Deploying and managing network services over programmable virtual networks

Abstract

Several companies and standardization bodies have attempted to define standards and find solutions for networks that support virtualization and programmability (also known as Programmable Virtual Networks - PVNs), such as Juniper Junos, Cisco ONE, OpenFlow, ETSI NFV, and IETF ForCES. These solutions provide an Execution Environment (EE) that supports the deployment of Network Applications (NetApps). However, in the case of PVNs, several tasks are complex and repetitive, mainly because the PVN owners must have an extensive knowledge of the device instructions to deploy and manage NetApps. A few years ago, Apple and Google overcame similar shortcomings by introducing online marketplaces. The successful paradigm for mobile application stores could be applied to the networking market, and this could help PVN owners to deploy and manage NetApps in their PVNs. In this thesis, we review the state-of-the-art of network programmability and virtualization, as well as discuss their main drawbacks. Following this, we analyze the historical background of marketplaces with regard to networking paradigms to define the essential design goals for a reference network marketplace. Thus, inspired by the main drawbacks and essential design goals, we propose the App2net ecosystem. App2net empowers PVN owners, who do not know the specific features of the underlying infrastructure, to deploy and manage NetApps in PVNs formed of different EEs. We conducted a case study to evaluate our ecosystem, which contains all the steps for a third-party developer to describe and publish an innovative network service. Then, we describe the main interactions for a PVN owner when deploying and managing this network service in a PVN with heterogenous EEs. Also, we implemented a prototype of App2net to evaluate the feasibility and the impact in terms of the distribution time, CPU usage, and network overhead. When the baseline results are taken into account, App2net demonstrates an ability to reduce the distribution time and the total network traffic generated. At the same time, our ecosystem increases the CPU usage (required to execute it) and also had minimal network overhead.

Várias empresas e órgãos de normalização têm tentado definir padrões e buscar soluções para redes que suportam virtualização e programabilidade (também conhecidas como Redes Virtuais Programáveis - Programmable Virtual Networks - PVNs), tais como Juniper Junos, Cisco ONE, OpenFlow, ETSI NFV e IETF ForCES. Essas soluções fornecem um ambiente de execução (Execution Environment - EE) que suporta a implantação de Aplicações de Rede (Network Applications - NetApps). No entanto, no caso das PVNs, diversas tarefas são complexas e repetitivas, principalmente porque os proprietários de PVNs devem ter um amplo conhecimento das instruções dos dispositivos para implantar e gerenciar os NetApps. Há alguns anos, a Apple e o Google superaram deficiências semelhantes ao introduzir lojas on-line. O paradigma de sucesso das lojas de aplicativos móveis poderia ser aplicado ao mercado de redes, e isso poderia auxiliar os proprietários de PVN a implantar e gerenciar NetApps em suas PVNs. Nesta tese, nós revisamos o estado da arte da virtualização e programabilidade de redes, bem como discutimos as suas principais desvantagens. Em seguida, nós analisamos o histórico das lojas em relação aos paradigmas de rede para definir os objetivos essenciais de projeto para uma loja de rede de referência. Assim, inspirados pelas principais desvantagens e pelos objetivos essenciais de projeto, nós propomos o ecosistema App2net. O App2net capacita os proprietários de PVN, que não conhecem os recursos específicos da infraestrutura subjacente, a implantar e gerenciar NetApps em PVNs formadas por diferentes EEs. Nós conduzimos um estudo de caso para avaliar nosso ecosistema, o qual contém todos os passos para um desenvolvedor terceirizado descrever e publicar um serviço de rede inovador. Então, nós descrevemos as principais interações para um proprietário de PVN, ao implantar e gerenciar este serviço de rede em uma PVN com EEs heterogêneos. Ainda, nós implementamos um protótipo do App2net para avaliar a viabilidade e o impacto em termos do tempo de distribuição, uso de CPU e sobrecarga da rede. Quando os resultados de base são considerados, App2net demonstra uma habilidade para reduzir o tempo de distribuição e o tráfego total de rede gerado. Ao mesmo tempo, nosso ecosistema incrementa o uso da CPU (necessário para executá-lo) e também teve uma sobrecarga de rede mínima.