Insegnamento mutuato da: B031391 - ARCHITECTURES AND TECHNOLOGIES FOR INTELLIGENT NETWORKS Laurea Magistrale in INGEGNERIA INFORMATICA Curriculum COMPUTING SYSTEMS AND NETWORKS
Lingua Insegnamento
Italiano con materiale didattico in inglese
Contenuto del corso
Il Corso introduce ai paradigmi di progettazione delle moderne Reti di Telecomunicazioni con riferimento agli approcci Software Defined Networking e Network Function Virtualization, applicandoli ai domini del Cloud Computing.
William Stallings, "Foundations of Modern Networking: SDN, NFV, QoE, IoT, and Cloud" Pearson, 2016, 1st edition.
Obiettivi Formativi
Il corso ha l'obiettivo di fornire gli elementi di base per la comprensione e l'utilizzo delle moderne architetture di Rete e Computing integrati, basate su tecnologie di virtualizzazione e orchestrazione delle funzioni di rete e applicazioni. In particolare, verranno presentati i nuovi paradigmi per la programmabilità delle reti tramite tecnologie di Software Defined Networking (SDN) e Network Function Virtualization (NFV).
Nel corso verranno quindi introdotti i principi di base delle architetture di Cloud Computing and Networking. Partendo dall'analisi dell'attuale domanda di traffico nei suddetti ambiti e delle limitazioni degli approcci di networking tradizionali, saranno illustrati i paradigmi SDN e NFV e i loro benefici potenziali. Oltre alla presentazione di aspetti teorici e specifiche standard, saranno mostrati anche alcuni software open source.
Il corso ha l'obiettivo di formare figure professionali che coniughino conoscenze di tipo sistemistico e di programmazione e sappiano applicarle nell'ambito della gestione di reti e, più in generale, sistemi pervasivi, considerando anche problematiche di business. Il corso offre competenze di interesse per gli ambiti di Cloud Computing, Software Defined Networking e Network Function Virtualization.
Prerequisiti
Principi di programmazione, elementi di base di architetture e protocolli di reti di telecomunicazioni.
Metodi Didattici
Didattica frontale e
seminari tematici di approfondimento.
La presentazione degli aspetti teorici è integrata con l'illustrazione di esempi pratici.
Modalità di verifica apprendimento
L'esame si articola in una prova scritta e in un colloquio orale, tesi a verificare:
- la conoscenza delle tecnologie e modelli di programmazione dinamica e architetture avanzate di networking, come previsto dal programma di studio;
- la capacità di analisi e valutazione dell’adozione dei suddetti modelli e tecnologie;
- il livello di maturità nell'applicazione pratica delle conoscenze acquisite.
Programma del corso
Analisi delle principali topologie e tecnologie di accesso di Enterprise Networks.
Tipici pattern di traffico: QoS/QoE associata e problematiche legate al trasporto su reti
TCP/IP. Cenni alle architetture IntServ e DiffServ.
Caratterizzazione delle funzionalità di un generico Router e protocolli di routing di tipo IRP ed ERP. Dinamiche di congestione del traffico e loro controllo su reti TCP/IP.
Direttrici evolutive dei pattern di traffico: IoT, Big Data, Cloud Computing&Networking, 5G, Convergenza delle Reti.
Esame dei limiti delle architetture di rete tradizionali e definizione dei requisiti di quelle future. Evoluzione e limiti dei paradigmi di networking tradizionali per la gestione dei pattern di traffico emergenti.
Caratterizzazione di Data e Control Plane: design e astrazioni.
Esame critico della prassi di design dei sistemi TCP/IP e loro limiti nel caso di applicazione a
topologie di reti enterprise.
Astrazioni di rete e Network OS.
Generalità sui sistemi operativi distribuiti di rete.
Caratteristiche fondative dell'approccio SDN.
Suddivisione canonica in piani dell'architettura SDN e relative interfacce.
Architettura SDN: Application, Control e Data Plane.
Principali Enti e Comitati di standardizzazione di SDN e NFV.
Architettura SDN: elementi specifici del Data Plane.
Astrazione dei dispositivi di rete tramite Switch e descrizione degli elementi costitutivi.
Flow Table: caratteristiche, campi, orchestrazione in pipeline.
Group Table: campi e relativo flow-chart.
Southbound API e Protocollo OpenFlow.
SDN Control Plane: modello ITU e principali caratteristiche. Macrofunzionalità e loro orchestrazione.
Architettura funzionale di un tipico Controller e relative interfacce.
Gestione della topologia del Data Plane tramite protocollo di scoperta della rete: applicazione al caso di una switched LAN tramite protocollo LLDP.
Controller OpenDayLight.
API REST: caratterizzazione attraverso i tipici 6 constraints e applicazione al design dell'interfaccia Northbound.
Architettura ONOS.
Control Plane distribuito: architetture Master-Slave-Equal.
Cluster di Controller e interfaccia East/West omogenea ed eterogenea.
Utilizzo opportunistico del protocollo di routing BGP.
Framework SDNi e implementazione su OpenDaylight.
SDN Application Plane: caratteristiche e network services abstraction layer.
Applicazioni di TE e framework PolicyCop.
Caso di studio: Architettura Data Center di Google e dorsale B4.
Applicazioni nel dominio della Misura e Monitoraggio del traffico.
Rilevazione automatica di situazioni anomale.
Applicazioni di sicurezza: framework Defense4All.
Data Center e Cloud Networking.
Applicazione di Mobile Cellular Networking 5G tramite SDN: esempio di coesistenza con sistemi WiFi.
Information Centric Networking: principio e architettura SDN-oriented.
Cloud Computing: prospettiva storica e definizioni.
Caratteristiche principali e modelli di servizio.
Cloud Computing: modelli di sviluppo.
Elasticità e variazioni orizzontali e verticali delle risorse.
Principio di virtualizzazione software e applicazione ai Server di un tipico Data center.
Principali tipologie di Hypervisor e Container.
Virtual Infrastructure Manager.
SLA Manager e suo ecosistema funzionale.
SLA Monitor e suo ecosistema funzionale.
Billing Manager e suo ecosistema funzionale.
Vantaggi della virtualizzazione in Data Center.
Paradigma NFV: principi, requisiti e potenziali benefici.
Servizi di rete tramite chaining di funzioni virtuali di rete.
Framework architetturale NFV.
Modello di architettura NFV ETSI.
Descrizione dei principali moduli costitutivi: NFVI e suoi principali domains; MANO e sua
articolazione in Orchestrator, VNFM e VIM.
Sistema di repository.
Casi pratici di applicazione del framework NFV.
Relazioni tra paradigma NFV e SDN.
Pattern di traffico di una tipica LAN: unicast e broadcast.
Concetto di broadcast domain e virtual LAN.
Identificazione e gestione dinamica della memebership: protocollo IEEE 802.1Q.
Virtual Private Networks: approccio IPSec e MPLS.
Generalizzazione tramite paradigma SDN al concetto di Virtual Networks.
Virtual Network: principio, architettura ITU e benefici potenziali.
In base all’interesse degli allievi saranno svolti seminari su:
- utilizzo di controller SDN (OpenDayLight o ONOS)
- framework di emulazione Mininet: architettura e dimostrazione pratica.
- applicazione del paradigma SDN a scenari di Mobile Fog/Edge Computing.
- strategie di migrazione controllata di container.
- applicazione del principio SDN a reti di sensori tramite framework SDN-WISE.