[論文レビュー] Control Exchange Points: Providing QoS-enabled End-to-End Services via SDN-based Inter-domain Routing Orchestration

Vasileios Kotronis, Xenofontas Dimitropoulos+4 more|arXiv (Cornell University)|Nov 8, 2016

Software-Defined Networks and 5G参考文献 6被引用数 25

ひとこと要約

本稿では、IXPをデータプレーンのアンカーとし、SDN APIを用いた集中制御により、複数のISPに跨るエンドツーエンドのQoS保証サービスを実現するSDNベースのオ케ストレーター、Control Exchange Points (CXPs) を提案する。CXPsは、事前に設定されたパフォーマンス付加情報を持つネットワークスライス（pathlets）を動的に接続することで、リアルタイムの遅延および帯域幅要件を満たすアプリケーション、例えば遠隔医療やリアルタイムビデオ会議に適したスケーラブルでプログラマブルなドメイン間ルーティングを可能にする。

ABSTRACT

This paper presents the vision of the Control Exchange Point (CXP) architectural model. The model is motivated by the inflexibility and ossification of today's inter-domain routing system, which renders critical QoS-constrained end-to-end (e2e) network services difficult or simply impossible to provide. CXPs operate on slices of ISP networks and are built on basic Software Defined Networking (SDN) principles, such as the clean decoupling of the routing control plane from the data plane and the consequent logical centralization of control. The main goal of the architectural model is to provide e2e services with QoS constraints across domains. This is achieved through defining a new type of business relationship between ISPs, which advertise partial paths (so-called pathlets) with specific properties, and the orchestrating role of the CXPs, which dynamically stitch them together and provision e2e QoS. Revenue from value-added services flows from the clients of the CXP to the ISPs participating in the service. The novelty of the approach is the combination of SDN programmability and dynamic path stitching techniques for inter-domain routing, which extends the value proposition of SDN over multiple domains. We first describe the challenges related to e2e service provision with the current inter-domain routing and peering model, and then continue with the benefits of our approach. Subsequently, we describe the CXP model in detail and report on an initial feasibility analysis.

研究の動機と目的

• 今日のドメイン間ルーティングの柔軟性の欠如と固定化が、QoS制約付きのエンドツーエンドサービスを阻害している問題に対処する。
• 従来のISPピアリングの制限、特に粗い粒度のBGPベースのプレフィックス交換およびサービス固有の調整の欠如を克服する。
• SDN原則に基づく新しいビジネスおよび技術的モデルを用いて、複数ISPに跨る動的でQoS保証付きのエンドツーエンドパスを実現する。
• プログラマブルで論理的に集中化されたオーケストレーションレイヤーを導入することで、クロスドメインサービスの段階的導入と市場採用を促進する。
• 低遅延・高帯域幅要件を満たすミッションクリティカルなアプリケーション、例えば遠隔医療や高精細ビデオ会議を支援する。

提案手法

• SDN APIを用いてドメイン間パスの接続をオーケストレートする外部的で論理的に集中化されたエンティティとして、Control Exchange Point (CXP) を導入する。
• pathletsを、OpenFlowやMPLSトンネルを介してパフォーマンス付加情報（帯域幅、遅延、パス長など）を備えた事前設定済みネットワークスライスとして定義し、ISPがCXPに広報する。
• IXPをISPスライス間のスイッチングのアンカーとして活用し、その高密度な相互接続構造と既存のSDNサポート（例：SDX）を活用する。
• 2つの展開モデルをサポートする：1つはリアルタイム測定に基づく再ルーティングを要するベストエフォート型pathlets、もう1つは広報されたパフォーマンスの検証を要する保証付きpathlets。
• BGPとの共存を実現するため、サービス固有のプレフィックスを一般ルーティングから分離しつつ、ISP内の制御は維持する。
• IXPでのリアルタイム監視を活用し、QoS保証の検証とネットワーク状態の変化に応じた動的パス移行を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複数ISPに跨るエンドツーエンドのQoS保証サービスを、スケーラブルかつプログラマブルな方法でどのようにプロビジョニングできるか？
• RQ2 伝統的に接続されていないISP間で、動的でサービス固有のピアリングを実現するために、どのようなアーキテクチャ的およびビジネスモデルのイノベーションが必要か？
• RQ3 CXPベースのオーケストレーションモデルは、初期段階での最小限の展開で、大半のIPv4アドレス空間をカバーする十分なパス多様性とカバレッジを達成できるか？
• RQ4 ドメイン間サービスプロビジョニングにおいて、保証付きとベストエフォート型pathletsの間で生じる技術的・経済的トレードオフは何か？
• RQ5 既存のIXPインfraと新興のSDN機能（例：SDX）をどのように活用することで、CXPベースのサービスの実用的展開を可能にできるか？

主な発見

• 5〜7のCXPアンカーを、接続性の高いIXPに展開するだけで、IXP隣接プレフィックスを介して10億以上のIPv4アドレスをカバーでき、1ホップの顧客コーンを含めると20億以上に達する。
• 5大IXP間のペアワイズパス多様性は平均で1,000本を超える不一致パスを有し、QoSに敏感なアプリケーションに向けた高いパス可用性と耐障害性を実現する。
• CXPモデルは、ベストエフォート型または保証付きpathletsの両方を用いて動的パス接続を可能にし、リアルタイムでの再ルーティングと監視によりQoSの適応を可能にする。
• CXPモデルは、遠隔医療や高精細ビデオ会議など、遅延および帯域幅に高い要件を求めるミッションクリティカルなアプリケーションのエンドツーエンドサービスプロビジョニングを可能にする。
• 従来のBGPおよびIXPインfraと互換性があり、完全なネットワーク再構成を要せず、段階的展開が可能である。
• 最小限のCXP展開でも広範なIPアドレスカバレッジと高いパス多様性を達成できることを示す予備的分析により、モデルの実現可能性が裏付けられている。