Universidad de Castilla-La Mancha
 
Escuela Superior de Ingeniería Informática
     
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Grado en Ingeniería Informática


TRABAJOS FIN DE GRADO
curso: 2018-19

Despliegue de una infraestructura SDN para soportar aplicaciones de altas prestaciones


Tecnologías Específicas

Ingeniería de Computadores
 


Descripcion y Objetivos

La tecnología SDN (Software Defined Networking) es un paradigma que surge para facilitar el control y gestión de las redes de interconexión de computadores. La base de esta nueva metodología es la separación del plano de control, dedicado al establecimiento de reglas de encaminamiento, filtrado, etc., del plano de datos, cuya función es el reenvío de los mensajes de red en función de la reglas establecidas por el plano de control, en una red de computadores. De esta forma la administración de la red se centraliza en un módulo llamado controlador, que se encarga del establecimiento de las reglas de encaminamiento y su comunicación a los nodos de red, mediante un protocolo como el estándar OpenFlow. De esta forma, la lógica de los nodos de red solo se encarga de: buscar una correlación entre el mensaje que recibe el dispositivo, con la tabla de reglas en él programadas por el controlador; y en caso de coincidencia aplicar la acción asociada a cada regla. 

Esto tiene varios beneficios: por un lado la reducción del sobreflujo de control asociado a protocolos de control como STP, ARP, DHCP, etc., que ahora pueden ser eliminados de la red, implementando dichos servicios en el controlador; por otra parte, el controlador puede ejecutar algoritmos más elaborados, explotando incluso técnicas de minería de datos, e inteligencia artificial, para el establecimiento de las reglas en cada uno de los dispositivos de red, según el conocimiento de la topología de red que él mismo posee. Este conocimiento de la topología, la posibilidad de ejecutar un algoritmo centralizado para determinar las rutas de comunicación entre nodos, e incluso la reserva de ancho de banda entre los mismo es una característica muy a tener en cuenta en redes de interconexión para aplicaciones de altas prestaciones. Por lo que en la actualidad SDN es una tecnología muy utilizada en centros de datos y clouds. 

Como caso de estudio para probar la infraestructura SDN desplegada, se propone el modelo meteorológico WRF (Weather Research and Forecastic Model) desarrollado por el National Center for Atmospheric Ressearch). Este modelo es ampliamente utilizado por la comunidad científica. En el caso de los grupos de la UCLM se está utilizando para la predicción de la precipitación, como por ejemplo en forma de nieve, que se llevó a cabo durante los Juegos Olímpicos y Paralímpicos 2018 celebrados en Corea. La ejecución de este modelo requiere del uso de un supercomputador para su ejecución, supercomputador como el instalado en el Instituto de Investigación en Informática de Albacete denominado GALGO. No obstante, el hecho de probar una la tecnología SDN nos puede permitir mejorar las prestaciones de la aplicación siempre y cuando seamos capaces de realizar reservas de canal de manera más inteligente y permitir una comunicación más eficiente

El objetivo general será el despliegue de una infraestructura de red basada en SDN para la interconexión de distintos nodos de computación sobre los que se ejecutará una aplicación de altas prestaciones como es Weather Research and Forecasting (WRF) model. 

Este objetivo general se desglosa en los siguientes subobjetivos: 

  1. Despliegue de la infraestrutura de red compuesta por switches con soporte OpenFlow. 

  1. Instalación, arranque y configuración del controlador central ONOS. 

  1. Instalación del WRF en los distintos nodos de computación. 

  1. Verificación del funcionamiento general del sistema y optimización del mismo si procede. 

 


Metodología y Competencias

En un principio se definen las siguientes fases en el plan de trabajo: 

  1. Estudio de la tecnología SDN 

  1. Estudio del modelo WRF 

  1. Estudio y configuración de los switches con soporte OpenFlow a utilizar. 

  1. Instalación y configuración del controlador SDN a utilizar, ONOS. 

  1. Instalación y configuración del modelo WRF en los nodos interconectados. 

  1. Diseño e implementación de un conjunto de pruebas de verificación de funcionamiento del sistema. 

  1. Estudio de los parámetros a configurar en ONOS para la optimización de la comunicación entre las instancias del modelo WRF. 

A lo largo de este  Trabajo Fin de Grado el alumno demostrará la adquisión de las siguientes competencias de Tecnología de Ingeniería de Computadores:

  • [IC3] Capacidad de analizar y evaluar arquitecturas de computadores, incluyendo plataformas paralelas y distribuidas, así como desarrollar y optimizar software para las mismas. 

  • [IC8] Capacidad para diseñar, desplegar, administrar y gestionar redes de computadores. 

 


Medios a utilizar

  • 16 switches ONetSwitch30. 

  • Clúster de nodos Vesubio. 

  • Software ONOS. 

  • Software WRF. Asociado a este software se hace necesario instalar hdf5, netcdf, mpi y compiladores de Fortran y C. 

 


Bibliografía

 


Tutores


DELICADO MARTÍNEZ, FRANCISCO MANUEL
ARIAS ANTÚNEZ, ENRIQUE
 

Alumno




 

 

Sindicación  Sindicación  Sindicación  Sindicación

Curso: 2018-19
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