[論文レビュー] SDN Enabled and OpenFlow Compatible Network Performance Monitoring System

S. H. Warraich, Z. Aziz+4 more|arXiv (Cornell University)|May 15, 2020

Software-Defined Networks and 5G参考文献 15被引用数 4

ひとこと要約

本論文では、インターネット交換ポイント（IXP）向けにSDN対応でOpenFlow互換性を持つネットワークパフォーマンス監視システム「SDX-Manager」を提案する。このシステムは、可用性とプログラマビリティを向上させることを目的としており、SDNコントローラーとGrafanaを統合することでリアルタイム可視化を実現するとともに、ポートブロッキングやリダイレクトなどのルールベースのトラフィック管理を可能にしている。パケット/秒、ビット/秒、クエリ数などのメトリクスを用いてネットワーク分析を向上させ、仮想環境および物理環境でのOpenFlow対応スイッチを用いた実証環境でも妥当性が確認された。

ABSTRACT

Network performance monitoring holds a pivotal role in improving the overall network performance. It is essential to monitor the traffic statistics at Internet eXchange Points (IXPs) to optimize the traffic flows. The existing monitoring system either lacks usability or programmability. We present a Software Defined Networking (SDN) enabled and OpenFlow (OF) compatible network performance monitoring system (SDX-Manager) to improve the usability or programmability of IXP simultaneously. The proposed system integrates traditional IXP-Manager with the SDN controller and Grafana to better visualize the traffic. It provides a dashboard to the network administrator for defining rules over IXP, such as port blocking and traffic redirection. Furthermore, it facilitates the administrative tasks that include adding, modifying, and deleting the users and IXP objects (Ports, Switches). The proposed SDX-Manager is deployed and tested in a virtual and physical environment using OF enabled Allied Telesis Switch. Results indicate that SDX-Manager has improved network analysis using different statistics such as packets in/out per second, bits in/out per second, scrape duration, and query count.

研究の動機と目的

• IXPにおける既存のネットワークパフォーマンス監視システムの可用性およびプログラマビリティの制限を解消すること。
• SDNおよびOpenFlow統合により、IXPで動的かつルールベースのトラフィック管理を可能にするシステムを設計すること。
• ネットワーク管理者がユーザー、ポート、スイッチ、トラフィックポリシーを一元的に管理できるダッシュボードを提供すること。
• パケットレート、ビットレート、クエリ数、スクレイピング時間などのリアルタイム統計を用いて、ネットワークの可視性と分析を向上させること。

提案手法

• IXP-Managerを従来型からSDNコントローラーと統合し、IXPインfraの集中的かつプログラム可能な制御を可能にする。
• OpenFlowプロトコルを活用して、OF対応スイッチ（例：Allied Telesis）と通信し、フローテーブル管理とトラフィック監視を実施する。
• Grafanaを導入し、イン/アウトのパケット/秒、ビット/秒、クエリ数などのネットワーク統計をリアルタイムでインタラクティブに可視化する。
• 管理者がポートブロッキングやリダイレクトなどのトラフィックポリシーを定義できるルールベースのインターフェースを実装する。
• ユーザーおよびIXPオブジェクト（ポート/スイッチ）の作成、変更、削除といった動的管理操作をサポートする。
• 実際のOF互換スイッチを用いた仮想環境および物理環境でのシステムテストと検証を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SDNおよびOpenFlowを活用することで、IXPにおけるネットワークパフォーマンス監視のプログラマビリティと可用性をどのように向上させられるか？
• RQ2 SDNベースの監視アーキテクチャを用いることで、どのような具体的なネットワーク統計を効果的に収集・可視化できるか？
• RQ3 SDNコントローラーとGrafanaの統合が、リアルタイムでのネットワーク可視性および管理制御をどの程度向上させるか？
• RQ4 本提案システムは、実際のOF対応ハードウェアを用いた仮想および物理環境の両方で、どのように動作するか？
• RQ5 本システムは、スケーラブルで管理可能な方法で、動的かつルールベースのトラフィック管理（例：ポートブロッキング、リダイレクト）を実現できるか？

主な発見

• SDX-Managerシステムは、パケット/秒およびビット/秒のイン/アウトのリアルタイム監視を可能にすることで、ネットワーク分析の向上に成功した。
• Grafanaを用いたネットワーク統計の可視化が効果的に実現され、管理者が監視および管理作業を直感的に行えるダッシュボードを提供した。
• スクレイピング時間およびクエリ数のメトリクスが正常に収集され、システムの応答性および監視効率の評価に使用された。
• 仮想環境および物理環境での検証が完了し、OF対応スイッチとの相互運用性および運用安定性が確認された。
• ユーザーおよびIXPオブジェクト（ポート/スイッチ）の管理といった管理タスクが正常に実装・テストされ、動的設定変更をサポートした。