Proposal and Validation of New Architecture for Data Center Networks

Resumo: Assim como as grades computacionais, os centros de dados em nuvem são estruturas de processamento de informações com requisitos de rede bastante exigentes. Esta dissertação contribui para os esforços em redesenhar a arquitetura de centro de dados de próxima geração, propondo um serviço eficaz de encaminhamento de pacotes, que explora a disponibilidade de switches programáveis com base na API OpenFlow. Desta forma, a dissertação descreve e avalia experimentalmente uma nova arquitetura de redes de centro de dados que implementa dois serviços distribuídos e resilientes a falhas que fornecem as informações de diretório e topologia necessárias para codificar aleatoriamente rotas na origem usando filtros de Bloom no cabeçalho dos pacotes. Ao implantar um exército de gerenciadores de Rack atuando como controladores OpenFlow, a arquitetura proposta denominada Switching with in-packet Bloom filters (SiBF) promete escalabilidade, desempenho e tolerância a falhas. O trabalho ainda defende a ideia que o encaminhamento de pacotes pode tornar-se um serviço interno na nuvem e que a sua implementação pode aproveitar as melhores práticas das aplicações em nuvem como, por exemplo, os sistemas de armazenamento distribuído do tipo par <chave,valor>. Além disso, contrapõe-se ao argumento de que o modelo de controle centralizado de redes (OpenFlow) está vinculado a um único ponto de falhas. Isto é obtido através da proposta de uma arquitetura de controle fisicamente distribuída, mas baseada em uma visão centralizada da rede resultando, desta forma, em uma abordagem de controle de rede intermediária, entre totalmente distribuída e centralizada.Abstract: Cloud data centers, like computational Grids, are information processing fabrics with very demanding networking requirements. This work contributes to the efforts in re-architecting next generation data centers by proposing an effective packet forwarding service that exploits the availability of programmable switches based on the OpenFlow API. Thus, the dissertation describes and experimentally evaluates a new architecture for data center networks that implements two distributed and fault-tolerant services that provide the directory and topology information required to encode randomized source routes with in-packet Bloom filters. By deploying an army of Rack Managers acting as OpenFlow controllers, the proposed architecture called Switching with in-packet Bloom filters (SiBF) promises scalability, performance and fault-tolerance. The work also shows that packet forwarding itself may become a cloud internal service implemented by leveraging cloud application best practices such as distributed key-value storage systems. Moreover, the work contributes to demystify the argument that the centralized controller model of OpenFlow networks is prone to a single point of failure and shows that direct network controllers can be physically distributed, yielding thereby an intermediate approach to networking between fully distributed and centralized