[論文レビュー] SDN-like: The Next Generation of Pub/Sub

Kaiwen Zhang, Hans‐Arno Jacobsen|arXiv (Cornell University)|Jul 31, 2013

Software-Defined Networks and 5G参考文献 14被引用数 12

ひとこと要約

本論文は、ソフトウェア定義ネットワーキング（SDN）の原則——論理的中央集権制御および制御平面／データ平面の分離——をメッセージ指向ミドルウェアに適用するSDN風の発信者／受信者（pub/sub）モデルを提案する。発信者と受信者を広告者／生産者および関心マネージャー／消費者に分離することで、ポリシーに基づく制御、動的サブスクリプション管理、スケーラビリティの向上を実現し、ビッグデータ分析およびリアルタイム監視のユースケースを通じてその有効性を実証した。

ABSTRACT

Software-Defined Networking (SDN) has raised the boundaries of cloud computing by offering unparalleled levels of control and flexibility to system administrators over their virtualized environments. To properly embrace this new era of SDN-driven network architectures, the research community must not only consider the impact of SDN over the protocol stack, but also on its overlying networked applications. In this big ideas paper, we study the impact of SDN on the design of future message-oriented middleware, specifically pub/sub systems. We argue that key concepts put forth by SDN can be applied in a meaningful fashion to the next generation of pub/sub systems. First, pub/sub can adopt a logically centralized controller model for maintenance, monitoring, and control of the overlay network. We establish a parallel with existing work on centralized pub/sub routing and discuss how the logically centralized controller model can be implemented in a distributed manner. Second, we investigate the separation of the control and data plane, which is integral to SDN, which can be adopted to raise the level of decoupling in pub/sub. We introduce a new model of pub/sub which separates the traditional publisher and subscriber roles into flow regulators and producer/consumers of data. We then present use cases that benefit from this approach and study the impact of decoupling for performance.

研究の動機と目的

• クラウドおよびデータセンタ環境における、より柔軟で管理可能かつスケーラブルな発信者／受信者システムのニーズに対応すること。
• 中央集権制御がなく、細粒度のポリシー強制ができない従来の発信者／受信者アーキテクチャの限界を克服すること。
• イベント駆動型システムにおけるサブスクリプションおよびデータフローの動的でポリシー駆動の管理を可能にすること。
• 発信者／受信者における制御平面とデータ平面の分離を実現し、実行時におけるサブスクリプションの更新やポリシー強制といった高度な機能を支援すること。
• ビッグデータ、APM、リアルタイム通知システムにおけるユースケースを通じて、SDN風モデルの実現可能性と利点を示すこと。

提案手法

• 発信者／受信者オーバレイネットワークのトポロジーを監視・ブートストラップ・管理する論理的中央集権コントローラーを提案する。
• 従来の発信者／受信者役割を2つの新しい抽象化に分解する：コンテンツ生成のための広告者／生産者およびサブスクリプション管理のための関心マネージャー／消費者。
• サブスクリプション、ポリシー、ルーティング意思決定を処理する制御平面と、メッセージの公開と配信を処理するデータ平面を分離する。
• 既存の発信者／受信者エンジンの上にレイヤー可能なモジュラーアーキテクチャを実装し、後方互換性を確保する。
• 制御平面を通じたポリシーに基づくルーティングおよび動的サブスクリプション更新をサポートするマッチングプロトコルスイートを設計する。
• 今後の研究でSDN対応ネットワーク（例：OpenFlow）と統合し、効率的なメッセージ配信を実現するための低レベルネットワーク制御を活用すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SDNの原則、たとえば中央集権制御や平面分離を、発信者／受信者システムに意味的に適用する方法は何か？
• RQ2 発信者と受信者の役割を別々の制御平面およびデータ平面の実体に分離することで得られるアーキテクチャ的および運用的利点は何か？
• RQ3 発信者および受信者のサブセットに対するポリシーに基づく制御が、発信者／受信者システムの表現力および効率性を向上させられるか？
• RQ4 提案されたモデルは、リアルタイムシステムにおける動的でパrametric（パrametric）またはポリシー駆動のサブスクリプションをどのように強化するか？
• RQ5 従来の発信者／受信者アーキテクチャと比較して、実用的な利点を示すユースケースは何か？

主な発見

• SDN風モデルは、論理的中央集権コントローラーを通じて発信者／受信者オーバレイの監視とトポロジー制御を可能にし、システムの管理性を向上させる。
• 制御平面とデータ平面の分離により、キーバリューストア経由での実行時更新など、動的でポリシー駆動のサブスクリプション管理が可能になる。
• 本モデルは、適応的監視や分析ワークロードに不可欠な複雑なパラメトリックサブスクリプションの効率的処理をサポートする。
• ビッグデータ分析やアプリケーションパフォーマンスモニタリングのユースケースでは、制御ノードを通じたグローバルな安全制約の強制が可能になり、利点が顕著に現れる。
• オンラインゲームのようなシステムでは、クライアント側のサブスクリプション状態が膨大になりがちなため、本アーキテクチャは関心管理をより効率的に行える。
• 概念実証アーキテクチャは、SDNインfra構造をネイティブに必要とせず、既存の発信者／受信者エンジンの上にモジュラーに実装可能であることを示している。