[논문 리뷰] SDN Enabled and OpenFlow Compatible Network Performance Monitoring System

S. H. Warraich, Z. Aziz외 4명|arXiv (Cornell University)|2020. 05. 15.

Software-Defined Networks and 5G참고 문헌 15인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 인터넷 교환점(IXPs)을 위한 SDN 기반, OpenFlow 호환 네트워크 성능 모니터링 시스템인 SDX-Manager를 제안한다. 이 시스템은 사용성과 프로그래밍 가능성 향상을 통해 네트워크 분석을 향상시킨다. SDN 컨트롤러를 그라파ana와 통합하여 실시간 시각화를 구현하고, 규칙 기반 트래픽 관리(예: 포트 차단, 리디렉션)를 가능하게 함으로써 패킷/초, 비트/초, 쿼리 수 등의 메트릭을 통해 네트워크 분석을 향상시킨다. 이 시스템은 OpenFlow 기반 스위치를 사용한 가상 및 물리적 환경에서 검증된 성능을 보였다.

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.

연구 동기 및 목표

• 기존 IXP에서의 네트워크 성능 모니터링 시스템의 사용성 및 프로그래밍성 한계를 해결하기 위해.
• SDN 및 OpenFlow 통합을 통해 IXP에서 동적 규칙 기반 트래픽 관리를 가능하게 하는 시스템을 설계하기 위해.
• 네트워크 관리자가 사용자, 포트, 스위치, 트래픽 정책을 통합 관리할 수 있는 중앙 집중식 대시보드를 제공하기 위해.
• 실시간 통계(예: 패킷 및 비트율, 쿼리 수, 스크래핑 지속 시간 등)를 활용하여 네트워크 가시성과 분석을 향상시키기 위해.

제안 방법

• 전통적인 IXP-Manager와 SDN 컨트롤러를 통합하여 IXP 인fra에 대한 중앙 집중식 프로그래밍 제어를 가능하게 하였다.
• OpenFlow 프로토콜을 사용하여 OF 호환 스위치(예: Allied Telesis)와 통신하여 플로우 테이블 관리 및 트래픽 모니터링을 수행하였다.
• Grafana를 도입하여 네트워크 통계(예: 입/출력 패킷/초, 비트/초, 쿼리 수 등)의 실시간 상호작용 가능한 시각화를 제공하였다.
• 관리자가 포트 차단, 리디렉션 등의 트래픽 정책을 정의할 수 있는 규칙 기반 인터페이스를 구현하였다.
• 사용자 및 IXP 오브제크트(포트/스위치) 생성, 수정, 삭제와 같은 동적 관리 작업을 지원하였다.
• 실제 OF 호환 스위치를 사용한 가상 및 물리적 환경에서 시스템을 테스트하고 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SDN 및 OpenFlow는 IXP에서 네트워크 성능 모니터링의 프로그래밍성과 사용성을 어떻게 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 SDN 기반 모니터링 아키텍처를 통해 효과적으로 수집하고 시각화할 수 있는 특정 네트워크 통계는 무엇인가?
• RQ3 SDN 컨트롤러와 Grafana의 통합은 실시간 네트워크 가시성과 관리 제어를 어느 정도 향상시키는가?
• RQ4 실제 OF 호환 하드웨어를 사용한 가상 및 물리적 배포 환경에서 제안된 시스템의 성능은 어떠한가?
• RQ5 시스템은 확장성과 관리 용이성을 확보하면서도 동적 규칙 기반 트래픽 관리(예: 포트 차단, 리디렉션)를 유연하게 지원할 수 있는가?

주요 결과

• SDX-Manager 시스템은 패킷/초 및 비트/초 등의 핵심 성능 메트릭을 실시간으로 모니터링함으로써 네트워크 분석을 향상시켰다.
• Grafana를 통한 네트워크 통계의 효과적인 시각화로 관리자가 모니터링 및 관리를 위한 직관적인 대시보드를 확보하였다.
• 스크래핑 지속 시간 및 쿼리 수 메트릭이 성공적으로 수집되어 시스템 응답성과 모니터링 효율성 평가에 활용되었다.
• 가상 및 물리적 환경 모두에서 시스템이 검증되어 운영 안정성과 OF 호환 스위치와의 호환성을 확인하였다.
• 사용자 및 IXP 오브제크트(포트/스위치) 관리와 같은 관리 작업이 성공적으로 구현되고 테스트되어 동적 설정 변경을 지원함을 입증하였다.