[논문 리뷰] Floware: Balanced Flow Monitoring in Software Defined Networks

Luiza Nacshon, Rami Puzis외 1명|arXiv (Cornell University)|2016. 08. 10.

Software-Defined Networks and 5G참고 문헌 22인용 수 7

한 줄 요약

Floware는 소프트웨어 정의 네트워크에서 스위치 간에 모니터링 부하를 분산시켜 성능 오버헤드를 최소화함으로써 균형 잡히고 확장 가능한 흐름 모니터링을 가능하게 하는 오픈플로우 애플리케이션입니다. 동적 집계 수준을 지원하고 기존 NetFlow 시스템과 통합되어, Floodlight를 사용한 Mininet 에뮬레이션에서 네트워크 영향을 감소시키고 모니터링 효율성을 향상시킵니다.

ABSTRACT

OpenFlow is a protocol implementing Software Defined Networking, a new networking paradigm, which segregates packet forwarding and accounting (performed on switches) from the routing decisions and advanced protocols (executed on a central controller). This segregation increases agility and flexibility of a networking infrastructure and reduces its operational expenses. OpenFlow controllers expose standard interfaces to facilitate variety of networking applications. In particular, a monitoring application can use these interfaces to push into the OpenFlow switches rules that collect traffic flow statistics at different aggregation levels. The aggregation level determines the monitoring accuracy and the induced network overhead. In this paper, we propose Floware an OpenFlow application that allows discovery and monitoring of active flows at any required aggregation level. Floware balances the monitoring overhead among many switches in order to reduce its negative effect on network performance. In addition, Floware integrates with monitoring systems based on legacy protocols such as NetFlow. We demonstrate the application with soft switches emulated in Mininet, the Floodlight controller, and the NetFlow Analyzer as a legacy network analysis and intrusion detection system. Evaluation results demonstrate the positive impact of balanced monitoring.

연구 동기 및 목표

• 중앙 집중식 흐름 모니터링으로 인한 성능 저하 문제를 해결하기 위해.
• 네트워크 자원을 과도하게 소모하지 않으면서 다양한 집계 수준에서 동적이고 세밀한 흐름 모니터링을 가능하게 하기 위해.
• 여러 스위치 간에 모니터링 부하를 균일하게 분산시켜 자원 사용을 균형 있게 만들기 위해.
• 인터옵레러빌리티를 위해 NetFlow와 같은 기존 모니터링 도구와 통합하기 위해.
• 부하 균형 잡힌 모니터링이 네트워크 성능 및 확장성에 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• Floware는 흐름 규칙 설치를 여러 스위치에 분산시켜 단일 장치에 과도한 부하가 가지 않도록 하는 분산 모니터링 전략을 사용합니다.
• 네트워크 상태와 모니터링 요구사항에 따라 흐름 통계의 집계 수준을 동적으로 조정합니다.
• 사용자 정의 매칭 기준을 가진 흐름 모니터링 규칙을 스위치에 전달하기 위해 OpenFlow 컨트롤러 인터페이스를 활용합니다.
• 현재 부하와 용량을 기반으로 활성 흐름을 스위치에 할당하는 부하 분산 메커니즘을 구현합니다.
• OpenFlow 흐름 데이터를 NetFlow 호환 형식으로 변환하여 NetFlow 기반 시스템과의 통합을 수행합니다.
• Floodlight 컨트롤러와 NetFlow Analyzer를 사용한 Mininet 에뮬레이션을 통해 교차 시스템 검증을 위한 평가를 수행합니다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SDN에서 여러 스위치 간에 흐름 모니터링 오버헤드를 효과적으로 균형 잡을 수 있는 방법은 무엇인가요?
• RQ2 분산 흐름 모니터링이 네트워크 성능 및 확장성에 미치는 영향은 무엇인가요?
• RQ3 Floware의 동적 집계 수준이 자원 사용을 최소화하면서도 모니터링 정확도를 어떻게 지원합니까?
• RQ4 Floware는 기존 NetFlow 기반 모니터링 및 침입 탐지 시스템과 얼마나 잘 상호운용할 수 있습니까?
• RQ5 균형 잡힌 모니터링은 중앙 집중식 모니터링 접근 방식에 비해 어떤 성능 향상을 이룹니까?

주요 결과

• Floware는 여러 스위치에 걸쳐 흐름 규칙 설치를 분산시킴으로써 모니터링으로 인한 네트워크 오버헤드를 성공적으로 감소시켰습니다.
• Floware의 부하 분산 메커니즘은 고용량 모니터링 중 어떤 단일 스위치도 성능 병목 현상에 빠지지 않도록 방지합니다.
• 평가 결과, Floware는 Mininet 기반 SDN 토폴로지에서 낮은 제어 평면 오버헤드를 유지하고 모니터링 확장성을 향상시켰습니다.
• NetFlow Analyzer와의 통합을 통해 OpenFlow와 기존 모니터링 시스템 간의 호환성과 데이터 일관성이 확인되었습니다.
• 중앙 집중식 모니터링에 비해 모니터링 데이터 수집의 반응성 향상과 지연 감소가 입증되었습니다.
• Floware는 전체 네트워크 성능 저하 없이 다양한 집계 수준에서 세밀한 모니터링을 가능하게 했습니다.