[論文レビュー] Performance analysis of SDN controllers: POX, Floodlight and Opendaylight

Gereltsetseg Altangerel, Tugsjargal Chuluuntsetseg+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 20, 2021

Software-Defined Networks and 5G被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、MINinetを用いてメッシュおよびツリー型ネットワークトポロジーをエミュレートし、POX、Floodlight、OpenDaylightの3つのオープンソースSDNコントローラーの性能を評価している。TCPおよびUDPのスループットと最初のパケットのRTTを測定した結果、OpenDaylightがPOXおよびFloodlightを上回り、特に複雑なトポロジーにおいてスループットとレイテンシで優れた性能を示した。

ABSTRACT

The IP network is time-consuming for configuration and troubleshooting because it requires access to every device command line interface (CLI) or Graphical User Interface (GUI). In other words, the control plane (gathering information to forward data) and data plane (data forwarding plane) are run on every intermediary device. To solve this problem, the software defined network emerged and separated the control plane (done by software) from the data plane (done by hardware) [1]. In addition, the control plane is operated in the central point named the controller. There are many controller software programs in simulation and production network environments. In this paper, we compare three open source controllers called POX, Floodlight and Opendaylight (ODL) in simulation network created by MININET SDN emulation program in terms of TCP and UDP throughput and average Round Trip Time (RTT) of the first packet of the flow in the mesh and tree topology.

研究の動機と目的

• POX、Floodlight、OpenDaylightという3つの広く使われているオープンソースSDNコントローラーの性能を評価・比較すること。
• コントローラーの選択が、特にメッシュおよびツリー構造の異なるトポロジーにおいてネットワーク性能に与える影響を分析すること。
• TCPおよびUDPのスループット、およびフローにおける最初のパケットの平均Round Trip Time（RTT）といった重要なパフォーマンス指標を測定すること。
• 異なるネットワーク条件下でのコントローラーのスケーラビリティと応答性に関する実証的知見を提供すること。
• エミュレート環境における実世界のパフォーマンス指標に基づき、ネットワークアーキテクトが最適なSDNコントローラーを選定するのを支援すること。

提案手法

• 研究では、制御された設定のメッシュおよびツリー型トポロジーを有するソフトウェア定義ネットワークをMININETでエミュレートした。
• POX、Floodlight、OpenDaylightの3つのオープンソースSDNコントローラーを同じネットワーク条件下でデプロイし、評価した。
• スループットと最初のパケットのRTTを評価するために、TCPおよびUDPのトラフィックフローを用いてネットワークパフォーマンスを測定した。
• 結果の統計的信頼性と一貫性を確保するため、複数回の実験を実施した。
• コントローラーおよびトポロジーごとにパフォーマンス指標を収集し、相対的な強みと弱みを特定した。
• 評価は、負荷およびトポロジーの複雑さの変化下でのコントローラーの応答性とデータプレーン効率に焦点を当てた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 POX、Floodlight、OpenDaylightは、メッシュおよびツリー型ネットワークトポロジーにおいて、TCPスループットでどのように比較されるか？
• RQ2 同じエミュレート環境下で、各コントローラーのUDPスループット性能はいかほどか？
• RQ3 フローにおける最初のパケットの平均Round Trip Time（RTT）は、異なるトポロジーにおいて3つのコントローラーでどのように変化するか？
• RQ4 複雑なネットワークトポロジーにおいて、どのコントローラーが最も優れたスケーラビリティと応答性を示すか？
• RQ5 トポロジー構造（メッシュ対ツリー）は、3つのコントローラー間のパフォーマンス差に顕著な影響を与えるか？

主な発見

• OpenDaylightは、メッシュおよびツリー型トポロジーの両方で最高のTCPスループットを達成し、POXおよびFloodlightを上回った。
• UDPスループットのテストでは、OpenDaylightも特に高負荷状態下で優れたパフォーマンスを示した。
• 最初のパケットの平均RTTはOpenDaylightで最も低く、フローのセットアップ速度と制御プレーンの応答性が速いことを示した。
• Floodlightは中程度のパフォーマンスを示し、POXよりスループットが優れていたが、OpenDaylightよりは劣った。
• POXは最低のスループットと最大のRTT値を示し、制御プレーン処理が遅く、レイテンシが高かった。
• コントローラー間の通信が増加するメッシュトポロジーでは、コントローラー間のパフォーマンス格差が顕著に現れた。