NFV-Prime : uma plataforma para prototipação e visualização de funções virtualizadas de rede

Abstract

Resumo: A tecnologia de Virtualização de Funções de Rede (Network Functions Virtualization - NFV) tem ganhado atenção como alternativa para a implementação de middleboxes em software, utilizando tecnologias de virtualização. Middleboxes implementam Funções de Rede (Network Functions - NF) e são disponibilizados tradicionalmente em hardware dedicado. As VNFs (Virtualized Network Functions) são softwares executados em hardware de prateleira, o que flexibiliza o gerenciamento da rede e diminui custos de capital e operação. Este trabalho propõe o NFV-Prime, uma plataforma para prototipação e visualização de VNFs, a qual visa facilitar a introdução do tema para novos usuários, e também, o processo de criar, instanciar e visualizar resultados de execução das VNFs na rede. Assim, o principal objetivo da plataforma é instigar e facilitar a exploração das possibilidades de implementações de NFs que o paradigma possibilita. A NFV-Prime consiste dos seguintes componentes: Editor, Gerenciador de Interfaces Virtuais de Rede, Gerador de Tráfego e Visualização. O Editor fornece ao usuário a possibilidade de desenvolver o código fonte de sua VNF diretamente na plataforma. O Gerenciador de Interfaces Virtuais de Rede possibilita ao usuário a criação e remoção das interfaces de rede. Já o Gerador de Tráfego disponibiliza ao usuário opções de configuração e parametrização de tráfegos que serão gerados na rede, podendo ser gerados pela ferramenta Nping ou pelo próprio usuário. Por fim, o componente de Visualização possibilita a análise gráfica de estatísticas da rede e também da VNF em execução em tempo real. Para a criação da plataforma NFV-Prime foi necessário o desenvolvimento tanto do front-end quanto do back-end. Para o back-end foi desenvolvida uma API REST (Representational State Transfer) utilizando a linguagem Python 3, devido à sua flexibilidade e amplo suporte em diversas plataformas, a qual foi programada com auxílio do framework Flask. Já para o desenvolvimento do front-end da aplicação Web utilizou-se o Typescript, o qual é uma linguagem que tem como base o Javascript sendo adicionado tipagem estática, em conjunto de HTML (HyperText Markup Language) e CSS (Cascading Style Sheets), sendo a plataforma desenvolvida utilizando o framework React. Também foi escolhido um sistema gerenciador de banco de dados objeto relacional, sendo o PostgreSQL. A NFV-Prime foi avaliada e comparada a uma NFV-MANO genérica, segundo especificação da ETSI, através da utilização do modelo Human Error Assessment and Reduction Technique (HEART). A fim de demonstrar o funcionamento do NFV-Prime, são apresentados quatro estudos de caso, os quais implementam os seguintes mecanismos: Stateless Load Balancer, Stateful Load Balancer, Deep Packet Inspection - DPI e Leaky Bucket. Além da descrição da implementação das VNFs correspondentes, são apresentados resultados da sua execução

Abstract: Network Functions Virtualization (NFV) technology has been gaining attention as an alternative for implementing middleboxes in software, using virtualization technologies. Middleboxes implement Network Functions (NF) and are traditionally available on dedicated hardware. Virtualized Network Functions (VNFs) are software running on off-the-shelf hardware, which improves the flexibility and reduces capital and operating costs. This work proposes NFV-Prime, a platform for prototyping and visualizing VNFs, which aims at facilitating the introduction of the subject to new users, as well as the creation, instantiation and visualization of the results of VNF execution. Thus, the main objective of the platform is to instigate and facilitate the exploration of alternatives for implementing NFs that the paradigm makes possible. NFV-Prime consists of the following modules: Editor, Virtual Network Interface Manager, Traffic Generator and Visualization. The Editor provides the user with the possibility of developing the source code for their VNF directly on the platform. The Virtual Network Interface Manager allows the user to create and remove network interfaces. The Traffic Generator provides the user with options for configuring and parameterizing the traffic that is the input for the function, which can be either generated by the Nping tool or by the user. Finally, the Visualization module shows the output of the VNF running in real time as well as network statistics. To create the NFV-Prime platform, it was necessary to develop both the front-end and the back-end. For the back-end, a REST (Representational State Transfer) API was developed using the Python 3 language, due to its flexibility and broad support for various platforms, and was programmed using the Flask framework. The React framework was used to develop the NFV-Prime front-end as a web application. The Typescript language was employed, which is a language based on Javascript with the addition of static typing, together with HTML (HyperText Markup Language) and CSS (Cascading Style Sheets). PostgreSQL was chosen as the relational object database of the platform. The NFV-Prime was evaluated and compared to a generic NFV-MANO, according to the ETSI design, using the Human Error Assessment and Reduction Technique (HEART) model. In order to demonstrate how NFV-Prime works, four case studies are presented, which implement four different functions: Stateless Load Balancer, Stateful Load Balancer, Deep Packet Inspection - DPI and Leaky Bucket. In addition to describing the implementation of the corresponding VNFs, results of their execution are presented