[논문 리뷰] Performance analysis of SDN controllers: POX, Floodlight and Opendaylight

Gereltsetseg Altangerel, Tugsjargal Chuluuntsetseg외 1명|arXiv (Cornell University)|2021. 12. 20.

Software-Defined Networks and 5G인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 POX, Floodlight, 및 OpenDaylight라는 세 가지 오픈소스 SDN 컨트롤러의 성능을 MINinet을 사용하여 메시 및 트리 네트워크 토폴로지 환경에서 평가한다. TCP 및 UDP 스루풋과 첫 번째 패킷의 RTT를 측정한 결과, OpenDaylight가 POX와 Floodlight보다 스루풋과 지연에서 뛰어난 성능을 보였으며, 특히 복잡한 토폴로지에서 두드러졌다.

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.

연구 동기 및 목표

• 세 가지 널리 사용되는 오픈소스 SDN 컨트롤러인 POX, Floodlight, OpenDaylight의 성능을 평가하고 비교하는 것.
• 컨트롤러 선택이 메시 및 트리 구조와 같은 다양한 토폴로지에서 네트워크 성능에 미치는 영향을 분석하는 것.
• TCP 및 UDP 스루풋과 흐름에서 첫 번째 패킷의 평균 라운드트립 타임(RTT)과 같은 핵심 성능 지표를 측정하는 것.
• 다양한 네트워크 조건 하에서 컨트롤러의 확장성과 반응성에 대한 경험적 통찰을 제공하는 것.
• 에뮬레이션 환경에서의 실세계 성능 메트릭을 바탕으로 네트워크 아키텍트가 최적의 SDN 컨트롤러를 선택하는 데를 지원하는 것.

제안 방법

• 연구는 메시 및 트리 토폴로지 구성을 제어할 수 있는 MININET을 사용하여 소프트웨어 정의 네트워크를 에뮬레이션한다.
• POX, Floodlight, OpenDaylight라는 세 오픈소스 SDN 컨트롤러를 동일한 네트워크 조건에서 구현하고 평가하였다.
• 스루풋과 첫 번째 패킷의 RTT를 측정하기 위해 TCP 및 UDP 트래픽 플로우를 사용하여 네트워크 성능을 측정하였다.
• 통계적 신뢰성과 결과 일관성을 확보하기 위해 다수의 실험 런을 수행하였다.
• 컨트롤러와 토폴로지 간의 성능 지표를 수집하고 비교하여 상대적 강점과 약점을 파악하였다.
• 부하와 토폴로지 복잡성의 변화에 따른 컨트롤러의 반응성과 데이터 플레인 효율성에 초점을 맞추었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 POX, Floodlight, OpenDaylight는 메시 및 트리 네트워크 토폴로지에서 TCP 스루풋 측면에서 어떻게 비교되는가?
• RQ2 동일한 에뮬레이션 네트워크 환경에서 각 컨트롤러의 UDP 스루풋 성능은 어떠한가?
• RQ3 다양한 토폴로지에서 흐름의 첫 번째 패킷 평균 라운드트립 타임(RTT)은 세 컨트롤러 간에 어떻게 달라지는가?
• RQ4 복잡한 네트워크 토폴로지에서 가장 우수한 확장성과 반응성을 보이는 컨트롤러는 무엇인가?
• RQ5 토폴로지 구조(메시 대비 트리)는 세 컨트롤러 간 성능 차이에 유의미한 영향을 미치는가?

주요 결과

• OpenDaylight는 메시 및 트리 토폴로지 양쪽 모두에서 가장 높은 TCP 스루풋을 기록하여 POX와 Floodlight를 앞섰다.
• UDP 스루풋 테스트에서 OpenDaylight 역시 높은 부하 상황에서 특히 뛰어난 성능을 보였다.
• 첫 번째 패킷의 평균 RTT는 OpenDaylight에서 가장 낮아, 더 빠른 흐름 설정과 제어 평면 반응성을 나타냈다.
• Floodlight는 중간 수준의 성능를 보였으며, POX보다는 스루풋이 높았지만 OpenDaylight보다는 열등한 성능를 보였다.
• POX는 가장 낮은 스루풋과 가장 높은 RTT 값을 보여, 더 느린 제어 평면 처리와 더 높은 지연을 암시했다.
• 컨트롤러 간 성능 격차는 제어 평면 복잡성과 컨트롤러 간 통신 증가로 인해 메시 토폴로지에서 더욱 두드러졌다.