Development of a SD-WAN testbed with active monitoring capabilities

SD-WAN is a specific blend of SDN (Software Defined Networking) designed to accommodate the needs of WAN (Wide Area Network) connections, which are used to connect large and disparate networks spanning over great geographic distances. A WAN is typically used, for example, to connect remote offices to a central headquarters or connect different data centers that are far apart from each other. Enterprises have been relying on MPLS as the technology for their WAN connections for the past decade. This has been considered satisfactory only if we factor lack-of-visibility and huge costs out of the equation. In this thesis, we present reasons as to how beneficial the switch to SD-WAN would be for a business. Traditional WAN, as it is, is synonymic to vendor specific hardware which in turn translates to exorbitant costs and interoperability issues. With the growth of user devices, data center units and new establishments across the globe, enterprises are demanding for more flexible and reliable WAN technologies with the possibility of automating the same offering visibility and security without spending excessively. These and a lot more are the benefits with SD-WAN. Costs being cut down to a minimum, quicker automation processes and outstanding performance of their applications also contribute to why enterprises should be moving towards implementing SD-WAN in their data centers. Ever since the existence of WAN connectivity in the conventional network, many technologies have been introduced and have evolved over the period but the de facto standard that really caught the attention of enterprises was MPLS. MPLS (Multiprotocol Label Switching) is a routing technique that routes packets from one node to another using path labels instead of IP (Internet Protocol) addresses. A router would normally route packets based on IP lookups on its routing table to make path and forwarding decisions but when MPLS is enabled on such router, it no longer forwards based on IP but on labels, thus saves considerable time and forwards traffic quickly. MPLS does bring many benefits to IP networks. It was a great improvement to ATM and Frame Relay, which we will discuss in detail in one of the later chapters and furthermore invented a much faster packet processing compared to IP. In this thesis, we will investigate why, an Enterprise, should move towards the adoption of SD-WAN technology for their WAN backbone as well as the benefits that it brings. A few of the top benefits are low costs including capital expenditure and maintenance, centralized management in a single pane of glass and full visibility to network behavior. A very important approach in the SDN is a concept that separates the two main elements of a network, the Control Plane and the Data plane. These two components are typically bundled in one in the conventional network but this is the opposite in SDN. In SDN, both planes are now abstracted and also run independently of one another. The entirety of this thesis work was implemented on our testbed in the City of Militello. We installed two Raspberry PI boards operating our Open Vswitches and we spun up a Ubuntu 16.04 Virtual Machine on a Windows host as the brain of the network operating as the SDN controller. We have distinguished both sites as Site-A and Site-B where the former is situated at Mr. Mario’s residence and the latter at the Comune di Militello office premises. Both sites are situated in the Italian city of Militello in the province of Val di Catania.

SD-WAN è una specifica di SDN (Software Defined Networking) progettata per soddisfare le esigenze delle connessioni WAN (Wide Area Network), che vengono utilizzate per connettere reti grandi e disparate che si estendono su grandi distanze geografiche. Una WAN viene in genere utilizzata, ad esempio, per connettere uffici remoti a una sede centrale o collegare diversi data center distanti tra loro. Le aziende hanno fatto affidamento su MPLS come tecnologia per le loro connessioni WAN negli ultimi dieci anni. Ciò è stato considerato soddisfacente solo se si tiene conto della mancanza di visibilità e dei costi enormi fuori dall'equazione. In questa tesi, presentiamo le ragioni per quanto vantaggioso sarebbe il passaggio a SD-WAN per un'azienda. La WAN tradizionale, così com'è, è sinonimo di hardware specifico del fornitore che a sua volta si traduce in costi esorbitanti e problemi di interoperabilità. Con la crescita di dispositivi utente, unità di data center e nuovi stabilimenti in tutto il mondo, le aziende richiedono tecnologie WAN più flessibili e affidabili con la possibilità di automatizzare la stessa visibilità e sicurezza dell'offerta senza spendere eccessivamente. Questi e molti altri sono i vantaggi con SD-WAN. La riduzione dei costi al minimo, i processi di automazione più rapidi e le eccezionali prestazioni delle loro applicazioni contribuiscono anche al motivo per cui le aziende dovrebbero orientarsi verso l'implementazione di SD-WAN nei loro data center. Sin dall'esistenza della connettività WAN nella rete convenzionale, molte tecnologie sono state introdotte e si sono evolute nel periodo, ma lo standard di fatto che ha attirato davvero l'attenzione delle imprese è stato MPLS. MPLS (Multiprotocol Label Switching) è una tecnica di routing che instrada i pacchetti da un nodo all'altro utilizzando le etichette dei percorsi anziché gli indirizzi IP (Internet Protocol). Un router normalmente instrada i pacchetti in base alle ricerche IP sulla sua tabella di routing per prendere decisioni relative al percorso e all'inoltro ma quando MPLS è abilitato su tale router, non si sposta più in base all'IP ma alle etichette, risparmiando così molto tempo e inoltrando rapidamente il traffico. MPLS porta molti vantaggi alle reti IP. È stato un grande miglioramento per ATM e Frame Relay, di cui parleremo in dettaglio in uno dei capitoli successivi e inoltre abbiamo inventato un'elaborazione dei pacchetti molto più veloce rispetto all'IP. In questa tesi, esamineremo il motivo per cui un'impresa dovrebbe orientarsi verso l'adozione della tecnologia SD-WAN per la sua struttura portante WAN e sui vantaggi che essa comporta. Alcuni dei principali vantaggi sono i bassi costi, tra cui investimenti e manutenzione, gestione centralizzata in un unico riquadro di vetro e piena visibilità sul comportamento della rete. Un approccio molto importante nella SDN è un concetto che separa i due elementi principali di una rete, il piano di controllo e il piano dati. Questi due componenti sono generalmente raggruppati in uno nella rete convenzionale, ma questo è l'opposto in SDN. In SDN, entrambi i piani sono ora astratti e anche eseguiti indipendentemente l'uno dall'altro. Tutto questo lavoro di tesi è stato implementato sul nostro banco di prova nella Città di Militello. Abbiamo installato due schede Raspberry PI che gestiscono i nostri Open Vswitches e abbiamo avviato una macchina virtuale Ubuntu 16.04 su un host Windows come cervello della rete che opera come controller SDN. Abbiamo distinto entrambi i siti come Sito-A e Sito-B dove il primo è situato nella residenza del signor Mario e il secondo nella sede dell'ufficio del Comune di Militello. Entrambi i siti sono situati nella città italiana di Militello in provincia di Val di Catania.