Μελέτη των δικτύων που καθορίζονται από λογισμικό (Software Defined Networking - SDN) και υλοποίηση εφαρμογής παραμετροποίησης δικτυακών υπηρεσιών με βάση το Ryu SDN framework

Abstract

Η ραγδαία άνοδος της δημοτικότητας του διαδικτύου την τελευταία δεκαετία κατέστησε σαφές ότι η κάλυψη των μελλοντικών απαιτήσεων της αγοράς είναι σχεδόν αδύνατη με τη χρήση καθιερωμένων αρχιτεκτονικών δικτύωσης. Ως εκ τούτου, υπάρχει ανάγκη ανάπτυξης νέων αρχιτεκτονικών δικτύωσης με αυξημένες δυνατότητες που θα μπορούν να εξυπηρετήσουν αποτελεσματικά τις ανάγκες των μελλοντικών χρηστών, ευνοώντας παράλληλα τη δημιουργία νέων αποδοτικών υπηρεσιών. Η τεχνολογία Software Defined Networking (SDN) είναι το κλειδί στην επίλυση του άνωθεν προβλήματος. Η συγκεκριμένη τεχνολογία είναι μια αναδυόμενη αρχιτεκτονική δικτύωσης στην οποία ο έλεγχος (control plane) έχει διαχωριστεί από την προώθηση (data plane) και είναι άμεσα προγραμματιζόμενος. Αυτή η μεταγωγή του ελέγχου από τις συσκευές δικτύου σε υπολογιστικές μηχανές προσφέρει τη δυνατότητα στην υποκείμενη υποδομή να αποσπαστεί από την υλοποίηση των εφαρμογών και των δικτυακών υπηρεσιών. Το δίκτυο θα αντιμετωπίζεται πλέον ως μια λογική ή εικονική οντότητα, ενώ ο ελεγκτής θα είναι υπεύθυνος για τον έλεγχο και την ενορχήστρωση των λειτουργιών του. Η παρούσα πτυχιακή εργασία έχει ως στόχο την εξερεύνηση της τεχνολογίας SDN, την παρουσίαση των βασικών αρχών της αρχιτεκτονικής και στην συνέχεια την ανάπτυξη μίας εφαρμογής SDN με την χρήση του Ryu SDN framework. Θα παρουσιαστούν επίσης το πρωτόκολλο OpenFlow και οι SDN ελεγκτές (controllers) και μεταγωγείς (switches), ενώ θα ακολουθήσει μια ανάλυση του πλαισίου λειτουργίας της πλατφόρμας Ryu παρουσιάζοντας πολλά από τα χαρακτηριστικά της, καθώς επίσης και σειρά δοκιμών σε περιβάλλον εργαστηρίου που αποδεικνύουν τις αναφερθείσες λειτουργίες του ελεγκτή. Συνοπτικά η τεχνολογία SDN προσφέρει μια πλειάδα νέων υπηρεσιών και εφαρμογών δικτύου οι οποίες εύκολα αναπτύσσονται, εφαρμόζονται και διαλειτουργούν. Θα είναι μια πρόκληση με την τεχνολογία SDN, όσο παράλληλα οι πάροχοι και επιχειρήσεις θα επωφελούνται, καθώς οι νέες αυτές υπηρεσίες θα αυξήσουν τα έσοδα και θα μειώσουν τα κόστη τους. The rapid rise in popularity of the internet over the last decade has made it clear that meeting the market demands of the future is almost impossible with the use of established networking architectures. Therefore, there is a need to develop new networking architectures with increased capabilities that can effectively serve the needs of the future users, while favoring the creation of new efficient services. Software Defined Networking (SDN) technology is the key to solving the above problem. This technology is an emerging networking architecture in which the control plane is separated from the data plane and is directly programmable. This transfer of control from the network devices to the computing machines enables the underlying infrastructure to be detached from the implementation of applications and network services. The network will now be treated as a logical or virtual entity, while the controller will be responsible for controlling and orchestrating its functions. The present dissertation aims to explore SDN technology, introduce the basic principles of the architecture and then develop an SDN application using the Ryu SDN framework. The protocol and OpenFlow switches will also be presented, followed by an analysis of the operating framework of the Ryu platform presenting many of its features as well as a series of tests in a laboratory environment that demonstrate the mentioned functions of the controller. In short, SDN technology offers a host of new services and applications that are easy to develop, implement and operate. Applications and features that seem impossible today will simply be a challenge with SDN technology, while providers and businesses will benefit as these new services will increase revenue and reduce costs.