A virtualização de redes permite a criação de múltiplas redes virtuais sobre uma única infraestrutura física através de uma camada de abstração. Projetos como GENI, ORBIT e 4WARD estudam a virtualização de redes sem fio para experimentação e evolução da Internet. Apesar dos benefícios, a virtualização introduz novos desafios como a alocação eficiente de recursos e o overhead da camada de indireção.

1. Virtualização
Antônio Marcos Alberti

2. Virtualização
Foi um tópico “quente” nos anos 70, após a IBM criar nos
anos 60 o VMM (Virtual Machine Monitor).
O objetivo era fazer com que um mainframe pudesse
executar mais do que um Sistema Operacional (SO).
Surgiram então as máquinas virtuais, que são máquinas
feitas em software.
Um mesmo mainframe podia rodar várias máquinas
virtuais, cada qual com o seu SO.

3. Virtualização
Neste contexto, virtualizar significa criar uma camada de
abstração entre o hardware e o sistema operacional.
Esta camada de abstração “esconde” e “homogeniza” os
recursos de hardware, permitindo que um ou mais SOs
utilizem concorrentemente uma mesma máquina física.
Segundo Marinescu e Kröger:
Esta camada de abstração foi chamada de VMM ou
hypervisor.
O sistema mais conhecido foi o VM/370 da IBM.

4. Virtualização
Camada de hardware:
Camada do SO:
Fonte: Marinescu e Kröger.
Fonte: Marinescu e Kröger.

5. Virtualização
O advento dos PCs foi gradativamente tirando a
virtualização do centro das atenções.
Na década de 80 o VMM foi parar no esquecimento.
Nos anos 90, o VMM foi trazido de volta as atenções por
um projeto da Universidade de Stanford, que mais tarde
deu origem a empresa VMware Inc.
Nos dias atuais a virtualização está de volta ao centro das
atenções com a chamada cloud computing.

6. Virtualização
A computação em nuvens visa reduzir o OPEX, aumentar
a utilização dos servidores e melhorar a escalabilidade
dos recursos computacionais.
A virtualização do hardware já chegou hoje até os PCs.
A virtualização está afetando todas as áreas da
computação:
Máquinas, armazenamento, data center, OSs, etc.
E, como os equipamentos de rede são computadores
dedicados, por que não virtualizá-los?

7. Virtualização de Redes
Visa criar uma camada de abstração entre os
equipamentos de rede (roteadores, switches e rádios) e o
software de rede, de tal forma que os recursos de
comunicação possam ser usados concorrentemente por
instâncias de software diferentes.
É importante observar como esta idéia se parece com a
idéia do rádio definido por software, que é a base do rádio
cognitivo.
A virtualização dos equipamentos de rede permite a
coexistência de redes virtuais independentes, com nós e
enlaces virtuais.

8. Virtualização de Redes
Soluções como VPNs, MPLS, GMPLS e VLANs são
versões limitadas desta idéia.
Em 2002, a virtualização de redes foi defendida por
Peterson et al. (de Princeton) como uma das ferramentas
possíveis para viabilizar a experimentação na Internet
atual.
Surgiram as chamadas redes sobrepostas (overlay
networks) e o PlanetLab, que é uma rede de teste virtual
sobre as redes IP tradicionais.
Também em 2002 surgiu o Emulab.

9. Virtualização de Redes
Alguns projetos de virtualização de rede:
Fonte: Chowdhury, “A Survey of Network Virtualization”, Waterloo

10. Virtualização de Redes
Tipos de Redes Virtuais
Fonte: Hiroaki Harai

11. Virtualização de Redes
Sumário de Técnicas de Virtualização de Rádio
Fonte: Raychaudhuri, WINLAB, Rutgers.

12. Virtualização de Redes
Virtualização com MAC virtual
Fonte: Raychaudhuri, WINLAB, Rutgers.

13. Virtualização de Redes
O PlanetLab teve um efeito multiplicador, que culminou
com o advento de várias outras iniciativas:
Global Environment for Network Innovations (GENI) nos
EUA.
OneLab2 na Europa.
CoreLab e JGN2 no Japão.
G-Lab na Alemanha.
ORBIT radio grid testbed na Universidade de Rutgers.

14. Virtualização de Redes
Em 2005, Peterson et al. revisitaram a idéia da
virtualização de redes, mas defendendo um novo foco:
Usar a virtualização de rede para superar o impasse da
dificuldade de evolução da Internet.
“ the status quo is no acceptable. We (as a community)
are unable to deploy, or even evaluate, new architectures”.
A virtualização é defendida não mais como uma técnica
para a construção de redes de teste, mas sim como
tecnologia chave para a própria arquitetura da rede.
Surgiu o duelo Pluralistas x Puristas.

15. Virtualização de Redes
Esta abordagem colocou a virtualização da rede no centro
das atenções dos atuais projetos de Internet do Futuro.
E a virtualização de redes sem fio?
Um dos primeiros estudos ocorreu no escopo do projeto
GENI.
Outros projetos importantes são:
ORBIT
4WARD
OpenRoads
Akari

16. Virtualização de Redes
GENI: Redes Virtuais para Experimentação
Cada experimento é
construído a partir
da alocação de
recursos federados
mediante políticas e
segurança.
Fonte: Dempsey, 2008.

17. Virtualização de Redes
GENI: Redes Virtuais para Experimentação
A rede virtual
sobreposta
(overlay) é
criada.
Fonte: Dempsey, 2008.

18. Virtualização de Redes
GENI: Redes Virtuais para Experimentação Sem Fio
Fonte: Raychaudhuri, WINLAB, Rutgers.

19. Virtualização de Redes
ORBIT: Rede Programável de Larga Escala (~400 nós)
Fonte: Raychaudhuri, WINLAB, Rutgers.

20. Virtualização de Redes
ORBIT: Interconexão ORBIT e PlanetLab
Fonte: Raychaudhuri, WINLAB, Rutgers.

21. Virtualização de Redes
4WARD: Virtualização dos Recursos de Rádio
Fonte: Carmelita Görg.
Fonte: Joachim Sachs, Ericsson.

22. Virtualização de Redes
4WARD: Ciclo de Vida das Redes Virtuais
Fonte: Carapinha.

23. Virtualização de Redes
OpenRoads: Modelo Centralizado
Fonte: Masayoshi Kobayashi, NEC.

24. Virtualização de Redes
Akari: Redes Virtuais Autônomas
Fonte: Hiroaki Harai

25. Virtualização de Redes
Outros Aspectos da Virtualização
Ciclo de Vida das Redes Virtuais
Exposição de capacidades, seleção de recursos, admissão, alocação,
otimização, gerência, resiliência e remoção.
Alocação de Recursos: mais Complexo que o atual
Migração de Nós Virtuais
Interconexão de Redes Virtuais
Overhead da Camada de Indireção
Novos Modelos de Negócio: Operadoras Virtuais

26. Virtualização de Redes
Considerações Finais
A virtualização de redes está sendo considerada a melhor
opção para prover generalidade no uso dos recursos de
substrato, como por exemplo capacidades de
comunicação, processamento, armazenamento e conteúdo
A virtualização permite a evolução das camadas superiores
da rede de forma independente das capacidades de
substrato.
Entretanto, a camada de abstração acrescentada pela
virtualização reduz a eficiência e traz novos desafios em
termos de alocação de recursos, interoperabilidade e
resiliência.

27. Virtualização de Redes
Considerações Finais
Ainda, de acordo com o consórcio Cross-ETP muitas
dúvidas pairam sobre a virtualização de redes:
“There is no proof so far that virtualization (that relies on the indirection
principle) is resolving any of the FI technological challenges”.
“There is no definitive answer concerning negative impact that would
result from the introduction of this new level of indirection”.

28. Acknowledgements - Agradecimentos
I would like to thanks the authors cited in the previous slides by
making publicly available their papers, presentations, figures
and tables.
Gostaria de agradecer os autores citados por disponibilizarem
publicamente seus artigos, apresentações, figuras e tabelas.