[論文レビュー] Content as a Network Primitive

Abhishek Chanda, Cédric Westphal|arXiv (Cornell University)|Dec 13, 2012

Caching and Content Delivery参考文献 6被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、SDNをフロー中心の転送を超えて、コンテンツ認識型ネットワークプリミティブを導入することで拡張することを提案しており、コントローラーがストレージおよびキャッシュを最初の優先順位のネットワークリソースとして管理できるようにする。実世界での実装と性能評価を伴う、拡張されたOpenFlowフレームワークを用いたコンテンツベースのルーティングと仮想化されたインフラストレージを介した透過的CDNの実現可能性を示している。

ABSTRACT

The current functionality supported by OpenFlowbased software defined networking (SDN) includes switching, routing, tunneling, and some basic fire walling while operating on traffic flows. However, the semantics of SDN do not allow for other operations on the traffic, nor does it allow operations at a higher granularity. In this work, we describe a method to expand the SDN framework to add other network primitives. In particular, we present a method to integrate different network elements (like cache, proxy etc). Here, we focus on storage and caching, but our method could be expanded to other functionality seamlessly. We also present a method to identify content so as to perform per-content policy, as opposed to per flow policy. We have implemented the proposed mechanisms to demonstrate its feasibility.

研究の動機と目的

• 現在のSDNが転送のみを扱い、キャッシュやストレージなどの非転送ネットワーングレーストをサポートしないという制限を解消すること。
• フロー単位のポリシーではなく、コンテンツタイプごとに細かく制御可能なポリシーを可能にし、異なるコンテンツタイプに対して差別化された処理を可能にすること。
• ストレージおよびキャッシュ機能をSDNコントローラーのプログラマブル制御プレーンに統合し、透過的なコンテンツ配信とトラフィック最適化を可能にすること。
• Open vSwitchおよびFloodLightコントローラー上にコンテンツ管理フレームワークのプロトタイプ実装を通じて実現可能性を実証すること。

提案手法

• ネットワーングレースト（例：キャッシュ）がそのストレージ容量をSDNコントローラーに広告できるストレージプリミティブを導入する。
• ファイルメタデータ（例：ファイル名、URL）に基づくコンテンツ識別メカニズムを用い、コンテンツ認識型の転送意思決定を可能にする。
• コントローラーがコンテンツ識別の基づいてフローのリダイレクトを制御する分散キャッシュシステムを採用する。これは、単なるフロータプルに依存するのではなく、コンテンツの識別子に基づく。
• リクエストとキャッシュのディレクトリを維持するコントローラー・モジュールを実装し、コンテンツリクエストとそのキャッシュ場所を追跡する。
• 既存プロトコル（ICP、HTCP）を活用し、SDNコントローラーと統合することでキャッシュ状態を同期し、透過的コンテンツ配信を実現する。
• FloodLightコントローラー、Open vSwitch、tproxyベースのプロキシ、およびC++で実装されたキャッシュ（コントローラーの指示に従いコンテンツを格納・取得）を用いたテストベッドを構築する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SDNを、キャッシュやストレージデバイスといった非転送ネットワーングレーストを最初の優先順位のプリミティブとしてサポートするようにどのように拡張できるか？
• RQ2 コンテンツベースのルーティングをSDNコントロールプレーンに統合し、フロー単位のポリシーではなくコンテンツ単位のポリシー適用を可能にできるか？
• RQ3 インフラストレージを仮想化し、SDNコントローラーがその管理を可能にすることで、透過的コンテンツ配信およびキャッシュをどのように実現できるか？
• RQ4 OpenFlowのような既存のSDNフレームワークにコンテンツ管理を統合する際の実現可能性と性能への影響は何か？

主な発見

• 提案されたアーキテクチャは、コンテンツ認識型転送とストレージ仮想化を成功裏に拡張し、キャッシュを介した透過的コンテンツ配信を可能にした。
• 実装により、Open vSwitchおよびFloodLightといった既存のSDNインfraストラクチャを最小限の変更で用いても、コンテンツベースのルーティングを実現できることを示した。
• 性能評価により、キャッシュヒット時にコンテンツアクセス遅延が顕著に短縮されることが確認され、インフラストレージキャッシュの利点が裏付けられた。
• コントローラーがコンテンツ識別子に基づいてリクエストを動的にキャッシュにリダイレクトできることを示し、細かく制御可能なポリシー適用が可能になった。
• コントローラーベースのコンテンツ管理レイヤーにより、エンドホストやレガシープロトコルの変更なしにキャッシュとストレージの統合が可能になった。
• 本アプローチは拡張可能であり、計算や処理といった他のネットワークリソース機能にも一般化可能であり、統一されたネットワークリソース管理モデルの基盤を築くことになった。