[논문 리뷰] SDN-like: The Next Generation of Pub/Sub

Kaiwen Zhang, Hans‐Arno Jacobsen|arXiv (Cornell University)|2013. 07. 31.

Software-Defined Networks and 5G참고 문헌 14인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN) 원칙—논리적으로 중심화된 제어 및 제어/데이터 평면의 분리—을 메시지 중심 미들웨어에 적용하는 SDN 유사 퍼블리시/서브스크립션(pub/sub) 모델을 제안한다. 발행자와 수신자를 광고자/생산자 및 관심 관리자/소비자로 분리함으로써 정책 기반 제어, 동적 구독 관리, 향상된 확장성을 가능하게 하며, 대용량 데이터 분석 및 실시간 모니터링 분야의 사례를 통해 성능을 입증한다.

ABSTRACT

Software-Defined Networking (SDN) has raised the boundaries of cloud computing by offering unparalleled levels of control and flexibility to system administrators over their virtualized environments. To properly embrace this new era of SDN-driven network architectures, the research community must not only consider the impact of SDN over the protocol stack, but also on its overlying networked applications. In this big ideas paper, we study the impact of SDN on the design of future message-oriented middleware, specifically pub/sub systems. We argue that key concepts put forth by SDN can be applied in a meaningful fashion to the next generation of pub/sub systems. First, pub/sub can adopt a logically centralized controller model for maintenance, monitoring, and control of the overlay network. We establish a parallel with existing work on centralized pub/sub routing and discuss how the logically centralized controller model can be implemented in a distributed manner. Second, we investigate the separation of the control and data plane, which is integral to SDN, which can be adopted to raise the level of decoupling in pub/sub. We introduce a new model of pub/sub which separates the traditional publisher and subscriber roles into flow regulators and producer/consumers of data. We then present use cases that benefit from this approach and study the impact of decoupling for performance.

연구 동기 및 목표

• 클라우드 및 데이터센터 환경에서 더 유연하고 관리 용이하며 확장 가능한 퍼블리시/서브스크립션 시스템의 필요성을 해결한다.
• 중앙 집중식 제어 및 세밀한 정책 실행 기능이 부족한 기존 퍼블리시/서브스크립션 아키텍처의 한계를 극복한다.
• 이벤트 기반 시스템에서 구독 및 데이터 흐름의 동적이고 정책 기반의 관리를 가능하게 한다.
• 퍼블리시/서브스크립션에서 제어 평면과 데이터 평면을 분리하여 런타임 구독 업데이트 및 정책 실행과 같은 고급 기능을 지원한다.
• 대용량 데이터, APM, 실시간 알림 시스템 분야의 사례를 통해 SDN 유사 모델의 실현 가능성과 이점을 입증한다.

제안 방법

• 퍼블리시/서브스크립션 오버레이 네트워크의 토폴로지 모니터링, 부트스트랩, 관리를 위한 논리적으로 중심화된 컨트롤러를 제안한다.
• 기존의 퍼블리시/서브스크립션 역할을 두 가지 새로운 추상화로 분해한다: 콘텐츠 생성을 위한 광고자/생산자 및 구독 관리를 위한 관심 관리자/소비자.
• 구독, 정책, 라우팅 결정을 처리하는 제어 평면과 메시지 발행 및 전달을 처리하는 데이터 평면을 분리한다.
• 기존의 퍼블리시/서브스크립션 엔진 위에 쌓을 수 있는 모듈러 아키텍처를 구현하여 후행 호환성을 확보한다.
• 제어 평면을 통해 정책 기반 라우팅과 동적 구독 업데이트를 지원하는 매칭 프로토콜 슈트를 설계한다.
• 미래 작업으로 SDN 기반 네트워크(예: OpenFlow)와 통합하여 저수준 네트워크 제어를 활용해 효율적인 메시지 전달을 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 중앙 집중식 제어 및 평면 분리와 같은 SDN 원칙을 퍼블리시/서브스크립션 시스템에 의미 있게 적용할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ2 발행자 및 수신자 역할을 별도의 제어 평면 및 데이터 평면 엔티티로 분리함으로써 얻는 아키텍처적 및 운영적 이점은 무엇인가?
• RQ3 일부 발행자 및 수신자에 대한 정책 기반 제어가 퍼블리시/서브스크립션 시스템의 표현력과 효율성을 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 제안된 모델이 실시간 시스템에서 동적, 매개변수 기반, 또는 정책 기반의 구독을 어떻게 향상시키는가?
• RQ5 기존의 퍼블리시/서브스크립션 아키텍처에 비해 실용적 이점을 보여주는 SDN 유사 퍼블리시/서브스크립션 모델의 사례는 무엇인가?

주요 결과

• 논리적으로 중심화된 컨트롤러를 통해 퍼블리시/서브스크립션 오버레이의 중앙 집중식 모니터링 및 토폴로지 제어가 가능해져 시스템의 관리 용이성이 향상된다.
• 제어 평면과 데이터 평면을 분리함으로써 런타임 키-밸류 스토어를 통한 업데이트 등 동적이고 정책 기반의 구독 관리가 가능해진다.
• 복잡하고 매개변수 기반의 구독을 효율적으로 처리할 수 있어, 적응형 모니터링 및 분석 워크로드에 매우 중요하다.
• 빅데이터 분석 및 애플리케이션 성능 모니터링과 같은 사례에서 제어 노드를 통한 글로벌 안전 제약 조건 강제 적용 기능 덕분에 이점이 있다.
• 클라이언트 측 구독 상태가 매우 클 수 있는 온라인 게임과 같은 시스템에서 더 효율적인 관심 관리가 가능하다.
• 설명적 개념 증명 아키텍처는 SDN 유사 모델이 기존의 퍼블리시/서브스크립션 엔진 위에 모듈러하게 구현될 수 있으며, 네이티브 SDN 인fra 없이도 작동함을 입증한다.