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Title: NoBI: uma interface Northbound para a programação dinâmica de redes OpenFlow com suporte à interoperabilidade entre controladores.
Other Titles: NoBI: A Northbound interface for OpenFlow dynamic network programming with support for interoperability between controllers.
???metadata.dc.creator???: VASCONCELOS, César Rocha.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: GOMES, Reinaldo Cézar de Morais.
???metadata.dc.contributor.advisor2???: COSTA, Anderson Fabiano Batista Ferreira da.
???metadata.dc.contributor.referee1???: MOURA, José Antão Beltrão.
???metadata.dc.contributor.referee2???: MASSONI, Tiago Lima.
???metadata.dc.contributor.referee3???: VENÂNCIO NETO, Augusto José.
???metadata.dc.contributor.referee4???: DIAS, Kelvin Lopes.
Keywords: Interface Northbound;Redes Programáveis;Redes Definidas por Software;Desenvolvimento de API;Northbound Interfaces;Programmable Networks;Software-Defined Networks;API Development
Issue Date: 4-Jun-2018
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: VASCONCELOS, César Rocha. NoBI: uma interface Northbound para a programação dinâmica de redes OpenFlow com suporte à interoperabilidade entre controladores. 2018. 160 f. - Tese (Doutorado em Ciência da Computação) – Universidade Federal de Campina Grande, Centro de Engenharia Elétrica e Informática. Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2018. Disponível em: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/2560
???metadata.dc.description.resumo???: As Redes Definidas por Software (SDN, do inglês Software-Defined Networks) são um novo paradigma que tem atraído um interesse significativo da academia e indústria de redes de computadores. Ao contrário das redes tradicionais, o paradigma SDN encoraja a separação entre a lógica de controle da rede dos dispositivos adjacentes e introduz a capacidade de orquestrar a rede em alto nível. Nos últimos anos, esforços de pesquisa crescentes têm endereçado a concepção de interfaces de programação northbound (NBI, do inglês Northbound Interface), as quais permitem às aplicações de negócio e aos gerentes de redes se comunicarem, apropriadamente, com controladores SDN para programar a rede. Entretanto, apesar da corrente consolidação do protocolo OpenFlow, a ausência de uma padronização destas interfaces tem dificultado a criação de código interoperável. Hoje em dia, dezenas de controladores encontram-se disponíveis; porém, cada um é livre para projetar e implementar sua própria NBI. Logo, à medida que o número de controladores SDN tem aumentado dramaticamente, a habilidade dos gerentes de reutilizar funções da NBI tem se tornado uma tarefa problemática e, em alguns casos, impossível, por conta das diferenças entre as linguagens de programação e instruções dos controladores. O resultado é que a ausência de implementações northbound interoperáveis frequentemente tem obrigado gerentes a reescrever partes inteiras do código, quando é necessário suportar um novo controlador. Adicionalmente, a migração de conjuntos de instruções de rede existentes para um outro controlador é um processo lento e tedioso, que tipicamente envolve o aprendizado de novas APIs, modelos de dados complexos e várias outras convenções específicas do controlador-alvo. Para lidar com tal problemática, é apresentada neste trabalho uma interface northbound alternativa, denominada NoBI, que permite aos gerentes programar a SDN com facilidade e independentemente do controlador existente. Em particular, a NoBI provê um conjunto de funcionalidades baseado em princípios REST e verdadeiramente interoperável, isto é, pode se comunicar de forma transparente com diferentes controladores. Para satisfazer o requisito de interoperabilidade entre múltiplos controladores, foram desenvolvidos uma nova arquitetura simples de ser instanciada e modelos de dados compatíveis com controladores SDN conhecidos (Floodlight e OpenDaylight). Em vez de injetar instruções intrincadas e de baixo nível diretamente no código para programar a SDN, gerentes devem interagir apenas com a NoBI. Esta traduzirá todas as requisições de alto nível recebidas em invocações de funções NBI internas e modelos de dados nativos suportados pelo controlador existente, de forma automática. Demonstrou-se a viabilidade da NoBI em arquiteturas de redes SDN reais contendo diferentes dispositivos OpenFlow. Os resultados obtidos mostraram que a NoBI é capaz de programar a SDN em tempo de execução e ainda atender o requisito de interoperabilidade, com um resultado peracional estatisticamente equiparado às implementações estado da arte (baselines) disponíveis.
Abstract: The Software-Defined Networking (SDN) is a new paradigm that is attracting significant interest from both academy and network industry. Unlike tradicional networks, the SDN paradigm enables innovation by encouraging the separation of network’s control logic from the underlying devices and introducing the ability to orchestrate the network in a high-level fashion. In recent years, increasing research efforts have addressed the conception of northbound programming interfaces (NBIs), which allow business-applications and network administrators to properly communicate with SDN controllers and program the network. However, albeit the current consolidation of the OpenFlow, the lack of a standard for the NBI makes it very difficult for administrators to create interoperable code. Currently, dozens of SDN controllers are available, but each one is free to design and implement its own NBI. So as the number of controllers have increased dramatically, the ability of network managers to use NBI functions have become such a problematic and sometimes an impossible task, given the differences in programming languages and instructions among SDN controllers. As a result, the lack of a interoperable NBI implementation often forces administrators to manually rewrite almost all of their code, every time they need to support a new controller. Also, migrating existing network instruction sets to another controller is a tedious and time-consuming process that typically involves learning new APIs, complex data models and various controller-dependent conventions. To address this limitation, we present an alternative northbound API, called NoBI, that allows administrators to easily program the SDN irrespective of the existing controller. Particularly, NoBI provides a REST-based set of functions that is truly interoperable, and thus may communicate seamlessly with more than one controller. In order to meet multi-controller interoperability requirement, we introduce an new architecture that can be easily instantiated and also new data models compatible with two prominent SDN controllers (Floodlight and OpenDaylight). So rather than injecting intricate low-level instructions directly into the code to program the SDN, administrators will interact only with NoBI. It translates automatically all the high-level requests into internal NBI calls and native data models supported by the underlying controller. We demonstrated the feasibility of our solution in real single-controlled SDN architectures using different OpenFlow devices. Our results show that our solution is able to program the SDN at runtime and yet fulfill the interoperability requirement, while statistically achieving similar operational results compared to state-of-the-art baselines.
Keywords: Interface Northbound
Redes Programáveis
Redes Definidas por Software
Desenvolvimento de API
Northbound Interfaces
Programmable Networks
Software-Defined Networks
API Development
???metadata.dc.subject.cnpq???: Ciência da Computação
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/2560
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