[論文レビュー] Floware: Balanced Flow Monitoring in Software Defined Networks

Luiza Nacshon, Rami Puzis+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 10, 2016

Software-Defined Networks and 5G参考文献 22被引用数 7

ひとこと要約

Floware は、スイッチ間で監視負荷を分散させることで、ソフトウェア定義ネットワークにおけるバランスの取れたスケーラブルなフローモニタリングを可能にするオープンフローアプリケーションです。監視負荷の分散によりパフォーマンスオーバーヘッドを最小限に抑え、動的アグリゲーションレベルをサポートし、レガシーネットフロー システムと統合可能であり、フローファイトコントローラーを用いたミニネットエミュレーションで、ネットワークへの影響を低減し、監視効率を向上させることを実証しています。

ABSTRACT

OpenFlow is a protocol implementing Software Defined Networking, a new networking paradigm, which segregates packet forwarding and accounting (performed on switches) from the routing decisions and advanced protocols (executed on a central controller). This segregation increases agility and flexibility of a networking infrastructure and reduces its operational expenses. OpenFlow controllers expose standard interfaces to facilitate variety of networking applications. In particular, a monitoring application can use these interfaces to push into the OpenFlow switches rules that collect traffic flow statistics at different aggregation levels. The aggregation level determines the monitoring accuracy and the induced network overhead. In this paper, we propose Floware an OpenFlow application that allows discovery and monitoring of active flows at any required aggregation level. Floware balances the monitoring overhead among many switches in order to reduce its negative effect on network performance. In addition, Floware integrates with monitoring systems based on legacy protocols such as NetFlow. We demonstrate the application with soft switches emulated in Mininet, the Floodlight controller, and the NetFlow Analyzer as a legacy network analysis and intrusion detection system. Evaluation results demonstrate the positive impact of balanced monitoring.

研究の動機と目的

• SDN における集中型フローモニタリングによって引き起こされるパフォーマンス劣化を是正すること。
• ネットワークリソースを過剰に消費することなく、変動するアグリゲーションレベルでの動的で細分化されたフローモニタリングを可能にすること。
• 複数のスイッチにわたって監視負荷を均等に分散させ、リソース使用をバランスさせること。
• 相互運用性を実現するため、NetFlow などのレガシーモニタリングツールと統合すること。
• 負荷分散型モニタリングがネットワークパフォーマンスおよびスケーラビリティに与える影響を評価すること。

提案手法

• Floware は、1つのデバイスに過剰な負荷がかからないように、複数のスイッチにわたってフロールールのインストールを分散させる分散型モニタリング戦略を採用している。
• ネットワーク状態とモニタリング要件に応じて、フローステータスのアグリゲーションレベルを動的に調整する。
• OpenFlow コントローラーインタフェースを活用し、マッチ条件を設定可能なフローモニタリングルールをスイッチにプッシュする。
• 現在の負荷と容量に基づいて、アクティブなフローをスイッチに割り当てる負荷分散メカニズムを採用している。
• OpenFlow フローデータを NetFlow 互換フォーマットに変換することで、NetFlow ベースのシステムと統合している。
• 評価は、フローファイトコントローラーと NetFlow Analyzer を用いたミニネットエミュレーションを用い、システム間の整合性を検証している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SDN において、複数のスイッチにわたってフローモニタリングのオーバーヘッドを効果的にバランスさせる方法は何か？
• RQ2 分散型フローモニタリングがネットワークパフォーマンスおよびスケーラビリティに与える影響は何か？
• RQ3 Floware の動的アグリゲーションレベルは、リソース使用量を最小限に抑えつつ、監視の正確性をどのようにサポートするか？
• RQ4 Floware は、レガシーネットフロー ベースの監視およびインシデント検出システムと、どの程度の程度で相互運用可能か？
• RQ5 バランスの取れたモニタリングは、集中型モニタリング手法と比較して、どの程度のパフォーマンス向上を達成するか？

主な発見

• Floware は、複数のスイッチにわたってフロールールのインストールを分散させることで、監視に起因するネットワークオーバーヘッドを効果的に低減した。
• Floware の負荷分散メカニズムにより、高トラフィック時の監視においても、特定のスイッチがパフォーマンスボトルネックとならないようにした。
• 評価結果から、Floware は制御プレーンのオーバーヘッドを低く保ち、ミニネットベースの SDN トポロジーにおいて監視のスケーラビリティを向上させたことが判明した。
• NetFlow Analyzer との統合により、OpenFlow とレガシーモニタリングシステム間の互換性とデータ一貫性が確認された。
• 中央集権的モニタリングと比較して、Floware は監視データ収集の応答性が向上し、遅延が低減した。
• Floware は、全体のネットワークパフォーマンスを劣化させることなく、さまざまなアグリゲーションレベルでの細分化された監視を可能にした。