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

Vasileios Kotronis, Xenofontas Dimitropoulos+4 more|arXiv (Cornell University)|Nov 8, 2016

Software-Defined Networks and 5G参考文献 6被引用 25

一句话总结

本文提出控制交换点（CXPs）——基于软件定义网络（SDN）的编排器，通过动态拼接路径段（预先配置、性能标注的网络切片），实现跨多个互联网服务提供商（ISP）的端到端服务质量（QoS）保障服务。通过将互联交换点（IXP）作为数据平面锚点，并利用SDN API实现集中控制，CXPs支持可扩展、可编程的域间路由，适用于对时延和带宽敏感的应用，如远程医疗和实时视频会议。

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.

研究动机与目标

• 解决当前域间路由的僵化与缺乏灵活性问题，后者阻碍了QoS受限的端到端服务部署。
• 克服传统ISP对等互联的局限性，包括基于BGP的粗粒度前缀交换机制以及缺乏针对特定服务的协调机制。
• 通过基于SDN原则的新业务与技术模式，实现跨多个ISP的动态、QoS保障的端到端路径。
• 通过引入可编程、逻辑集中化的编排层，促进跨域服务的渐进式部署与市场采纳。
• 支持对时延和带宽要求严苛的关键任务应用，如远程医疗和高清视频会议。

提出的方法

• 将控制交换点（CXP）作为外部、逻辑集中式的实体，利用SDN API编排域间路径拼接。
• 将路径段定义为带有性能标注的网络切片（例如通过OpenFlow或MPLS隧道实现），ISP将其性能属性（如带宽、延迟、路径长度）发布给CXP。
• 利用IXP作为ISP切片间切换的数据平面锚点，借助其密集的互联结构和现有的SDN支持（如SDX）。
• 支持两种部署模式：一种是使用尽力而为路径段，需基于实时测量结果进行主动重路由；另一种是使用保证型路径段，需验证所发布性能。
• 通过将服务特定的前缀与通用路由隔离，实现与BGP的共存，同时保留ISP对域内控制的自主权。
• 在IXP处实施实时监控，以验证QoS保证，并在网络条件变化时支持动态路径迁移。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何以可扩展且可编程的方式，在多个ISP之间提供端到端的QoS保障服务？
• RQ2 为实现未传统互联的ISP之间动态、服务特定的对等互联，需要哪些架构与商业模式创新？
• RQ3 基于CXP的编排模型是否具备足够的路径多样性与覆盖范围，以实现仅需少量初始部署即可服务IPv4地址空间的大部分？
• RQ4 在域间服务提供中，使用保证型路径段与尽力而为路径段之间的技术与经济权衡是什么？
• RQ5 如何利用现有IXP基础设施与新兴SDN能力（如SDX）实现基于CXP的服务的实际部署？

主要发现

• 仅在5–7个连接良好的IXP中部署CXP锚点，即可通过IXP邻接前缀覆盖超过10亿个IPv4地址，若包含1跳客户锥体，则可扩展至超过20亿个IPv4地址。
• 五大IXP之间的两两路径多样性平均超过1000条不相交路径，为QoS敏感应用提供了高路径可用性与鲁棒性。
• 该模型支持使用尽力而为或保证型路径段的动态路径拼接，通过主动重路由与监控实现实时QoS自适应。
• CXP模型可为对时延和带宽要求严苛的应用（如远程医疗和高清视频会议）提供端到端服务编排。
• 该架构与现有BGP和IXP基础设施兼容，支持渐进式部署，无需全网重构。
• 通过初步分析证明，即使是最小规模的CXP部署，也能实现广泛的IP地址覆盖与高路径多样性，验证了该模型的可行性。