[논문 리뷰] Content as a Network Primitive

Abhishek Chanda, Cédric Westphal|arXiv (Cornell University)|2012. 12. 13.

Caching and Content Delivery참고 문헌 6인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 흐름 기반 전달을 초월해 콘텐츠 인식 네트워크 프리미티브를 도입함으로써 SDN를 확장한다. 이를 통해 컨트롤러가 스토리지와 캐싱을 네트워크 자원의 일등 시민으로 관리할 수 있다. 실세계 구현과 성능 평가를 통해 콘텐츠 기반 라우팅과 확장된 OpenFlow 프레임워크를 통한 가상화된 인프로 스토리지로 투명한 CDN을 실현할 수 있음을 입증한다.

ABSTRACT

The current functionality supported by OpenFlowbased software defined networking (SDN) includes switching, routing, tunneling, and some basic fire walling while operating on traffic flows. However, the semantics of SDN do not allow for other operations on the traffic, nor does it allow operations at a higher granularity. In this work, we describe a method to expand the SDN framework to add other network primitives. In particular, we present a method to integrate different network elements (like cache, proxy etc). Here, we focus on storage and caching, but our method could be expanded to other functionality seamlessly. We also present a method to identify content so as to perform per-content policy, as opposed to per flow policy. We have implemented the proposed mechanisms to demonstrate its feasibility.

연구 동기 및 목표

• 현재의 SDN가 전달만을 다루며 캐시 및 스토리지와 같은 비전달 네트워크 요소에 대한 지원이 부족한 점을 해결하기 위해.
• 흐름 기반 정책이 아닌 콘텐츠 기반 정책을 통해 다양한 콘텐츠 유형에 대해 세분화된 대응을 가능하게 하기 위해.
• 스토리지 및 캐싱 기능을 컨트롤러의 프로그래머블 제어 평면에 통합하여 투명한 콘텐츠 전달과 트래픽 최적화를 가능하게 하기 위해.
• Open vSwitch와 FloodLight 컨트롤러 위에 기반한 콘텐츠 관리 프레임워크의 프로토타입을 통해 실현 가능성과 성능을 입증하기 위해.

제안 방법

• 네트워크 요소(예: 캐시)가 스토리지 용량을 SDN 컨트롤러에 광고할 수 있도록 스토리지 프리미티브를 도입한다.
• 파일 메타데이터(예: 파일명, URL)를 기반으로 한 콘텐츠 식별 메커니즘을 사용하여 콘텐츠 인식 전달 결정을 가능하게 한다.
• 컨트롤러가 콘텐츠 식별자에 기반해 흐름 튜플이 아닌 캐시로의 흐름 재지정을 관리하는 분산 캐싱 시스템을 구현한다.
• 요청 및 캐시 사전을 유지하는 컨트롤러 모듈을 구현하여 콘텐츠 요청과 캐시 위치를 추적한다.
• 기존 프로토콜(ICP, HTCP)을 활용하고 SDN 컨트롤러와 통합하여 캐시 상태를 동기화하고 투명한 콘텐츠 전달을 가능하게 한다.
• FloodLight 컨트롤러, Open vSwitch, tproxy 기반 프록시, 그리고 컨트롤러 지시에 따라 콘텐츠를 저장하고 검색하는 C++ 캐시를 사용한 테스트베드를 구축한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SDN는 비전달 네트워크 요소(예: 캐시 및 스토리지 장치)를 일등 프리미티브로 지원할 수 있도록 어떻게 확장될 수 있는가?
• RQ2 콘텐츠 기반 라우팅은 SDN 제어 평면에 통합되어 흐름 기반 정책이 아닌 콘텐츠 기반 정책 시행이 가능하게 할 수 있는가?
• RQ3 네트워크 내 스토리지의 가상화 및 컨트롤러에 의한 관리는 투명한 콘텐츠 전달 및 캐싱을 지원하기 위해 어떻게 이루어질 수 있는가?
• RQ4 기존의 OpenFlow와 같은 SDN 프레임워크에 콘텐츠 관리를 통합할 경우의 실현 가능성과 성능 영향은 어떠한가?

주요 결과

• 제안된 아키텍처는 콘텐츠 인식 전달과 스토리지 가상화를 성공적으로 확장하여 캐싱을 통한 투명한 콘텐츠 전달을 가능하게 한다.
• 실현 가능한 성능 평가 결과, 기존의 SDN 인fra(Open vSwitch, FloodLight 포함)를 사용하여 콘텐츠 기반 라우팅을 최소한의 수정으로도 달성할 수 있음을 입증한다.
• 성능 평가 결과 캐시 히트 시 콘텐츠 접근 지연이 유의미하게 감소함을 확인하여 네트워크 내 캐싱의 이점이 입증된다.
• 콘텐츠 식별자에 기반해 콘텐츠 요청을 캐시로 동적으로 재지정할 수 있어 세분화된 정책 시행이 가능하다.
• 컨트롤러 기반 콘텐츠 관리 계층은 종단 호스트나 기존 프로토콜의 변경 없이도 캐싱 및 스토리지 통합을 가능하게 한다.
• 이 접근법은 확장 가능하며 계산 및 처리와 같은 기타 네트워크 기능을 포함할 수 있도록 일반화될 수 있어 통합된 네트워크 자원 관리 모델의 기반을 마련한다.