Studij FER-2 Studijski program Računarstvo VI semestar Modul Telekomunikacije i informatika Predmet Lokalne mreže (preporučeni izborni predmet modula) SOFTVERSKO UPRAVLJANJE MREŽOM Marin Vukšić Željko Ilić 1 od 21
Download
Report
Transcript Studij FER-2 Studijski program Računarstvo VI semestar Modul Telekomunikacije i informatika Predmet Lokalne mreže (preporučeni izborni predmet modula) SOFTVERSKO UPRAVLJANJE MREŽOM Marin Vukšić Željko Ilić 1 od 21
Studij FER-2
Studijski program Računarstvo
VI semestar
Modul Telekomunikacije i informatika
Predmet Lokalne mreže
(preporučeni izborni predmet modula)
SOFTVERSKO UPRAVLJANJE
MREŽOM
Marin Vukšić
Željko Ilić
1 od 21
Koncept SDN (engl. Software Defined Networking)
Razvijen na sveučilištu Stanford 2008 godine.
Glavni predstavnici
Zamišljen za eksperimentalne i istraživačke svrhe na
sveučilišnim kompleksima
Odstupanje od tradicionalne mrežne arhitekture
Nick McKeown (Stanford)
Martin Casado (Stanford)
Scott Shenker (Berkeley)
Logiku usmjeravanja paketa određuje upravljač (engl. controller)
Organizacija ONF (engl. Open Networking Foundation) 2011.
godine preuzima standard SDN za daljnju nadogradnju
2 od 21
Zahtjevi nove mrežne arhitekture
Mehanizmi za kvalitetno upravljanje i nadzor mreže
Bolje performanse mrežnog prometa
Veća propusnost mreže
Brže procesiranje i obrada podataka
Dodavanje pravila kod korištenje mreže
Upravljanje (engl. management) mrežom je lakše od upravljanje pojedinačnim
uređajima
Centralizirani nadzor mreže
Veća otpornost i brza detekcija kvarova
Pravila pristupa (engl. access control lists, ACL)
Kvaliteta usluge (engl. Quality of Service, QoS)
Sigurnost komunikacije
Nezavisnost proizvođača
Proizvođači mrežnih uređaja ne definiraju vlastiti način konfiguriranja
3 od 21
Arhitektura SDN-a
Definicija SDN-a:
Troslojna mrežna arhitektura
SDN je fizičko razdvajanje upravljačke ravnine (engl. control plane) od
podatkovne ravnine (engl. forwarding plane), gdje pritom upravljačka
ravnina upravlja s više uređaja.
Aplikacijski sloj
Upravljački sloj
Fizički sloj
Standardno komunikacijsko
sučelje između upravljača i
komutatora
APPLICATION
LAYER
Applications
API
CONTROL
LAYER
SDN
Control
Software
API
API
Network Services
protokol OpenFlow
INFRASTRUCTURE
LAYER
4 od 21
Dosadašnja mrežna arhitektura
Closed
App
App
App
Operating
System
App
Specialized Packet
Forwarding Hardware
App
App
App
App
Operating
System
Specialized Packet
Forwarding Hardware
App
Operating
System
App
Specialized Packet
Forwarding Hardware
App
App
Operating
System
App
App
App
Specialized Packet
Forwarding Hardware
Operating
System
Specialized Packet
Forwarding Hardware
5 od 21
Prelazak na SDN
App
App
App
Network Operating System
App
App
App
Operating
System
App
Specialized Packet
Forwarding Hardware
App
App
App
App
Operating
System
Specialized Packet
Forwarding Hardware
App
Operating
System
App
Specialized Packet
Forwarding Hardware
App
App
Operating
System
App
App
App
Specialized Packet
Forwarding Hardware
Operating
System
Specialized Packet
Forwarding Hardware
6 od 21
Doprinos odvajanja podatkovne od kontrolne od
ravnine
Operacijski sustav se izdvaja izvan uređaja i smješta na logičku
centraliziranu lokaciju
Bolji pogled na topologiju mreže
Doprinosi boljem donošenju odluka usmjeravanja i prosljeđivanja
Mogućnost bolje iskoristivost mrežnih resursa
Jednostavnost u otklanjanju kvarova (engl. troubleshooting)
Softver vs Hardver
Upravljač je nadležan za rad operacijskog sustava a ne mrežni uređaji
Softver se vremenski brže razvija
Ugrađivanje i nadogradnja softvera je brža i jednostavnija jer se vrši na
upravljaču
Konfiguraciju uređaja izvodi softver
Brža konvergencija mreže
Brže procesiranje paketa
7 od 21
Virtualizacija mreže
Apstrakcija mreže
Predstavlja samo bitne značajke
pri tome zanemarujući
pozadinske mehanizme
Ne prikazuje implementacijske
detalje (npr vlan, ACL, IP subnet)
Iz fizičke topologije dobiva se
logička (virtualna) topologija
Olakšava se implementacija
aplikacija
8 od 21
OpenFlow komutator
Tehnološka izvedba komutatora
hybridni (OpenFlow enabled)
standardni (OpenFlow only)
Razine arhitekture
OpenFlow
Switch
SW
Secure
Channel
HW
Flow Table
OpenFlow
Protocol
Controller
Upravljačka ravnina (engl. control plane)
Podatkovna ravnina (engl. data plane)
9 od 21
Tablica tokova
Zaglavlje (engl. Header)
Brojači (engl. Counters)
Usporedba (engl. match) dolaznog paketa s poljima u zaglavlju tablice
Skupljanje statistika za određene portove ili tokove
Akcije (engl. Actions)
Način na koji će se procesirati dolazni paket (npr. prosljeđivanje,
prosljeđivanje upravljaču, odbacivanje)
Header Fields
Counters
Ethernet
Actions
VLAN
IP
TCP/UDP
Ingress Port
SA
DA
Type
VID
Prority
SA
DA
Protocol
ToS
Src
port
Dst
port
Redak u tablici tokova (engl. Flow Entry)
10 od 21
Dijagram toka
Ovisno o uspješnosti pronalaska retka u tablici izvršava se
pripadajuća akcija
U slučaju ne pronalaska odgovarajućeg toka ovisno o
implementaciji komutatora paket se odbacuje ili prosljeđuje
nadležnom upravljaču
Packet in from
network
Parse header
fields
Match table 0?
Yes
Apply actions
No
Match table N?
Yes
No
- send to controller
- drop
11 od 21
Primjer određivanja toka
Port 0/2
00:0F:EA:91:04:08
00-14-22-01-23-45
192.168.4.1
192.168.1.5
87
...
OpenFlow switch
Flow Table
Ingress port
MAC src
MAC dst
IP Src
IP Dest
TCP dport
...
Instruction
Port 0/1
*
*
*
*
*
...
Port 1/1
*
*
*
*
192.168.1.0/24
*
...
Port 1/2
*
*
*
*
*
25
...
drop
*
*
00-B0-D0-86-BB-F7
*
*
*
...
Port 0/1
*
*
*
*
*
*
...
controller
Port 0/4
00:1B:63:84:45:E6
00:1C:B3:09:85:15
192.168.4.2
192.168.2.1
33
...
12 od 21
Unaprjeđenje tablice tokova
Više tablica unutar jednog komutatora
Prijelaz između tablica naredbom „go to”
Mogućnost boljeg projektiranja tokova
Unaprjeđenje akcija
OpenFlow Switch
Packet In
Ingress
port
Packet
Packet
Table 0
Table 1
Table n
Action
Set
Action
Set
Packet Out
Execute
Action Set
komutator OpenFlow v1.3.4
13 od 21
Protokol OpenFlow
Sučelje između OpenFlow komutatora i upravljača
Dolazni promet od upravljača smatra se kao lokalni
Osigurati sigurnu konekciju na TCP vratima 6633
Zaglavlje protokola
Verzija: prikaz verzije protokola
Tip poruke: vrsta poruke koja se prenosi
Duljina: ukupna duljina poruke
XID: ID transakcije paketa
Version
Type
Lenght
XID
8 bita
8 bita
16 bita
32 bita
OpenFlow Zaglavlje
14 od 21
Vrste poruka
Poruke inicirane od strane upravljača
Sinkrone poruke
Poruke usmjerene komutatoru
Features, Configuration, Modify-State, Read State, Send packets, Barrer
request, Barrer Reply
Sinkronizacija upravljača i komutatora
Hello, Echo Request, Echo Reply
Asinkrone poruke
Inicirane od strane komutatora
Packet in, Flow-removal, Port-status, Error
15 od 21
Upravljač
Logički centraliziran u mreži
Nadležan za konfiguracija tablica tokova
Re-aktivan način rada – ažuriranje tablice vrši se prilikom dolaska paketa
Pro-aktivan način rada – ažuriranje tablice prije uspostave podatkovnog
prometa
FlowVisor
Upravljač 1
Posrednik između upravljača i komutatora
Izolacija dijelova mreže za višestruke upravljače
Pripada sloju virtualizacije
Upravljač 2
FlowVisor
FlowVisor
FlowVisor
Upravljač 3
OpenFlow komutator
Upravljač 4
OpenFlow komutator
OpenFlow komutator
16 od 21
Aplikacije
Dodatna nadogradnja upravljačkih uređaja
Izvedbe aplikacija
Algoritam najbližeg puta
Balansiranje prometa
Sigurnosna kontrola s provjerom pristupa – firewall
Vizualizacija statistika komutatora
17 od 21
Prednosti SDN-a
Uvodi se virtualizacija mreže - apstrakcija
Reducira se korištenja protokola IP
Brže procesiranje paketa u mrežnim čvorovima
Jednostavno upravljanje i nadzor mreže doprinosi boljoj
iskoristivosti mreže
Kod izmjene topologije mreža brzo konvergira
Jednostavna nadogradnja kontrolnih uređaja
Primjena: računarstvo u oblaku (engl. Cloud computing),
financijske usluge – bankarstvo, Web 2.0
18 od 21
Literatura
Open Networking Foundation
SDX Central
Autori: Thomas D. Nadeau, Ken Gray
Network Innovation through OpenFlow and SDN: Principles
and Design
https://www.sdxcentral.com/
SDN: Software Defined Networks
https://www.opennetworking.org/
Autor: Fei Hu
Software Defined Networking: Design and Deployment
Autori: Patricia A. Morreale and James M. Anderson
19 od 21
Dodatak (upravljači, 1/2): Floodlight
20 od 21
Dodatak (upravljači, 2/2): OpenDaylight
21 od 21