Flexible Traffic Management in Broadband Access Networks using Software Defined NetworkingGerenciamento flexível de tráfego em redes de acesso a banda larga utilizando Redes Definidas por SoftwareJulius Ruckert, Roberto Bifulco, Muhammad Rizwan-UI-Haq, Hans-Joerg Kolbe e David HausheerNOMS 2014

Benevid Felix SilvaUniversidade Federal do Paraná

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Introdução

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IntroduçãoProblema

Contribuições

Fundamentos

Trabalhos relacionados

Arquitetura propostaBenefícios

Implementações realizadas

Ambiente de teste

Resultados obtidosConclusões

Trabalhos futuros

Indicações positivasIndicações de melhorias

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Introdução

• Aumento do acesso aos serviços de banda larga– 72% residências na Europa– Brasil?– Introdução de novas tecnologias• xDSL (ADSL, ADSL2, etc)• Acesso por fibra ótica• Acesso sem fio (WIFI, 3G, WiMAX, LTE)

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Introdução(cont.)

• Oferecimento de novos serviços– IPTV (mínimo ~4 Mb)– Vídeo sob demanda– Video conferência– Voz sobre IP (VoiP)– Serviços em nuvem (dropbox)

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Introdução(cont.)

• No Brasil?– 23,116 milhões de assinantes– 35,39% das residências– 57,88% xDSL (13,378 Milhões)

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Fonte: Veja,2014Fonte:info.abril.com.br/

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Rede ISP

Problema

• Rede ISP– Tráfego é agregado em um único ponto (BRAS)

• Gerenciamento dos assinantes• Conteúdo e serviços providos pela rede local do ISP são

fracamente gerenciados

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Tráfego Agregado

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Servidor de Acesso Remoto (BRAS)

Roteadores residenciais (HGW)

Contribuições

• Arquitetura para rede de acesso baseada em SDN– Qual rede de acesso? do provedor de serviço (ISP)– Porque? Único ponto de Agregação (BRAS)

• Configuração dinâmica e flexível do tráfego– HGW habilitado com SDN– ISP otimiza o tráfego– Como?

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Fundamentos

• Como funciona o serviço tradicional?– Linha Digital do Assinante (DSL - Digital Subscriber Line)– Protocolo PPPoE

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PPPoE/PPP

VLANs

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Trabalhos Relacionados

• Yakoumis et al.– Priorização do tráfego através do ISP

• Nick Feamster– Atribuir a terceiros o gerenciamento da rede

doméstica

• Mortier et al.– Prover controle facilitado para o usuário doméstico– Roteadores sem fio habilitados com SDN;

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Arquitetura Proposta

• Adaptar a rede de acesso entre o HGW e o BRAS com SDN/OpenFlow– Roteadores e DSLAN habilitados com SDN– Um controlador SDN com visão geral da rede

• Controlar os fluxos e aplicar as políticas

• O BRAS fica livre de muitas funções– Aplicação das políticas– Monitoramento do Tráfego

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Arquitetura Proposta• Modelo visual da arquitetura

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Arquitetura Proposta

• A arquitetura possui dois elementos chaves– Gerenciamento da sessão do assinante

• Mantém o modelo da arquitetura tradicional (sessões PPPoE)

• Monitoramento da sessão– contabilização, políticas do assinante

• BRAS (Autenticação, Autorização e Contabilização)

BRASHGW

Sessão PPPoE

Controlador

Informa sobre a sessãoe as políticas Rede de acesso

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IP único

Arquitetura Proposta• Gerenciamento do tráfego

– Tradicional utiliza VLANs• DSLAN usa Tags para identificar o tráfego do assinante direcionado

ao BRAS• BRAS remove as tags e aplica as políticas (ex. controle do tráfego)

– Utilizando o controlador SDN• Controle do encaminhamento dos fluxos• Adicionar/deletar/modificar as regras nos dispositivos

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Arquitetura Proposta• Três classes de fluxos na rede

– Tráfego de estabelecimento de sessão

BRASHGW

Fluxo de sessão

Rede de acesso ISP

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Arquitetura Proposta• Tráfego interno

• Entre o assinante e a rede de acesso

Controlador

Rede de acesso ISP

HGW BRAS

Túnel PPPoE

conexão IPoE

Servidor de Conteúdo

Decisão de encapsular

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DSLAN

Arquitetura Proposta• Tráfego Externo

ControladorRede de acesso ISP

HGW BRAS

Túnel PPPoE

conexão IPoE

Políticas, ro

tas

Internet

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DSLAN

Arquitetura Proposta• E o tráfego que não passa pelo BRAS?

– Como é contabilizado?

Rede de acesso

HGW

Servidor de Conteúdo

HGW

HGW

BRAS

Internet

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DSLAN

Quais são os benefícios?• Permite alcançar baixa latência e alta vazão para

serviços sensíveis (ex. IPTV)• Acesso a conteúdo local sem a necessidade de

utilizar mecanismos adicionais de Autenticação, Autorização e contabilização.

• Controle flexível e detalhado da rede– Aplicar QoS e controle do tráfego– Acesso P2P e Distribuição de conteúdo Multicast

Rede de acessoHGW

Servidor de Conteúdo

HGW

HGW

BRAS

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Internet

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Implementações Realizadas

Conexão PPoE

OK

RequisitaConfigurações

Informa conf.Fluxos IPoE

• Três componentes principais (HGW, BRAS, Controlador)– Gateway Residencial (HGW)

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Implementações Realizadas• BRAS– Dois componentes

• PPP Server• BRAS-to-SDN Controller

– Duas funções• Conclusão de uma sessão PPP• Comunicação com o controlador SDN para atualizar o estado

das sessões.

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Controlador

Rede de acessoHGW BRAS

PPP Server

BRAS-SDN

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Implementações Realizadas• Controlador– SDN application

• Utilizado para configurar e modificar um fluxo em um dispositivo OpenFlow

– HGW Listener• Ex. Estabelecimento de sessão

– BRAS Listener• Atualizar o estado da conexão (sessão) junto ao BRAS

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• Uso de dois testbeds– Físico• Objetivo de avaliar a taxa de sessões

estabelecidas

Ambiente de Teste

PF5240

1000/s ClickOS

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• Virtual• 5 máquinas virtuais emulando a rede de acesso

– Implementa HGW e DSLAN, – rede OpenFlow com 4 switches (utilizando mininet)– 1 servidor de conteúdo (cache)– BRAS

• 1 máquina física para hospedar o controlador

Ambiente de Teste

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• Taxa de sessões estabelecidas

Resultados Obtidos

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• Escalabilidade do Controlador (HGW Listener)• Pooling reduz o número de conexões simultâneas• Aumenta o intervalo pooling diminui conexões ativas• Maior a duração Mais conexões ativas

Resultados Obtidos

15s (8s)

20s (4s)15s (1s)

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Cenário Real

• Escalabilidade dos dispositivos SDN• Avaliar a taxa de atualização das regras DSLAN• 1000 assinantes por DSLAN• Ex. média 10 regras x 1000 → 10.000/50 → 200s• Arquitetura proposta

– Requer apenas uma regra por assinante– 1 regras x 1000 → 1000/50 → 20s

Resultados Obtidos

HGW

HGW

HGW

µ=50 regras/s

λ=10.000 regras/s

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Conclusões do Artigo• Arquitetura para rede de banda larga– Evolução do modelo atual– Fornece suporte flexível a serviços

avançados• Baseados em conteúdo (ex.IPTV)

– Mantém o BRAS p/ gerenciar sessões• Retira a sobrecarga do BRAS através com o

controlador SDN– Abordagem é aplicável em redes com

grandes bases de usuários

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}Como!

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Trabalhos Futuros

• Avaliar desempenho (componentes adicionais e do conjunto como um todo)

• Analisar aspectos de segurança que não foram considerados

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Indicações Positivas

• A arquitetura proposta facilita a tarefa de gerência– Evidenciado pela abordagem SDN

• Gerenciamento dos fluxos– Rede interna dos ISP

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Indicações de Melhorias• A avaliação da escalabilidade do DSLAN

precisa ser detalhada– Através de uma avaliação experimental

• Avaliar o encaminhamento dos fluxos para rede de acesso e P2P

• Incluir o BRAS com uma função de rede virtualizada (como nos tests)

• Interface de acesso para o usuário priorizar o tráfego desejado

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Perguntas?

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