[논문 리뷰] DISCO: Distributed Multi-domain SDN Controllers

Kévin Phemius, Mathieu Bouet외 1명|arXiv (Cornell University)|2013. 08. 28.

Software-Defined Networks and 5G참고 문헌 8인용 수 12

한 줄 요약

DISCO는 다중 도메인 네트워크를 위한 경량이며 분산형 SDN 제어 평면을 제안하며, 도메인별 제어기와 적응형 에이gent를 사용하여 스케일러블한 제어 채널을 통해 종합적인 네트워크 전역 정보를 공유한다. 이는 VM 이관 및 우선순위 트래픽 엔지니어링과 같은 엔드 투 엔드 서비스를 제공하면서도 MPLS 및 SATCOM과 같은 이질적인 링크 간의 복원성과 성능을 유지한다. 실험 결과 자원 예약 지연이 500ms 이하이며, 평균 핸드오버 수렴 시간은 117ms를 기록하였다.

ABSTRACT

Modern multi-domain networks now span over datacenter networks, enterprise networks, customer sites and mobile entities. Such networks are critical and, thus, must be resilient, scalable and easily extensible. The emergence of Software-Defined Networking (SDN) protocols, which enables to decouple the data plane from the control plane and dynamically program the network, opens up new ways to architect such networks. In this paper, we propose DISCO, an open and extensible DIstributed SDN COntrol plane able to cope with the distributed and heterogeneous nature of modern overlay networks and wide area networks. DISCO controllers manage their own network domain and communicate with each others to provide end-to-end network services. This communication is based on a unique lightweight and highly manageable control channel used by agents to self-adaptively share aggregated network-wide information. We implemented DISCO on top of the Floodlight OpenFlow controller and the AMQP protocol. We demonstrated how DISCO's control plane dynamically adapts to heterogeneous network topologies while being resilient enough to survive to disruptions and attacks and providing classic functionalities such as end-point migration and network-wide traffic engineering. The experimentation results we present are organized around three use cases: inter-domain topology disruption, end-to-end priority service request and virtual machine migration.

연구 동기 및 목표

• 중앙집중식 SDN 제어기의 단점을 해결하기 위해 단일 장애 지점 제거
• 다양한 링크 기술을 갖춘 데이터센터, 기업 및 모바일 도메인 간에 확장 가능하고 복원성 있는 네트워크 제어 제공
• 관리 영역을 초월한 엔드 투 엔드 네트워크 서비스(예: 엔드포인트 이동 및 트래픽 엔지니어링) 제공
• 동적 에이gent 플러그인을 허용하는 가벼운 확장성 있는 제어 채널 설계를 통해 종합적인 네트워크 상태 공유
• 네트워크 장애 및 다양한 링크 특성(예: 고용량 MPLS 대비 저대역폭 SATCOM)에 대한 적응성 확보

제안 방법

• 각 도메인에서 로컬 SDN 인fra를 관리하는 DISCO 제어기를 실행하는 도메인별 제어기 아키텍처 도입
• AMQP 기반의 고유하고 가벼우며 관리 용이한 제어 채널을 사용하여 제어기 간 통신 구현
• 도메인에 종속되지 않는 에이gent(예: 연결 가능성, RSVP 유사)를 구현하여 도메인 간 종합적인 네트워크 전역 정보 동적으로 공유
• 스위치 수준의 플로우 규칙 및 네트워크 상태를 관리하기 위해 Floodlight를 기반으로 한 OpenFlow 제어기 활용
• 자기 적응형 정보 공유 기법 적용: 전체 토폴로지 정보 대신 고수준의 종합적인 네트워크 상태만 전파
• VM 이관 또는 링크 프리에임프션과 같은 이벤트 중 플로우 규칙 및 매핑의 동적 재구성 지원

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이질적이고 다중 도메인 네트워크에서 링크 특성이 다양할 경우, 분산형 SDN 제어 평면은 어떻게 엔드 투 엔드 서비스 연속성을 유지할 수 있는가?
• RQ2 중앙 집중적 조율 없이도 효율적이고 스케일러블하며 복원성 있는 제어기 간 통신을 가능하게 하는 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 시스템은 최소한의 영향을 주며 토폴로지 변경, VM 이동, 우선순위 서비스 요청과 같은 동적 이벤트를 어떻게 처리하는가?
• RQ4 가벼운 에이gent 기반 정보 공유 모델은 전통적인 전체 토폴로지 동기화보다 분산형 SDN 제어 평면에서 성능 면에서 뛰어나다고 볼 수 있는가?
• RQ5 SATCOM 또는 레이스 라인과 같은 링크 특성(고지연, 저대역폭 등)에 제어 평면이 얼마나 적응 가능한가?

주요 결과

• 우선순위 서비스 요청 시 자원 예약 지연이 500ms 이하로 기록되었으며, 저우선순위 플로우에 일시적인 영향을 미쳤다.
• VM 이동 중 평균 핸드오버 수렴 시간은 117ms였으며, 평균 패킷 손실률은 1.26%였다.
• VM 이동 후 10 Mbit/s UDP 플로우가 고지연 경로(10ms)에서 저지연 경로(6ms)로 재라우팅되어 지연이 4ms 감소하였다.
• RSVP 유사 에이gent는 $A\leftrightarrow C$ 링크에서 저우선순위 플로우의 프리에임프션을 가능하게 하였으며, 새로운 고우선순위 플로우가 500ms 이내에 설정되었다.
• 제어 평면은 토폴로지 장애에 대해 복원성을 보이며 엔드 투 엔드 연결성을 유지하고 경로를 동적으로 재설립하였다.
• 에이gent 기반의 종합 정보 모델은 전체 토폴로지 동기화 대비 제어 평면 오버헤드를 감소시켜 다중 도메인 환경에서의 확장성을 가능하게 하였다.