[论文解读] DISCO: Distributed Multi-domain SDN Controllers

Kévin Phemius, Mathieu Bouet+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 28, 2013

Software-Defined Networks and 5G参考文献 8被引用 12

一句话总结

DISCO 提出了一种轻量级、分布式的多域网络 SDN 控制平面，通过使用域特定的控制器和自适应代理，经由可扩展的控制通道共享端到端的网络聚合信息。它支持虚拟机迁移和优先级流量工程等端到端服务，同时在 MPLS 和 SATCOM 等异构链路中保持韧性与性能，实验表明资源预留延迟低于 500ms，平均切换收敛时间为 117ms。

ABSTRACT

Modern multi-domain networks now span over datacenter networks, enterprise networks, customer sites and mobile entities. Such networks are critical and, thus, must be resilient, scalable and easily extensible. The emergence of Software-Defined Networking (SDN) protocols, which enables to decouple the data plane from the control plane and dynamically program the network, opens up new ways to architect such networks. In this paper, we propose DISCO, an open and extensible DIstributed SDN COntrol plane able to cope with the distributed and heterogeneous nature of modern overlay networks and wide area networks. DISCO controllers manage their own network domain and communicate with each others to provide end-to-end network services. This communication is based on a unique lightweight and highly manageable control channel used by agents to self-adaptively share aggregated network-wide information. We implemented DISCO on top of the Floodlight OpenFlow controller and the AMQP protocol. We demonstrated how DISCO's control plane dynamically adapts to heterogeneous network topologies while being resilient enough to survive to disruptions and attacks and providing classic functionalities such as end-point migration and network-wide traffic engineering. The experimentation results we present are organized around three use cases: inter-domain topology disruption, end-to-end priority service request and virtual machine migration.

研究动机与目标

• 通过消除单点故障，解决集中式 SDN 控制器在多域、异构网络中的局限性。
• 在数据中心、企业及移动域等多样化链路技术环境中，实现可扩展且弹性的网络控制。
• 在管理边界之外提供端到端的网络服务，例如终端迁移和流量工程。
• 设计一种轻量级、可扩展的控制通道，支持动态插拔代理以共享聚合的网络状态。
• 确保对网络中断和不同链路特性（例如高带宽 MPLS 与低带宽 SATCOM）的适应能力。

提出的方法

• 部署基于每域控制器的架构，每个域运行一个 DISCO 控制器，负责管理其本地 SDN 基础设施。
• 使用一种独特、轻量且易于管理的控制通道，基于 AMQP 实现控制器间的通信。
• 实现与域无关的代理（例如可达性代理、类似 RSVP 的代理），动态共享跨域的聚合网络状态信息。
• 利用 Floodlight 作为底层 OpenFlow 控制器，管理交换机级别的流表规则和网络状态。
• 采用自适应信息共享机制，代理仅传播高层级、聚合的网络状态，而非完整的拓扑细节。
• 在虚拟机迁移或链路抢占等事件中，支持流规则和映射的动态重新配置。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在具有不同链路特性的异构多域网络中，通过分布式 SDN 控制平面维持端到端的服务连续性？
• RQ2 哪些机制能够实现无需集中协调的高效、可扩展且弹性的控制器间通信？
• RQ3 该系统如何在最小化干扰的前提下处理动态事件，如拓扑变化、虚拟机迁移和优先级服务请求？
• RQ4 轻量级、基于代理的信息共享模型是否能优于传统全拓扑同步机制在分布式 SDN 控制平面中的表现？
• RQ5 控制平面在 SATCOM 或租用线路等链路特定约束（如高延迟或低带宽）下，能够实现多大程度的自适应能力？

主要发现

• DISCO 控制平面在优先级服务请求期间实现了低于 500ms 的资源预留延迟，对低优先级流造成短暂影响。
• 在虚拟机迁移过程中，平均切换收敛时间为 117ms，平均分组丢失率为 1.26%。
• 系统成功将 10 Mbit/s 的 UDP 流从高延迟路径（10ms）切换至低延迟路径（6ms），延迟降低 4ms。
• 类似 RSVP 的代理实现了对 $A\leftrightarrow C$ 链路的低优先级流抢占，新高优先级流在 500ms 内建立。
• 控制平面在拓扑中断情况下表现出韧性，维持了端到端连接，并动态重新建立了路径。
• 基于代理的聚合信息模型相比全拓扑同步显著降低了控制平面开销，提升了多域环境下的可扩展性。