Software defined networks over chilean wide area networks building resilience against natural disasters

Abstract

Chile, un país propenso a desastres naturales como terremotos, tsunamis, erupciones volcánicas y deslizamientos de tierra, a menudo sufre daños generalizados que afectan no solo a las personas, sino también a las redes de Internet. Los desastres naturales son impredecibles, por lo que una arquitectura de redes que permita la gestión dinámica de la red, como las Redes Definidas por Software (SDN, por sus siglas en inglés), tiene el potencial de ofrecer nuevas soluciones para crear resiliencia y mejorar calidad de servicio (QoS) en escenarios donde las redes de Internet pueden experimentar interrupciones parciales debido a desastres. Sin embargo, la arquitectura SDN fue diseñada originalmente para centros de datos y no para redes de área amplia (WAN). El objetivo de este trabajo es estudiar la viabilidad de aplicar el paradigma SDN a WAN para diseñar redes resilientes que mejoren la QoS de los usuarios en escenarios de desastre. La investigación comienza con una Revisión Sistemática de la Literatura que examina la aplicación general de SDN sobre WAN, con un enfoque en las técnicas de QoS y resiliencia, así también como en el impacto específico de los desastres naturales sobre WAN y los beneficios y desafíos que las SDN pueden aportar en tales situaciones. Con base en los resultados de la revisión de literatura, se presenta una discusión que analiza los hallazgos e identifica áreas en las que se necesita más investigación; concluyendo que las SDN se pueden aplicar a WAN y que si bien existen estudios que utilizan SDN para mejorar la resiliencia en escenarios de desastre, existe una falta de investigación en técnicas combinadas y la activación automática de configuraciones de desastre. Este trabajo propone el diseño y caracteriza un controlador SDN resiliente ante desastres que utiliza tres niveles de priorización basados en IDs, que contiene funcionalidades que pueden no ser fácilmente aplicables en redes tradicionales. Además, se realiza una implementación del mismo utilizando el framework Ryu. Luego, se construye un entorno de pruebas utilizando Mininet y Open VSwitch para simular SDN y probar el controlador implementado en escenarios de redes afectadas por desastres, mediante tests funcionales y no funcionales. Con los resultados de las pruebas, se concluye que el controlador diseñado e implementado entrega herramientas efectivas para construir una red resiliente. El sistema diseñado es extensible y permite la fácil adición de otras aplicaciones y funcionalidades al controlador, lo que lo hace adaptable a nuevas necesidades. La validación del controlador implementado muestra el valor de las capacidades de monitoreo dinámico y gestión de QoS otorgadas por la arquitectura SDN para su uso en WANs afectadas por desastres.