Uma solução simples para o problema de alocação de controladores SDN é alocar um único controlador na rede (Figura 4.1), onde há apenas uma visão global da rede, tornando o processo de gerenciamento mais simples.
Figura 4.1. Alocação de um único controlador
Por outro lado, um controlador único é um potencial ponto de falha sujeito a sobrecargas e problemas de escalabilidade. Ao contrário de alocar um único controlador, ter múltiplos controladores para a rede é benéfico do ponto de vista de confiabilidade da rede, escalabilidade e desempenho. No entanto, um número maior de controladores pode ocasionar um custo mais elevado devido ao custo de distribuir mais máquinas sobre a rede, gastos com licenças de software, eletricidade e manutenção. Nesse contexto, um correto mapeamento de controladores SDN num processo de migração para esse paradigma é fundamental para evitar custos e problemas adicionais no futuro.
4.3.1 Controlador SDN
O plano de controle centralizado num controlador SDN permite uma visão única e global da rede, trazendo benefícios como um conjunto de políticas menos propensas a erro, configurações de dispositivos de baixo nível mais simples e adaptações dinâmica da rede. O controlador SDN, ou eventuais aplicações executadas sobre o controlador, são responsáveis por atualizar a tabela de encaminhamento de cada roteador/switch da rede. Essa abordagem permite que novas funcionalidades sejam implementadas simplesmente pela adição de novas peças de software (aplicações) que realizam o gerenciamento da rede através do controlador SDN. Consequentemente, uma rede SDN tem uma camada de abstração que permite a implementação de uma variedade de algoritmos como, por exemplo, balanceamento e classificação de tráfego com base em restrições definidas pelo operador de rede. Portanto, é comum se referir a controladores SDN como um sistema operacional de rede (Nunes, Bruno Astuto A. et al, 2014).
Em um cenário de implantação real é improvável que cada controlador SDN receba a mesma carga de fluxos e tenham a mesma capacidade. Consequentemente, assumimos que cada controlador SDN pode ter uma capacidade diferente. Em resumo, a capacidade do controlador e a capacidade da rede têm um efeito direto sobre o tempo de configuração de fluxo entre switch e controlador (flow setup time) (FERNANDEZ, 2013). Além disso, em certos cenários, os nossos resultados mostram que devido à restrição de tempo de instalação de fluxo, é impossível cobrir toda a rede com um único controlador, independentemente da capacidade do controlador.
Um tempo de configuração de fluxo de 10ms pode adicionar um atraso de 10% em fluxos de curta duração (TOOTOONCHIAN et al., 2012). Assim, é importante considerar um cenário com controladores com capacidades diferentes e consequentemente diferentes custos. O software do controlador também é importante, como exemplo, o controlador NOX-MT pode manipular 2,5 milhões de fluxos/segundo, enquanto o controlador Beacon pode lidar com 4 milhões de fluxos/segundo utilizando o mesmo hardware (SHAH et al., 2013). Neste contexto, é natural supor que um controlador mais caro (combinação de hardware e software) terá um desempenho melhor para gerenciar um maior número de switches que um controlador mais barato.
Assim, neste novo paradigma, surgem algumas perguntas de pesquisa: (1) quantos controladores são necessários para cobrir uma rede? (2) qual é a melhor posição de alocação para cada controlador SDN? (3) qual é o custo de cada controlador?
(4) qual deve ser a capacidade de cada controlador SDN? (5) quais são as características de uma topologia que têm impacto sobre o custo de cobertura da rede?
4.3.2 Quanto custa um controlador SDN?
Grandes fornecedores de dispositivos de rede, como HP21, Alcatel22, Juniper23 e
VMware24 entraram forte no mercado de SDN fornecendo switches OpenFlow,
controladores SDN ou soluções completas de SDN. O custo atrelado a uma migração de uma rede tradicional para uma rede SDN exige um investimento considerável (CAPEX - despesas de capital) devido à grande mudança realizada na rede. Incidindo sobre esse custo, do ponto de vista apenas do controlador SDN, podemos destacar duas categorias importantes: (1) hardware e (2) software.
Há diversas opções de software gratuitos para controladores SDN tais como NOX, POX, Floodlight e OpenDayLight, bem como soluções proprietárias como o controlador HP VAN SDN. O problema relacionado a controladores gratuitos é a falta de suporte e atualizações. Por outro lado, uma solução proprietária como a oferecida pela HP tem um custo adicional por licença de 50 switches/controlador de $4.990,00 dólares (custo de software). Ou seja, à medida que aumenta o tamanho da rede, o custo também sobe. A HP recomenda que os requisitos mínimos do sistema sejam: 8 GB de RAM; 64 GB de HD; adaptador de rede Ethernet Gigabit (custos de hardware). Dessa forma, o custo de um controlador SDN depende de sua capacidade e de quantos switches ele irá controlar. Obviamente, o desempenho do controlador SDN dependente da capacidade do
hardware subjacente que está sendo utilizado. Assim, é razoável estimar que o
controlador SDN custa alguns milhares de reais (custo de hardware e software). Como mencionado anteriormente, um controlador SDN é um ponto estratégico importante de controle na rede. Decidir onde alocar os controladores SDN, quais switches são controlados por cada controlador SDN (estimando sua capacidade) e quantos controladores são necessários são questões importantes a fim de minimizar o custo e melhorar o desempenho da rede. A Figura 4.2 retrata esse processo de decisão exibindo uma topologia com três controladores SDN e seus respectivos domínios.
21http://h17007.www1.hp.com/us/en/networking/solutions/technology/sdn/ 22http://www.alcatel-lucent.com/solutions/software-defined-networking 23https://www.juniper.net/us/en/dm/sdn/
Figura 4.2. Topologia com múltiplos controladores SDN
Por fim, como dito anteriormente, a disposição dos controlares SDN afeta o tempo de configuração de um fluxo entre o controlador e o switch. Portanto, devido a restrições de tempo de comunicação mínimo entre controlador e switch, em alguns casos, torna-se impossível cobrir toda a rede com um único controlador, mesmo que um controlador possua capacidade suficiente para controlar toda a rede.