UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS
CURSO DE ENGANHARIA DE TELECOMUNICAÇÕES
BRUNO GABRIEL DA SILVA
GERÊNCIAMENTO DE REDES COM SDN (SOFTWARE DEFINED NETWORK)
BLUMENAU
2014
BRUNO GABRIEL DA SILVA
GERÊNCIAMENTO DE REDES COM SDN (SOFTWARE DEFINED NETWORK)
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao
Curso de Graduação em Engenharia de
Telecomunicações do Centro de Ciências
Tecnológicas da Universidade Regional de
Blumenau, como requisito parcial para a
obtenção do grau de bacharel em Engenharia de
Telecomunicações.
Prof. Francisco Adell Péricas – Orientador
BLUMENAU
2014
BRUNO GABRIEL DA SILVA
Dedico este trabalho aos meus pais, amigos de
turma e família.
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a minha namorada Ana Carolina Raulino, dado o apoio
necessário para conseguir me dedicar à realização deste trabalho aos meus pais Orlando da Silva
e Márcia Rita da Silva por proporcionar financeiramente e emocionalmente minha caminhada
ao longo do curso, além da minha irmã Flavia Cristiane da Silva.
Agradeço também aos meus colegas de curso, em especial Henrique Olinger e Rafael
Rodrigo Lang que me ajudaram ao longo de toda a graduação e ao meu gestor Claudio Marcio
Wocikowski da empresa Benner Sistemas, além de todos os colaboradores e pessoas que tive
contato durante todo o período que estive na universidade, no qual contribuíram para
desenvolvimento de conhecimento e troca de experiências.
Agradeço ainda a um colega de longa data, também formado em Engenharia de
Telecomunicações na FURB, Tiago Cadorin, o qual me fez perceber a importância do curso e
da caminhada pelas dificuldades. Além de ter sido responsável por direcionar meus estudos em
busca do tema para este trabalho.
“Acredito que se você mostrar às pessoas os
problemas e depois as soluções elas se
motivarão a agir.”
William Henry Gates III (Bill Gates)
RESUMO
Com o crescente aumento de demanda por serviços de acesso a redes de dados, sejam
elas móveis ou não, foi necessário criar novos métodos de gerenciamento desta rede pelos
engenheiros de tráfego de dados. Através do SDN (Software Defined Network) o escalonamento
de demanda e gerenciamento ficou mais simplificado e unificado, através de novas técnicas
para que equipamentos de fabricantes diferentes possam se comunicar de forma fácil e eficiente.
Com a virtualização da camada de rede do modelo TCP/IP foi possível a criação de novos
protocolos e controles que consigam atender em tempo hábil o crescimento das redes, sejam
elas dos provedores de serviços de telecomunicações ou das redes locais de grandes corporações
com seus serviços locais e em ambientes cloud. Além de prover o projeto de criação e
implantação de um ambiente contendo a tecnologia SDN para uma corporação.
Palavras-chave: SDN, OPENFLOW, VIRTUALIZAÇÃO DE REDE, CLOUD
COMPUTING, SOFTWARE.
ABSTRACT
With the increasing demand for access to data networks services whether they are
mobile or not, it was necessary to create new methods of managing this network engineers for
data traffic. Through the SDN (Software Defined Network), escalation of demand and
management became more simplified and unified. Using new techniques so that equipment
from different manufacturers can communicate easily and efficiently. Through virtualization of
the TCP / IP network layer model was possible to create new protocols and controls that are
able to meet in a timely manner the growth of networks, be they of telephone services or local
networks of enterprises corporations with their local Service Providers and cloud
environments. Besides providing the project creation and implementation of an environment
containing the SDN technology for enterprise.
Keywords: SDN, OPENFLOW, NETWORK VIRTUALIZATION, CLOUD COMPUTING,
SOFTWARE.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Demonstração de concorrência de aplicações do Sistema Operacional Host com
o Hypervisor. ............................................................................................................................ 15
Figura 2 – Virtualização Bare Metal ..................................................................................... 16
Figura 3 – Comparação entre a evolução da era Mainframe para a computação pessoal
versus a era “Mainframe de rede” para o SDN.................................................................... 17
Figura 4 – Diferença de estilos de processamento de switches convencionais e switches
preparados para tecnologia SDN. ......................................................................................... 19
Figura 5 – Esquema básico comunicação OpenFlow........................................................... 20
Figura 6 – Cabeçalho do OpenFlow ...................................................................................... 21
Figura 7 – Ênfase no Header Ethernet do OpenFlow........................................................... 22
Figura 8 – Concepção de camadas do SDN da Juniper Networks ..................................... 23
Figura 9 - Chassi Dell M100e com quatro Lâminas de processamento e um Storage. .... 35
Figura 10 – Estrutura de Ligação dos Chassis e Switches .................................................. 36
Figura 11 – Cluster Hyper-V ................................................................................................. 37
Figura 12 – Distribuição de carga das VM’s ........................................................................ 38
Figura 13 – Comunicação entre VM’s do mesmo Cliente .................................................. 38
Figura 14 – v-switch do Host DTC-HV005 ........................................................................... 39
Figura 15 – v-switch CLUSTER_SWITCH Networks ......................................................... 40
Figura 16 – VM Network ....................................................................................................... 41
Figura 17 – IP POOL SCVMM ............................................................................................. 42
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Hardware BennerCloud ....................................................................................... 34
Tabela 2 – Tipos de Cluster ................................................................................................... 37
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
VM – Virtual Machine
SDN – Software Defined Network
LAN – Local Area Network
WAN – Wide Area Network
ACL – Access Control List
VLAN – Virtual Local Area Network
SP – Service Provider
ADSL – Asymmetric Digital Subsciber Line
IRC – Internet Relay Chat
TI – Tecnologia da Informação
SCVMM – System Center Virtual Machine Manager
WS2012 – Windows Server 2012
IaaS – Infraestructure as a Service
PaaS – Plataform as a Service
Saas – Software as a Service
CP – Control Plane
FP – Forward Plane
SSL – Secure Socket Layer
DDoS – Distributed Denial of Service
SA – Source Address
DA – Destination Address
CLI – Command Line Interface
API – Application Programming Interface
DNS – Domain Name System
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 12
1.1
OBJETIVO DO TRABALHO ...................................................................................... 13
2 FUNDAMENTAÇÃO ......................................................................................................... 14
2.1 CLOUD COMPUTING ...................................................................................................... 14
2.2 SDN: INTRODUÇÃO E MÉTODOS DE ABORDAGEM ............................................... 16
2.3 SDN: ESPECIFICAÇÕES SERVICE PROVIDERS E ENTERPRISES ................. 25
2.3.1 SDN PARA SERVICE PROVIDERS ............................................................................... 25
2.3.2 SDN PARA ENTERPRISES ............................................................................................ 28
3 DESENVOLVIMENTO DE CASO BENNERCLOUD SERVICES .............................. 32
3.1 DESCRIÇÃO DE MODELO DE NEGÓCIO E TECNOLOGIA...................................... 32
3.2 APLICAÇÃO DO SDN NO BENNERCLOUD SERVICE ............................................... 33
4 CONCLUSÃO...................................................................................................................... 43
REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 44
12
1 INTRODUÇÃO
Com o consumo de serviços de banda larga móvel crescendo a cada dia é de suma
importância lembrar da mudança necessária do core de rede. Nos últimos anos o crescimento
de acesso por dispositivos móveis teve um grande aumento, e com isto a estrutura necessária
para manter o serviço ativo precisou ser reavaliada. Importante lembrar que o acesso móvel de
dados 3G ou 4G dado pela Estação Rádio Base em Rádio Frequência é apenas a chamada última
milha, ou seja entre o dispositivo móvel e a antena da operadora, ou em alguns casos para
comunicação entre duas Estações Rádio Bases. Porém no momento que o pacote de dados, seja
ele voz ou dados propriamente ditos, é convertido em formato TCP/IP, a engenharia de rede e
tráfego devem ter o controle desses dados para poder criar suas rotas entre outras operadoras
ou até mesmo outros clientes.
Devido à expansão já mencionada a partir dos dados, iniciou-se um processo
importante no desenvolvimento de novas tecnologias para o controle de fluxo de dados. Além
da Banda larga móvel, a fixa, geralmente sendo por meio de ADSL, cresceu em número de
acessos e velocidade, pois no início as demandas eram por serviços de baixa banda, como emails e comunicadores de texto. A evolução de softwares e suas especificações fica bem clara
nos antigos programas de chat, como o IRC ou ICQ, os quais possuem interface gráfica simples
e assim era possível garantir alto desempenho nas comunicações de texto. Isto se justifica
devido a conexão disponível naquela época para grande maioria da população, sendo ela o
acesso discado limitando a no máximo 56Kb/s.
Nos dias atuais fica evidente o aumento de consumo. Basta olhar para as grandes
aquisições no mundo da TI e Service Providers, por exemplo Whatsapp, Instagram e o consumo
direto de redes sociais de forma geral. Existe também a demanda por Streaming, seja ela de
forma por demanda, por exemplo Youtube, Netflix etc, ou até mesmo sites de conteúdo
disponibilizando ao vivo uma partida de Futebol. Além do segmento privado citado
anteriormente existe o crescimento de demanda por banda e acessos por parte dos governos,
onde pode-se citar o Plano Nacional de Acesso a Banda Larga além das integrações de diversos
setores espalhados pelo país. Basta fazer uma retrospectiva em relação ao Imposto de renda, no
qual a partir de 2014 teve de ser feito exclusivamente de forma online e entregue “aos servidores
de dados” do governo.
Para atender esta demanda crescente de acessos, aplicativos e velocidade, os Service
Providers e as grandes empresas precisaram recorrer a uma nova tecnologia de rede, para que
13
seja possível entregar essa demanda de forma rápida e consistente. A tecnologia atual de
implantação de redes, possui um alto tempo de parametrização não acompanhando a regra de
negócio do mercado e impossibilitando que empresas possam expandir seus lucros e negócios.
Com a mudança de paradigma de rede para o SDN (Software Defined Network), será
possível atender de forma mais rápida e eficiente as demandas de rede para acesso à internet
para os Service Providers e redes LAN (Local Area Network) com alta capacidade e dinamismo,
necessárias hoje para grandes empresas. Em função desta tendência, a Benner Sistemas decidiu
investir horas de projeto e financiamento para disponibilizar uma solução a seus clientes através
de uma estrutura de cloud em modelo Saas utilizando as tecnologias de virtualização de
sistemas operacionais e o SDN para gerência em manutenção da rede.
1.1 OBJETIVO DO TRABALHO
Este trabalho tem como objetivo descrever a importância do estudo do SDN para um
ambiente em cloud computing, além de demonstrar o projeto e a implantação de uma solução
de virtualização de serviços baseados em cloud, utilizando o SDN. Este projeto é denominado
BennerCloud Services e é apresentado em profundidade na sessão 3.
14
2 FUNDAMENTAÇÃO
2.1 CLOUD COMPUTING
Devido ao crescimento de demanda por processamento, os fabricantes de hardware e
software retornaram a um conceito lançado nos anos 60 pela IBM, a virtualização.
Naquela época a virtualização atuava no sentido de viabilizar computadores pessoais
até então muito caros. Os antigos mainframes eram divididos através de time-sharing (tempo
compartilhado) entre usuários que usavam ambientes de aplicação totalmente diferentes. No
entanto, com os avanços da tecnologia implicando em diminuição dos preços, o acesso às
máquinas se tornou mais comum e essa técnica perdeu força.
A indústria de computadores pessoais evoluiu de forma a difundir a computação pelo
mundo. Adquirir um computador já não era tão custoso e, por vezes, era mais interessante
utilizar uma máquina por processo. Um programa executado em um ambiente virtual podia ser
menos eficiente que se executado direto em uma máquina real, pois a virtualização possuía um
limite entre físico e virtual. Por isso essa técnica foi parcialmente abandonada nas décadas de
80 e 90.
No caminhar dessa evolução, os computadores passaram a ter maior capacidade com
preço cada vez menor. Em muitos casos passou a ser viável ter um processador com a
capacidade muito maior que a necessária, o que gerou muita ociosidade e a virtualização
ressurgiu a fim de aproveitar esses recursos. Ainda, com a evolução das redes de computadores,
usuários podem utilizar máquinas virtuais remotamente.
Outros fatores também influenciam esse crescente interesse. Máquinas virtuais criam
aspectos diferenciados quanto à segurança, confiabilidade, disponibilidade, balanceamento de
carga e suporte a softwares legados. Esses últimos são programas muito antigos e de difícil
15
atualização, projetados para funções críticas dos sistemas computacionais e, naturalmente,
desconhecem invenções mais recentes.
Hoje a virtualização se deve a necessidade de obter diferentes sistemas operacionais,
ou até mesmo funções isoladas sobre uma gerência centralizada e em um mesmo host, ou seja
um mesmo hardware. A grande vantagem é aproveitar ao máximo o poder do hardware para
diversas VM’s (Virtual Machines), para quando houver ociosidade em uma a “potência” do
hardware possa ser utilizada por outra.
Para que isto fosse possível, foi criado o software monitor de máquina virtual
conhecido como Hypervisor, que controla os acessos das máquinas virtuais ao hardware. Hoje
existem dois tipos de virtualização de sistemas operacionais, o Hypervisor hosted e o
Hypervisor Bare metal.
O tipo Hosted é um software instalado sobre o sistema operacional já iniciado para
emular uma nova máquina virtual, sendo estes casos utilizados geralmente para testes em
sistemas operacionais desktop. O problema deste tipo de virtualização é que ele possui duas
camadas de Software para alcançar o hardware, assim sua eficiência fica comprometida.
Exemplos desta tecnologia são o Virtual PC da Microsoft e Virtual Box da Oracle([2]).
Figura 1 – Demonstração de concorrência de aplicações do Sistema Operacional Host com o
Hypervisor.
Fonte:[2]
O tipo Bare metal necessita que o processador suporte virtualização, isto é devido a
necessidade do Hypervisor ter uma camada de acesso direto ao processador e memória, assim
gerando alto desempenho. Este é o tipo de virtualização mais utilizado, sendo ele grande
responsável pelo crescimento da computação em nuvem e também da infraestrutura local de
empresas. Os fabricantes tradicionais de processadores para servidores Intel e AMD possuem
em sua linha de produtos as características Intel-VT e AMD-V com o suporte à virtualização.
16
Dentre os virtualizadores mais famosos se destacam no mercado o Microsoft Hyper-V,
VMWARE, XEN Server e KVM.
Figura 2 – Virtualização Bare Metal
Fonte: [2]
Outra vantagem da virtualização está na abstração dos recursos, ou seja, a não
necessidade de drivers em cada máquina virtual, tornando-se também uma excelente alternativa
para migração de sistemas. Nos dias atuais, ao adquirir um servidor para instalação de sistema
operacional, seja ele Linux, Unix, Windows dentre outros, o suporte a virtualização é
obrigatório por parte dos fabricantes.
O foco neste trabalho será o virtualizador da Microsoft, o Hyper-V, devido a sua
integração com o Software Defined Network e o estudo de caso BennerCloud Services, sendo
estes detalhados ao longo do trabalho na sessão 2.3.2.
2.2 SDN: INTRODUÇÃO E MÉTODOS DE ABORDAGEM
O SDN (Software Defined Network) é um termo que surgiu a pouco mais de três anos
na indústria de redes. As redes, de forma geral, sempre foram gerenciadas por softwares, como
IOS da Cisco, Junos OS da Juniper, HP, Dell e diversos outros fabricantes. Entretanto as redes
têm sido limitadas pelo modo como estes softwares têm sido configurados, fornecidos e
gerenciados. Sendo a distribuição “dentro de uma caixa”, ou seja, um hardware o qual possui
seu sistema embarcado, com as especificações prontas. Porém, estes não são “Unpack and Go”
(desembalar e utilizar), ou seja, necessitam de uma configuração para serem integrados a rede
atual. Importante ressaltar que a abordagem está em dispositivos de redes de média a alta
complexidade, excluindo determinados hardwares como switches não gerenciáveis.
17
As corporações e Services Providers estão buscando soluções para os desafios
impostos pelas redes atuais. A necessidade é de que as redes passem a se ajustar e responder de
forma mais dinâmica, alinhadas à política de negócios, sendo estas políticas automatizadas,
reduzindo o custo com pessoal que administra a rede. Além disso a escalabilidade das redes
precisa ser mais rapidamente alcançada, sem que a rede atual sofra qualquer instabilidade ou
indisponibilidade de serviço, evitando perda de receita.
As redes implantadas hoje seguem a mesma ideia das que se implantavam à
10 e 20 anos atrás, e o SDN vem para mudar este conceito e evoluir e
revolucionar parte de Networking assim como a virtualização de Sistemas
Operacionais já é realidade hoje. – (Tradução do autor, Bethany Mayer CEO
Networking HP).[1]
Outro grande diferencial do SDN é ele ter sido criado com a intenção de ser um padrão
aberto de comunicação, retirando a restrição de certos fabricantes sobre o domínio de
determinadas áreas em uma infraestrutura de rede. Assim os administradores podem controlar
sua rede de uma forma similar à que fazem com seus servidores x86, ou seja onde rodam
sistemas operacionais como Windows, Linux dentre outros.
Figura 3 – Comparação entre a evolução da era Mainframe para a computação pessoal versus
a era “Mainframe de rede” para o SDN.
Fonte: [6], (2012, p. 3)
Tecnicamente o SDN é uma nova abordagem para o fornecimento de redes com mais
inteligência, dinamismo e elasticidade. Sendo estes um dos preceitos para que o Cloud
computing possa atender as demandas de mercado. O Cloud computing consiste em distribuir
a computação por meio de rede, onde um programa ou determinado aplicativo pode ser
18
executado em vários servidores ao mesmo tempo, assim o terminal utilizado pelo usuário sendo
ele um computador pessoal, tablet ou até mesmo um smartphone consome processamento,
memória e armazenamento de um serviço através da internet.
Para o Cloud computing a rede é um ponto fortíssimo na regra de negócio. Na verdade
para o nível de Services Providers como operadoras de telecomunicações, todo seu negócio se
baseia na rede, seja em disponibilidade acesso ou cobrança por uso.
O Cloud computing pode ser separado basicamente em 3 tipos de serviços:
a)
IaaS (Infrastructure as a service) - sendo o modelo mais básico de Cloud, oferece
acesso a softwares rodando dentro de máquinas virtuais, sendo estas distribuídas
pelos softwares de virtualização, se adequando ao processamento, memoria,
armazenamento e rede para uma infraestrutura definida, como por exemplo Email Corporativo Próprio, Virtual Desktops, acesso a ERP etc;
b)
PaaS (Platform as a service) – oferece ao usuário um acesso a uma plataforma
como um todo, sendo ela tipicamente incluindo um ambiente de linguagem de
programação, Sistema operacional, Base de dados e Web Server. Exemplos hoje
de líderes no segmento são a Microsoft com o Windows Azure, e a Amazon com
os serviços Amazon Web Services e Amazon Elastic Compute Cloud;
c)
SaaS (Software as a service) – neste modelo os clientes não possuem gerência
sobre a camada de sistema operacional nem das suas configurações abaixo,
apenas consumindo o serviço, sem se preocupar com balanceamento de carga
para sites Web, ou qual banco de dados está sendo utilizado para salvar as
tabelas. Como exemplo atuais tem-se Facebook (Serviço de rede social), Gmail
(Serviço de e-mail do Google).
A concepção básica do SDN ao ser implementado é separar os Planos, (Control Plane
e o Forwarding Plane) utilizando protocolos não proprietários para interconexão de
dispositivos e por consequência de redes. Deixar com que os dispositivos de borda, switches
em especial, fiquem com seu poder de processamento totalmente voltado para o
encaminhamento dos pacotes na rede, sem ter de se preocupar com decisões de montar tabelas
de fluxos, configurações de VLAN’S e ACL’S([9]).
O processamento hoje realizado em um equipamento de rede se divide em duas
categorias, o encaminhamento utilizando processadores ASIC (Application Specific Integrated
19
Circuit) ou seja processador com uma tarefa específica a realizar e a CPU para as demais tarefas.
Com a introdução do SDN esta topologia é alterada para seguir o padrão de planos
descentralizados, ou seja, o processamento de regras e protocolos é enviado para o centralizador
da rede o qual tem a função de ser o Control Plane, tomando as decisões a nível de toda a rede
e não de cada dispositivo de modo isolado. Assim em vez de cada dispositivo, seja ele um
roteador, ou Switch Ethernet, criar suas tabelas e regras a partir de análise do tráfego que passa
por ele, recebe uma cópia do que deve ser feito do Control Plane não exigindo interação do
operador de redes para suas configurações([6]).
Fica evidente o quanto a rede pode ser escalonada de forma mais rápida nestes casos
quando um operador precisa criar uma série de configurações como VLAN’S e ACL’S. Ao
invés de programar estas regras uma a uma, ou até mesmo copiando o arquivo de configuração
de um outro dispositivo similar na rede, o controlador envia uma cópia do que o switch precisa
para “estar” disponível na rede.
Figura 4 – Diferença de estilos de processamento de switches convencionais e switches
preparados para tecnologia SDN.
Fonte: [6] (2012, p. 3)
Para realizar esta mudança de layout de estrutura de processamento e camadas, os
pesquisadores de Stanford, que idealizaram o SDN, propuseram uma arquitetura de rede
conhecida como OpenFlow.
O OpenFlow é uma arquitetura de rede aberta, programável, virtualizado em switches
e roteadores. Uma das grandes vantagens é que administradores de redes com equipamentos
que suportam o OpenFlow podem ficar despreocupados com novos protocolos lançados por
pesquisadores devido a plataforma já ser concebida para estas atualizações. Ele se destaca por
ter reunido em seu código tabela de fluxos com características de diversos fabricantes, assim
20
sendo possível a interoperabilidade. Importante levar em conta que um equipamento idealizado
para operar com OpenFlow, não consegue atender as solicitações comuns de Layer2 e
Layer3([3]).
Figura 5 – Esquema básico comunicação OpenFlow
Fonte: [3], (2008, p.2)
Para que um dispositivo seja incorporado pela plataforma OpenFlow, o fabricante deve
respeitar ao menos três aspectos técnicos:
a)
a tabela de Fluxo, com ação associada a cada fluxo entrante, para justificar ao
Switch como processá-la;
b)
um canal seguro SSL que conecta o switch com o controlador remoto de
processos (controlador), assegurando que os pacotes possam ser enviados entre
os dois dispositivos com uma chave de criptografia;
c)
conter o protocolo OpenFlow padrão, para que seja possível a sua operação com
um controlador também utilizando o OpenFlow, sendo as tabelas de fluxos
definidas por outro dispositivo.
Um Fluxo de dados para o OpenFlow pode ser uma conexão TCP, todos os pacotes de
um determinado MAC ADDRESS, todos os pacotes marcados com a mesma VLAN Tag, de um
21
determinado IP ou até mesmo todos os pacotes vindos da mesma porta física do switch. Cada
fluxo de entrada deve respeitar três regras básicas:
a)
encaminhar pacotes deste fluxo para uma determinada porta (ou portas), isso
permite que os pacotes sejam roteados através da rede;
b)
encapsular e transmitir o fluxo de pacotes até o controlador. O pacote deve ser
entregue ao canal seguro (SSL), para ser encapsulado e enviado;
c)
descartar fluxo de pacotes, isto pode ser utilizado como uma forma de segurança,
evitando ataques de DDoS (negação de serviço), além de reduzir excessivos
broadcast na rede.
Uma entrada de fluxo possui três campos sendo eles:
a)
Um cabeçalho que define o fluxo;
b)
Uma ação, que define como o pacote deve ser processado;
c)
Estatísticas, que devem manter o controle de número de pacotes, bytes para cada
fluxo e tempo decorrido desde o último pacote afim de auxiliar na detecção de
fluxos inativos.
Figura 6 – Cabeçalho do OpenFlow
Fonte: [3], (2012 p. 3)
Podem se destacar alguns exemplos de implantação do OpenFlow pelos seus criadores:
a)
um gerenciamento de rede e controle de acesso: criando uma política
centralizada no controlador da rede, este pode começar a analisar e classificar os
fluxos da rede, assim podem ser definidos regras de acessos como: visitantes
somente podem acessar o protocolo HTTP, telefone VOIP não podem se
comunicar com outros dispositivos além de seus gateways;
b)
gerenciamento dinâmico de VLAN: o protocolo OpenFlow permite facilmente
gerenciar as VLANS da rede para criar os isolamentos necessários. O dinamismo
se torna eficiente quando o Controlador associa determinado tipo de fluxo a uma
22
VLAN em especifico. Assim um notebook pode trocar dentre diversas portas de
rede, ou conexões WIFI distintas que sua máquina já estará na VLAN correta.
Hoje existe um processo semelhante do fabricante CISCO, porém o mesmo é
fechado e só funciona em seus equipamentos;
c)
rede não IP: como o protocolo OpenFlow não tem exigência na formatação única
dos pacotes, suas tabelas podem ser associadas a outros tipos de cabeçalhos.
Devido ao seu cabeçalho padrão aceitar diversos tipos de entradas para
identificação, é possível criar uma rede de pesquisa de novos protocolos, sejam
eles de roteamento ou até mesmo IP. Por exemplo pode ser possível definir
novos tipos de roteamentos e encaminhamentos a partir do segmento de
cabeçalho Ethernet onde somente é preciso o Source Address, Destination
Address e Type, conforme apresentado na figura 7.
Figura 7 – Ênfase no Header Ethernet do OpenFlow
Fonte: [3], (2012 p. 3)
O consórcio OpenFlow visa manter o OpenFlow Switch Especification, sendo este
consórcio liderado por um grupo de administrares de redes em universidades. Sua associação é
gratuita para que qualquer pesquisador possa contribuir e garantir que nenhuma indústria de
Switch e roteadores possa influenciar nas pesquisas. [3]
O licenciamento do protocolo se dá pelas regras impostas pela Stanford University. O
OpenFlow Switch Especification é grátis para aplicações comerciais e não comerciais, apenas
devem seguir os protocolos mínimos do padrão. A marca é licenciada para a Universidade e
protegida por lei.
Uma demonstração clara da confiabilidade e ganhos da plataforma OpenFlow é o caso
apresentado na Opennetsummit em abril de 2012([8]) onde o Google apresentou seus resultados
de testes e produção utilizando o OpenFlow e SDN, sendo primeiramente em rede de testes e
após utilizando em produção até mesmo para sua rede externa WAN, que interconecta seus
Data Centers. A conclusão apresentada é que estas tecnologias incrementaram o gerenciamento
23
das redes, além de diminuírem custos. O processo levou em torno de 18 meses para ser
concluído.
O SDN é logicamente agregado, porém fisicamente separado devido à alta
disponibilidade dos serviços, pois caso um equipamento fique sem alimentação de energia
elétrica, ou até mesmo ocorra um defeito de hardware, as cópias de configurações de um novo
controlador entrarão em ação, assim a rede não precisa ser reconfigurada.
Ponto importante a ressaltar é a automatização. Como descrito no White Paper da
Juniper([4]), as configurações de dispositivos de controle de rede são geralmente feitos por
modo CLI, ou seja acesso a um terminal de linha de comando e se utilizando de um teclado
para enviar os parâmetros, o qual pode gerar diversos erros pois a visualização final fica
prejudicada de um “todo da rede”.
Dentro das redes e dos dispositivos de segurança, em cada switch, roteador e firewall,
é possível separar o software em quatro camadas ou planos. Quando muda-se para SDN, esses
planos precisam ser claramente entendidos e separados. Isso é absolutamente essencial para
construir uma rede altamente escalável e de última geração([4]).
Figura 8 – Concepção de camadas do SDN da Juniper Networks
Fonte: [4], (2013 p. 3)
Gerenciamento: Como todos os computadores, os dispositivos de rede precisam ser
configurados e gerenciados. O plano de Gerenciamento fornece instruções básicas sobre como
o dispositivo de rede deve interagir com o restante da rede. O plano de Controle pode aprender
sozinho tudo o que precisa saber sobre a rede e o plano de Gerenciamento precisa saber o que
fazer. Atualmente, os dispositivos de rede são configurados individualmente e, com frequência,
manualmente com o uso de uma interface de linha de comando (CLI – Command Line
Interface) complexa e compreendida por um pequeno número de especialistas de rede. Como a
24
configuração é manual, os enganos são frequentes e, às vezes, esses enganos têm sérias
consequências como um corte de tráfego de todo um Data Center ou interrupção de tráfego em
uma importante rota do país. Os Services Providers se preocupam com as retroescavadeiras que
cortam fisicamente seus cabos de fibra ótica, mas esquecem que há o corte virtual de cabos
realizado por seus engenheiros quando cometem um simples engano na complexa CLI usada
para configurar os roteadores da rede ou firewalls de segurança.
Serviços: Às vezes o tráfego da rede requer mais processamento e, para isso, o plano
de Serviços faz o trabalho. Nem todos os dispositivos de rede têm um plano de Serviços, não
se encontra esse plano em um switch simples. Mas, para muitos roteadores e todos os firewalls,
o plano de Serviços faz o raciocínio, executando as operações complexas dos dados da rede que
não podem ser realizadas pelo hardware de encaminhamento. No plano de Serviços, os
firewalls bloqueiam os invasores e é onde o controle de regras é aplicado. Além disso, permite
que um smartphone navegue na web ou transmita um vídeo, garantindo que seja corretamente
cobrado pelo tipo de serviço.
Controle: Se o plano de Encaminhamento corresponde aos músculos da rede, o
Controle é o cérebro. O plano de Controle entende a topologia da rede e toma as decisões sobre
o destino do fluxo do tráfego da rede. O plano de Controle é como um guarda de trânsito que
entende e decodifica os símbolos e regras dos protocolos da rede e assegura que o tráfego flua
uniformemente. Um dado muito importante é que o plano de Controle aprende tudo que é
necessário saber sobre a rede, conversando com seus pares em outros dispositivos. Esta é uma
característica que pode ser comparado a como hoje funciona a Internet resistente às falhas com
fluidez do tráfego mesmo quando um desastre afeta diversos dispositivos de rede.
Encaminhamento: O plano fundamental, o Encaminhamento, faz o serviço de
processar o envio dos pacotes de dados da rede, sendo otimizado para trafegar dados o mais
rápido possível. O plano de Encaminhamento pode ser implementado no software mas,
geralmente, é construído com o uso de circuitos integrados específicos do aplicativo (ASICs)
que são projetados para essa finalidade. Fornecedores terceirizados fornecem os ASICs para
algumas peças dos switches, roteadores e firewalls. Para obter desempenho elevado e alta
escala, os ASICs de encaminhamento tendem a ser especializados e cada fornecedor oferece
uma implementação diferenciada. A demanda aparentemente insaciável por maior capacidade
das redes gerada por milhares de novas aplicações para usuários finais e negócios criam
oportunidades significativas para a diferenciação do hardware e dos sistemas de rede de
encaminhamento.
25
2.3 SDN: ESPECIFICAÇÕES SERVICE PROVIDERS E ENTERPRISES
2.3.1 SDN PARA SERVICE PROVIDERS
Vários fabricantes foram evoluindo seus produtos com nomes comerciais utilizando
as novas tecnologias de SDN. Neste trabalho serão abordados dois grandes players deste
mercado, sendo eles a Juniper Networks (Empresa de TI que atua no ramo de redes, que fabrica,
desenvolve, pesquisa e comercializa e roteadores, switches e protocolos de redes) e a Microsoft
(Empresa de TI que desenvolve, fabrica, licencia apoia e vende softwares de computador e
smartphones, além de sua linha de hardware) sendo esta última utilizada como um caso de uso
do SDN que será demonstrado neste trabalho na sessão 3.
Um Service Provider é uma empresa que fornece atendimento especializado ou
serviços especializados, em vez de um produto real. O termo é geralmente utilizado para as
empresas relacionadas com a comunicação ou tecnologia, como empresas de telefonia móvel
ou prestadores de serviços Internet. É comum que as empresas neste campo forneçam
assinaturas para seus clientes, em vez de trabalhar através de vendas individuais.
Há muitos tipos diferentes de Service Providers. Essas empresas normalmente tem um
foco estreito e uma grande base de clientes. Outra característica é a utilização de apenas um
Service Provider para um determinado serviço, como por exemplo a TV a cabo, ou serviço de
banda Larga ADSL. Um exemplo bem claro de Service Providers no Brasil são as operadoras
de Telecomunicações.
Os Service Providers ao redor do mundo estão no centro de uma profunda mudança
para redes em nuvem. Incentivados por acesso a alta performance, banda larga de baixo custo,
a mudança sem precedentes para a mobilidade, e o sucesso de software fornecido como um
serviço, Service Providers estão investindo altas quantias para hospedar e entregar soluções
baseadas em Cloud para atender a demanda do cliente, bem como gerar novas receitas.
A tecnologia de virtualização amadureceu rapidamente para se tornar fornecedor
chave, fornecendo uma plataforma para prestação de serviços. No entanto, o mesmo nível de
agilidade ainda não está disponível para redes. Para Service Providers que entregam rede como
um serviço, é necessária uma nova abordagem para atender às demandas de uma nova
arquitetura de nuvem.
26
A disponibilidade de redes de dados móveis de alto desempenho e fixa, bem como
smartphones e tablets, mobilizou uma enorme força de trabalho, perceptível nos dias de hoje.
As aplicações sempre disponíveis, sempre on-line e serviços de rede são geradas pelas pessoas
que podem trabalhar em qualquer lugar e em qualquer momento.
Para atender a essa necessidade, os Service Providers de rede tradicionais, bem como
novos Service Providers em nuvem, estão se expandindo rapidamente para atender às
necessidades de XaaS [(Anything as a Service) (TI como um serviço, Infraestrutura como
serviço, software como serviço, plataforma como serviço, etc )]. Arquiteturas de rede existentes
não conseguem atender às demandas de rápido crescimento de empresas e consumidores.
Tecnologias de virtualização tradicionais, desenvolvidos para atender às necessidades
da empresa em ambientes de TI, têm amadurecido para conseguir uma escalabilidade
fornecedor chave e exigência de confiabilidade exigidos de ambientes de serviços em nuvem
comerciais. A Virtualização inaugurou uma era de computação onde recursos sobre demanda
de uma CPU para lidar com um serviço específico, estão disponíveis em uma questão de
segundos.
No entanto, a rede dessas máquinas virtuais e serviços virtuais manteve-se um
processo muito manual. Na verdade, a configuração de redes, ainda hoje, muitas vezes é gerida
através de uma interface de linha de comando (CLI), e não ao contrário de programação de
computadores antigos comandados através de comandos de texto do DOS ou UNIX. Enquanto
o mundo da programação evoluiu, envolvendo interfaces de linguagem natural mais simples e
mais em torno do computador, a programação de redes orientadas é a mesma da década de
1980.
Tecnologias mais antigas, como VLAN’s têm limitações que são rapidamente
ultrapassados em operações comerciais de Cloud e restringem a capacidade de operar a rede
com os mesmos princípios de virtualização disponíveis para aplicações e recursos de serviços.
Isto se deve ao fato de que o protocolo 802.1Q (Virtual Lan) ser possível para separar até no
máximo aproximadamente 4000 redes distintas.
A plataforma com nome Contrail é a solução da Juniper Networks para difundir suas
tecnologias de SDN no mercado baseados nas especificações da OpenContrail, sendo o
OpenContrail um projeto licenciado para Apache 2.0, que é construído usando protocolos
baseados em padrões e fornece componentes necessários para um rede virtualizada. Seja ele um
Controlador SDN, um vRouter (Roteador virtual) ou uma ferramenta de análise e API’s([11]).
O Juniper Networks Contrail, controlador aberto de SDN da Juniper, traz um novo
paradigma de rede otimizado especificamente para o mundo virtual. Trazendo a agilidade da
27
virtualização de rede, automação e suporte para a network function virtualization (NFV). Sendo
ele integrado por API’s ao protocolo OpenFlow e plataformas de orquestração e gerenciamento
como o OpenStack([13]).
Ele permite que os Service Providers possam escalar rapidamente a arquiteturas em
nuvem com a sua simplificada solução de rede. Devido a sua natureza de arquitetura ser de
software livre, os Service Providers possuem a liberdade de personalizar a rede sem ficar preso
a um único fornecedor.
O Contrail é uma solução de entrega definida pelo software de virtualização de rede e
serviço que oferece recursos de virtualização de rede avançadas em ambientes de nuvem.
Automatizando o provisionamento de redes em um ambiente virtualizado, podendo orquestrar
redes públicas, nuvens privadas e híbridas permitindo o encadeamento de redes e serviços de
segurança de forma elástica. Além de fornecer capacidades analíticas avançadas e visualização
em tempo real das operações de rede para solução de problemas mais rápidas e simples. Sendo
suas principais características: Network Function Virtualization (NFV); Rede programável e
automatizada; Big Data; Open Source, e conectivo com outras redes([5]).
a)
Network Function Virtualization: Sendo uma das primeiras soluções de
virtualizações de rede funcional, garante um gerenciamento abrangente sobre a
infraestrutura de serviço de redes físicas ou virtuais. Possui suporte para outras
aplicações da Juniper, além de para empresas terceiras. Os serviços de redes
podem ser escalonados através de demanda de rede, balanceamento de carga
através de diversas instancias de serviços de rede, além de realizar o
monitoramento das atividades em tempo real. Possui capacidade de
encadeamento de serviços legados e já integrados como o MPLS (Multi Protocol
Label Switch) e BGP (Border Gateway Protocol) para que não haja interrupção
nas redes físicas atuais.
b)
Rede Programável: O Contrail apresenta o conceito “SDN como um
compilador”, por possuir a capacidade de “traduzir” comandos abstratos em
regras e políticas específicas para automatizar provisionamentos e cargas de
trabalho, assim permitindo interconexão entre serviços de rede e segurança.
Possui um modelo unificado de API’s (Application Programming Interface) e
biblioteca de diversas linguagens de programação como por exemplo Python e
JavaScript.
28
c)
Big Data: Em sua concepção o Contrail foi projetado e dimensionado para
grandes escalas. Com interface gráfica ele permite que se tenha uma visão mais
ampla da infraestrutura, fornecendo em tempo real dados como logs, fluxos de
rede, latências e jitter. Por ter a característica de API’s ele consegue se integrar
a técnicas modernas de “mineração de grandes dados” como o Apache Hadoop.
d)
Open Source: Devido a sua característica de software aberto, o Contrail provê
suporte a diversos protocolos, assim permitindo a interoperabilidade entre
diversas redes, podendo ser elas físicas ou virtuais e até mesmo de fabricantes
diferentes.
Rede definida por Software é uma área chave de interesse para a China Mobile
Research Institution para avaliar a agilidade, utilização e escalabilidade na
implementação de nuvem para os nossos clientes e nós mesmos. Nós temos
trabalhado em estreita colaboração com a Juniper e a equipe Contrail para
entender suas inovações nesta área e estão atualmente testando a plataforma
de forma satisfatória em nosso ambiente. Estamos satisfeitos com a decisão
da Juniper para open source Contrail como acreditamos que este vai acelerar
avanços SDN e a criação de novas aplicações. " (tradução do autor - Lu Huang,
technical manager, China Mobile Research Institute)[14]
2.3.2 SDN PARA ENTERPRISES
Ao abordar o mundo empresarial em ambientes de virtualização de VM se pode definir
três tipos de cloud:
a)
Public Cloud: onde os serviços de TI são fornecidos em ambiente de Internet.
Possuindo um alto nível de eficiência em compartilhamento de recursos,
geralmente utilizados para prover serviços a um grande grupo de pessoas a
determinado serviços, como e-mail ou PaaS e SaaS;
b)
Private Cloud: onde os serviços de TI são mantidos dentro de uma rede privada
da organização. Este tipo de nuvem oferece uma maior segurança e controle
devido a sua administração estar totalmente nas mãos do TI da empresa.
Apresenta alto custo devido a aquisição de toda a infraestrutura de hardware e
software para manter determinado aplicativo online. Necessário quando a regra
de negócio da empresa envolve redes locais de alto desempenho ou de extrema
segurança;
29
c)
Hybrid Cloud: onde os serviços de TI são divididos entre estar em uma rede
interna e estar disponíveis na nuvem pública. A grande vantagem é a
segmentação dos serviços, classificando-os por criticidade e necessidade de
acesso e segurança. Além de ser uma forma para se comparar vantagens e
desvantagens dos modelos públicos e privado.
Ao aplicar o conceito destas cloud’s em Data Centers se iniciou um movimento
percebendo que a virtualização não estava conseguindo alcançar seu potencial pleno. A
virtualização de VM estava totalmente dominada, porém a agilidade em relação às redes ainda
não. Com a necessidade de migrar VM a partir de uma private cloud para uma public ou hybrid
surgiu um dificultador, o endereço IP. Ao transportar uma VM de uma rede para outra, a
necessidade de comunicação, políticas de acesso e publicações WAN não consegue entregar
com o dinamismo que a regra de negócio exige.
Para cumprir as promessas de virtualização, você precisa virtualizar tanto a
máquina virtual como sua rede, com o Hyper-V Network Virtualization é
possível coordenar a agilidade e flexibilidade da virtualização de rede, você
precisa do SDN. Tradução do autor – Jeffrey Snover, Engineer na Lead
Achitect for the Windows Server Division)[10]
A tecnologia utilizada para abordar o SDN para Enterprises será da Microsoft, sendo
estas o Windows Server 2012, Windows Server 2012 R2 e System Center Virtual Machine
Manager 2012 R2(SCVMM).
Utilizando-se SDN em grandes corporações é possível alcançar a automação,
flexibilidade e confiabilidade para uma cloud multiusuários. Antes da implementação do SDN
o Control Plane tende a ser proprietário, resultando em ambientes de datacenter que são
incapazes de se moldar de forma eficaz às necessidades de mudança dinâmica das cargas de
trabalho. Ao ser lançado o Windows Server 2012 foi projetado para já estar apto a integração
com outras redes e protocolos, assim permitindo a utilização do SDN. Ao utilizar o SCVMM,
software de gestão de servidores virtuais e virtualizadores da Microsoft, é possível utilizar de
uma automação que suporte flexibilidade e escalabilidade para missões de aplicações críticas.
Seguindo a arquitetura do SDN, a Microsoft possibilitou em sua tecnologia a utilização de
protocolos abertos no qual provê interconexão com diversos fabricantes terceiros. O
licenciamento da tecnologia já está embutido nos softwares previamente citados, não tendo
nenhum custo adicional para implementação em um determinado ambiente. A liberação desta
30
tecnologia para consumidores finais teve estreia no lançamento público do Windows Server
2012 em 04 de setembro de 2012, porém esta tecnologia já era empregada em produção nos
bastidores de infraestrutura da Microsoft, mais especificamente em seus datacenters e produtos
de larga utilização como Hotmail (serviço de e-mail público), Bing (serviço de buscas) e
Windows Azure (plataforma SaaS;PaaS;IaaS online).
Tradicionalmente as redes em empresas foram definidas por sua topologia física, ou
seja, como os servidores, switches e roteadores estão conectados por cabos. Após a implantação
do SDN foi possível criar redes virtuais que rodam sobre as redes físicas já existentes, assim
sendo possível por exemplo em uma public cloud, que um determinado cliente envie sua VM
para o Windows Azure, ou até mesmo seu mesmo ambiente Cloud em um data center, sem ter
que se preocupar com o IP devido à camada de abstração da virtualização, assim garantindo
uma mobilidade de uma VM por toda sua estrutura de TI. Com a abstração é possível criar
políticas de garantias de banda para um determinado serviço, como por exemplo acesso de uma
VM a uma rede SAN (Storage Area Network), assim tendo sempre uma boa qualidade na
interconexão e deixando o tráfego externo como secundário. Ainda conta com as vantagens
destas políticas poderem ser migradas junto da VM de um host a outro sem intervenção.
Com a integração do Windows Server 2012 e 2012 R2 com o SCVMM ([7])é possível
entregar uma solução fim-a-fim para todos os tipos de cloud, sendo isto possível pois o SDN da
Microsoft é implantando a partir do seu Hypervisor e gerênciado pelo SCVMM. A virtualização
de redes do Hyper-V consegue entregar para cliente uma rede virtual completa incluindo
diversas sub-redes virtuais e seus roteamentos. Em cada Host Hyper-V a política de SDN é
dinamicamente atualizada para associar a rede de um cliente a um determinado tipo de tráfego
de rede, assim como limitar sua conexão por ACL’s caso necessário. O SCVMM desempenha
um papel fundamental nas configurações das políticas de SDN do Hyper-V, sendo que é
possível definir e criar as redes virtuais de forma centralizada. Assim ao criar uma nova rede
pelo SCVMM, o mesmo se encarrega de se conectar a cada host Hyper-V e criar as cópias das
configurações, garantindo assim a alta disponibilidade e escalabilidade que a topologia SDN
propõe, além da não necessidade de mudanças na rede física como switches, sendo o SCVMM
o Control Plane. Ao utilizar o centralizador de rede para criar uma política, seja de controle de
acesso, publicação, balanceamento de carga e até mesmo de largura de banda, esta se move
junto com a VM para o outro host de forma transparente e online. O Hyper-V ainda possui a
habilidade de utilizar switches extensíveis de outros fabricantes para que seja possível
configurar ainda mais parâmetros conforme desejo do administrador, o destaque fica com o vswitch da NEC o qual possui uma camada de comunicação com o protocolo OpenFlow ([12]).
31
Para garantir uma solução fim-a-fim de gerenciamento o SCVMM ainda possui API’s e
extensões para se interconectar a outros dispositivos de hardware de diversos fabricantes para
seu gerenciamento, como por exemplo um storage da DELL ou um balanceador de carga
Layer4-7 da F5 Networks. Esta habilidade é possível devido a Microsoft ter investido em
desenvolvimento para utilizar protocolos abertos, neste caso o padrão GRE (Generic Routing
Encapsulation) proposto pelo IETF (Internet Engineering Task Force). A robustez da solução
da Microsoft é demonstrada em sua linha de produtos da nuvem como o Windows Azure o qual
possui mais de 4000 hosts físicos interconectando seus data centers pelo mundo.
32
3 DESENVOLVIMENTO DE CASO BENNERCLOUD SERVICES
3.1 DESCRIÇÃO DE MODELO DE NEGÓCIO E TECNOLOGIA
Em 15 anos de existência, a Benner é um provedor de soluções de gestão de negócios
em ERP, RH, Compliance e Saúde para organizações que buscam inovação, parceiras
comprometidas com o seu resultado, garantias de continuidade de longo prazo e atendimento
personalizado focado no seu negócio. Com 100% de capital nacional está posicionada entre as
três maiores empresas do segmento. Sua experiência está comprovada em mais de 3.500
sistemas implantados em 750 organizações de todo o território nacional.
Em 2004, em parceria com a empresa Corpflex iniciou hospedagem a baixo nível de
soluções de ERP e RH. No ano de 2005 criou uma operação de outsourcing para o segmento
Jurídico, sendo responsável pela hospedagem de toda infraestrutura, operação e monitoramento
em servidores virtuais.
Observando o movimento de mercado frente às novas soluções, em 2009 a Benner
expandiu sua operação criando uma divisão de Software no modelo de SaaS (Software como
Serviço). Em 2013 se lançou no mercado com solução completa ao cliente com Software,
Hardware e Serviços chamando então o produto de BennerCloud Services.
Para suportar toda a operação foram necessários investimentos em consultoria,
capacitação, regras de governança além de parcerias com os principais fornecedores do
mercado. A Benner tinha como desafio definir 4 grandes verticais para composição do produto
final: Hospedagem/Datacenter, Hardware, Software e Processos. Foi necessário criar os grupos
de pesquisa e qualificação.
O primeiro desafio foi encontrar um parceiro que possuísse todos os requisitos para a
hospedagem física da solução.
O processo de seleção do Datacenter levou aproximadamente 6 meses onde vários
itens foram analisados além de visitas para validações das regras e certificações. A escolha se
deu pelo Terremark Verizon, datacenter com presença internacional, além de ser uma
subdivisão de umas das maiores operadoras de Telecomunicações da América, a Verizon.
As certificações de TIER, modelo utilizado para definir o nível de um datacenter,
deveriam atender ao mínimo de nível 3, e ter presença em diversos PTT’s (Ponto de Troca de
Tráfego) de operadoras, assim garantindo rápido acesso a troca de dados entre redes de
operadoras distintas. Além de diversas normas de segurança física, como câmeras, acesso
monitorado por CFTV dentre outros. Outro ponto importante que foi avaliado, foi a questão de
33
disponibilidade de expansão em termos de energia elétrica e banda de internet, sendo estes
últimos entregues nos Racks com redundâncias de caminho físico e lógico no caso da rede.
Ainda em relação a conexão com internet o Terremark oferece uma saída para rede orientada a
operadora, ou seja, caso um cliente que está na rede da GVT acesse o datacenter, o mesmo terá
uma rota de saída pelo peering da GVT, assim evitando saltos desnecessários em outros
roteadores.
O segundo parceiro seria a escolha pelo conjunto de Hardware desejável para suportar
o crescimento, fácil escalabilidade e que proporcionasse o ROI (Retorno Sobre Investimento)
desejado.
Neste caso o fabricante escolhido foi a DELL Computadores, por prover a solução de
lâminas de processamento e memória, storage com alta robustez, Racks nos padrões para
diversos equipamentos e conectividade em switches e Appliance. Além de possuir um suporte
com SLA (Service Level Agrement) de poucas horas para aplicações críticas.
Uma vez definido o local físico e solução de hardware, foi desenhado o processo de
virtualização e comercialização dos produtos da empresa. O processo levou em consideração o
menor TCO (Custo de Propriedade) buscando melhor aderência a alternativa de mercado.
Já com toda solução selecionada o maior desafio ficou por conta dos processos e regras
de governança. Aplicando-se metodologias internacionais como o ITIL (Information
Technology Infrastructure Library), que consiste em um conjunto de boas práticas para serem
aplicadas em infraestrutura, assim promovendo foco no cliente e na qualidade dos serviços de
TI (Tecnologia da Informação).
3.2 APLICAÇÃO DO SDN NO BENNERCLOUD SERVICE
Para a criação do projeto, foi necessário estabelecer certas diretivas: as topologias de
rede, forma de acesso para clientes, plataforma de virtualização, dentre outras. Para a
segmentação e organização de rede, foi selecionado a classe C de rede, sendo utilizado o prefixo
192.168.x.y onde “x” seria o número do cliente para fácil identificação e “y” o IP da máquina.
Assim o Cliente 020 tem a sua rede definida pela range de IP 192.168.20.0/24 tendo como seu
primeiro IP o 192.168.20.1 e estando situado na VLAN 0020. A solução de Software escolhida
para a virtualização das VM’s e de rede foi o Microsoft Windows Server 2012, devido a equipe
técnica selecionada para desenhar o projeto possuir 2 especialistas com a certificação MCSA
(Microsoft Certified Solution Associate) Windows Server 2012, sendo esta conferida após ser
34
aprovado em 3 provas sobre o produto aplicadas pela Microsoft ou um de seus parceiros. Para
a gerência dos hosts, redes virtuais e das VM’s foi escolhido o Microsoft System Center Virtual
Machine 2012, devido a sua eficiência em integração com os outros serviços da Microsoft.
A forma de acesso para clientes se voltou para um modelo com características
diferenciadas de mercado em soluções de cloud, devido a necessidade de isolamento de
ambiente de clientes, porém o compartilhamento de alguns recursos de rede como o Active
Directory, DNS, Backup e Banco de dados. Por ser uma solução customizada por cliente
existem diversas topologias aplicadas, em relação a quantidade de máquinas virtuais e suas
configurações de memória e processamento. Seguindo a topologia da Benner Sistemas, para
um sistema é necessário possuir três camadas: Banco de dados, Camada Aplicação, Camada
Cliente, sendo esta última por acesso via página web, acesso desktop por aplicação instalada ou
ambos.
A solução de Hardware utilizada para montar o projeto está descrita na tabela 1.
Tabela 1 – Hardware BennerCloud
Fabricante/Equipamento/Quantidade Função/Características
Configuração
Dell/Chassis M100e/2
Agregador de Laminas
-
Dell/PowerEdge M620/11
Lamina de processamento e 256 GB RAM | 20
Dell/ Force10 S4810p /2
memória
Logical CPU
Switch de ligação Chassis
48 10GBe + 4 QSFP+
40Gb
Dell/SonicWall/2
Applice,Firewall,Router
A10/ThunderAx/2
Balanceador
de
-
Carga -
Layer 4 – 7
Dell/Storage PS6110XS/2
Agregador de Disco
7TB SDD/SAS 10k
35
Figura 9 - Chassi Dell M100e com quatro Lâminas de processamento e um Storage.
Para garantir que um ambiente possua alta disponibilidade é necessário possuir sempre
no mínimo paridade de equipamentos e interconexões, para caso haver uma falha física ou
lógica no equipamento a operação não seja afetada. A figura 10 demonstra como isto é projetado
através das redundâncias de cabos e equipamentos.
36
Figura 10 – Estrutura de Ligação dos Chassis e Switches
Para a solução de virtualização com o WS2012 foi utilizada a função Cluster HyperV, já embutida no sistema. O Cluster Hyper-V consiste em juntar diversos Hosts (Laminas)
com a função de Virtualização Hyper-V instalado para balanceamento de carga e garantia de
alta disponibilidade. Para utilizar esta tecnologia todos os Hosts devem ter acesso a um disco
compartilhado denominado CSV (Cluster Shared Volume) onde o arquivo de configuração dos
dados da VM e seu arquivo de disco em formato .VHD ou .VHDX estão salvos fisicamente.
Este acesso se dá por meio de uma rede ISCI (Internet Small Computer System Interface), o
qual consiste em enviar comandos para o storage manipular os arquivos, sendo estes
encapsulados em protocolo IP. Assim foi criado uma segmentação lógica nas placas de redes
dos Hosts para que seja possível ter garantias de acesso à rede ISCI com alta performance.
Dentre a disposição lógica foram criados 2 Cluter’s, sendo um para os clientes determinados
Cluster Clientes no SCVMM e com o nome DNS DTC-CLUSTERHV, e outro para as
máquinas de gerência de estrutura denominado Cluster Gerência no SCVMM e nome DNS
DTC-CLUSTER. Esta estrutura lógica sempre respeita a regra de alta disponibilidade sendo
que todos os Hosts possuem sempre nível de carga inferior D-1, ou seja o Cluster suporta que
uma lamina esteja off-line e consiga absorver as outras VM’s sem perda de performance. A
figura 11 demonstra a configuração de quais Hosts pertencem a cada Cluster. Adicionalmente
ao projeto de estrutura lógica de base, duas lâminas foram designadas para criação do Oracle
RAC (Real Applocation Cluster), o qual possui instalação do Sistema Operacional Linux RED
HAT, e Banco de dados Oracle. Na tabela 2 é possível verificar as capacidades de cada Cluster.
37
Tabela 2 – Tipos de Cluster
Tipo de Cluster
Quantidade de Hosts
Processamento/Memória
Hyper-V
7
140 Logical CPU / 1.792 GB
Hyper-V
2
40 Logical CPU / 512 GB
Oracle RAC
2
40 Logical CPU / 512 GB
Figura 11 – Cluster Hyper-V
38
Figura 12 – Distribuição de carga das VM’s
O grande desafio do projeto se deu nas definições de isolamento de rede e virtualização
da mesma. Como já definido anteriormente cada cliente possui seu intervalo próprio, porem a
mesma deve estar disponível em todos os hosts para que a comunicação entre elas seja possível.
A figura 12 demonstra várias VM’s do cliente 020 espalhadas em diversos hosts isto é devido
a suas configurações de memória e processamento, além da alocação de recursos por outros
clientes no mesmo host. Na figura 13 é demonstrado que a comunicação entre as VM’s DC020SQL02, que se encontra no Host DTC-HV006 é possível se comunicar com a VM DC020FTP01 que se encontra no Host DTC-HV010.
Figura 13 – Comunicação entre VM’s do mesmo Cliente
39
Ao implantar somente uma rede no Cluster Hyper-V, situação típica em ambientes de
pequeno porte, sua configuração é fácil e rápida, não sendo necessário utilizar o SCVMM para
sua gerência, porém no caso do BennerCloud Services, que possui mais de 20 clientes esta
tarefa se torna muito dificultosa e susceptível a erros. Aplicando-se o conceito do SDN foi
estabelecido um Control Plane, o SCVMM. Toda a configuração de rede, VLAN e controle de
banda por serviço, deve ser criada e gerenciada por ele, assim ao aplicar as configurações as
mesmas são replicadas para todos os v-switches que regem as regras de roteamento e
encaminhamento no Host se tornando o Forward Plane. A figura 14 demonstra que todos os
Hosts possuem apenas um v-switch, denominado CLUSTER_SWITCH.
Figura 14 – v-switch do Host DTC-HV005
Ao examinar as propriedades do CLUSTER_SWITCH, pelo console do SCVMM é
possível identificar que ele possui um perfil denominado PORTA_PADRAO, ao visualizar suas
propriedades, é possível identificar todas as redes que ele agrega.
40
Figura 15 – v-switch CLUSTER_SWITCH Networks
Outra grande exigência do SDN é que a rede possa ser alterada de forma dinâmica para
atender as regras de negócio. A figura 16 demonstra como este processo se torna fácil, rápido
e preciso ao se utilizar o SCVMM. Basta selecionar qual a rede que a VM deve pertencer e ele
é ajustado automaticamente recebendo um endereço de IP. Este endereço não é entregue via
DHCP, para que não ocorra sobreposição de IP’s na mesma rede e sim por um agente do
SCVMM que aloca o IP da VM para modo fixo e já define o seu valor, assim garantido que não
é necessária interação do administrador de redes nas configurações diretas da VM. A figura 17
demonstra o IP POOL do SCVMM, recurso que controla o IP das VM’s mencionado
anteriormente.
41
Figura 16 – VM Network
42
Figura 17 – IP POOL SCVMM
Outra automação essencial utilizada no BennerCloud é quanto a necessidade de
manutenção em um determinado host. Ao ser acionado o modo manutenção no SCVMM o host
migra todas as VM’s para outro host em modo online, utilizando o recurso denominado Live
Migration, o qual, para o usuário final consumindo os serviços, não representa indisponibilidade
de serviço.
43
4 CONCLUSÃO
Este trabalho, em seus capítulos iniciais, serviu para caracterizar o conceito de Cloud
Computing e como o aumento por demanda de rede está crescendo no setor público e privado.
Fica evidente que o crescimento do SDN no meio de redes é imprescindível devido sua
arquitetura já prover diversas vantagens em relação a gerenciamento e dinamismo, além da
mudança de paradigma de configurações por CLI, para interface gráfica unificada. Para o
segmento de Service Providers onde a regra de negócio se baseia na cobrança por uso da rede
ou disponibilidade da mesma o SDN se torna uma vertente indispensável. Ainda em ambiente
de grandes corporações que criam suas cloud, sejam elas públicas, hibridas, ou privadas também
necessitam de uma automatização mais eficiente das redes.
Com o estudo de caso do BennerCloud apresentado na sessão 3.2, o SDN foi
implementado a nível de virtualização porem a nível de Switches e Roteamento externo não foi
aplicado devido aos altos preços dos equipamentos de alto nível e desconhecimento da equipe
técnica para a atuação de solução de problemas.
Após participar de todo o projeto do BennerCloud, desde as cotações dos hardawer’s,
topologia de sistemas operacionais e segurança o maior desafio foi a concepção da rede. Devido
ao conhecimento adquirido no curso de Engenharia de Telecomunicações, dentre as diversas
matérias 3 se destacam, sendo elas responsáveis por abordar o assunto sobre redes de
computadores base deste trabalho, posso destacar a importância desta formação acadêmica em
minha vida e a reflexão direta dos conhecimentos adquiridos terem sido aplicados diretamente
no mercado de trabalho. Hoje o serviço BennerCloud já está em produção e conta com
aproximadamente 20 clientes, sendo que através do curso de Engenharia de Telecomunicações,
sou o responsável pela segurança e disponibilidade das suas redes.
44
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<http://h17007.www1.hp.com/br/pt/networking/solutions/technology/SDN/#SDN-video>
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Operacionais
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<http://www.gta.ufrj.br/grad/09_1/versaofinal/virtualizacao/ferramentas%20de%20virtualizacao.html> Acesso em: 10 abril 2014.
[3]
OpenFlow
White
Paper,
março
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Disponível
em:
<http://archive.OpenFlow.org/documents/OpenFlow-wp-latest.pdf> Acesso em: 12 maio 2014.
[4]
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[5]
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Disponível em: <http://www.juniper.net/us/en/dm/SDN/> Acesso em: 20 maio 2014.
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<http://i.dell.com/sites/doccontent/business/large-business/en/Documents/Dell-NetworkingSDN-POV.pdf> Acesso em: 10 abril 2014.
[7]
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2012
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<
http://download.microsoft.com/download/7/7/2/7721670F-DEF0-40D3-977143146DED5132/System_Center_2012%20R2_Overview_White_Paper.pdf> Acesso em: 06
maio 2014
[8]
OpenFlow
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Disponível
em:
<http://www.opennetsummit.org/archives/apr12/hoelzle-tue-OpenFlow.pdf> Acesso em: 10
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Acesso em: 1 jun. 2014.
[10] Software Defined Networking, Enabled in Windows Server 2012 and System Center
2012
SP1,
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<http://blogs.technet.com/b/windowsserver/archive/2012/08/22/software-defined-networkingenabled-in-windows-server-2012-and-system-center-2012-sp1-virtual-machinemanager.aspx> Acesso em: 10 abril 2014.
[11] CONTRAIL
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<http://www.juniper.net/us/en/forms/contrail-wp/> Acesso em: 20 maio 2014.
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[12] Hyper-V Network Virtualization Disponível em: <http://technet.microsoft.com/enus/library/jj134230> Acesso em: 10 junho 2014.
[13] CONTRAIL
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PROVIDERS
Disponível
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em:
45
[14] OPEN CONTRAIL Disponível em: < http://opencontrail.org/ > Acesso em: 10 junho
2014.