[논문 리뷰] ZeroSDN: A Message Bus for Flexible and Light-weight Network Control Distribution in SDN

Frank Dürr, Thomas Kohler외 2명|arXiv (Cornell University)|2016. 10. 14.

Software-Defined Networks and 5G참고 문헌 16인용 수 4

한 줄 요약

ZeroSDN는 마이크로 커널 기반의 메시지 버스 기반 SDN 컨트롤러 아키텍처를 제안하며, 제어 로직을 경량이고 분산 가능한 제어리트(controllets)로 분해한다. 컨텐츠 기반 발행/구독 메시징을 활용함으로써, 스위치 상에서 직접 실행되는 제어 로직의 유연하고 저비용의 분포를 가능하게 하여, 외부 컨트롤러가 필요 없이 완전한 탈중앙화를 달성한다.

ABSTRACT

Recent years have seen an evolution of SDN control plane architectures, starting from simple monolithic controllers, over modular monolithic controllers, to distributed controllers. We observe, however, that today's distributed controllers still exhibit inflexibility with respect to the distribution of control logic. Therefore, we propose a novel architecture of a distributed SDN controller in this paper, providing maximum flexibility with respect to distribution. Our architecture splits control logic into light-weight control modules, called controllets, based on a micro-kernel approach, reducing common controllet functionality to a bare minimum and factoring out all higher-level functionality. Light-weight controllets also allow for pushing control logic onto switches to minimize latency and communication overhead. Controllets are interconnected through a message bus supporting the publish/subscribe communication paradigm with specific extensions for content-based OpenFlow message filtering. Publish/subscribe allows for complete decoupling of controllets to further facilitate control plane distribution.

연구 동기 및 목표

• 기존 분산 SDN 컨트롤러가 스위치와 컨트롤러 간 제어 로직을 분포시키는 데서 비효율적인 문제를 해결한다.
• 단일 모듈형 및 모듈형 단일 모듈형 컨트롤러의 한계를 극복하여, 세밀한 제어 기능의 동적 분포를 가능하게 한다.
• 제어리트를 스위치와 상호 간에 분리함으로써 중앙집중식 및 완전히 분산된 제어 배포를 모두 지원한다.
• 제어 로직 오버헤드를 최소화하여 제어리트를 스위치 상에서 직접 실행할 수 있도록 하여 지연과 통신 비용을 감소시킨다.
• 유연하고 확장 가능한 아키텍처를 제공하여 스케일링 가능한 제어 평면 운영을 위한 로컬 캐시 및 일관된 글로벌 상태 접근을 모두 지원한다.

제안 방법

• 마이크로 커널 설계를 활용해 네트워크 제어 로직을 최소화하고 경량화된 제어 모듈인 제어리트(controllets)로 분해한다.
• 주제 계층 매핑 기능을 지원하는 컨텐츠 기반 발행/구독 통신을 위한 메시지 버스를 제어리트 간에 연결한다.
• 메시지 버스에서 컨텐츠 기반 필터링을 구현하여 특정 OpenFlow 메시지 유형과 속성에 대한 세밀한 구독을 가능하게 한다.
• 메시지 전달을 통한 제어리트 간의 분리로 스위치 및 상호 간의 분리된 제어리트를 구현함으로써, 물리적 노드 간에 동적이고 영리한 배포를 가능하게 한다.
• 백본 스위치 상에서 제어리트를 직접 실행함으로써 외부 컨트롤러 없이 완전히 분산된 제어를 가능하게 한다.
• 저지연 접근을 위한 로컬 캐시와 글로벌 상태 관리를 위한 중앙집중식이고 일관된 스토리지 통합을 모두 제공한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 제어 평면의 분포를 얼마나 영리하게 만들 수 있을까? 이는 완전히 중앙집중식에서 완전히 분산된 배포까지 모두 지원할 수 있어야 한다.
• RQ2 어떤 아키텍처 원칙이 경량이고 모듈화된 제어 로직을 가능하게 하여, 심지어 스위치에서도 효율적으로 분포 및 실행할 수 있도록 하는가?
• RQ3 컨텐츠 기반 필터링을 지원하는 발행/구독 메시징은 분산된 제어 구성 요소 간의 확장 가능하고 분리된 통신을 어떻게 지원하는가?
• RQ4 일관성이나 조율를 희생시키지 않고 제어 로직을 얼마나 스위치에 오프로드할 수 있는가?
• RQ5 로컬 캐시와 일관된 글로벌 상태를 분산 제어 평면에서 원활하게 통합하기 위한 메커니즘은 무엇인가?

주요 결과

• ZeroSDN는 제어 로직을 최소한의 제어리트로 분해함으로써 스위치 또는 컨트롤러에 배포할 수 있도록 하여 완전한 제어 로직 분포를 가능하게 한다.
• 컨텐츠 기반 필터링을 지원하는 메시지 버스는 세밀하고 효율적인 이벤트 전파를 가능하게 하여 불필요한 메시지 트래픽을 줄인다.
• 제어리트는 매우 경량이므로 스위치 상에서 직접 실행이 가능하며, 외부 컨트롤러에 대한 의존성을 제거한다.
• 제어리트를 스위치 및 상호 간에 분리함으로써 동적이고 영리하며 장애에 강건한 제어 평면 배포가 가능해진다.
• 아키텍처는 성능을 위한 로컬 캐시와 일관된 글로벌 상태 접근을 모두 지원하여 확장 가능하고 견고한 제어 평면 운영을 가능하게 한다.
• 스위치를 특정 컨트롤러 인스턴스에서 분리함으로써 복잡한 스위치 이관 프로토콜이 필요 없어진다.