PEC2-2019 1-Enunciado (IB) PDF

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Prueba de Evaluación ContinuaPEC2 – EnunciadoM1 Redes de Nueva GeneraciónPresentaciónEn los tres primeros módulos hemos visto cómo la tendencia en los últimos años hasido el desacoplamiento de los servicios con respecto a las redes de transporte. Lasredes 5G representarán un salto muy grande en la h...

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Prueba de Evaluación Continua PEC2 – Enunciado M1.502 Redes de Nueva Generación Presentación En los tres primeros módulos hemos visto cómo la tendencia en los últimos años ha sido el desacoplamiento de los servicios con respecto a las redes de transporte. Las redes 5G representarán un salto muy grande en la heterogeneidad de los servicios a ofrecer obligando a las redes de transporte a ser lo más flexibles posible y eso se consigue con la virtualización de las redes. En el siguiente módulo se verá el modelo de referencia de dicha virtualización, así como qué protocolos y elementos entran en juego cuando se virtualizan los elementos que conforman una red de transporte IP. En esta PEC, nos centraremos en la configuración interna de un switch que soporta OpenFlow.

Competencias Las competencias que se trabajan en esta PEC son las siguientes: ● Capacidad para la aplicación de los conocimientos adquiridos y resolver problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios y multidisciplinares, siendo capaces de integrar conocimientos. ● Capacidad para saber comunicar (de forma oral y escrita) las conclusiones- y los conocimientos y razones últimas que las sustentan- a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades. ● Poseer habilidades para el aprendizaje continuado, autodirigido y autónomo ● Capacidad para modelar, diseñar, implantar, gestionar, operar, administrar y mantener redes, servicios y contenidos. ● Capacidad para realizar la planificación, toma de decisiones y empaquetamiento de redes, servicios y aplicaciones considerando la calidad de servicio, los costes directos y de operación, el plan de implantación, supervisión, los procedimientos de seguridad, el escalado y el mantenimiento, así como gestionar y asegurar la calidad en el proceso de desarrollo.

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●

Capacidad de comprender y saber aplicar el funcionamiento y la organización de Internet, las tecnologías y protocolos de Internet de nueva generación, los modelos de componentes, software intermediario y servicios.

Objetivos La PEC está asociada a los objetivos de la asignatura siguientes: ● Asimilar y comprender el porqué del cambio de paradigma en la arquitectura funcional de los elementos de una red de telecomunicaciones en un entorno SDN. ● Aprender qué es un SDN Controller y qué función tiene el desacoplo entre la capa de datos y la de control. ● Comprender cómo se complementan la tecnología SDN y la de NFV.

Descripción La PEC está formada por dos bloques: el primero con 5 preguntas de tipo test y el segundo con 3 preguntas de desarrollo. Bloque 1 (30%) Vés al aula virtual y haz clic en la zona de Test 2 y después en Cuestionario PEC 2 para visualizar las preguntas test y completarlas en línea. Es importante que antes de intentar realizar el cuestionario hayas leído con detenimiento y entendido los conceptos que se describen en este módulo didáctico. Dispones de un máximo de 90 minutos desde que visualices las preguntas para responderlas y enviar los resultados. Ten en cuenta que pasados los 90 minutos el cuestionario sigue abierto, pero cuando se envía ya no cuenta ningún punto de las respuestas entregadas. Dispones de un solo intento. Bloque 2 (70%) Este bloque de desarrollo está compuesto por 3 preguntas relacionadas. Como ya se ha explicado en los materiales, el paradigma que las SDN proponen establece una arquitectura centralizada por el SDN Controller que configura la capa de infraestructura mediante las Southbound APIs y proporciona una Northbound API a los desarrolladores de aplicaciones.

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En esta PEC nos focalizamos primero en el concepto de desacoplamiento entre la capa de control y la capa de infraestructura. Y empezaremos con un ejemplo muy sencillo tal y como muestra la Figura 1.

Figura 1 Escenario SDN 1

Imaginemos un escenario muy sencillo en el que tenemos un solo switch que tiene su agente OpenFlow cargado y configurado para poder comunicarse con el SDN Controller. Hay 4 host conectados a los respectivos puertos del switch numerados tal y como indica la Figura 1. En dicha figura también puedes ver que cada host tiene su dirección MAC. Para poder realizar esta PEC vamos a dar una breve explicación complementaria a los materiales que entrará como material de estudio para la Prueba de Síntesis. Descripción detallada sobre cómo funciona internamente un switch que soporte OpenFlow En la Figura 2 puedes ver una simplificación de la arquitectura lógica (llamada pipeline) de un switch que soporta OpenFlow (OF).

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Figura 2 Pipeline de tablas de flujos en un switch OpenFlow

Cada tabla que se ve corresponde a una tabla de flujos o flow table  las cuales se configuran desde el SDN Controller. Estas tablas se rellenan con entradas de flujos formados por valores de diferentes campos de las cabeceras que lleva la trama Ethernet que entra por el switch. A cada una de estas entradas se asocia una acción o lista de acciones. Estas acciones se aplican cuando un paquete hace match en alguna de las entradas de una tabla. Si la trama hiciera match  en más de una entrada solo se seleccionaría aquella que tenga la máxima prioridad. Cada trama Ethernet que entra por cualquiera de los puertos del switch tiene que pasar a través de estas tablas de flujos y además por orden (empezando por la tabla 0, como se ve en la Figura 2). Con respecto a las acciones asociadas a las entradas en las tablas de flujos existen varios tipos pero hay dos que un switch de OF debe soportar obligatoriamente: ●

●

Write action: contiene instrucciones a aplicar sobre la trama que ha hecho match. Hay varios tipos como, por ejemplo, acciones de modificación del contenido de las cabeceras Ethernet, IP, TCP o UDP, o también puede ser una acción de envío de la trama a un puerto de salida específico (llamado output ) . Goto next table: Indica que la trama ha de pasar otra tabla de flujos, cuyo número se indica en el metadata del paquete.

Cuando una trama hace match  en una de las entradas de flujo (aplicadas en orden de prioridad) y esta entrada contiene una instrucción de acción de escritura (write action ) pero no una instrucción goto next table , el proceso de la tabla donde ha hecho match se detiene y se ejecuta la acción de la instrucción de write-action . Pero si la entrada contiene además de la de write-action  una instrucción goto-next-table , la lista de acciones se actualizará (sin ejecutarse en ese momento) en el action set  que es una información que viaja con la trama (ver Figura 3) hasta que ésta sale del switch por alguno de los puertos. Después de esto, la trama va a la tabla especificada por la instrucción goto  y el proceso comienza de nuevo hasta que no haya más instrucciones goto  o el paquete llegue a la última tabla-n. Cuando se

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produce uno de estos dos eventos y el paquete está a punto de salir por un puerto, se ejecuta el conjunto de acciones completo (en el action-set ) que se ha ido actualizando a lo largo de todo el camino de tabla en tabla (ver Execute Action Set  en la Figura 2).

Figura 3 Estructura de una trama en un switch OpenFlow

Aparte del action set , existe otra información que viaja con la trama llamada metadata (ver Figura 3). En el metadata se incluyen parámetros adicionales como el identificador del puerto por el que ha entrado el paquete o el identificador de la siguiente tabla a la que enviar la trama. También puede incluir información arbitraria definida por el usuario. Es importante pararse a explicar qué sucede cuando una trama no hace match en ninguna de las entradas de flujo configuradas en una tabla. A este evento se le llama table-miss y tiene una acción asociada por defecto. Dependiendo de la versión del protocolo OpenFlow usado hará una cosa u otra 1. En la Figura 4 se pueden ver los campos (en gris) que tiene una entrada de flujos. Como se puede observar, se tiene en cuenta el puerto de entrada y toda una serie de campos de cabeceras de trama desde la capa 2 hasta la capa 4 y otro campo con información contenida en el metadata. Asociados a estos campos de clasificación de tráfico tenemos el nivel de prioridad de la entrada de flujo que indica el nivel de 1 Si es una versión anterior a la 1.3 la trama se envía encapsulada al SDN Controller para que tome la decisión correspondiente. Para la versión 1.3 y posteriores la trama directamente se descarta. En este caso, si se quisiese obtener el mismo comportamiento que en versiones anteriores de OpenFlow, se debe añadir una entrada expresamente (con la mínima prioridad) para que envíe los paquetes hacia el SDN Controller

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precedencia de esta entrada con respecto a otras entradas (200 sería la máxima prioridad y 1 la mínima) y finalmente la acción asociada 2.

Figura 4 Campos que forman una entrada en la tabla de flujos

Ten en cuenta que para esta PEC que si hubiese un campo de la entrada de la tabla de flujos que se desease ignorar (o que se quiera indicar que cualquier valor es válido) se puede simbolizar con ‘*’ o con la palabra ‘any’.

Recursos Los recursos básicos para llevar a cabo la realización de esta PEC son los materiales del Módulo 4: la virtualización de las redes. Adicionalmente se incluyen los siguientes enlaces donde encontrar información útil para realizar la práctica: ● ● ● ● ●

http://flowgrammable.org/sdn/openflow/actions/#tab_ofp_1_3 http://flowgrammable.org/sdn/openflow/ports/#tab_ofp_1_3 https://www.opennetworking.org/wp-content/uploads/2014/10/openflow-spec-v1 .3.3.pdf https://docs.opendaylight.org/en/stable-oxygen/user-guide/index.html https://wiki.opendaylight.org/view/Project_list

Criterios de evaluación Se valorará que sepáis sintetizar la información relevante a tener en cuenta a todas las preguntas. Valoraremos especialmente respuestas concisas pero muy claras que respondan exactamente a lo que se pregunta. En caso de que se detecte copia de materiales de compañeros, de Internet o de material bibliográfico la prueba será evaluada con una D. Por otra parte, y siempre a criterio de los Estudios de Informática, Multimedia y Telecomunicación, la reincidencia 2

OpenFlow contempla otros campos asociados a las entradas de flujos aparte del campo priority y action que ya se han explicado pero por simplificación de la PEC no los incluiremos.

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en el incumplimiento de este compromiso puede comportar que no se permita al estudiante superar ninguna otra asignatura mediante la evaluación continua ni en el semestre en curso ni en los siguientes.

Formato y fecha de entrega En la segunda parte (de preguntas de desarrollo), las soluciones deberán entregarse en formato PDF. Para ello deberá rellenarse la plantilla de respuestas correspondiente (“PEC2-20182-Respuestas (IB).docx”) e incluir las descripciones en los espacios previstos en el propio documento según las instrucciones indicadas para cada pregunta. Las respuestas descriptivas deben ocupar exactamente la longitud que se especifica teniendo en cuenta un tamaño de letra 11 (Arial). Es obligatorio entregar esta actividad antes de la fecha máxima indicada en el aula y hacerlo mediante la herramienta de Registro de Evaluación Continua (REC) de su aula, donde aparte de la calificación también os incluiremos los comentarios individuales pertinentes en caso necesario.

Pregunta 1 (35%) Enunciado Situémonos en el caso de la Figura 1 en el que queremos implementar con un switch dos redes aisladas (o también llamadas VLANs). Estas dos VLANs son: VLAN 10 donde están el host 1 y el host 3 y la VLAN 20 donde están los otros dos hosts. Queremos implementar este aislamiento entre los puertos 5 y 3 con respecto a los puertos 2 y 4 configurando las entradas en la tabla de flujos. P1-1. Imagina que desde el SDN Controller se configura vía OpenFlow v1.3 una única tabla de flujos (la tabla 0 únicamente) para implementar esta fragmentación del switch físico en estos dos switches virtuales. Recuerda que los hosts pueden intercambiarse tramas con direcciones MAC broadcast típicas de protocolos básicos en una subred como puede ser ARP. Completa la siguiente tabla con todas las entradas que consideres oportunas. La primera entrada se proporciona como ejemplo. No hace falta dar una justificación adicional a tu respuesta.

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Port in

MAC orig

MAC dest

Eth type

VLAN ID

IP orig

IP dest

IP proto

Port orig

Port dest

MD

Prio

Action

5

00:00:00:00:00:01

00:00:00:00:00:03

*

*

*

*

*

*

*

*

10

Write-action: output port 3

P1-2. Observa el siguiente diagrama con esta nueva topología. Ahora tenemos dos switches (switch 1 y switch 2) interconectados por un cable (puertos 3 y 5 respectivamente). Se quiere implementar la misma configuración que en la pregunta anterior. En esta pregunta pondremos el foco en el interfaz que interconecta ambos switches ya que se quiere implementar un interfaz de tipo VLAN trunk (es decir, la trama Ethernet deberá tener la cabecera que cumple 802.1q donde se indica el tag VLAN). Para esta pregunta, busca por Internet qué tipo de Action  se deberá soportar en dichos switches para poder implementar este interfaz en las tablas de flujos correspondientes (tienes 5 líneas como máximo para responder).

Figura 5 Escenario SDN 2

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P1-3. Asumiendo que cada switch usa solo una tabla de flujos (la tabla 0 únicamente), observa el contenido de las dos siguientes tablas (una para cada switch). Completa las write actions identificadas con cada etiqueta para poder implementar estas dos VLANs con estos dos switches (cada etiqueta corresponde a una única acción que puede ser reutilizada). Como ejemplo os diremos que el corresponde siempre a la acción llamada “output port 5” y corresponde siempre a “Push VLAN 10”).

Port in

MAC orig

MAC dest

Eth type

VLAN ID

IP orig

IP dest

IP proto

Port orig

Port dest

MD

Prio

Action

5

00:00:00:00:00:01

00:00:00:00:00:03

*

*

*

*

*

*

*

*

5

Write-action:

5

00:00:00:00:00:01

FF:FF:FF:FF:FF:FF

*

*

*

*

*

*

*

*

5

Write-action:

2

00:00:00:00:00:02

00:00:00:00:00:04

*

*

*

*

*

*

*

*

5

Write-action:

2

00:00:00:00:00:02

FF:FF:FF:FF:FF:FF

*

*

*

*

*

*

*

*

5

Write-action:

3

*

00:00:00:00:00:01

0x8100

10

*

*

*

*

*

*

5

Write-action:

3

*

FF:FF:FF:FF:FF:FF

0x8100

10

*

*

*

*

*

*

5

Write-action:

3

*

00:00:00:00:00:02

0x8100

20

*

*

*

*

*

*

5

Write-action:

3

*

FF:FF:FF:FF:FF:FF

0x8100

20

*

*

*

*

*

*

5

Write-action:

Tabla 1 Tabla de flujos switch 1

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Port in

MAC orig

MAC dest

Eth type

VLA N ID

IP orig

IP dest

IP proto

Port orig

Port dest

MD

Prio

Action

2

00:00:00:00:00:03

00:00:00:00:00:01

*

*

*

*

*

*

*

*

5

Write-action:

2

00:00:00:00:00:03

FF:FF:FF:FF:FF:FF

*

*

*

*

*

*

*

*

5

Write-action:

3

00:00:00:00:00:04

00:00:00:00:00:02

*

*

*

*

*

*

*

*

5

Write-action:

3

00:00:00:00:00:04

FF:FF:FF:FF:FF:FF

*

*

*

*

*

*

*

*

5

Write-action:

5

*

00:00:00:00:00:03

0x8100

10

*

*

*

*

*

*

5

Write-action:

5

*

FF:FF:FF:FF:FF:FF

0x8100

10

*

*

*

*

*

*

5

Write-action:

5

*

00:00:00:00:00:04

0x8100

20

*

*

*

*

*

*

5

Write-action:

5

*

FF:FF:FF:FF:FF:FF

0x8100

20

*

*

*

*

*

*

5

Write-action:

Tabla 2 Tabla de flujos switch 2

P1-4. Si el SDN Controller fuera OpenDayLight, ¿qué módulo de dicho Controller (también llamados projects o plug-ins) se debería utilizar para implementar las configuraciones que acabamos de ver en esta pregunta (solo hace falta mencionar el nombre del módulo)? Busca en Internet tu respuesta.

Pregunta 2 (40%) Enunciado Damos un paso más en nuestro escenario de SDN y ...