Alocação de redes virtuais e controladores em redes definidas por software: uma análise de custo, rede e dependabilidade

Abstract

Devido ao rápido crescimento da Internet, em poucos anos, houve o aumento da complexidade da rede e diversos desafios surgiram para sua expansão. Como exemplo, pode-se citar o fenômeno conhecido como a ossificação da Internet. Em meio a esse cenário, a virtualização de redes (Network Virtualization - NV) surgiu como uma das principais formas para superar obstáculos e tornar a rede mais flexível e eficiente. Tecnologias de virtualização como Software Defined Network (SDN) e Network Functions Virtualization (NFV) buscam, por exemplo, dar um maior poder de gerenciamento à rede, aumentando o seu grau de adaptação à novas demandas. No entanto, mesmo com as inúmeras inovações trazidas por essas tecnologias de virtualização, é importante notar que embora haja um maior poder de manipulação da rede, faz-se necessário empregar técnicas eficientes de gerenciamento e alocação de recursos capazes de manter o sistema funcional e com desempenho satisfatório. Assim, como parte desse cenário, destacamos nessa tese três problemas relacionados a virtualização de redes: (1) alocação de máquinas virtuais; (2) alocação de controladores SDN e (3) questões de dependabilidade e otimização do uso dos recursos disponíveis. Desta forma, esta tese propõe uma heurística baseada na meta-heurística GRASP (Greedy Random Adaptive Search Procedure) para alocação de redes virtuais cujo objetivo é obter uma alocação com a maior disponibilidade possível considerando um conjunto de restrições para o correto funcionamento da rede. Além disso, contemplando os recentes desafios introduzidos por Redes Definidas por Software (SDN) é proposto um modelo através de Programação Linear Inteira para o problema de alocação de controladores SDN. Considera-se controladores com diferentes capacidades e custos onde a função objetivo deste modelo busca uma solução de cobertura da rede de forma que o custo total da implantação de controladores SDN seja minimizado. Adicionalmente busca-se identificar quais características de uma rede de backbone tem influência no custo final de alocação destes controladores SDN. Por fim, de forma complementar, são desenvolvidos e validados algoritmos para realizar: (1) Balanceamento de carga entre controladores SDN; (2) Criação de caminhos entre Switches e Controladores; (3) Reposicionamento de controladores SDN de forma a minimizar o número de desconexões em caso de falha de enlaces.