[論文レビュー] Implementing Software Defined Load Balancer and Firewall

Shreya Rajkumar|arXiv (Cornell University)|Nov 28, 2022

Software-Defined Networks and 5G被引用数 4

ひとこと要約

本論文では、Floodlight SDNコントローラーを用いてソフトウェア定義型ロードバランサーやファイアウォールを提案・実装し、集中管理型で動的トラフィック管理を可能にしている。コントロールプレーンとデータプレーンを分離することで、手動設定を必要とせず、ネットワークデバイス全体にわたってトラフィックを動的にルーティングし、セキュリティポリシーを適用できる。テスト環境において、効果的なトラフィック分散とアクセス制御が実証された。

ABSTRACT

Software-defined networking (SDN) is an architecture that aims to make networks fast and flexible. SDN's goal is to improve network control by enabling service providers as well as enterprises to respond quickly to changing business needs. In SDN, the administrator can shape traffic from a centralized control console without having to modify any of the individual switches belonging to the network. The SDN controller which is centralized directs the switches to deliver network services wherever they are needed, irrespective of the specific connections between a server and devices. This methodology is a shift from traditional network architecture, in which individual network devices make traffic decisions based on their configured routing tables. In this paper, I built and tested an SDN load balancer and firewall module using the Floodlight controller.

研究の動機と目的

• SDNの原則を活用して、集中管理型でプログラマブルなネットワークロードバランシングおよびファイアウォールのアーキテクチャを設計すること。
• 手動設定を要し柔軟性に欠ける従来の分散型ネットワークアーキテクチャの限界を是正すること。
• Floodlightコントローラーを用いて、機能的なSDNベースのロードバランサーやファイアウォールモジュールを実装・テストすること。
• SDNが動的ポリシー適用を通じて、変化するビジネスネットワーク要件に迅速に対応できることを示すこと。

提案手法

• ネットワーク制御およびポリシー適用の中心管理ポイントとして、Floodlight SDNコントローラーを採用した。
• Floodlight内にカスタムモジュールを実装し、複数のバックエンドサーバーに受信トラフィックを分散することでロードバランシングを実現した。
• 送信元/送信先IPおよびポートに基づくアクセス制御ルールを適用するファイアウォールモジュールを開発し、セキュリティポリシーを中央集権的に強制した。
• OpenFlowプロトコルを用いてコントローラーとネットワークスイッチ間の通信を実現し、動的ルールのインストールおよび変更を可能にした。
• 単一のコントロールコンソールから、ロード分散およびアクセスポリシーのリアルタイム再設定が可能なシステムを設計した。
• 機能性および応答性の検証を目的として、シミュレーテッドネットワーク環境で実装をテストした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 集中型SDNコントローラーは、単一のネットワークアーキテクチャ内でロードバランシングとファイアウォール機能を効果的に管理できるか？
• RQ2 ロードバランシングとファイアウォールを単一のSDNフレームワークに統合した場合の、パフォーマンスおよびスケーラビリティへの影響は何か？
• RQ3 Floodlightコントローラーは、ロード分散およびアクセス制御の動的ルール更新を、遅延を引き起こさずに効率的に行えるか？
• RQ4 従来のデバイスレベルの設定手法と比較して、本システムはネットワークのアジリティをどのように向上させるか？
• RQ5 このような統合SDNサービスモジュールを実装・テストする上で直面する実用的課題は何か？

主な発見

• 実装されたSDNベースのロードバランサーは、最小限の設定オーバーヘッドで複数のバックエンドサーバーに受信トラフィックを効果的に分散させた。
• ファイアウォールモジュールは、事前に定義されたルールに基づいてトラフィックをフィルタリングすることで、中央集権的なセキュリティ強制を効果的に実現した。
• 中央コントローラーを通じてロードバランシングおよびファイアウォールルールの動的再設定が可能となり、ネットワークの応答性が向上した。
• テストにより、Floodlightコントローラーが両方のサービスを同時に管理しても顕著なパフォーマンス劣化を示さないことが確認された。
• ロードバランシングとファイアウォールを統合した単一のプログラマブルなSDNフレームワークにおける実現可能性が示され、ネットワーク管理の効率性が向上した。