Balanceador de carga utilizando algoritmos de calidad de servicio (QOS) en redes definidas por software (SDN)

Currently, with the constant demand growth of devices connected to the internet many times we see collapses in the network, hence surged the Software-Defined Networks (SDN), a new paradigm of nets and also a concept called load balance is added that in few words improves the response time of the servers which we are connected using different mechanisms according to need. This research addresses the topic of Load Balancing in Software-Defined Networks using Quality of Service algorithms to ensure and optimize the proper functioning of the network in terms of velocity and data traffic. The main objective is to perform and apply these algorithms in the SDN controller where the best route of all the links in the network is located to circulate the desired traffic between the desired hosts; it should be noted that the network is simulated in a virtual environment, with a tool called Mininet, within which all the network parameters are configured and can be attached to the SDN controller. In short, the algorithms were successfully applied and is appreciated the big difference between the before and after of the experiments, the improvements in the network is due to the delay time and the bandwidth according to the standards meets with Quality of Service; with the tabulation of all these data was created graphs where we see the trend of the values in the network states. As a conclusion we have that the quality of service algorithms are a good option for the realization of load balancers in this type of networks, whatever the type of data that manages the network, the improvements will always be noticed in the functioning of the network and the response times of the request made to the different servers.RESUMEN ............................................................................................................................ 13ABSTRACT .......................................................................................................................... 141. INTRODUCCIÓN ......................................................................................................... 151.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................................ 161.2 PREGUNTA PARA LA INVESTIGACION ........................................................................ 172. OBJETIVOS .................................................................................................................. 182.1 OBJETIVO GENERAL.................................................................................................. 182.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................................... 183. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA ...................................................................................... 193.1 JUSTIFICACIÓN ......................................................................................................... 193.2 HIPÓTESIS ................................................................................................................ 203.3 ALCANCES ................................................................................................................ 203.4 MARCO CONCEPTUAL .............................................................................................. 203.4.1 Redes definidas por Software (SDN) ...................................................................... 203.4.3 Mininet ................................................................................................................ 243.4.4 OpenFlow ............................................................................................................ 253.4.5 Balance de cargas ................................................................................................. 273.4.6 Conmutación de Etiquetas Multiprotocolo (MPLS) ................................................ 273.4.7 Calidad de Servicio (QoS) ...................................................................................... 284. ESTADO DEL ARTE .................................................................................................... 305. MATERIALES Y MÉTODOS ....................................................................................... 385.1 PRIMERA FASE: REVISIÓN DE LA LITERATURA ........................................................... 385.2 SEGUNDA FASE: IMPLEMENTACIÓN DE LA SOLUCIÓN ............................................... 395.3 TERCERA FASE: PRUEBAS.......................................................................................... 395.4 CUARTA FASE: DOCUMENTACIÓN ............................................................................ 406. DESARROLLO ............................................................................................................. 416.1 PREPARACIÓN DEL ENTORNO DE SIMULACIÓN DE LA RED DEFINIDA POR SOFTWARE 416.1.1 Instalación de Mininet .......................................................................................... 416.1.2 Instalación de OpenDayLight ................................................................................ 426.2 CREACIÓN DE REDES EN MININET ............................................................................. 436.2.1 Creación de red simple ......................................................................................... 446.2.2 Creación de red lineal ........................................................................................... 456.2.3 Creación de red en árbol ....................................................................................... 476.2.4 Creación de redes personalizadas con Miniedit ..................................................... 486.3 CONEXIÓN DE MININET CON EL CONTROLADOR OPENDAYLIGHT .............................. 516.4 REGLAS DE FLUJOS EN OPENDAYLIGHT ..................................................................... 566.4.1 Agregar reglas ...................................................................................................... 576.4.2 Eliminación de reglas de flujo ............................................................................... 586.5 IMPLEMENTACIÓN DEL BALANCEO DE CARGA .......................................................... 596.5.1 Algoritmo de Dijkstra............................................................................................ 596.5.2 Aplicación del algoritmo de Dijkstra en el balance de cargas .................................. 616.5.3 Creación de flujos con mecanismo MPLS ............................................................... 676.5.4 Implementación del mecanismo MPLS en el balanceo de cargas ............................ 717. RESULTADOS Y DISCUSIONES ................................................................................. 747.1 PRUEBAS DE BALANCEO DE CARGA CON EL ALGORITMO DE DIJKSTRA ...................... 747.1.1 Balance de carga ente h1 y h10 ............................................................................. 747.1.2 Balance de cargas entre h15 y h6 .......................................................................... 777.2 PRUEBAS DEL BALANCEO DE CARGA CON EL ALGORITMO DE DIJKSTRA USANDO EL MECANISMO MPLS ............................................................................................................. 817.2.1 Balance de cargas entre h5 y h14 .......................................................................... 817.2.2 Balance de carga entre h12 y h1 ............................................................................ 847.3 PRUEBA CONJUNTA ................................................................................................. 878. CONCLUSIONES.......................................................................................................... 909. RECOMENDACIONES ................................................................................................ 9110. BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................ 93ANEXOS ............................................................................................................................... 97Actualmente, con el constante crecimiento de la demanda de dispositivos conectados a internet muchas veces vemos colapsos en la red, de ahí es donde nacen las Redes Definidas por Software (SND), un nuevo paradigma de redes y también se le agrega un concepto llamado Balance de Cargas que en pocas palabras mejora el tiempo de respuesta de los servidores a los cuales se está conectado usando diferentes mecanismos de acuerdo a la necesidad. Esta investigación aborda el tema del Balanceo de Cargas en Redes Definidas por Software usando algoritmos de Calidad de Servicio para garantizar y optimizar el buen funcionamiento de la red en cuanto a la velocidad y el tráfico de datos. El objetivo principal es realizar y aplicar estos algoritmos en el controlador SDN en donde se encuentra la mejor ruta de todos los enlaces de la red para que circule el tráfico deseado entre los host deseados; cabe destacar que la red está simulada en un entorno virtual, con una herramienta llamada Mininet, dentro del cual se configuran todos los parámetros de red y poder acoplarse al controlador SDN. En definitiva, los algoritmos fueron aplicados con éxito y se aprecia una diferencia muy grande entre el antes y el después de los experimentos, la mejoras en la red se debe al tiempo de retardo y el ancho de banda que de acuerdo a los estándares cumple con Calidad de Servicio; con la tabulación de todos estos datos y se crearon gráficas donde se ve la tendencia de los valor de los estados de red. Como conclusión se tiene que los algoritmos de Calidad de Servicio son una muy buena opción para la realización de balanceadores de cargas en este tipo de redes, sea cual sea el tipo de datos que maneje la red, siempre se va a notar la gran mejoría en cuanto al funcionamiento de la red y los tiempos de respuestas de las peticiones hechas a los diferentes servidores.PregradoIngeniero(a) de SistemasTrabajo de Investigación y/o Extensió