III SBTI - Sessão 4 – Abordagem Dirigida a Modelos para o Gerenciamento de Redes Definidas por Software

Sessão 4 – Abordagem Dirigida a Modelos para o
Gerenciamento de Redes Definidas por Software
Felipe Lopes, Stenio Fernandes
{fal3, sflf}@cin.ufpe.br

Agenda
Introdução
Por que SDN é
importante?
O que é
exatamente?
SDN
Gerenciamento
SDN
MDD
Maceió, Brasil
15-17 de outubro, 2014
Abordagem
MDD-SDN
Sintaxes
Simulação
Geração e teste
de código
Considerações
Finais

Introdução
 A Internet se tornou um sistema altamente
complexo para gerenciar.
– Não muito flexível para implantar novos serviços.
 Internet Ossification.
– Oportunidade para novas técnicas:
 Network Virtualization (NV);
 Software-Defined Networking (SDN);
 Network Functions Virtualization (NFV).
Maceió, Brasil

Introdução
 SDN e sua importância:
– Eliminação da integração vertical entre o plano de
controle da rede e seu plano de dados;
– Surgimento de controladores de rede;
– Flexibilidade na rede;
– Controladores são softwares, e é possível modelar
software.
Maceió, Brasil

Introdução
 Motivação:
– Se o controlador é software, o desenvolvimento de
software é propenso à erros;
– O comportamento da rede é definido por políticas em
forma de algoritmos executados no controlador;
– Controladores ≈ Sistemas Operacionais tradicionais.
 Políticas inconsistentes e o comportamento
errôneo da rede.
Maceió, Brasil

O que é... SDN?
“É uma arquitetura emergente que é dinâmica,
gerenciável, custo-efetiva e adaptável. Esta
arquitetura separa o controle da rede e funções de
encaminhamento, permitindo que a rede seja
diretamente programável e a infraestrutura
subjacente seja abstraída para aplicações e serviços
de rede.”
Open Networking Foundation (ONF)
Maceió, Brasil

O que é... SDN?
Arquitetura tradicional. Arquitetura SDN.
Maceió, Brasil

O que é... SDN?
 Para tornar os conceitos SDN mais claros,
destacam-se algumas funcionalidades:
– Plano de controle e dados são separados;
– A rede possui um plano de controle programável;
– O controle lógico é movido para uma unidade externa
aos switches;
– Decisões de encaminhamento são baseadas em fluxo,
ao invés das baseadas em cabeçalhos/destinos;
– Plano de controle logicamente centralizado:
 Pode ser fisicamente distribuído.
Maceió, Brasil

O que é... SDN?
Visão geral da arquitetura SDN.
Maceió, Brasil

O que é... SDN?
Controladores SDN e o protocolo OpenFlow.
Maceió, Brasil

O que é... Gerenciamento SDN?
 Definição de políticas para o comportamento
correto da rede:
– Eventos de rede (ex.: aumento de tráfego, falhas de
comunicação, etc.).
Maceió, Brasil

Maceió, Brasil
• Autenticação
• Identidade do
dispositivo
• Porta de
entrada/saída
• Destino
• Quantidade
utilizada
• Taxa de tráfego
• Horários de pico
• Período de
férias
Tempo
Uso de
Dados
Fluxo Status
Domínio definido por Kim e Feamster (2013).

 Utilização de Domain-Specific Languages (DSLs)
para implementar políticas de gerenciamento.
Arquitetura SDN e o uso de DSLs.
Maceió, Brasil

Select(packets) *
GroupBy([srcmac]) *
SplitWhen([inport]) *
Limit(1)
Exemplo de sintaxe na linguagem Frenetic.
Maceió, Brasil

O que é... Model-Driven Development (MDD)?
“O paradigma MDD foca na automação de várias
tarefas complexas, tais como: suporte para
persistência de sistemas, interoperabilidade e
distribuição, tendo como objetivo subjacente a
redução da complexidade no desenvolvimento de
aplicações ou gerenciamento de ambientes
computacionais.”
Atkinson e Kuhne (2003)
Maceió, Brasil

“O paradigma MDD foca na automação de várias
tarefas complexas, tais como: suporte para
persistência de sistemas, interoperabilidade e
distribuição, tendo como objetivo subjacente a
redução da complexidade no desenvolvimento de
aplicações ou gerenciamento de ambientes
computacionais.”
Atkinson e Kuhne (2003)
Maceió, Brasil
Modelos Executáveis

 Uma das formas de seguir MDD é através de
Domain-Specific Modeling Languages (DSMLs):
– Uma DSML é uma 5-tupla:
 L = < C, A, S, MS, MC >
– Sintaxe Concreta (C): notação específica para expressar modelos;
– Sintaxe Abstrata (A): conceitos, relacionamentos, restrições de
integridade;
– Semântica do Domínio (S): formalismo matemático para descrever
o significado dos modelos;
– Mapeamento Semântico (MS): atribui conceitos ao domínio
semântico;
– Mapeamento Sintático (MC): atribui construções gráficas aos
elementos abstratos.
Maceió, Brasil

 DSML►Geração de ferramentas CASE (Computer-
Aided Software Engineering).
Maceió, Brasil

Maceió, Brasil
Visão geral MDD.

Abordagem MDD-SDN
 Aproveitamento de todo potencial de abstração
possibilitado pelas SDNs:
– Definição do escopo de domínio
no gerenciamento SDNs;
– Criação de uma DSML:
 Domínio;
 Sintaxe abstrata (meta-modelo);
 Sintaxe concreta;
 Mapeamentos;
 Geração de código.
Maceió, Brasil
• Autenticação
• Identidade do
dispositivo
• Porta de
entrada/saída
• Destino
• Quantidade
utilizada
• Horários de
pico
• Período de
férias
Tempo
Uso de
Dados
Fluxo Status

Abordagem MDD-SDN
 Utilização de frameworks para implementar a
DSML proposta:
– Para a modelagem:
 Graphical Modeling Framework (GMF), do projeto Eclipse.
Composto por Eclipse Modeling Framework e Graphical
Editing Framework (EMF).
– Para geração de código:
 Eclipse Generation Language (EGL).
 Open-source, abrangência e compatibilidade
maior em comparação com MetaEdit+ e AToM³.
Maceió, Brasil

Abordagem MDD-SDN
 Aproveitamento de todo potencial de abstração
possibilitado pelas SDNs:
– Definição do escopo de domínio
no gerenciamento SDNs;
– Criação de uma DSML.
• Autenticação
• Identidade do
dispositivo
• Porta de
entrada/saída
• Destino
• Quantidade
utilizada
• Horários de
pico
• Período de
férias
Tempo
Uso de
Dados
Fluxo Status
Meta-modelo criado para nossa abordagem (arquivo .ecore, EMF).

Abordagem MDD-SDN
Sintaxe concreta definida para a abordagem MDD-SDN (GMF Editor).

Abordagem MDD-SDN
Exemplo de mapeamento entre sintaxe concreta e abstrata.
Maceió, Brasil

Abordagem MDD-SDN
[%for (policy in Policy) {%]
[%if (policy.concession == 'Deny') {%]
try:
nb = [%=policy.condition%]
Trecho de um dos templates EGL, definidos para geração de código.
DSL subjacente: Pyretic/Python. Controlador: POX.
Maceió, Brasil
(str1,str2,str3) = nb.split(',')
(access,period) = ((str1),(str2+str3))
ip1 = [%policy.source.ip%]
ip2 = [%policy.target.ip%]
action = ((access))
if(time.strftime("%H:%M:%S") in period)
self.AddRule(ip1,ip2,action)
except:
print "Invalid Format"
[…]

Simulação
 Utilização do simulador Mininet com o controlador
POX.

Simulação
 Duas políticas:
– Controle de acesso
nos períodos especi-ficados.
– Execução do código
gerado no controlador
POX.

Simulação
 Execução do teste:
– Verificação da aplicação das políticas utilizando
comando pingall.

Considerações Finais
 Comparação com outros trabalhos:
Principais Funcionalidades
para Modelagem SDN
Miniedit VND CIM-SDN MDD-SDN
Modelar topologia SIM SIM SIM SIM
Modelar comportamento e regras NÃO NÃO NÃO SIM
Modelar aplicações NÃO NÃO NÃO SIM
Suporte para múltiplos
SIM SIM SIM SIM
controladores
Suporte para DSLs NÃO NÃO NÃO SIM
Geração de código executável SIM SIM SIM SIM
Validação NÃO NÃO SIM SIM
Elementos gráficos descritivos SIM SIM NÃO SIM
Maceió, Brasil

 Propomos o conceito de MDD-SDN para gerenciar
e desenvolver aplicações de redes:
– DSML;
– Ferramenta CASE.
 A simulação é uma prova de conceito.
 Os benefícios da proposta são vários:
– Permitir a modelagem de SDN;
– Suportar DSLs criadas para SDN;
– Gerar código executável;
– Suportar qualquer fornecedor de controlador;
– Descrever graficamente os elementos de uma arquitetura SDN;
– Validar tal arquitetura.
Maceió, Brasil

 Durante o desenvolvimento deste trabalho,
originou-se o conceito de Model-Driven
Networking (MDN).
 Direções para trabalhos futuros incluem:
– Definição formal do domínio para gerenciamento e
desenvolvimento de SDN e suas aplicações;
– Permitir transformações entre modelos:
 Inclusive code-to-model.
Maceió, Brasil

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