[论文解读] Floware: Balanced Flow Monitoring in Software Defined Networks

Luiza Nacshon, Rami Puzis+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 10, 2016

Software-Defined Networks and 5G参考文献 22被引用 7

一句话总结

Floware 是一个 OpenFlow 应用程序，通过在交换机之间分配监控负载，实现软件定义网络中平衡且可扩展的流监控，从而最小化性能开销。它支持动态聚合级别，并与传统 NetFlow 系统集成，在使用 Floodlight 的 Mininet 模拟中，展示了更低的网络影响和更高的监控效率。

ABSTRACT

OpenFlow is a protocol implementing Software Defined Networking, a new networking paradigm, which segregates packet forwarding and accounting (performed on switches) from the routing decisions and advanced protocols (executed on a central controller). This segregation increases agility and flexibility of a networking infrastructure and reduces its operational expenses. OpenFlow controllers expose standard interfaces to facilitate variety of networking applications. In particular, a monitoring application can use these interfaces to push into the OpenFlow switches rules that collect traffic flow statistics at different aggregation levels. The aggregation level determines the monitoring accuracy and the induced network overhead. In this paper, we propose Floware an OpenFlow application that allows discovery and monitoring of active flows at any required aggregation level. Floware balances the monitoring overhead among many switches in order to reduce its negative effect on network performance. In addition, Floware integrates with monitoring systems based on legacy protocols such as NetFlow. We demonstrate the application with soft switches emulated in Mininet, the Floodlight controller, and the NetFlow Analyzer as a legacy network analysis and intrusion detection system. Evaluation results demonstrate the positive impact of balanced monitoring.

研究动机与目标

• 解决集中式流监控导致的性能下降问题。
• 在不使网络资源过载的情况下，实现可动态调整、细粒度的流监控，支持不同聚合级别。
• 将监控负载均匀分布到多个交换机上，以平衡资源使用。
• 与传统监控工具（如 NetFlow）集成，实现互操作性。
• 评估负载均衡监控对网络性能和可扩展性的影响。

提出的方法

• Floware 使用分布式监控策略，将流规则安装分散到多个交换机上，避免任何单一设备过载。
• 它根据网络状况和监控需求，动态调整流统计信息的聚合级别。
• 该应用程序利用 OpenFlow 控制器接口，将流监控规则推送到交换机，匹配条件可配置。
• 它采用负载均衡机制，根据当前负载和容量将活跃流分配给交换机。
• Floware 通过将 OpenFlow 流数据转换为 NetFlow 兼容格式，实现与基于 NetFlow 系统的集成，以供分析。
• 评估使用 Mininet 模拟环境，结合 Floodlight 控制器和 NetFlow Analyzer，实现跨系统验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在 SDN 中有效平衡多个交换机之间的流监控开销？
• RQ2 分布式流监控对网络性能和可扩展性有何影响？
• RQ3 Floware 的动态聚合级别如何在最小化资源使用的同时支持监控准确性？
• RQ4 Floware 与传统基于 NetFlow 的监控和入侵检测系统之间的互操作性程度如何？
• RQ5 与集中式监控方法相比，负载均衡监控在性能上实现了哪些提升？

主要发现

• Floware 通过在多个交换机之间分布流规则安装，成功降低了监控引起的网络开销。
• Floware 中的负载均衡机制防止了任一交换机在高流量监控期间成为性能瓶颈。
• 评估结果表明，Floware 在 Mininet 基础的 SDN 拓扑中保持了较低的控制平面开销，并提升了监控可扩展性。
• 与 NetFlow Analyzer 的集成证实了 OpenFlow 与传统监控系统之间的兼容性和数据一致性。
• 与集中式监控相比，该应用程序在监控数据收集方面表现出更高的响应速度和更低的延迟。
• Floware 在不降低整体网络性能的前提下，实现了多种聚合级别的细粒度监控。