[论文解读] SDN Enabled and OpenFlow Compatible Network Performance Monitoring System

S. H. Warraich, Z. Aziz+4 more|arXiv (Cornell University)|May 15, 2020

Software-Defined Networks and 5G参考文献 15被引用 4

一句话总结

本文提出 SDX-Manager，一种基于 SDN 的、兼容 OpenFlow 的互联网交换点（IXP）网络性能监控系统，通过集成 SDN 控制器与 Grafana 实现实时可视化，并支持基于规则的流量管理（如端口阻断、重定向），从而提升网络分析能力，利用每秒数据包数、每秒比特数和查询次数等指标，经虚拟与物理环境部署验证，性能表现良好，所用交换机为 OpenFlow 兼容设备。

ABSTRACT

Network performance monitoring holds a pivotal role in improving the overall network performance. It is essential to monitor the traffic statistics at Internet eXchange Points (IXPs) to optimize the traffic flows. The existing monitoring system either lacks usability or programmability. We present a Software Defined Networking (SDN) enabled and OpenFlow (OF) compatible network performance monitoring system (SDX-Manager) to improve the usability or programmability of IXP simultaneously. The proposed system integrates traditional IXP-Manager with the SDN controller and Grafana to better visualize the traffic. It provides a dashboard to the network administrator for defining rules over IXP, such as port blocking and traffic redirection. Furthermore, it facilitates the administrative tasks that include adding, modifying, and deleting the users and IXP objects (Ports, Switches). The proposed SDX-Manager is deployed and tested in a virtual and physical environment using OF enabled Allied Telesis Switch. Results indicate that SDX-Manager has improved network analysis using different statistics such as packets in/out per second, bits in/out per second, scrape duration, and query count.

研究动机与目标

• 解决现有 IXP 网络性能监控系统在可用性与可编程性方面的局限性。
• 设计一种通过 SDN 与 OpenFlow 集成实现动态、基于规则的 IXP 流量管理的系统。
• 为网络管理员提供集中式仪表板，用于管理用户、端口、交换机及流量策略。
• 通过实时统计指标（如数据包与比特率、查询次数、抓取持续时间）提升网络可见性与分析能力。

提出的方法

• 将传统 IXP-Manager 与 SDN 控制器集成，实现对 IXP 基础设施的集中化、可编程控制。
• 利用 OpenFlow 协议与 OF 兼容交换机（如 Allied Telesis）通信，实现流表管理与流量监控。
• 部署 Grafana 实现实时、交互式的网络统计可视化，包括入/出每秒数据包数、每秒比特数及查询次数。
• 实现基于规则的接口，允许管理员定义流量策略，如端口阻断与重定向。
• 支持动态管理操作，包括用户及 IXP 对象（端口/交换机）的创建、修改与删除。
• 在虚拟与物理环境中均使用真实 OF 兼容交换机对系统进行测试与验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何利用 SDN 与 OpenFlow 提升 IXP 网络性能监控的可编程性与可用性？
• RQ2 基于 SDN 的监控架构能够有效收集与可视化哪些特定网络统计指标？
• RQ3 SDN 控制器与 Grafana 的集成在多大程度上增强了实时网络可见性与管理控制能力？
• RQ4 该系统在使用真实 OF 兼容硬件的虚拟与物理部署场景中表现如何？
• RQ5 该系统能否以可扩展且可管理的方式支持动态、基于规则的流量管理（如端口阻断、重定向）？

主要发现

• SDX-Manager 系统通过实现实时监控关键性能指标（如每秒入/出数据包数、每秒入/出比特数）成功提升了网络分析能力。
• 系统通过 Grafana 实现了网络统计的有效可视化，为管理员提供了直观的监控与管理仪表板。
• 抓取持续时间与查询次数等指标成功被收集，并用于评估系统响应速度与监控效率。
• 系统在虚拟与物理环境中均得到验证，确认其运行稳定性及与 OF 兼容交换机的兼容性。
• 用户及 IXP 对象（端口/交换机）管理等管理任务已成功实现并经过测试，支持动态配置变更。