[论文解读] Performance analysis of SDN controllers: POX, Floodlight and Opendaylight

Gereltsetseg Altangerel, Tugsjargal Chuluuntsetseg+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 20, 2021

Software-Defined Networks and 5G被引用 4

一句话总结

本文使用 MINinet 模拟网状和树形网络拓扑，评估了三个开源 SDN 控制器——POX、Floodlight 和 OpenDaylight 的性能。测量了 TCP 和 UDP 吞吐量以及首包 RTT，结果表明 OpenDaylight 在吞吐量和延迟方面优于 POX 和 Floodlight，尤其在复杂拓扑中表现更优。

ABSTRACT

The IP network is time-consuming for configuration and troubleshooting because it requires access to every device command line interface (CLI) or Graphical User Interface (GUI). In other words, the control plane (gathering information to forward data) and data plane (data forwarding plane) are run on every intermediary device. To solve this problem, the software defined network emerged and separated the control plane (done by software) from the data plane (done by hardware) [1]. In addition, the control plane is operated in the central point named the controller. There are many controller software programs in simulation and production network environments. In this paper, we compare three open source controllers called POX, Floodlight and Opendaylight (ODL) in simulation network created by MININET SDN emulation program in terms of TCP and UDP throughput and average Round Trip Time (RTT) of the first packet of the flow in the mesh and tree topology.

研究动机与目标

• 评估并比较三种广泛使用的开源 SDN 控制器：POX、Floodlight 和 OpenDaylight 的性能。
• 分析控制器选择对不同拓扑中网络性能的影响，特别是网状和树形结构。
• 测量关键性能指标，如 TCP 和 UDP 吞吐量以及流的首包平均往返时间（RTT）。
• 为控制器的可扩展性和在不同网络条件下的响应能力提供实证洞察。
• 支持网络架构师基于模拟环境中的真实世界性能指标，选择最优的 SDN 控制器。

提出的方法

• 本研究使用 MININET 模拟具有受控配置的软件定义网络，包括网状和树形拓扑。
• 在相同网络条件下部署并评估了三个开源 SDN 控制器——POX、Floodlight 和 OpenDaylight。
• 通过 TCP 和 UDP 流量流测量网络性能，以评估吞吐量和首包 RTT。
• 实验进行了多次运行，以确保结果的统计可靠性与一致性。
• 收集并比较了不同控制器和拓扑下的性能指标，以识别各自的优劣势。
• 评估重点在于不同负载和拓扑复杂度下，控制器的响应能力与数据平面效率。

实验结果

研究问题

• RQ1 在网状和树形网络拓扑中，POX、Floodlight 和 OpenDaylight 的 TCP 吞吐量表现如何比较？
• RQ2 在相同模拟网络环境中，各控制器的 UDP 吞吐量性能如何？
• RQ3 在不同拓扑中，三种控制器的流首包平均往返时间（RTT）有何差异？
• RQ4 哪种控制器在复杂网络拓扑中展现出最佳的可扩展性和响应能力？
• RQ5 拓扑结构（网状 vs. 树形）是否显著影响三种控制器之间的性能差异？

主要发现

• 在网状和树形拓扑中，OpenDaylight 均实现了最高的 TCP 吞吐量，优于 POX 和 Floodlight。
• 在 UDP 吞吐量测试中，OpenDaylight 同样表现出色，尤其在高负载场景下。
• 首包的平均 RTT 在 OpenDaylight 中最低，表明其控制平面响应更快，流建立更迅速。
• Floodlight 表现中等，吞吐量优于 POX 但低于 OpenDaylight，所有测试配置中均如此。
• POX 的吞吐量最低，RTT 值最高，表明其控制平面处理更慢，延迟更高。
• 由于控制平面复杂度增加及控制器间通信增多，控制器之间的性能差距在网状拓扑中更为显著。