Publicação

Migration of networks

Detalhes bibliográficos
Resumo:	A forma como os recursos computacionais são geridos, mais propriamente os alojados nos grandes centros de dados, tem vindo, nos últimos anos, a evoluir. As soluções iniciais que passavam por aplicações a correr em grandes servidores físicos, comportavam elevados custos não só de aquisição, mas também, e principalmente, de manutenção. A razão chave por trás deste facto prendia-se em grande parte com uma utilização largamente ineficiente dos recursos computacionais disponíveis. No entanto, o surgimento de tecnologias de virtualização de servidores foi o volte-face necessário para alterar radicalmente o paradigma até aqui existente. Isto não só levou a que os operadores dos grandes centros de dados pudessem passar a alugar os seus recursos computacionais, criando assim uma interessante oportunidade de negócio, mas também permitiu potenciar (e facilitar) negócios dos clientes. Do ponto de vista destes, os benefícios são evidentes: poder alugar recursos, num modelo pay-as-you-go, evita os elevados custos de capital necessários para iniciar um novo serviço. A este novo conceito baseado no aluguer e partilha de recursos computacionais a terceiros dá-se o nome de computação em nuvem (“cloud computing”). Como referimos anteriormente, nada disto teria sido possível sem o aparecimento de tecnologias de virtualização, que permitem o desacoplamento dos serviços dos utilizadores do hardware que os suporta. Esta tecnologia tem-se revelado uma ferramenta fundamental na administração e manutenção dos recursos disponíveis em qualquer centro de dados. Por exemplo, a migração de máquinas virtuais facilita tarefas como a manutenção das infraestruturas, a distribuição de carga, a tolerância a faltas, entre outras primitivas operacionais, graças ao desacoplamento entre as máquinas virtuais e as máquinas físicas, e à consequente grande mobilidade que lhes é assim conferida. Atualmente, muitas aplicações e serviços alojados na nuvem apresentam dimensão e complexidade considerável. O serviço típico é composto por diversos componentes que se complementam de forma a cumprir um determinado propósito. Por exemplo, diversos serviços são baseados numa topologia de vários níveis, composta por múltiplos servidores web, balanceadores de carga e bases de dados distribuídas e replicadas. Daqui resulta uma forte ligação e dependência dos vários elementos deste sistema e das infraestruturas de comunicação e de rede que os suportam. Esta forte dependência da rede vem limitar grandemente a flexibilidade e mobilidade das máquinas virtuais, o que, por sua vez, restringe inevitavelmente o seu reconhecido potencial. Esta dependência é particularmente afetada pela reduzida flexibilidade que a gestão e o controlo das redes apresentam atualmente, levando a que o processo de migração de máquinas virtuais se torne num demorado processo que apresenta restrições que obrigam à reconfiguração da rede, operação esta que, muitas vezes, é assegurada por um operador humano (de que pode resultar, por exemplo, a introdução de falhas). Num cenário ideal, a infraestrutura de redes de que depende a comunicação entre as máquinas virtuais seria também ela virtual, abstraindo os recursos necessários à comunicação, o que conferiria à globalidade do sistema uma maior flexibilidade e mobilidade que, por sua vez, permitiria a realização de uma migração conjunta das referidas máquinas virtuais e da infraestrutura de rede que as suporta. Neste contexto, surgem as redes definidas por software (SDN) [34], uma nova abordagem às redes de computadores que propõe separar a infraestrutura responsável pelo encaminhamento do tráfego (o plano de dados) do plano de controlo, planos que, até aqui, se encontravam acoplados nos elementos de rede (switches e routers). O controlo passa assim para um grupo de servidores, o que permite criar uma centralização lógica do controlo da rede. Uma SDN consegue então oferecer uma visão global da rede e do seu respetivo estado, característica fundamental para permitir o desacoplamento necessário entre a infraestrutura física e virtual. Recentemente, várias soluções de virtualização de rede foram propostas (e.g., VMware NSX [5], Microsoft AccelNet [21] e Google Andromeda [2]), ancoradas na centralização oferecida por uma SDN. No entanto, embora estas plataformas permitam virtualizar a rede, nenhuma delas trata o problema da migração dos seus elementos, limitando a sua flexibilidade. O objetivo desta dissertação passa então por implementar e avaliar soluções de migração de redes recorrendo a SDNs. A ideia é migrar um dispositivo de rede (neste caso, um switch virtual), escolhido pelo utilizador, de modo transparente, quer para os serviços que utilizam a rede, evitando causar disrupção, quer para as aplicações de controlo SDN da rede. O desafio passa por migrar o estado mantido no switch de forma consistente e sem afetar o normal funcionamento da rede. Com esse intuito, implementámos e avaliámos três diferentes abordagens à migração ( freeze and copy, move e clone) e discutimos as vantagens e desvantagens de cada uma. É de realçar que a solução baseada em clonagem se encontra incorporada como um módulo do virtualizador de rede Sirius.
Autores principais:	Nunes, Bruno Miguel Costa
Assunto:	Cloud Virtualização Migração Redes definidas por software Teses de mestrado - 2021
Ano:	2021
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 recursos computacionais são geridos, mais propriamente os alojados nos grandes centros de dados, tem vindo, nos últimos anos, a evoluir. As soluções iniciais que passavam por aplicações a correr em grandes servidores físicos, comportavam elevados custos não só de aquisição, mas também, e principalmente, de manutenção. A razão chave por trás deste facto prendia-se em grande parte com uma utilização largamente ineficiente dos recursos computacionais disponíveis. No entanto, o surgimento de tecnologias de virtualização de servidores foi o volte-face necessário para alterar radicalmente o paradigma até aqui existente. Isto não só levou a que os operadores dos grandes centros de dados pudessem passar a alugar os seus recursos computacionais, criando assim uma interessante oportunidade de negócio, mas também permitiu potenciar (e facilitar) negócios dos clientes. Do ponto de vista destes, os benefícios são evidentes: poder alugar recursos, num modelo pay-as-you-go, evita os elevados custos de capital necessários para iniciar um novo serviço. A este novo conceito baseado no aluguer e partilha de recursos computacionais a terceiros dá-se o nome de computação em nuvem (“cloud computing”). Como referimos anteriormente, nada disto teria sido possível sem o aparecimento de tecnologias de virtualização, que permitem o desacoplamento dos serviços dos utilizadores do hardware que os suporta. Esta tecnologia tem-se revelado uma ferramenta fundamental na administração e manutenção dos recursos disponíveis em qualquer centro de dados. Por exemplo, a migração de máquinas virtuais facilita tarefas como a manutenção das infraestruturas, a distribuição de carga, a tolerância a faltas, entre outras primitivas operacionais, graças ao desacoplamento entre as máquinas virtuais e as máquinas físicas, e à consequente grande mobilidade que lhes é assim conferida. Atualmente, muitas aplicações e serviços alojados na nuvem apresentam dimensão e complexidade considerável. O serviço típico é composto por diversos componentes que se complementam de forma a cumprir um determinado propósito. Por exemplo, diversos serviços são baseados numa topologia de vários níveis, composta por múltiplos servidores web, balanceadores de carga e bases de dados distribuídas e replicadas. Daqui resulta uma forte ligação e dependência dos vários elementos deste sistema e das infraestruturas de comunicação e de rede que os suportam. Esta forte dependência da rede vem limitar grandemente a flexibilidade e mobilidade das máquinas virtuais, o que, por sua vez, restringe inevitavelmente o seu reconhecido potencial. Esta dependência é particularmente afetada pela reduzida flexibilidade que a gestão e o controlo das redes apresentam atualmente, levando a que o processo de migração de máquinas virtuais se torne num demorado processo que apresenta restrições que obrigam à reconfiguração da rede, operação esta que, muitas vezes, é assegurada por um operador humano (de que pode resultar, por exemplo, a introdução de falhas). Num cenário ideal, a infraestrutura de redes de que depende a comunicação entre as máquinas virtuais seria também ela virtual, abstraindo os recursos necessários à comunicação, o que conferiria à globalidade do sistema uma maior flexibilidade e mobilidade que, por sua vez, permitiria a realização de uma migração conjunta das referidas máquinas virtuais e da infraestrutura de rede que as suporta. Neste contexto, surgem as redes definidas por software (SDN) [34], uma nova abordagem às redes de computadores que propõe separar a infraestrutura responsável pelo encaminhamento do tráfego (o plano de dados) do plano de controlo, planos que, até aqui, se encontravam acoplados nos elementos de rede (switches e routers). O controlo passa assim para um grupo de servidores, o que permite criar uma centralização lógica do controlo da rede. Uma SDN consegue então oferecer uma visão global da rede e do seu respetivo estado, característica fundamental para permitir o desacoplamento necessário entre a infraestrutura física e virtual. Recentemente, várias soluções de virtualização de rede foram propostas (e.g., VMware NSX [5], Microsoft AccelNet [21] e Google Andromeda [2]), ancoradas na centralização oferecida por uma SDN. No entanto, embora estas plataformas permitam virtualizar a rede, nenhuma delas trata o problema da migração dos seus elementos, limitando a sua flexibilidade. O objetivo desta dissertação passa então por implementar e avaliar soluções de migração de redes recorrendo a SDNs. A ideia é migrar um dispositivo de rede (neste caso, um switch virtual), escolhido pelo utilizador, de modo transparente, quer para os serviços que utilizam a rede, evitando causar disrupção, quer para as aplicações de controlo SDN da rede. O desafio passa por migrar o estado mantido no switch de forma consistente e sem afetar o normal funcionamento da rede. Com esse intuito, implementámos e avaliámos três diferentes abordagens à migração ( freeze and copy, move e clone) e discutimos as vantagens e desvantagens de cada uma. É de realçar que a solução baseada em clonagem se encontra incorporada como um módulo do virtualizador de rede Sirius.