[論文レビュー] DISCO: Distributed Multi-domain SDN Controllers

Kévin Phemius, Mathieu Bouet+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 28, 2013

Software-Defined Networks and 5G参考文献 8被引用数 12

ひとこと要約

DISCOは、ドメイン固有のコントローラーと適応型エージェントを用いて、スケーラブルな制御チャネルを通じて集約されたネットワーク全体の情報を共有する、軽量で分散型のSDN制御プレーンを、マルチドメインネットワーク向けに提案する。この仕組みにより、VM移行や優先度付きトラフィックエンジニアリングといったエンドツーエンドのサービスを、MPLSやSATCOMといった異種リンクを含む環境でも、レジリエンスとパフォーマンスを維持したまま実現可能である。実験では、リソース予約の遅延が500ms未塔であり、平均ハンドオーバー収束時間は117msを達成した。

ABSTRACT

Modern multi-domain networks now span over datacenter networks, enterprise networks, customer sites and mobile entities. Such networks are critical and, thus, must be resilient, scalable and easily extensible. The emergence of Software-Defined Networking (SDN) protocols, which enables to decouple the data plane from the control plane and dynamically program the network, opens up new ways to architect such networks. In this paper, we propose DISCO, an open and extensible DIstributed SDN COntrol plane able to cope with the distributed and heterogeneous nature of modern overlay networks and wide area networks. DISCO controllers manage their own network domain and communicate with each others to provide end-to-end network services. This communication is based on a unique lightweight and highly manageable control channel used by agents to self-adaptively share aggregated network-wide information. We implemented DISCO on top of the Floodlight OpenFlow controller and the AMQP protocol. We demonstrated how DISCO's control plane dynamically adapts to heterogeneous network topologies while being resilient enough to survive to disruptions and attacks and providing classic functionalities such as end-point migration and network-wide traffic engineering. The experimentation results we present are organized around three use cases: inter-domain topology disruption, end-to-end priority service request and virtual machine migration.

研究の動機と目的

• マルチドメインで異種のネットワーク環境において、集中型SDNコントローラーの限界を克服し、単一障害点を排除すること。
• データセンターや企業ネットワーク、モバイルドメインを含む、多様なリンク技術を持つ環境においても、スケーラブルでレジリエントなネットワーク制御を実現すること。
• 管理ドメインの境界を越えて、エンドポイントの移行やトラフィックエンジニアリングといったエンドツーエンドのネットワークサービスを提供すること。
• 動的かつ拡張可能なエージェントのプラグインを可能にする、軽量で拡張性のある制御チャネルを設計し、集約されたネットワーク状態を共有すること。
• ネットワーク障害や異なるリンク特性（例：大容量のMPLS vs. 低帯域幅のSATCOM）に適応できる柔軟性を確保すること。

提案手法

• 各ドメインに1つのコントローラーを配置するアーキテクチャを採用し、各ドメインでDISCOコントローラーがその領域のSDNインfraを管理する。
• AMQPを基盤とする、固有の識別子を備えた軽量で管理しやすい制御チャネルを採用し、コントローラー間通信を実現する。
• ドメインに依存しないエージェント（例：リーチエビリティ、RSVPに類似したもの）を実装し、ドメイン間で集約されたネットワーク全体の情報を動的に共有する。
• スイッチレベルのフロールールとネットワーク状態を管理する基盤として、Floodlightを採用する。
• 自己適応型の情報共有メカニズムを採用し、エージェントが完全なトポロジ情報を送信する代わりに、高レベルの集約されたネットワーク状態のみを伝搬する。
• VM移行やリンクプリエンプションなどのイベント発生時にも、フロールールやマッピングの動的再構成を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異種でマルチドメインのネットワーク環境において、リンク特性の違いを考慮しながら、エンドツーエンドのサービス継続性をどのように維持できるか？
• RQ2 中央集権的な調整なしに、効率的でスケーラブルかつレジリエントなコントローラー間通信を実現するメカニズムは何か？
• RQ3 トポロジ変更、VM移行、優先度の高いサービス要求といった動的イベントに対して、最小限の中断でどのように対処できるか？
• RQ4 従来の完全なトポロジ同期と比較して、軽量でエージェントベースの情報共有モデルは、分散型SDN制御プレーンにおいて優れた性能を発揮できるか？
• RQ5 SATCOMやリースドラインのようなリンクに特有の制約（例：高レイテンシーや低帯域幅）に対して、制御プレーンはどの程度適応可能か？

主な発見

• 優先度の高いサービス要求時、リソース予約の遅延が500ms未塔に達し、低優先度のフローには一時的な影響が生じた。
• VM移行の際、平均ハンドオーバー収束時間は117msであり、平均パケット損失率は1.26%であった。
• VM移行後、10 Mbit/sのUDPフローを高レイテンシーパス（10ms）から低レイテンシーパス（6ms）に再ルーティングしたことで、レイテンシが4ms削減された。
• RSVPに類似したエージェントにより、$A\leftrightarrow C$リンク上で低優先度のフローがプリエンプトされ、新しい高優先度フローが500ms以内に確立された。
• トポロジ障害に対しても、エンドツーエンドの接続性を維持し、動的に経路を再確立する能力を示した。
• エージェントベースで集約された情報モデルにより、完全なトポロジ同期と比較して制御プレーンのオーバーヘッドが削減され、マルチドメイン環境におけるスケーラビリティが実現された。