[论文解读] 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 7

一句话总结

本文提出将SDN扩展至基于流的转发之外，通过引入内容感知的网络原语，使控制器能够将存储和缓存作为第一类网络资源进行管理。该研究通过基于内容的路由和通过扩展的OpenFlow框架实现的网络内虚拟化存储，实现了可行且透明的CDN，并完成了真实环境下的原型实现与性能评估。

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.

研究动机与目标

• 解决当前SDN的局限性，即仅处理流量流，缺乏对缓存和存储等非转发网络元素的支持。
• 实现细粒度、基于内容的网络策略，而非基于流的策略，从而对不同内容类型实施差异化处理。
• 将存储和缓存功能集成到SDN控制器的可编程控制平面中，实现透明的内容分发与流量优化。
• 通过在Open vSwitch和FloodLight控制器之上实现内容管理框架的原型，验证其可行性。

提出的方法

• 引入存储原语，使网络元素（如缓存）能够向SDN控制器通告其存储容量。
• 基于文件元数据（如文件名、URL）的内容标识机制，实现内容感知的转发决策。
• 采用分布式缓存系统，控制器根据内容身份而非仅流元组来管理流量重定向至缓存。
• 实现控制器模块，维护请求字典和缓存字典，以跟踪内容请求及其缓存位置。
• 复用现有协议（ICP、HTCP），并将其与SDN控制器集成，以同步缓存状态并实现透明内容分发。
• 在测试平台上部署，使用FloodLight控制器、Open vSwitch、基于tproxy的代理以及C++实现的缓存，该缓存根据控制器指令存储和检索内容。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何将SDN扩展以支持缓存和存储设备等非转发网络元素作为第一类原语？
• RQ2 能否将基于内容的路由集成到SDN控制平面中，以实现基于内容的策略执行，而非基于流的策略？
• RQ3 如何通过SDN控制器虚拟化和管理网络内存储，以支持透明内容分发和缓存？
• RQ4 将内容管理集成到现有SDN框架（如OpenFlow）中的可行性和性能影响如何？

主要发现

• 所提出的架构成功将SDN扩展至支持内容感知转发与存储虚拟化，通过缓存实现透明内容分发。
• 实现结果表明，基于现有SDN基础设施（包括Open vSwitch和FloodLight）可实现基于内容的路由，且仅需极少修改。
• 性能评估显示，在缓存命中时内容访问延迟显著降低，证实了网络内缓存的优势。
• 系统支持基于内容身份的动态内容请求重定向至缓存，实现细粒度策略执行。
• 基于控制器的内容管理层可无缝集成缓存与存储功能，无需修改终端主机或传统协议。
• 该方法具有可扩展性，可推广至其他网络功能（如计算与处理），为统一的网络资源管理模型铺平道路。