[論文レビュー] ContentFlow: Mapping Content to Flows in Software Defined Networks

Abhishek Chanda, Cédric Westphal|arXiv (Cornell University)|Feb 6, 2013

Caching and Content Delivery参考文献 10被引用数 23

ひとこと要約

ContentFlowは、修正済みのOpenFlowコントローラーを用いてコンテンツ名をIPフローにマッピングする、ハイブリッドなSDN-ICNアーキテクチャを提案する。これにより、従来のIPインfra構造上でもコンテンツベースのルーティング、キャッシュ、ポリシー管理が可能になる。クライアントおよびサーバーを変更せずに、非表示に動作し、実装を通じて、エンドホストや下位層スイッチを変更せずにコンテンツ認識ネットワーク制御が可能であることを示している。

ABSTRACT

Information-Centric Networks place content as the narrow waist of the network architecture. This allows to route based upon the content name, and not based upon the locations of the content consumer and producer. However, current Internet architecture does not support content routing at the network layer. We present ContentFlow, an Information-Centric network architecture which supports content routing by mapping the content name to an IP flow, and thus enables the use of OpenFlow switches to achieve content routing over a legacy IP architecture. ContentFlow is viewed as an evolutionary step between the current IP networking architecture, and a full fledged ICN architecture. It supports content management, content caching and content routing at the network layer, while using a legacy OpenFlow infrastructure and a modified controller. In particular, ContentFlow is transparent from the point of view of the client and the server, and can be inserted in between with no modification at either end. We have implemented ContentFlow and describe our implementation choices as well as the overall architecture specification. We evaluate the performance of ContentFlow in our testbed.

研究の動機と目的

• 従来のIPインfra構造上でのフロー指向SDNとコンテンツ指向ICNの間の意味的ギャップを埋めることで、コンテンツ認識ネットワーク制御を可能にすること。
• エンドホストやサーバーを変更せずに、ネットワーク層でのコンテンツルーティング、キャッシュ、ポリシー管理を可能にすること。
• HTTPヘッダーを用いたコンテンツ識別と集中型コントローラー論理を用いて、コンテンツ認識フロー管理をOpenFlowに拡張すること。
• SDNと統合された非表示の分散キャッシュシステムを実装し、遅延とスケーラビリティを向上させること。
• HTTPワークロードを用いた実際のテストベッドを用いて、コンテンツベースの転送の性能およびスケーラビリティを評価すること。

提案手法

• コンテンツ名（例：HTTPヘッダーからのもの）をネットワークフローにマッピングする集中型コンテンツ管理レイヤーを備えた、OpenFlowコントローラーを拡張する。
• TCPおよびIPメタデータ（送信元/送信先IP、ポート）をコンテンツ名と組み合わせ、各コンテンツ要求に対して一意の仮想フローを生成する。
• コンテンツ名とポートを用いたデマルチプレクシングおよびキャッシュ意思決定を実行するコンテンツ認識スイッチを備えたプロキシベースアーキテクチャを実装する。
• プロキシにブルームフィルタを導入し、ローカルに利用可能なコンテンツのリストをキャッシュすることで、コントローラーの照会を削減する。
• コンテンツがネットワークプロキシにキャッシュされることで、繰り返しのリクエストに対するエンドツーエンド遅延が低減する、非表示キャッシュメカニズムを設計する。
• プログラマブルコントローラーを用いて、コンテンツタイプに基づくキャッシュルールやQoS差別化などのコンテンツベースポリシーを強制する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 既存のSDNインfraを用いて、従来のIPネットワーク上にコンテンツベースのルーティングおよびキャッシュを実装する方法は何か？
• RQ2 エンドホストやスイッチを変更せずに、コンテンツ認識ネットワーク制御を非表示に達成できるか？
• RQ3 コンテンツマッピングおよびプロキシ処理の性能オーバーヘッドは、直接のクライアント-サーバ通信と比較してどの程度か？
• RQ4 キャッシュの導入がエンドツーエンド遅延およびネットワーク効率に与える影響は何か？
• RQ5 低遅延および高スループットを維持しながら、大量のコンテンツリクエストを管理できるか？

主な発見

• ContentFlowは、プロキシにキャッシュすることで繰り返しのコンテンツリクエストのエンドツーエンド遅延を低減する。ケース3（プロキシ＋キャッシュ）は、ケース2（プロキシのみ）よりも遅延が低い。ただし、プロキシ処理遅延が無視できるものと仮定している。
• コンテンツサイズが5KBを超える場合、ファイル転送遅延（F(A,B)）がプロキシ処理遅延（Delay(Proxy)）を上回り、キャッシュの利点が顕著になる。
• プロキシが過負荷になると、ケース2およびケース3の遅延がケース1（直接アクセス）の遅延を上回る可能性がある。これにより、プロキシの負荷管理の最適化が求められる。
• 人気コンテンツの静的ルールや、プロキシにブルームフィルタを導入することで、コントローラーの照会オーバーヘッドが低減され、スケーラビリティが向上する。
• 複数のクライント、複数のサーバー、および1人のクライントあたりの複数の同時コンテンツストリームを含む、複雑なシナリオを正常にサポートする。各ストリームは仮想フロー対として処理される。
• 実装により、エンドホストやスイッチを変更せずに、コントローラーおよびプロキシの変更のみでコンテンツベースのネットワーク制御が従来のIP上でも可能であることが示された。