O software de controle do NOX é executado em um PC e gerencia as tabelas de encaminhamento de vários switches. Ele exporta uma interface de programação através da qual vários programas de rede (chamados de aplicações) podem ser executados. Estas aplicações podem monitorar os eventos da rede, ter acesso ao tráfego, controlar decisões de encaminhamento do switch, entre outras ações.
O NOX é capaz de realizar suas tarefas de maneira escalável, operando sobre fluxos de rede (ao invés de pacotes individuais). Para cada novo fluxo na rede, o primeiro pacote é enviado para NOX que repassa para aplicações interessadas. Os aplicativos podem determinar se, e como, transmitir o fluxo na rede, coletar estatísticas, modificar os pacotes no fluxo (por exemplo, adicionando uma tag VLAN) ou decidir analisar outros pacotes dentro do mesmo fluxo. Há sempre duas versões do NOX:
Master (estável): versão estável e que a maioria das modificações são correções de erros.
Destiny (instável]): onde novas funcionalidades são experimentadas.
Atualmente, o NOX clássico (C++/Python) foi separado em NOX (Somente C++) e POX (NOX somente Python), o PMIPFlow foi desenvolvido utilizando-se o NOX clássico (em C++).
3.5
Virtualização e Criação de Fatias (Slices)
Um dos benefícios da utilização do OpenFlow é a possibilidade de criação de fatias ou slices, através do framework FlowVisor (R. Sherwood, G. Gibb, K. Yap, G. Appenzeller, N. McKeown, and G. Parulkar, 2009). Dividir a rede em slices traz grandes benefícios como isolamento da rede, priorização de serviços e facilidade de gerenciamento. Inicial- mente, a criação de slices foi pensada para redes cabeadas, porém, essa ideia também pode ser aplicada em ambientes sem fio. A Figura 3.3 mostra que um usuário utilizando um serviço de vídeo conferência pode ser alocado em um slice com maior prioridade e um usuário navegando na web em outro, com menor prioridade. Desta forma, é possível criar slices e alocar usuários de acordo com as restrições de QoS das aplicações que rodam em seu dispositivo móvel.
O FlowVisor é um controlador OpenFlow especial que atua como uma camada transparente entre o comutador OpenFlow e múltiplos controladores. Atuando desta forma, o FlowVisor pode criar fatias de recursos na rede e delegar cada fatia para um controlador diferente. Esses slices podem ser definidos de várias formas: por portas, por
CAPÍTULO 3. REDES DEFINIDAS POR SOFTWARE E OPENFLOW
SLICE 2 (Prioridade Média) SLICE 1 (Prioridade Alta)
SLICE 3 (Prioridade Baixa) Usuário 1 (Videoconferência) Usuário 2 (VoIP) Usuário 3 (Web) Usuário 1 Usuário 2 Usuário 3
Figura 3.3: Criação de fatias centradas no usuário
endereços IP de origem ou destino, por protocolos, por endereço físico, entre outros. O FlowVisor mantém o isolamento entre os slices, ou seja, nenhum slice pode controlar o tráfego de outro slice.
A Figura 3.4 exibe um possível cenário de utilização do FlowVisor. Nele é possível ver uma rede OpenFlow composta por um switch, dois pontos de acesso, alguns clientes móveis acessando conteúdo da Internet e um servidor de controle, onde o FlowVisor está sendo executado. O FlowVisor se comporta como um controlador OpenFlow, ficando totalmente transparente para o switch.
FlowVisor
Switch Openflow OAP
(Openflow Access Point)
OAP (Openflow Access Point) Usuário Móvel
Pesquisador
Handover
Gerenciamento GUI
Controlador OF (NOX)
App App App App
Desenvolvimento
Controlador OF (NOX)
App de Teste ProtocoloNovo
Gerente de Rede Usuário Móvel Usuário Móvel Internet/ Cloud Servidor de Controle Usuário Móvel Legenda: Tráfego de Produção Tráfego Experimental Usuário Móvel
Figura 3.4: Cenário de funcionamento do FlowVisor
3.6. CONSIDERAÇÕES FINAIS
experimental. Na Figura 3.4, o gerente realiza suas operações na rede de produção sem se preocupar com o tráfego experimental. Por outro lado, um pesquisador interessado em testar novos protocolos também pode ter seu próprio slice e fazer testes sem se importar com o tráfego de produção presente na rede. A Figura 3.4 mostra também que a divisão entre os tráfegos de produção e experimental pode ser feita em um mesmo dispositivo.
3.6
Considerações Finais
Este capítulo tratou vários conceitos que estarão presentes nas redes do futuro. Foi discutido como o OpenFlow implementa o novo conceito de redes definidas por software, através de um protocolo padronizado que cria uma comunicação entre as entidades geren- ciadas e um controlador. Discutiu-se os diversos controladores existentes no mercado e, em especial, sobre o NOX, controlador utilizado na arquitetura PMIPFlow. Foi abordada, também, virtualização de redes e como criar isolamento através de fatias com o framework FlowVisor, separando o tráfego de produção do tráfego da rede experimental.
O OpenFlow, aos poucos, está substituindo a maioria das infraestruturas de redes de pequenas e grandes corporações. Além de proporcionar vários benefícios, como inovação, isolamento etc., por ser de código aberto, ele é economicamente mais vantajoso que outras soluções disponíveis no mercado. Com tantos benefícios, é natural surgir a ideia de utilizar o conceito SDN também em redes sem fio. Porém, quando se trata desse tipo de rede, existem vários desafios associados, como instabilidade, interferência e perdas de pacotes. A seguir, o capítulo 4 discutirá os desafios do gerenciamento de mobilidade nas redes sem fio, onde serão apresentados alguns protocolos de gerenciamento, e em especial, o PMIPv6, o qual inspirou a proposta PMIPFlow.
4
Gerenciamento de Mobilidade
"Existem várias coisas boas no mundo, mas tenho a impressão que a amizade é a melhor de todas - saber que podemos fazer algo grande por um amigo." —JORGE AVELAR
O gerenciamento de mobilidade surgiu para resolver o problema de transferência do usuário entre as diversas redes celulares, processo conhecido como handover ou handoff. Com o advento das redes sem fio domésticas e a comutação por pacotes, todas as redes estão convergindo para o protocolo IP. Nesse novo cenário, o gerenciamento de mobilidade deixa de ser apenas necessidade apenas das redes celulares e torna-se peça fundamental para as operações das redes móveis do futuro. Neste contexto, é necessário que esse processo seja realizado de forma rápida e eficiente, pois a interrupção da transmissão significa perda de qualidade e credibilidade do serviço.
O capítulo está organizado da seguinte forma. Na seção 4.1, serão discutidos os principais aspectos do gerenciamento de mobilidade. Na seção 4.2, será abordada a mobilidade no mundo IPv6. Na seção 4.3 serão apresentados alguns aspectos do protocolo de mobilidade MIPv6, o qual serviu como base para muitos outros protocolos, como FMIP, HMIP, PMIP entre outros. Na Seção 4.4, é apresentado o PMIPv6, a evolução do MIPv6 que inspirou o PMIPFlow.
4.1
Localização e Handover
O gerenciamento de mobilidade é ponto crucial para o sucesso das redes do futuro. Neste contexto, o handover é o processo de troca de um nó móvel de um ponto de acesso para
CAPÍTULO 4. GERENCIAMENTO DE MOBILIDADE
outro. O procedimento de handover está presente em todas as tecnologias sem fio, IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WIMAx), 3G/UMTS e LTE, mas com o advento das redes totalmente IP, esse procedimento deixou de ser exclusivo de tecnologia, isto é, L2 e os protocolos da pilha TCP/IP (L3 e das camadas superiores) também foram readequados para realizar tal procedimento.
É desejável que o processo de handover seja o mais transparente possível (seamless handover), de modo que o usuário não perceba a troca de rede, do contrário, ocorrem perdas de pacotes, atrasos ou, no pior caso, a total desconexão do usuário. Vários proto- colos foram criados, ao longo do tempo, para fornecer um gerenciamento de mobilidade eficiente. Nesse capítulo, serão discutidos, particularmente, os protocolos que atuam na camada de rede, foco dessa dissertação. O leitor interessado em soluções para o geren- ciamento de mobilidade na Internet pode consultar (Internet Engineering Task Force, 2011).
O gerenciamento de mobilidade é composto por gerenciamento de localização e gerenciamento de handover (Akyildiz et al., 1999). O primeiro é responsável pela localização do nó móvel enquanto ele se movimenta entre as redes sem fio. Essas mudanças precisam ser monitoradas para que o nó móvel permaneça alcançável caso uma nova chamada seja destinada a ele. O desafio da atualização de localização do nó móvel é manter a sobrecarga de sinalização em um nível aceitável pela rede e pelo nó móvel. Por outro lado, o gerenciamento de handover consiste em manter ativa a conexão do usuário mesmo após a mudança de pontos de acesso. Esse processo pode ser horizontal ou vertical.
O handover é horizontal ou homogêneo, se esse processo é realizado entre duas tecnologias semelhantes, nó móvel migrando do LTE para outra rede LTE, por exemplo. Já o handover vertical ou heterogêneo ocorre quando a transferência se dá entre duas tecnologias distintas, por exemplo, nó móvel migrando de rede LTE para WiMAX.
Soluções para o gerenciamento de mobilidade estão disponíveis em diversas camadas. Soluções de camada dois (L2) são dependentes de tecnologia específica, portanto não é a melhor abordagem para cenários heterogêneos. Soluções de camada três (L3), geralmente são baseadas no protocolo IP e não dependem de tecnologia. Essas soluções podem ser classificadas de duas formas: gerenciamento global e gerenciamento local.
Gerenciamento de mobilidade global é caracterizado pelo handover entre domínios distintos, ou seja, diferentes infraestrutura de tecnologia aos quais não são naturalmente intercambiáveis, como transferência de tecnologia 3G para uma rede WLAN. Em so- luções de mobilidade global, o nó móvel é responsável pela detecção de movimento e