[論文レビュー] A Simple Multipath OpenFlow Controller using topology-based algorithm for Multipath TCP

Chawanat Nakasan, Kohei Ichikawa+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 28, 2015

Network Traffic and Congestion Control被引用数 3

ひとこと要約

本論文では、ネットワークトポロジーを用いてMultipath TCP (MPTCP) のサブフローを複数の経路に分散させ、共有リンクを最小限に抑えることで、混雑を回避するシンプルなOpenFlowコントローラーであるsmocを提案する。アプリケーションやホストを変更せずに帯域幅利用効率を向上させることで、LANおよびWANのSDNテストベッドにおいて従来のルーティングを上回る性能を発揮する。

ABSTRACT

Multipath TCP, or MPTCP, is a widely-researched mechanism that allows a single application-level connection to be split to more than one TCP stream, and consequently more than one network interface, as opposed to the traditional TCP/IP model. Being a transport layer protocol, MPTCP can easily interact between the application using it and the network supporting it. However, MPTCP does not have control of its own route. Default IP routing behavior generally takes all traffic through the shortest or best-metric path. However, this behavior may actually cause paths to collide with each other, creating contention for bandwidth in a number of edges. This can result in a bottleneck which limits the throughput of the network. Therefore, a multipath routing mechanism is necessary to ensure smooth operation of MPTCP. We created smoc, a Simple Multipath OpenFlow Controller, that uses only topology information of the network to avoid collision where possible. Evaluation of smoc in a virtual local-area and a physical wide-area SDNs showed favorable results as smoc provided better performance than simple or spanning-tree routing mechanisms.

研究の動機と目的

• デフォルトのIPルーティングを使用する場合のMPTCPにおけるボトルネックと利用不十分の問題を解決すること。
• ネットワークトポロジーを活用した、軽量で後方互換性を持つOpenFlowコントローラーを設計すること。
• 特に帯域制限のあるWAN環境において、マルチホームでマルチサイトなSDN環境におけるMPTCPの性能を向上させること。
• 仮想LANおよび実世界のWANテストベッドの両方で、コントローラーの有効性を評価すること。
• トポロジー情報のみを用いて、スケーラブルで効率的なMPTCPのマルチパスルーティング戦略を検討すること。

提案手法

• 共有エッジとホップ数を最小化するようにパスを選択するトポロジーに基づくアルゴリズムを採用する。
• リアルタイムの監視やアクティブプロービングを必要とせず、静的ネットワークトポロジーのみを用いてMPTCPサブフローのパス集合を計算する。
• POXおよびOpenFlowと統合し、スイッチにフロールールをインストールしてサブフローの分散を実現する。
• アプリケーションやホストスタックを変更せず、仮想マシンのカーネル設定のみを調整することで後方互換性を維持する。
• パスのインストールはリアクティブであり、実験で2〜3秒の遅延が観測された。
• 帯域幅監視やアクティブプロービングといった複雑なメカニズムを避けて、シンプルさと低オーバーヘッドに焦点を当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 トポロジー情報のみを用いたアプローチが、MPTCPサブフローを複数の経路に効果的に分散させ、混雑を回避できるか。
• RQ2 SDN環境において、トポロジーに基づくコントローラーの性能は、従来のルーティング（例：STP）およびシンプルルーティングと比べてどうか。
• RQ3 パスインストールの遅延が短時間のMPTCPフローに与える影響は何か。また、その影響を軽減する方法はあるか。
• RQ4 多数のスイッチとフローを含む大規模ネットワークにおいて、コントローラーのスケーラビリティはどの程度か。
• RQ5 シンプルでリアクティブなコントローラーが、WAN環境で高い帯域幅利用効率を達成できるか、その程度はいかほどか。

主な発見

• smocはLANおよびWANテストベッドの両方でPOX S-Tおよびシンプルルーティングを上回り、より高いスループットを達成した。
• PRAGMA-ENT WANテストベッドでは、高RTTのためウィンドウ成長が遅く、約160秒後にTCPフローが約160 Mbpsに達した。
• パス衝突や利用不十分の回避により、STPおよびシンプルルーティングよりも優れた帯域幅利用効率を達成した。
• 2〜3秒のパスインストール遅延は、短時間のフローおよびスケーラビリティに影響を与えたことが観測され、特に高負荷環境で顕著であった。
• リアルタイムの帯域幅データが欠如しているにもかかわらず、トポロジー情報のみを用いたアプローチが有効であることが示され、MPTCPにおけるトポロジーに基づくルーティングが実現可能であることが示唆された。
• 事前にパスをインストールする戦略や、頻繁に使用されるパス集合のキャッシュは、遅延低減とスケーラビリティ向上に有効なポテンシャルを秘めていると特定された。