Στόχος
Στόχος του μαθήματος είναι η παρουσίαση θεμάτων σχεδιασμού και υλοποίησης στο χώρο των υποδομών μελλοντικού διαδικτύου. Για το λόγο αυτό, το πρώτο μέρος του μαθήματος, αφού κάνει μια ανασκόπηση του σημερινού διαδικτύου, αλλά και στα προβλήματα-προκλήσεις που το συνοδεύουν, στη συνέχεια παρουσιάζει και αναλύει τις πλέον πρόσφατες τεχνολογίες και αρχιτεκτονικές που αναπτύσσονται με έμφαση στη νέα γενιά δικτύων 5G. Αναπτύσσονται θέματα που σχετίζονται με την εικονικοποίηση δικτυακών λειτουργιών (VNFs), τη δημιουργία σχετικών προφίλ, τη διαχείριση και ενορχήστρωσή τους, καθώς επίσης αναλύονται πρότυπα όπως το ETSI MANO. Το δεύτερο μέρος του μαθήματος επικεντρώνει στις υποδομές αυτές καθαυτές, που αποτελούνται από διαφορετικές οντότητες (Things) και υπολογιστικά νέφη (Clouds). Το μάθημα προσφέρει το θεωρητικό υπόβαθρο των συγκεκριμένων υποδομών ενώ επίσης επιδιώκεται η εξοικείωση των συμμετεχόντων με τεχνολογίες λειτουργίας, προγραμματισμού και εκτέλεσης εφαρμογών σε τέτοια περιβάλλοντα μέσω των αντίστοιχων εργαστηριακών θεματικών περιοχών (π.χ. OpenStack, Google AppEngine). Εξετάζονται σε βάθος έννοιες, τεχνικές και μεθοδολογίες σε όλα τα επίπεδα της υποδομής, δίνοντας έμφαση σε θέματα όπως οι σύγχρονες αρχιτεκτονικές νεφών (υπολογιστικών νεφών, αποθηκευτικών νεφών, βάσει γεγονότων, κ.α.), τα δομικά τους στοιχεία (τύποι πόρων, κατηγορίες υπηρεσιών, συμβόλαια επιπέδου υπηρεσιών και επιπέδου γεγονότων, σύνθεση και πολυεπίπεδη ενορχήστρωση υπηρεσιών), καθώς και οι τεχνολογίες δικτύωσης.
Περιεχόμενα
- Ανασκόπηση του σημερινού Διαδικτύου και προκλήσεις: Ανασκόπηση αρχιτεκτονικής Διαδικτύου και Δικτυακών Εφαρμογών. Παγκόσμιος Ιστός (διασύνδεση πληροφορίας, πρόσβαση, τύποι και υπηρεσίες επικοινωνίας, πρότυπα, σχήματα αναγνώρισης).Ανασκόπηση πρωτοκόλλων επιπέδου εφαρμογής, αρχιτεκτονικές, διεργασίες. Το Web και το HTTP, Ηλεκτρονικό ταχυδρομείο, μεταφορά αρχείων, η υπηρεσία DNS, συστήματα ομότιμων (P2P), διανομή αρχείων. Ανασκόπηση πρωτοκόλλων και μηχανισμών επιπέδου μεταφοράς. Ανασκόπηση πρωτοκόλλων και μηχανισμών επιπέδου δικτύου. Προκλήσεις και τάσεις (performance, scalability, security) – Προς το μελλοντικό Διαδίκτυο.
- 5G Δίκτυα – Εισαγωγή: Εικονικοποίηση δικτύων, Software Defined Networking, Virtual switches & Controllers, Το πρωτόκολλο Openflow, Network virtualization, SDN Applications, Network abstractions / languages, Network Function Virtualization.
- 5G Δίκτυα – Διαχείριση Εικονικοποιήμενων Λειτουργιών Δικτύου: Περιγραφή, αποθήκευση και ανάκτηση εικονικοποιημένων λειτουργιών δικτύου (VNFs), Δημιουργία και ανανέωση προφίλ VNFs, Σύνθεση VNFs για την υλοποίηση δικτυακών υπηρεσιών, Εποπτεία και διορθωτικές ενέργειες για την παροχή ποιότητας υπηρεσίας σε εικονικοποιημένες υποδομές.
- 5G Δίκτυα – Ενορχήστρωση Εικονικοποιήμενων Λειτουργιών Δικτύου: Αντιστοίχιση εικονικοποιημένων λειτουργιών δικτύου σε δικτυακούς πόρους, Ενορχήστρωση των εικονικοποιημένων λειτουργιών, Προσαρμοστικές ενέργειες ενορχηστρωτών, Το πρότυπο ETSI MANO.
- 5G Δίκτυα – Έρευνα και Πειραματισμός: Πλατφόρμες και υποδομές για έρευνα και πειραματισμό σε δίκτυα 5G. Πρακτική εξάσκηση: διαχείριση, περιγραφή, σύνθεση και ενορχήστρωση εικονικοποιημένων λειτουργιών δικτύου.
- Υποδομές Μελλοντικού Διαδικτύου: Υπολογιστικά Νέφη και Διαδίκτυο Αντικειμένων. Προκλήσεις, στόχοι, τομείς εφαρμογής. Αρχιτεκτονικές προσεγγίσεις υπολογιστικών νεφών. Μοντέλο διακριτών επιπέδων Software-Platform-Infrastructure (SPI), λειτουργικότητα, ιδιότητες, διεπαφές και επικοινωνία επιπέδων. Μοντέλα διασύνδεσης υποδομών υπολογιστικών νεφών: private, public, hybrid, federated, community.
- Τεχνολογίες Υπολογιστικών Νεφών: Εποπτεία εκτέλεσης εφαρμογών και υποδομής (Nagios, Ganglia). Διαχείριση ροών εργασίας: Προδιαγραφές και γλώσσες περιγραφής (XPDL, WS-BPEL, QoWL). Εικονικοποίηση: Υλοποίηση και παροχή Εικονικών Πόρων, Κατηγορίες εικονικοποίησης (native, hardware, OS-level, application), Hypervisors (KVM, Xen). Εικονικοί δικτυακοί πόροι, Εικονικοποίηση επιπέδου 2 (VLAN stacking, OTV, OpenVZ, vNetwork, SUNCrossbow), Εικονικοποίηση επιπέδου 3.
- Διαδίκτυο αντικειμένων: Περιγραφή οντοτήτων, οντολογίες αντικειμένων (OWL, SUMO, SensorML). Τεχνολογίες και πρωτόκολλα διασύνδεσης (Zigbee, KNX, Z-wave, MQTT). Διαχείριση οντοτήτων (κεντρικοποιημένη, κατανεμημένη, αυτοδιαχείριση). Εφαρμογές, μελλοντικές προκλήσεις.
- Τεχνολογίες αποθήκευσης και διαχείρισης δεδομένων: Προσεγγίσεις επεκτασιμότητας, ελαστικότητας, συνοχής δεδομένων, διαχείρισης ονοματολογίας . Μοντέλο «υπολογιστικής» αποθήκευσης. Πρόσβαση και μέθοδοι ανάκτησης σε αποθηκευμένα αντικείμενα βάσει περιεχομένου. Εργαστηριακές ασκήσεις σε Apache Hadoop.
- Δημιουργία υπολογιστικών νεφών και υλοποίηση εφαρμογών: Εργαστηριακές ασκήσεις σε OpenStack και Google App Engine.
- R. Buyya, J. Broberg, A. M. Goscinski, «Cloud Computing, Principles and Paradigms», Wiley, 2011
- T. Erl, R. Puttini, Z. Mahmood, «Cloud Computing, Concepts, Technology & Architecture», Prentice Hall, 2013