Implementación SDN de Arquitecturas Fat-Tree Multidimensional

Abstract

Este Trabajo Fin de Grado aborda el diseño, implementación y evaluación de un banco de pruebas SDN orientado al estudio de topologías de centro de datos, tomando como arquitectura principal una topología Fat-Tree 𝑘=4. El entorno experimental se ha construido sobre Mininet, Open vSwitch, OpenFlow 1.3 y OpenDaylight, incorporando automatización en Python para desplegar topologías, instalar reglas de encaminamiento, ejecutar campañas de tráfico y generar evidencias reproducibles. El desarrollo se ha planteado de forma incremental. En primer lugar, se valida el banco de pruebas mediante topologías de complejidad reducida. Posteriormente, se utiliza una arquitectura Leaf-Spine como etapa metodológica intermedia para estudiar mecanismos multipath bajo condiciones controladas. Finalmente, se implementa y evalúa una topología Fat-Tree 𝑘=4, sobre la que se ejecuta una campaña principal basada en forwarding determinista instalado desde OpenDaylight mediante RESTCONF y verificado posteriormente en el plano de datos mediante Open vSwitch. La evaluación experimental incluye escenarios punto a punto, tráfico concurrente distribuido y tráfico concentrado hacia un único destino. Las métricas empleadas incluyen conectividad, latencia, throughput, contadores de flujos, grupos OpenFlow y buckets. Además, se desarrolla un demostrador ECMP limitado mediante grupos OpenFlow select y se documenta un intento exploratorio hacia ECMP completo en Fat-Tree. Los resultados muestran que la campaña RESTCONF determinista constituye una base estable y trazable, mientras que las extensiones multipath permiten validar mecanismos acotados e identificar límites técnicos en la activación completa de caminos en la jerarquía Fat-Tree. El trabajo no pretende extrapolar prestaciones absolutas a una infraestructura física de producción, sino proporcionar una metodología reproducible para implementar, validar e interpretar arquitecturas SDN emuladas. Como resultado, se obtiene un banco de pruebas documentado, una campaña experimental defendible y una base sólida para futuras extensiones relacionadas con ECMP completo, telemetría, reconfiguración desatendida y escalabilidad hacia valores superiores de 𝑘.

This Bachelor’s Thesis addresses the design, implementation, and evaluation of an SDN testbed for data centre network topologies, using a Fat-Tree 𝑘=4 topology as the main architecture. The experimental environment is built on Mininet, Open vSwitch, Open- Flow 1.3, and OpenDaylight, with Python-based automation to deploy topologies, install forwarding rules, run traffic campaigns, and generate reproducible evidence. The work follows an incremental methodology. First, the testbed is validated through low-complexity topologies. Then, a Leaf-Spine architecture is used as an intermediate methodological stage to study multipath mechanisms under controlled conditions. Finally, a Fat-Tree 𝑘=4 topology is implemented and evaluated through a main campaign based on deterministic forwarding installed from OpenDaylight using RESTCONF and later verified in the data plane through Open vSwitch. The experimental evaluation includes point-to-point scenarios, distributed concurrent traffic, and hotspot traffic towards a single destination. The metrics include connectivity, latency, throughput, flow counters, OpenFlow groups, and bucket counters. In addition, a limited ECMP demonstrator based on OpenFlow select groups is implemented, and an exploratory attempt towards full ECMP in Fat-Tree is documented. The results show that the deterministic RESTCONF campaign provides a stable and traceable baseline, while the multipath extensions validate bounded mechanisms and identify technical limitations in achieving complete path activation across the Fat-Tree hierarchy. Thiswork does not aim to extrapolate absolute performance values to a physical production infrastructure. Instead, it provides a reproducible methodology to implement, validate, and interpret emulated SDN architectures. As a result, the thesis delivers a documented testbed, a defensible experimental campaign, and a solid basis for future extensions related to full ECMP, telemetry, unattended reconfiguration, and scalability towards higher values of 𝑘.