[논문 리뷰] Software-Defined Networking: A Comprehensive Survey

Diego Kreutz, Fernando M. V. Ramos외 4명|arXiv (Cornell University)|2014. 06. 02.

Software-Defined Networks and 5G참고 문헌 273인용 수 54

한 줄 요약

이 논문은 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN)에 대한 종합적인 서베이를 제시하며, 계층적이고 하향식 접근 방식을 통해 그 기초 개념, 아키텍처 및 구성 요소를 분석한다. 이는 제어 평면과 데이터 평면을 프로그래밍 가능한 인터페이스(예: OpenFlow)를 통해 분리함으로써 중앙집중식 정책 기반 네트워크 관리와 하드웨어, 컨트롤러, API, 응용 프로그램 전반에 걸친 추상화, 가상화, 프로그래머블리티를 통해 네트워킹 분야의 혁신을 가속화하는 패러다임 전환으로서의 SDN을 규명한다.

ABSTRACT

Software-Defined Networking (SDN) is an emerging paradigm that promises to change this state of affairs, by breaking vertical integration, separating the network's control logic from the underlying routers and switches, promoting (logical) centralization of network control, and introducing the ability to program the network. The separation of concerns introduced between the definition of network policies, their implementation in switching hardware, and the forwarding of traffic, is key to the desired flexibility: by breaking the network control problem into tractable pieces, SDN makes it easier to create and introduce new abstractions in networking, simplifying network management and facilitating network evolution. In this paper we present a comprehensive survey on SDN. We start by introducing the motivation for SDN, explain its main concepts and how it differs from traditional networking, its roots, and the standardization activities regarding this novel paradigm. Next, we present the key building blocks of an SDN infrastructure using a bottom-up, layered approach. We provide an in-depth analysis of the hardware infrastructure, southbound and northbound APIs, network virtualization layers, network operating systems (SDN controllers), network programming languages, and network applications. We also look at cross-layer problems such as debugging and troubleshooting. In an effort to anticipate the future evolution of this new paradigm, we discuss the main ongoing research efforts and challenges of SDN. In particular, we address the design of switches and control platforms -- with a focus on aspects such as resiliency, scalability, performance, security and dependability -- as well as new opportunities for carrier transport networks and cloud providers. Last but not least, we analyze the position of SDN as a key enabler of a software-defined environment.

연구 동기 및 목표

• SDN의 핵심 구성 요소와 아키텍처 원칙에 대한 체계적이고 종합적인 개요 제공.
• 수직 통합, 벤더 종속성, 정책 이행 및 재구성의 어려움 등 기존 IP 네트워크의 과제 분석.
• 학술적 기원에서 산업적 도입으로의 SDN의 진화를 중심으로 표준화 및 실세계 구현 사례 분석.
• 확장성, 보안, 성능, 캐리어 및 클라우드 네트워크와의 통합 등 SDN 분야의 핵심 연구 방향과 열린 과제 식별.
• SDN이 소프트웨어 정의 환경과 미래의 네트워크 혁신을 위한 기초적 엔abler로 자리매김하는 것

제안 방법

• 하드웨어 인프라, 사우스바운드 및 노스바운드 API, 네트워크 가상화, 네트워크 운영 체제(컨트롤러), 프로그래밍 언어, 가상화 기법, 네트워크 응용 프로그램을 포함한 8개의 핵심 구성 요소로 SDN을 분해하는 하향식 계층 아키텍처 채택.
• 제어 평면 추상화와 장치 프로그래머블리티를 가능하게 하는 핵심 사우스바운드 인터페이스인 OpenFlow의 역할 분석.
• 기존 SDN 컨트롤러(예: OpenDaylight, ONOS) 및 네트워크 상태와 정책 이행을 관리하는 데의 능력에 대한 서베이.
• 네트워크 행동과 정책의 고수준 명세를 가능하게 하는 네트워크 프로그래밍 언어 및 추상화 평가.
• 네트워크 슬라이싱과 다수의 테넌트 지원을 가능하게 하는 네트워크 가상화 및 하이퍼바이저 계층 분석.
• SDN 구현에서 디버깅, 문제 진단, 종단 간 네트워크 관측성과 같은 교차 계층 문제 논의.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SDN은 제어 평면과 데이터 평면의 분리 및 네트워크 관리 측면에서 기존 IP 네트워킹과 근본적으로 어떻게 다를까?
• RQ2 SDN 인fra의 주요 아키텍처 구성 요소는 무엇이며, 네트워크 스택 전반에서 어떻게 상호작용하는가?
• RQ3 특히 캐리어 급 및 클라우드 환경에서 확장성, 보안, 신뢰성 확보에 있어 SDN 구현에서의 주요 과제는 무엇인가?
• RQ4 사우스바운드 및 노스바운드 API는 SDN에서 프로그래머블리티와 추상화를 어떻게 실현하는가? 설계 시 고려해야 할 상충 관계는 무엇인가?
• RQ5 이행, 네트워크로서의 서비스, 소프트웨어 정의 환경과 관련된 신규 연구 방향과 열린 문제들은 무엇인가?

주요 결과

• SDN은 제어 평면과 데이터 평면을 분리함으로써 물리적으로 분산된 환경에서도 논리적 중앙집중화를 가능하게 하며, 확장성과 신뢰성 확보에 기여한다.
• OpenFlow와 같은 표준화된 사우스바운드 인터페이스의 사용은 벤더 간 호환성을 보장하고 벤더 종속성을 감소시켜 프로그래머블리티와 혁신을 촉진한다.
• SDN 컨트롤러는 네트워크 운영 체제 역할을 하며, 네트워크의 전역적 시각을 제공하고 정책 이행 및 구성 일관성의 단순화를 가능하게 한다.
• 네트워크 가상화 및 하이퍼바이저 계층은 네트워크 슬라이싱과 다수 테넌시를 지원하여 클라우드 및 서비스 제공 업체의 사용 사례를 뒷받침한다.
• SDN는 네트워킹 분야의 혁신 주기를 가속화하여 새로운 프rotocol나 네트워크 기능을 도입하는 데 소요되는 시간을 수년에서 수개월로 단축시킨다.
• 진전이 있었음에도 불구하고, 특히 캐리어 트랜스포트 네트워크 및 대규모 구현에서의 확장성, 성능, 보안, 상호운용성 문제는 여전히 과제로 남아 있다.