Publicação

Migration of networks in multi-cloud environment

Detalhes bibliográficos
Resumo:	A forma como os centros de dados e os recursos computacionais são geridos tem vindo a mudar. O uso exclusivo de servidores físicos e os complexos processos para provisionamento de software são já passado, sendo agora possível e simples usar recursos de uma terceira parte a pedido, na nuvem (cloud). A técnica central que permitiu esta evolução foi a virtualização, uma abstração dos recursos computacionais que torna o software mais independente do hardware em que é executado. Os avanços tecnológicos nesta área permitiram a migração de máquinas virtuais, agilizando ainda mais os processos de gestão e manutenção de recursos. A possibilidade de migrar máquinas virtuais libertou o software da infraestrutura física, facilitando uma série de tarefas como manutenção, balanceamento de carga, tratamento de faltas, entre outras. Hoje em dia a migração de máquinas virtuais é uma ferramenta essencial para gerir clouds, tanto públicas como privadas. Os sistemas informáticos de grande escala existentes na cloud são complexos, compostos por múltiplas partes que trabalham em conjunto para atingir os seus objectivos. O facto de os sistemas estarem intimamente ligados coloca pressão nos sistemas de comunicação e nas redes que os suportam. Esta dependência do sistema na infraestrutura de comunicação vem limitar a flexibilidade da migração de máquinas virtuais. Isto porque actualmente a gestão de uma rede é pouco flexível, limitando por exemplo a migração de VMs a uma subrede ou obrigando a um processo de reconfiguração de rede para a migração, um processo difícil, tipicamente manual e sujeito a falhas. Idealmente, a infraestrutura de que as máquinas virtuais necessitam para comunicar seria também virtual, permitindo migrar tanto as máquinas virtuais como a rede virtual. Abstrair os recursos de comunicação permitiria que todo o sistema tivesse a flexibilidade de ser transferido para outro local. Neste sentido foi recentemente proposta a migração de redes usando redes definidas por software (SDN), um novo paradigma que separa a infraestrutura de encaminhamento (plano de dados) do plano de controlo. Numa SDN a responsabilidade de tomar as decisões de controlo fica delegada num elemento logicamente centralizado, o controlador, que tem uma visão global da rede e do seu estado. Esta separação do plano de controlo do processo de encaminhamento veio facilitar a virtualização de redes. No entanto, as recentes propostas de virtualização de redes usando SDN apresentam limitações. Nomeadamente, estas soluções estão limitadas a um único centro de dados ou provedor de serviços. Esta dependência é um problema. Em primeiro lugar, confiar num único provedor ou cloud limita a disponibilidade, tornando efectivamente o provedor num ponto de falha único. Em segundo lugar, certos serviços ficam severamente limitados por recorrerem apenas a uma cloud, devido a requisitos especiais (de privacidade, por exemplo) ou mesmo legais (que podem obrigar a que, por exemplo, dados de utilizadores fiquem guardados no próprio país). Idealmente, seria possível ter a possibilidade de tirar partido de múltiplas clouds e poder, de forma transparente, aproveitar as vantagens de cada uma delas (por exemplo, umas por apresentarem custos mais reduzidos, outras pela sua localização). Tal possibilidade garantiria uma maior disponibilidade, visto que a falha de uma cloud não comprometeria todo o sistema. Além disso, poderia permitir baixar os custos porque seria possível aproveitar a variação dos preços existente entre clouds ao longo do tempo. Neste contexto multi-cloud um dos grandes desafios é conseguir migrar recursos entre clouds de forma a aproveitar os recursos existentes. Num ambiente SDN, em particular, a migração de redes é problemática porque é necessario que o controlador comunique com os elementos físicos da rede para implementar novas políticas e para que estes possam informar o controlador de novos eventos. Se a capacidade de comunicação entre o controlador e os elementos de rede for afectada (por exemplo, devido a latências elevadas de comunicação) o funcionamento da rede é também afectado. O trabalho que aqui propomos tem como objectivo desenvolver algoritmos de orquestração para migração de redes virtuais, com o objectivo de minimizar as latências na comunicação controlador-switches, em ambientes multi-cloud. Para esse efeito foi desenvolvida uma solução óptima, usando programação linear, e várias heurísticas. A solução de programação linear, sendo óptima, resulta na menor disrupção possível da ligação ao controlador. No entanto, a complexidade computacional desta solução limita a sua usabilidade, levando a tempos de execução elevados. Por esta razão são prospostas heurísticas que visam resolver o problema em tempo útil e de forma satisfatória. Os resultados das nossas experiências mostram que nas várias topologias testadas algumas heurísticas conseguem resultados próximos da solução óptima. O objectivo é atingido com tempos de execução consideravelmente inferiores.
Autores principais:	Soares, José Pedro Coelho
Assunto:	Vizualização Cloud Redes de computadores Migração Teses de mestrado - 2018
Ano:	2018
País:	Portugal
Tipo de documento:	dissertação de mestrado
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade de Lisboa
Idioma:	inglês
Origem:	Repositório da Universidade de Lisboa

Descrição
Resumo:	A forma como os centros de dados e os recursos computacionais são geridos tem vindo a mudar. O uso exclusivo de servidores físicos e os complexos processos para provisionamento de software são já passado, sendo agora possível e simples usar recursos de uma terceira parte a pedido, na nuvem (cloud). A técnica central que permitiu esta evolução foi a virtualização, uma abstração dos recursos computacionais que torna o software mais independente do hardware em que é executado. Os avanços tecnológicos nesta área permitiram a migração de máquinas virtuais, agilizando ainda mais os processos de gestão e manutenção de recursos. A possibilidade de migrar máquinas virtuais libertou o software da infraestrutura física, facilitando uma série de tarefas como manutenção, balanceamento de carga, tratamento de faltas, entre outras. Hoje em dia a migração de máquinas virtuais é uma ferramenta essencial para gerir clouds, tanto públicas como privadas. Os sistemas informáticos de grande escala existentes na cloud são complexos, compostos por múltiplas partes que trabalham em conjunto para atingir os seus objectivos. O facto de os sistemas estarem intimamente ligados coloca pressão nos sistemas de comunicação e nas redes que os suportam. Esta dependência do sistema na infraestrutura de comunicação vem limitar a flexibilidade da migração de máquinas virtuais. Isto porque actualmente a gestão de uma rede é pouco flexível, limitando por exemplo a migração de VMs a uma subrede ou obrigando a um processo de reconfiguração de rede para a migração, um processo difícil, tipicamente manual e sujeito a falhas. Idealmente, a infraestrutura de que as máquinas virtuais necessitam para comunicar seria também virtual, permitindo migrar tanto as máquinas virtuais como a rede virtual. Abstrair os recursos de comunicação permitiria que todo o sistema tivesse a flexibilidade de ser transferido para outro local. Neste sentido foi recentemente proposta a migração de redes usando redes definidas por software (SDN), um novo paradigma que separa a infraestrutura de encaminhamento (plano de dados) do plano de controlo. Numa SDN a responsabilidade de tomar as decisões de controlo fica delegada num elemento logicamente centralizado, o controlador, que tem uma visão global da rede e do seu estado. Esta separação do plano de controlo do processo de encaminhamento veio facilitar a virtualização de redes. No entanto, as recentes propostas de virtualização de redes usando SDN apresentam limitações. Nomeadamente, estas soluções estão limitadas a um único centro de dados ou provedor de serviços. Esta dependência é um problema. Em primeiro lugar, confiar num único provedor ou cloud limita a disponibilidade, tornando efectivamente o provedor num ponto de falha único. Em segundo lugar, certos serviços ficam severamente limitados por recorrerem apenas a uma cloud, devido a requisitos especiais (de privacidade, por exemplo) ou mesmo legais (que podem obrigar a que, por exemplo, dados de utilizadores fiquem guardados no próprio país). Idealmente, seria possível ter a possibilidade de tirar partido de múltiplas clouds e poder, de forma transparente, aproveitar as vantagens de cada uma delas (por exemplo, umas por apresentarem custos mais reduzidos, outras pela sua localização). Tal possibilidade garantiria uma maior disponibilidade, visto que a falha de uma cloud não comprometeria todo o sistema. Além disso, poderia permitir baixar os custos porque seria possível aproveitar a variação dos preços existente entre clouds ao longo do tempo. Neste contexto multi-cloud um dos grandes desafios é conseguir migrar recursos entre clouds de forma a aproveitar os recursos existentes. Num ambiente SDN, em particular, a migração de redes é problemática porque é necessario que o controlador comunique com os elementos físicos da rede para implementar novas políticas e para que estes possam informar o controlador de novos eventos. Se a capacidade de comunicação entre o controlador e os elementos de rede for afectada (por exemplo, devido a latências elevadas de comunicação) o funcionamento da rede é também afectado. O trabalho que aqui propomos tem como objectivo desenvolver algoritmos de orquestração para migração de redes virtuais, com o objectivo de minimizar as latências na comunicação controlador-switches, em ambientes multi-cloud. Para esse efeito foi desenvolvida uma solução óptima, usando programação linear, e várias heurísticas. A solução de programação linear, sendo óptima, resulta na menor disrupção possível da ligação ao controlador. No entanto, a complexidade computacional desta solução limita a sua usabilidade, levando a tempos de execução elevados. Por esta razão são prospostas heurísticas que visam resolver o problema em tempo útil e de forma satisfatória. Os resultados das nossas experiências mostram que nas várias topologias testadas algumas heurísticas conseguem resultados próximos da solução óptima. O objectivo é atingido com tempos de execução consideravelmente inferiores.