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|title=Software-Defined Networking in Chilean Network: Features, Challenges and a Disaster-Resilient Network Design Approach
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==Software-Defined Networking in Chilean Network: Features, Challenges and a Disaster-Resilient Network Design Approach==
https://ceur-ws.org/Vol-1727/ssn16-final3.pdf
Software-Defined Networking in Chilean Network:
Features, Challenges and a Disaster-Resilient Network
Design Approach
Camila Faúndez Orellana
NIC Chile Research Labs
Departamento de Ciencias de la Computación, Universidad de Chile
camila.faundez@ug.uchile.cl
únicamente en base a ella. Al no detectar el problema,
no se pueden tomar acciones al respecto.
Resumen Las redes definidas por software (SDN), proponen
una nueva arquitectura de red que separa el plano de
Natural disasters in Chile are common. The- control del plano de datos (originalmente juntos en ca-
se not only damages population and cities, da nodo de las redes tradicionales), moviendo el prime-
but also the network. These events can des- ro a un controlador externo que monitorea un conjunto
troy most devices in a scpecific geographi- de nodos de la red. Por cada nuevo flujo de informa-
cal area, affecting people communication and ción, el controlador decide la ruta que tomará en base
many network based application. This paper al estado de la red monitoreada.
proposes the use of SDN to improve network Esta caracterı́stica de SDN, el tener una visión glo-
resilience and quality of service in the chilean bal y actualizada de la topologı́a de red, permitirı́a de-
network. Features, challenges and existing re- tectar fallas (nodos y enlaces caı́dos) y tomar medidas
levant studies are analyzed in order to unders- con base en ellas. Es por esto que se propone evaluar
tand the actual development of SDN in this la factibilidad de implementación de SDN sobre la red
area and, in a future work, design a disaster- de Internet chilena para mejorar su resiliencia y man-
resilient chilean network with software-defined tener una buena calidad de la comunicación en casos
networking. de desastres naturales.
1. Introducción 2. Análisis
Chile es un paı́s altamente susceptible a desastres En esta sección se detallarán los beneficios y mejo-
naturales: terremotos, maremotos, erupciones volcáni- ras que traerı́a la implementación de SDN en la red
cas y aluviones son sólo algunas entre las que se pue- nacional, y ası́ como también las dificultades y aspec-
den mencionar. Estas catástrofes provocan daños en tos a considerar.
grandes zonas, afectando negativamente no sólo a la
población, sino también a las redes de Internet. 2.1. Beneficios
Los daños en grandes áreas provocados por los
desastres naturales generan caı́das masivas de rutas y Como arquitectura, SDN presenta numerosos be-
nodos de la red. Un ejemplo de ello es el terremoto de neficios si se la compara con una red tradicional [1].
Chile del 27 de febrero de 2010, donde la conectividad Además de las ventajas intrı́nsecas que SDN provee, se
nacional falló. El problema es que la infraestructura de presentan otros beneficios que motivan la implemen-
red actual no es capaz de detectar esta situación debi- tación de SDN sobre la red de Internet chilena para
do a que cada nodo trabaja de manera independiente: mejorar su resiliencia en situaciones de desastre.
sólo conoce su tabla de rutas y reenvı́a la información Un beneficio conocido es que la separación del plano
de control del plano de datos y la existencia de una
Copyright c by the paper’s authors. Copying permitted for pri- entidad centralizada con visión global de la red co-
vate and academic purposes. mo el controlador permite una fácil administración y
mantención de la red [1]. Sin embargo esto tiene otra antes de diseñar el plan de migración.
aplicación de interés: el controlador puede detectar la
caı́da de nodos o enlaces de la red, es decir, es capaz de 2.3. Estudios existentes
identificar las zonas afectadas por un desastre natural.
En los últimos años se han realizado numerosos es-
Esto es posible gracias a la conexión directa que tiene
tudios sobre la implementación de SDN y también se
el controlador con cada uno de los nodos de la red.
han desarrollado nuevas funcionalidades sobre esta ar-
Como el controlador además maneja el plano de quitectura. En esta sección se destacan algunos estu-
control, puede cambiar las tablas de flujo de los nodos dios relevantes a la discusión que deben considerarse al
de manera dinámica. Esto es de utilidad en situacio- momento de rediseñar la red de Internet chilena usan-
nes de desastre: las zonas afectadas por un desastre no do SDN.
son previsibles y pueden cambiar rápidamente con el F.J. Ros y P.M. Ruiz desarrollan un algoritmo
tiempo. El ser capaz de modificar las tablas de flujo, heurı́stico que resuelve el problema Fault tolerant con-
en conjunto con la visión global de la red e identifica- troller placement (FTCP) [3]. Este algoritmo recibe
ción de nodos o enlaces caı́dos, permite redireccionar como parámetro un grafo que representa la topologı́a
los flujos de información para que eviten dichos enlaces de red y permite resolver cuántos controladores se ne-
y nodos. cesitan, dónde deben ser ubicados y cuáles nodos de
Sobre esta funcionalidad se pueden realizar optimi- la red están bajo el control de cada uno. Las pruebas
zaciones para mejorar la calidad de la comunicación. realizadas por los autores permiten concluir que para
Ejemplos de ello son la priorización de paquetes rela- lograr un mayor nivel de fiabilidad de la red, es necesa-
cionados a las zonas afectadas o la redirección de flujo rio un mayor número de controladores. Esto se acentúa
no sólo para evitar zonas caı́das, sino también para aún más en redes no redundantes.
evitar la saturación de las conexiones. Estas optimiza- A. Xie, X. Wang, W. Wang y S. Lu proponen una
ciones serán revisadas en la sección 2.3. arquitectura de red basada en SDN que mejora la fia-
bilidad de la red frente a desastres naturales [4]. Para
2.2. Dificultades ello se necesita una topologı́a de apoyo previamente di-
señada sobre la cual su algoritmo pueda redireccionar
En la actualidad SDN se utiliza casi exclusivamen-
el flujo de información de la red. Si bien no considera
te en redes internas de universidades o data centers.
variables como el control de congestión, prueba que la
Las principales dificultades por las cuales no se ha im-
red se mantiene efectivamente conectada.
plementado en redes de área amplias (WAN) ya han
K. Ogawa y N. Yoshiura describen los problemas a
sido estudiadas [2], aquı́ se presentarán las dificultades
los que se enfrentan los centros de control de redes y
especı́ficas que es necesario combatir para la imple-
proponen métodos para solucionarlos [5]. Además pro-
mentación de SDN en la red de Internet chilena.
ponen un método para mantener la calidad de la comu-
La migración de una red tradicional a SDN se re-
nicación frente a desastres: la priorización de paquetes
conoce como uno de los principales desafı́os [1]. Es-
relacionados con las áreas afectadas por el desastre.
to se debe a diferentes factores, siendo uno de ellos
Esto se logra mediante la asignación de un identifica-
la inclusión de los controladores en la red. Para ello
dor a los paquetes provenientes o con destinos a dichas
deben considerarse distintos aspectos: definir el núme-
zonas. La identificación de los paquetes se logra revi-
ro de controladores que serán necesarios, el poder de
sando la dirección IP (Internet Protocol address) de
procesamiento que debe tener cada uno, la ubicación
origen y destino del mismo. La eficacia del método se
geográfica óptima de dichos controladores, a cuáles no-
basa en asignar correctamente los identificadores de
dos de la red se debe conectar cada uno, etc. Todos
prioridad, sin embargo la sola revisión de las direccio-
estos factores influyen en la eficiencia y desempeño de
nes IP no es suficiente y puede conducir a errores. Para
la red, y cabe destacar que dependen totalmente de
ello proponen mejorar el método revisando el conteni-
la red sobre la cual se quiere implementar la nueva
do de los paquetes en un trabajo futuro.
arquitectura.
Cada uno de estos estudios, por separado, resuelven
Dado que en Chile la topologı́a de red de las ISP
problemas especı́ficos de la implementación de SDN en
(Internet Service Provider) no es pública, realizar un
la red chilena o proponen funcionalidades que permi-
estudio de la implementación de SDN sin el apoyo de
ten mejorar la resiliencia y calidad de la comunicación
ellas no será fácil. Si bien se puede realizar el estu-
frente a desastres.
dio sobre aproximaciones de la topologı́a de la red, los
resultados podrı́an no ser óptimos.
También es necesario conocer el hardware utilizado
3. Conclusiones y trabajo futuro
por las ISP, puesto que preguntas como ¿los nodos de Este artı́culo presenta los beneficios que traerı́a la
la red soportan protocolos SDN? deben ser resueltas implementación de SDN en las redes de Internet chile-
na, en términos de resiliencia y calidad de la comuni-
cación, en situaciones de desastres naturales o caı́das
masivas de nodos o enlaces de la red. También se des-
criben las dificultades especı́ficas de implantar la ar-
quitectura en Chile. Finalmente, se presentan estudios
relacionados que resuelven problemas concretos y es-
tudios que proponen funcionalidades que optimizan el
desempeño de la red ante los desastres mencionados.
Todos estos aspectos deben considerarse para redi-
señar la red de Internet chilena utilizando SDN. Los
estudios muestran que SDN es una alternativa para
desarrollar una red de Internet tolerante a fallas, sin
embargo no se ha propuesto un sistema completo que
considere todos los factores mencionados, ni las opti-
mizaciones, ni las funcionalidades deseadas.
Éste es el desafı́o propuesto y mi trabajo futuro: di-
señar este sistema para las redes de Internet chilenas y
luego realizar la implementación de un prototipo de di-
cho sistema en un simulador de redes, para ası́ realizar
una evaluación de la efectividad del sistema.
3.0.1. Reconocimientos
Mis estudios de postgrado son financiados por
CONICYT-PCHA/Magı́sterNacional/2016-22161328.
Referencias
[1] Raphael Horvath, Dietmar Nedbal, and Mark Stie-
ninger. A literature review on challenges and
effects of software defined networking. Procedia
Computer Science, 64:552–561, 2015.
[2] Sakir Sezer, Sandra Scott-Hayward, Pushpin-
der Kaur Chouhan, Barbara Fraser, David Lake,
Jim Finnegan, Niel Viljoen, Marc Miller, and Nav-
neet Rao. Are we ready for sdn? implementation
challenges for software-defined networks. IEEE
Communications Magazine, 51(7):36–43, 2013.
[3] Francisco J Ros and Pedro M Ruiz. On reliable
controller placements in software-defined networks.
Computer Communications, 77:41–51, 2016.
[4] An Xie, Xiaoliang Wang, Wei Wang, and San-
glu Lu. Designing a disaster-resilient network
with software defined networking. In 2014 IEEE
22nd International Symposium of Quality of Ser-
vice (IWQoS), pages 135–140. IEEE, 2014.
[5] Koichi Ogawa and Noriaki Yoshiura. Network ope-
rational method by using software-defined networ-
king for improvement of communication quality at
disasters. In Network Operations and Management
Symposium (APNOMS), 2014 16th Asia-Pacific,
pages 1–4. IEEE, 2014.