COLLECTING DATA ABOUT THE TOPOLOGY AND PERFORMANCE PARAMETERS OF AN OPENFLOW NETWORK

Zamisel o programsko definiranem omreževanju (ang. Software defined networking - SDN) temelji na ločitvi funkcionalnosti, ki se nanašajo na nadziranje procesa podajanja omrežnega prometa v omrežnih napravah (v nadaljnjem besedilu nadzorna ravnina) od samih usmerjevalnikov in stikal, ki so odgovorni za dejansko podajanje prometnih tokov (v nadaljnjem besedilu podatkovna ravnina). Današnje omrežne naprave imajo zaradi uporabe dinamičnih protokolov (npr. EIGRP, OSPF, ...) definirano množico pravil za usmerjanje in podajanje paketov, nad katerimi omrežni operaterji nimajo zadostne ravni nadzora. Zato je zelo pomembno in učinkovito dati prednost paketom, ki prenašajo multimedijske podatke, nad tistimi, ki pošiljajo podatke z \u27nizko\u27 prioriteto (e-pošta, prenos datotek, ...). Cilj magistrske naloge je proučiti specifikacijo OpenFlow (OF), način njene izvedbe v okviru sistema IMUNES (Integrated Multiprotocol Network Emulator/Simulator), razvitega na Fakulteti za elektrotehniko in računalništvo v Zagrebu [7], ter programske rešitve, namenjene za simulacijo in emulacijo omrežne topologije. Poleg tega je treba analizirati mehanizme za zbiranje podatkov o topologiji in parametrih zmogljivosti omrežja OF, predložiti model izbranih mehanizmov v OF-omrežju in razviti programsko implementacijo tega modela za IMUNES. Glavni element emulatoja je virtualno vozlišče. To je primerek omrežne plasti in nič ali več medsebojno povezanih uporabniških procesov. Virtualna vozlišča so kopije plasti TCP/IP v gostiteljskem računalniku in podpirajo enake funkcije kot pravi operacijski sistem (tabele usmerjanja, požarni zid, ...). V okviru SDN-specifikacij OF definira komunikacijski protokol drugega sloja med centraliziranim krmilnikom (odgovornim za sprejemanje odločitev o podajanju) in omrežnimi napravami. Tak pristop omogoča krmilniku, da lahko nastavlja pravila o podajanju na osnovi toka (ang. per-flow basis). Komunikacija s krmilnikom se lahko opravlja z uporabo varnega kanala ali TCP-povezavo za vsako vozlišče znotraj omrežja. Krmilnik Floodlight je bil izbran zato, ker s svojo modularno arhitekturo omogoča razvoj novih funkcij in ima veliko možnosti za nadgradnjo. Poleg tega večina raziskovalcev, ki so zainteresirani za razvoj OF, uporablja krmilnik Floodlight, in zaradi tega obstaja o njem veliko dokumentacije. Open vSwitch (OVS) je izbran zaradi izčrpne dokumentacije, relativno pogostega posodabljanja, podpore za Floodlight in OF in ker obstaja različica, ki je posebej prilagojena za operacijski sistem FreeBSD. Če upoštevamo problem sprejemanja odločitev o posredovanju za različne medijske tokove, ki pripadajo neki večpredstavnostni seji, in dodeljevanja optimalnih poti skozi omrežje v smislu dosežene zmogljivosti, je ključno vprašanje zbiranje in upravljanje podatkov o topologiji omrežja in zmogljivosti povezav. Poleg tega parametri o zmogljivosti zagotavljajo informacijo o stanju omrežja in lahko vključujejo prepustnost, zakasnitev, trepetanje in verjetnost napake/izgube paketa. Da bi centralizirani krmilnik lahko sprejemal odločitve o primernih poteh skozi omrežje za vsak medijski tok, mora pridobiti informacije o topologiji omrežja in parametrih zmogljivosti za vsako povezavo. To zahteva načrtovanje in izvedbo takšne rešitve, ki bo sposobna zbrati podatke o zmogljivosti in topologiji iz več omrežnih naprav. Cilj izvedbe je bil učinkovito zbirati podatke o številu izgubljenih paketov in izračunati relativno izgubo paketov v vsakem vozlišču. Testiranje je bilo izvedeno v sistemu IMUNES na virtualnih vozliščih in v virtualnem stroju. Pomembno je omeniti, da mora sistem delovati v okolju z dejanskimi napravami. Opisani model programske izvedbe skupaj z optimizacijskim algoritmom in sistemom za nadzor posredovanja definira sistem za optimizacijo poti s SDN.Software defined networking is a concept in which it is possible to separate the network control plane from the data plane of network devices, meaning that the control of the network is centralized on a controller which communicates with the lower layer devices by using the OpenFlow (OF) protocol. OF, OF-controllers and OF switches are described in this thesis, as well as the tools for collecting performance parameters. The support for collecting data about the topology of a network is developed and implemented using Floodlight REST API. The relative packet loss ratio on switch interfaces is implemented inside a Python script using sFlow technology and sFlow-RT collector. Operations, administration and maintenance (OAM) technology for delay measurement on Open vSwitch was described but not implemented, because of the support inside Open vSwitch