[논문 리뷰] Control Exchange Points: Providing QoS-enabled End-to-End Services via SDN-based Inter-domain Routing Orchestration

Vasileios Kotronis, Xenofontas Dimitropoulos외 4명|arXiv (Cornell University)|2016. 11. 08.

Software-Defined Networks and 5G참고 문헌 6인용 수 25

한 줄 요약

이 논문은 제어 교환 지점(Control Exchange Points, CXPs)—SDN 기반 오케스트레이터로서, 사전 구성된 성능 메타데이터가 부여된 네트워크 슬라이스(경로 조각, pathlets)를 동적으로 연결함으로써 다수의 ISP 간에 종단 간 QoS 보장을 제공하는 것을 목표로 한다. 인터넷 교환점(IXPs)을 데이터 플레인 앵커로 활용하고 SDN API를 통한 중앙 집중식 제어를 통해, 지연 시간과 대역폭에 민감한 응용 프로그램인 원격 의료 및 실시간 영상 회의와 같은 서비스를 위한 확장성 있고 프로그래머블한 도메인 간 라우팅을 가능하게 한다.

ABSTRACT

This paper presents the vision of the Control Exchange Point (CXP) architectural model. The model is motivated by the inflexibility and ossification of today's inter-domain routing system, which renders critical QoS-constrained end-to-end (e2e) network services difficult or simply impossible to provide. CXPs operate on slices of ISP networks and are built on basic Software Defined Networking (SDN) principles, such as the clean decoupling of the routing control plane from the data plane and the consequent logical centralization of control. The main goal of the architectural model is to provide e2e services with QoS constraints across domains. This is achieved through defining a new type of business relationship between ISPs, which advertise partial paths (so-called pathlets) with specific properties, and the orchestrating role of the CXPs, which dynamically stitch them together and provision e2e QoS. Revenue from value-added services flows from the clients of the CXP to the ISPs participating in the service. The novelty of the approach is the combination of SDN programmability and dynamic path stitching techniques for inter-domain routing, which extends the value proposition of SDN over multiple domains. We first describe the challenges related to e2e service provision with the current inter-domain routing and peering model, and then continue with the benefits of our approach. Subsequently, we describe the CXP model in detail and report on an initial feasibility analysis.

연구 동기 및 목표

• 오늘날의 도메인 간 라우팅이 가지는 유연성 부족과 고착화 문제를 해결하여 QoS 제약 조건이 있는 종단 간 서비스를 가능하게 하기 위해.
• 기존 ISP 피어링의 한계, 즉 굵은 단위의 BGP 기반 접두사 교환과 서비스 특화 협업의 부재를 극복하기 위해.
• SDN 원칙에 기반한 새로운 비즈니스 및 기술 모델을 통해 다수의 ISP 간에 동적이고 QoS 보장된 종단 간 경로를 제공하기 위해.
• 프로그래머블하고 논리적으로 중심화된 오케스트레이션 레이어를 도입함으로써 도메인 간 서비스의 점진적 배포 및 시장 보급을 촉진하기 위해.
• 지연 시간과 대역폭 보장을 필요로 하는 임상 응용 프로그램, 예를 들어 원격 의료 및 고화질 영상 회의와 같은 임무 중심 응용 프로그램을 지원하기 위해.

제안 방법

• SDN API를 사용해 도메인 간 경로 스티칭을 오케스트레이션하는 외부적이고 논리적으로 중심화된 엔티티인 제어 교환 지점(CXP)을 도입한다.
• 경로 조각(pathlets)을 정의하며, 이는 성능 메타데이터가 부여된 네트워크 슬라이스(예: OpenFlow 또는 MPLS 터널을 통해)로, ISP에서 CXP에 QoS 성질(대역폭, 지연 시간, 경로 길이 등)과 함께 광고한다.
• IXP를 경로 전환을 위한 데이터 플레인 앵커로 활용하며, 밀도 높은 상호연결 구조와 기존의 SDN 지원(예: SDX)을 활용한다.
• 두 가지 배포 모델을 지원한다: 실시간 측정 기반으로 재라우팅이 필요한 최적화되지 않은 경로 조각과, 광고된 성능를 검증이 필요한 보장된 경로 조각.
• BGP와의 공존을 위해 서비스 특화 접두사를 일반 라우팅에서 분리함으로써, ISP 내부 제어를 유지하면서도 가능하게 한다.
• IXP에서 실시간 모니터링을 통해 QoS 보장을 검증하고, 네트워크 조건 변화에 대응해 동적 경로 이동을 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다수의 ISP 간에 확장성 있고 프로그래머블한 방식으로 종단 간 QoS 보장 서비스를 어떻게 제공할 수 있는가?
• RQ2 기존에 연결되어 있지 않은 ISP 간에 동적이고 서비스 특화된 피어링을 가능하게 하기 위해 어떤 아키텍처적 및 비즈니스 모델 혁신이 필요한가?
• RQ3 CXP 기반 오케스트레이션 모델이 초기에 최소한의 배포로도 광범위한 IPv4 주소 공간의 대부분을 커버하고 충분한 경로 다양성을 확보할 수 있는가?
• RQ4 도메인 간 서비스 제공에서 보장된 경로 조각과 최적화되지 않은 경로 조각을 사용할 경우의 기술적 및 경제적 트레이드오프는 무엇인가?
• RQ5 기존의 IXP 인프라와 신속하게 발전하는 SDN 기능(예: SDX)을 어떻게 활용해 CXP 기반 서비스의 실용적 배포를 가능하게 할 수 있는가?

주요 결과

• 잘 연결된 IXP에 5~7개의 CXP 앵커를 단순히 설치하기만 해도, IXP 인접 접두사들을 통해 10억 개 이상의 IPv4 주소를 커버하고, 1-hop 고객 콘의 포함 시 20억 개 이상의 주소를 커버할 수 있다.
• 다섯 번째로 큰 IXP 간의 쌍별 경로 다양성은 평균적으로 1,000개 이상의 분리된 경로를 제공하여 QoS 민감한 응용 프로그램에 대해 높은 경로 가용성과 강건성을 확보한다.
• 최적화되지 않은 경로 조각 또는 보장된 경로 조각을 사용하는 동적 경로 스티칭을 지원하며, 실시간 측정 기반 재라우팅 및 모니터링을 통해 QoS 적응을 실시간으로 가능하게 한다.
• CXP 모델은 원격 의료 및 고화질 영상 회의와 같이 지연 시간과 대역폭이 중요한 임상 응용 프로그램에 대한 종단 간 서비스 제공을 가능하게 한다.
• 기존의 BGP 및 IXP 인프라와 호환되어 전체 네트워크 재구성 없이 점진적인 배포가 가능하다.
• 최소한의 CXP 배포로도 광범위한 IP 주소 커버리지와 높은 경로 다양성을 달성할 수 있음을 보여주는 초보적 분 析를 통해 이 모델의 실현 가능성이 입증되었다.