as próprias ferramentas
de gestão
– Propostas existentes
• Mudanças na topologia dos Data Centers
• Não consideram a dinamicidade das cargas e exigência de
Engenharia de Tráfego
− Padrões de interação entre os diferentes componentes da
aplicação
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Motivação
• Aumento do número de nós nos Data Centers
– Aumento do número de comutadores Ethernet necessários
para interligar os servidores
– Diferentes soluções de interconexão são adoptadas
• Mais comum  árvore multi-nível
− Vantagens
• Redução o custo da rede e consumo de energia contida
− Desvantagens
• Projetada para atender uma capacidade a cima da necessária
• Largura de banda limitada está disponível para a comunicação entre
servidores em um mesmo rack
• Dificuldade em realizar a paralelização de tarefas
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Proposta
• Plataforma de redes consciente da virtualização e baseada
em OpenFlow (OFVN)
– Objetivos
• Melhorar a arquitetura de Centro de Dados em nuvem
• Práticas avançadas de Engenharia de Tráfego
− Conjunto os requisitos de recursos de rede + TI
• Eficiência  otimização da alocação de recursos de TI
− Colocação de VM
• Perfil de tráfego da aplicação + troca de dados entre máquinas
virtuais + estado dos recursos de rede
− Otimização periódica dos fluxos de tráfego através dos nós
do Centro de Dados
• Banda utilizada nos enlaces  garantindo a eficiente comunicação
entre máquinas virtuais.
9
Proposta
10
Arquitetura OFVN
• Recursos
– Elasticidade e escalabilidade
– Capacidade de suportar a migração de carga de trabalho
para rápido balanceamento de carga ou resiliência
– Eficiência na utilização de recursos e de túneis
– Sistema de virtualização de rede capaz de fornecer
comunicação eficiente entre máquinas virtuais
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Testbed
• Arcabouço usado para o desenvolvimento do OFVN
– Aprovado na segunda chamada aberta adicional ao projeto
europeu OFELIA
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Desafios
• Principal desafio  escalabilidade em relação ao aumento da
carga de tráfego no Centro de Dados
– Rede OpenFlow
• Encaminhamento de pacotes  plano de dados (comutador) +
decisões de alto nível de roteamento (controlador centralizado)
− Controlador  servidor padrão centralizado
• Elemento único e centralizado
– Complexidade das políticas de encaminhamento
• Solução
– Aplicação de metodologias probabilísticas para elaborar as
informações de estado da rede
– Tomada de decisão baseados em políticas
– Alívio da carga computacional exigida do controlado
• Precisão aceitável de inspeção de pacotes
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Conclusão
• OpenFlow-based Virtualization-aware Networking (OFVN)
– Linhas gerais de projeto
• Controle e gerenciamento de redes para Data Centers em nuvem
• Objetivos do OFVN
– Posicionamento ótimo das máquinas virtuais
– Garantia de comunicação otimizada entre VMs
– Reorganização do tráfego de dados no Data Center
• Migração de VMs
– Escalabilidade da solução
• Metodologias probabilísticas de definição de fluxos
• Tomada de decisões baseadas em políticas
− Redução do custo computacional + manutenção da precisão
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Extending OpenFlow for Unified
Management and Control of Cloud
Data Center Resources
Davide Adami, Barbara Martini, Gianni Antichi,
Stefano Giordano, Piero Castoldi
Artigo submetido para o CloudNet 2012
Programa de Engenharia Elétrica - PEE/COPPE/UFRJ
Universidade Federal
15 do Rio de Janeiro