ARTIGO SDN FINAL

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REDES DEFINIDAS POR SOFTWARE (SDN)
Jeferson de Sousa Oliveira¹,Wellintom Borges Gomes ¹, Sander Cândido Macarini¹
1Instituto Federal Catarinense – Campus Avançado Sombrio – Sombrio – SC – Brasil.
{bonavex, wellintom_gomes} @hotmail.com, sander.macarini@gmail.com
Abstract. This paper introduces the concept of network defined by software (SDN) and OpenFlow Protocol presents, which forms the basis for the implementation of SDN. The initial idea to the creation of SDN was the breakdown of mandatory use of proprietary software, making it difficult to network administration, especially if they use equipment from different manufacturers (switches and routers), and quite endear the implementation of such networks and also control of devices in a unified manner through a controller software, open source, causing various devices from different manufacturers to exchange data and which is controlled from a single point of network. The creation of SDN, it is crucial to supply a more favorable performance for networks currently constituted, mainly facilitating the work of network administrators in managing them and set them up, eliminating the replication protocols in each device manually.
Resumo. O artigo apresenta o conceito de redes definidas por Software (SDN) e apresenta o Protocolo OpenFlow, que serve como base para a implantação das SDN. A ideia inicial à criação de SDN, foi a quebra de utilização obrigatória de softwares proprietários, o que dificultava a administração de redes, principalmente se utilizassem equipamentos de fabricantes diferentes (switches e roteadores), além de encarecer bastante a implementação de tais redes e também o controle dos dispositivos de forma unificada através de um software controlador, de código aberto, fazendo com que vários dispositivos de fabricantes diferentes troquem dados e que sejam controlados de um único ponto da rede. A criação de SDN, se faz crucial para suprir um desempenho mais favorável para as redes constituídas atualmente, facilitando principalmente a atuação dos administradores de rede em gerenciá-las e configurá-las, eliminando a replicação de protocolos em cada dispositivo manualmente.
 
1. Introdução
A SDN (Software Defined Network) é um novo conceito para a estrutura das redes que traz mais flexibilidade, rapidez e favorece novos serviços. É uma nova arquitetura de rede que evoluiu da ideia de redes virtuais (OPEN NETWORKING FOUNDATION, 2012). Com o crescimento da internet e sua utilização de forma comercial, a expansão das redes se deu de forma inevitável, porém a tecnologia de arquitetura baseada no modelo TCP/IP não acompanhou o crescimento no que se refere a sua inovação, além disso, o fato dos dispositivos serem controlados por softwares proprietários, engessou qualquer forma de desenvolvimento e personalização para a configuração das redes. 
Oliveira (2012) esclarece que:
nesse contexto, surgiram as Redes Definidas por Software (do inglês, Software Defined Network – SDN) que representam uma nova maneira de olhar a forma como as redes são controladas, configuradas e operadas.
Em geral, SDN significa que as redes são controladas por softwares (controladores SDN), em vez dos consoles de gerenciamento de redes e comandos que exigem um grande esforço operacional, tornando complexa a administração em larga escala. As redes atuais ou Redes Legadas como são conhecidas, trazem grande complexidade devido ao grande número de protocolos que são específicos de cada fornecedor, o que por si só, já justifica a criação de Redes Definidas por Software.
A justificativa do artigo é estudar os conceitos desta nova tecnologia, assim como, o seu funcionamento e seu objetivo é analisar a utilização de SDN, e fazer a avaliação de suas vantagens, desvantagens e onde se aplica sua utilização.
2. Fundamentação Teórica
Neste capítulo serão apresentados o conceito de SDN, sua aplicação em um comparativo com uma Rede Legada e o protocolo OpenFlow, como área centrais deste trabalho. Sendo assim, as próximas subseções, explicam os conceitos e as características dessas áreas, que são de importância a este artigo.
2.1 O que é uma Rede Definida por Software (SDN)?
O conceito de SDN, nasceu em um projeto de seis anos, desenvolvido a partir de outro projeto chamado Open Source (Código Aberto), com a colaboração de pesquisadores da área, juntamente às Universidades de Stanford e Berkeley. Este projeto permitiu que o encaminhamento do fluxo de dados fosse feito através de software, em vez de hardware.
Redes Definidas por Softwares ou Redes Programáticas, assim como também são conhecidas, são redes controladas por softwares, ou seja, se baseiam na separação do plano de dados, que controla o repasse de pacotes na rede e do plano de controle, que é responsável pelos protocolos e a atualização das tabelas de encaminhamento. Isso faz com que o controle da rede seja feito de um único ponto, e para que isso seja possível, foi criado o protocolo OpenFlow. Na Figura 1 ilustra-se o funcionamento do SDN.
 
Figura 1: Funcionamento SDN.
Chegada do novo pacote
Envia ao controlador (pelo canal seguro (SSL))
O controlador calcula o melhor caminho
O controlador configura o fluxo nos equipamentos do caminho
Encaminhamento do pacote.
O cálculo de menor custo deste caminho no exemplo, já ficará preestabelecido para o próximo pacote.
2.2 Protocolo OpenFlow.
O Protocolo OpenFlow é de código aberto e foi criado para a programação de redes por usuários, programadores ou empresas independentes fornecedoras de software.
O objetivo se concentrava em baixar os custos de implementação e gerenciamento das redes, e também possibilitar melhorias no desenvolvimento de redes personalizadas, uma vez, trazendo assim, mais eficiência e confiabilidade a rede. 
Conforme diz Duque (2012):
o protocolo OpenFlow é um padrão em desenvolvimento para administração de redes LAN e WAN possibilitando assim o controle e a criação de VLANs, roteamentos e qualidade de serviço, oferecendo uma padronização e permitindo que diversos fabricantes usem um conjunto de regras padronizadas, possibilitando a inclusão de novas características e protocolos, independentes do software utilizado no "switch”.
Na figura 2, ilustra-se os principais componentes do Protocolo OpenFlow:
Figura 2: Principais componentes do protocolo OpenFlow
O protocolo OpenFlow é responsável pela comunicação entre o plano de dados e o plano de controle, além de identificar o fluxo de dados, identificando assim pacotes e utilizando campos já conhecidos, como endereço IP, endereço MAC, porta do TCP, entre outros, trazendo mais agilidade ao encaminhamento e permitindo que a rede se adapte de maneira mais eficiente em tempo real. Para controlar o fluxo de dados nos dispositivos gerenciáveis, o Openflow, utiliza uma tabela de fluxo e também permite a criação de grupos de tabelas que definem um fluxo com uma entrada definida para um método a mais de encaminhamento.
 Quando um pacote chega a um switch com OpenFlow habilitado, os cabeçalhos são comparados às regras de entrada das tabelas, os contadores são atualizados, então as ações correspondentes são realizadas, caso não haja correspondência do pacote em alguma entrada de tabela, o pacote é entregue por completo ao controlador.
2.3 Comparação entre SDN e uma Rede Legada
Para entender melhor o funcionamento de uma rede SDN, é preciso saber como funcionam as redes atuais, ou redes legadas, e fazer um comparativo com as redes definidas por software, afim de trazer os benefícios de uma migração para SDN.
2.3.1 Redes Legadas
Cada switch deste tipo de rede, tem sua inteligência no software disponibilizado pelo fabricante. Este software é proprietário, o que quer dizer, que não é possível fazer qualquer melhoria ou até mesmo correções de bugs no software, fazendo com que o administrador fique pendente a espera de novas atualizações por parte do fabricante. 
O software é individual a cada equipamento, o que significa que cada equipamento deveser configurado individualmente. A inteligência contida no software é responsável por decidir o que fazer com cada pacote que trafega pela rede e informa ao plano de dados como comutar os pacotes. A figura 3, demostra o esquema de funcionamento de uma Rede Legada.	
 
Figura 3: Esquema Rede Legada.
2.3.2 Redes SDN
Diferente da Rede Legada, que tem o controle de plano feito por softwares proprietários, a SDN faz esse controle por software aberto.
O protocolo OpenFlow é uma base de rede definida por software, e sua principal característica é permitir a comunicação de dispositivos de diferentes fabricantes. Nas palavras de Dias (2012): 
essa funcionalidade torna possível a criação de um sistema operacional de rede que remove as inúmeras particularidades dos equipamentos e a grande complexidade dos sistemas, assim como o Linux e o Windows fazem em computadores pessoais.
O protocolo OpenFlow cria uma nova funcionalidade no plano de controle, que é o Secure Channel. O Secure Channel se comunica com um software localizado no servidor chamado Controller, que é a inteligência do switch, mas localizado em área externa, o que possibilita a criação de novas funcionalidades, alterações e correções, independente do fabricante do equipamento. A comutação permanece inalterada, porém obedecendo as especificações do Controller para aprender o que fazer com cada pacote. A figura 3, demostra a comunicação diferenciada feita em uma rede SDN.
 
Figura 3: Comunicação diferenciada em rede SDN.
2.4 Benefícios das SDN
Há inúmeros benefícios do uso de redes SDN e os principais deles, segundo a Open Networking, são:
O controle da rede é programável diretamente, pois ele é desacoplado das funções de encaminhamento;
Ajuste dinâmico e ágil do fluxo de tráfego em toda a rede, atendendo as necessidades de mudanças;
Permite os administradores de redes, configurar, gerenciar, otimizar e proteger os recursos de rede, pois não dependem de softwares proprietários;
Simplificação do projeto e operação, pois as instruções são fornecidas pelo controlador (unificado), ao invés de vir de vários dispositivos e protocolos diferentes;
Diminuição no custo operacional, pois elimina a utilização de softwares e updates proprietários. 
3. Material e métodos
Para elaboração deste trabalho, foi utilizada a pesquisa bibliográfica, que é a aquela realizada com base em material já publicado. (GIL, 2010)
Esta modelo de pesquisa engloba material impresso, como teses, livros, dissertações, revistas, jornais, anais de eventos científicos e material disponibilizado pela Internet.
A pesquisa bibliográfica tem o propósito de fazer um histórico sobre o tema, atualizar-se sobre o tema escolhido, encontrar respostas aos problemas encontrados, levantar contradições sobre o tema, evitar repetição de trabalhos já realizados. (AMARAL, 2007)
Amaral (2007) finaliza, ensinando que:
é imprescindível, antes de todo e qualquer trabalho científico fazer uma pesquisa bibliográfica exaustiva sobre o tema em questão, e não começar a coleta de dados e depois fazer a revisão de literatura, como algumas vezes se observa em alguns profissionais de saúde e acadêmicos no início de formação científica.
A partir da compreensão destes conceitos, passamos a traçar a característica das pesquisas cientificas. 
4. Considerações Finais
Este artigo buscou apresentar os principais conceitos de Redes Definidas por Software e do protocolo OpenFlow. Com o crescimento comercial da internet, a expansão das redes se tornou indispensável, porém não acompanhou o desenvolvimento dos softwares, principalmente pelo engessamento de programas e protocolos proprietários pelas empresas detentoras, e que, além disso, tornava a configuração das redes dispendiosas, de grande complexidade, de difícil escalabilidade e com um alto custo. A criação de um software que tivesse autonomia na gerencia e flexibilidade para as alterações de fluxo necessárias, conforme a conveniência, principalmente por parte de empresas, se fez necessário, por tal expansão de fluxo de dados ao longo dos anos, ou seja, a personalização das redes era algo que se fazia necessário.
 As SDN, foram criadas para tal fim, e para isso, através do protocolo OpenFlow, tirou dos equipamentos a função de decidir o encaminhamento dos pacotes, que ficou para um software chamado de Controller, localizado em um dispositivo externo que pode ser um servidor qualquer. Com esta simples modificação, foi possível conseguir o que era almejado há anos, que é o direcionamento do fluxo de dados de uma rede, através de um único ponto e com agilidade e facilidade de fazer qualquer mudança. 
As Redes Definidas por Software, estão mudando a forma de se pensar em redes de computadores, pois através do protocolo OpenFlow, que faz a interface entre os dispositivos dos fabricantes proprietários e o software de gerenciamento, fez com que as próprias empresas proprietárias entenderam que este é um caminho sem volta, porque trouxe o dinamismo esperado para a velocidade evolutiva da comunicação de dados. 
REFERÊNCIAS
AMARAL. Como fazer uma pesquisa bibliográfica. Disponível em: <https://cienciassaude.medicina.ufg.br/up/150/o/Anexo_C5_Como_fazer_pesquisa_bibliografica.pdf > Acessado em: 05 nov. 2015.
DIAS, Diego. O que é OpenFlow?. Disponível em < http://www.comutadores.com.br/o-que-e-openflow/> Acesso em: 10 nov. 2015
DOS REIS, Valdinei Rodrigues. O que é SDN. Disponível em: <http://sdnbrasil.com/snd/o-que-e-sdn/> Acesso em: 07 nov. 2015.
DUQUE, Diego Henrique. Redes definidas por software. Disponível em: <http://br.monografias.com/trabalhos3/redes-definidas-software/redes-definidas-software.shtml> Acesso em: 02 nov. 2015.
GIL, A. C. Como elaborar projetos de pesquisa. 5. ed. São Paulo: Atlas, 2010.
OLIVEIRA, Davis Victor Feitosa De. Redes Definidas por Software: A evolução das arquiteturas de redes. Disponível em: <http://www.serpro.gov.br/tema/artigos-opinioes/redes-definidas-por-software-a-evolucao-das-arquiteturas-de-redes> Acesso em: 02 nov. 2015.
OPEN NETWORKING FUNDATION. Software-Defined Network (SDN) Definition. Disponível em: <https://www.opennetworking.org/sdn-resources/sdn-definition>. Acessado em: 08 nov. 2015.
OPEN NETWORKING FOUNDATION. Software-Defined Networking: The New Norm for Networks. Disponível em: <https://www.opennetworking.org/images/stories/downloads/sdn-resources/white-papers/wp-sdn-newnorm.pdf> Acesso em: 08 nov. 2015.
PALUDO, Yuri Silva; Ávila, Rafael Bohrer. ONSC – OpenFlow Name System Cache. Disponível em: <http://professor.unisinos.br/rbavila/documents/Paludo14b.pdf> Acesso em: 02 nov. 2015.
ROTHENBERG, C. E, Nascimento, M. R, Salvador, M. R, Magalhães, M. F. (2010). OpenFlow e redes definidas por software: um novo paradigma de controle e inovação em redes de pacotes. Disponível em: <http://www.cpqd.com.br/cadernosdetecnologia/Vol7_N1_jul2010_jun2011/pdf/artigo6.pdf> Acesso em: 08 nov. 2015.
SILVA, K. A. OpenFlow: uma rede definida por software. Disponível em: <http://www.devmedia.com.br/openflow-uma-rede-definida-por-software-revista-infra-magazine-11/27894#ixzz3GcpUotNA> Acesso em: 02 nov. 2015.