[论文解读] Specification of Complex Structures in Distributed Service Function Chaining Using a YANG Data Model

Sevil Mehraghdam, Holger Karl|arXiv (Cornell University)|Mar 9, 2015

Service-Oriented Architecture and Web Services被引用 6

一句话总结

本文提出一种上下文无关语法和YANG数据模型扩展，用于在分布式云环境中指定复杂且灵活的服务功能链（SFC）结构。通过支持分支、条件遍历和可重用功能组合的表达性建模，该方法能够以紧凑、人类可读且机器可读的方式配置超越简单线性链的高级SFC拓扑，从而提升NFV环境中网络自动化与编排能力。

ABSTRACT

While services benefit from distributed cloud centers running in isolation, allowing multiple centers to cooperate on implementing services unlocks the full power of distributed cloud computing. Distributed cloud services are typically set up by chaining together a number of functions that are specified with an implicit order. They can incorporate complex structures, e.g., include functions that classify and forward flows over distinct branches and functions that are traversed by certain types of flows but skipped by others. These requirements need specification techniques more powerful than existing graph-based ones. We present a context-free grammar for abstract description of service function chaining structures and a concrete syntax based on the YANG data modeling language that can easily be translated into an explicit configuration of service functions. Finally, we present examples of using our models for complex services within common use cases of service function chaining.

研究动机与目标

• 解决现有基于图的SFC模型在表达具有条件分支和灵活排序的复杂非线性服务功能组合方面的局限性。
• 使网络运营商能够使用形式化且可扩展的语法，描述和配置复杂的服务链（如具有分流路径、选择性功能应用和多种绑定选项的链路）。
• 扩展YANG数据建模语言，增加支持高级SFC结构的构造，提升NFV和SDN环境中互操作性与自动化水平。
• 提供一个正式的规范框架，支持跨多个云中心的分布式云服务的重用、优化和高效配置。

提出的方法

• 引入一种上下文无关语法，以抽象方式描述复杂的SFC拓扑，包括序列、分支和绑定策略。
• 将抽象语法映射到具体的YANG数据模型扩展，实现SFC的机器可处理配置。
• 定义三种核心组合类型：'sequence'（用于有序功能链）、'split'（用于基于流的分支）和'all-bindings'（用于所有排列组合）。
• 利用YANG的分层数据建模机制，以清晰的语义表示SFC，支持验证、配置和编排。
• 提供从语法到YANG的转换机制，确保与现有NETCONF和基于YANG的管理系统的兼容性。
• 通过真实世界的SFC用例（包括宽带、移动和数据中心网络）演示该模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在超越简单线性链的基础上，形式化且灵活地描述复杂非线性服务功能链结构？
• RQ2 在SFC中表达条件功能遍历、分支和多种绑定排列组合，需要哪些基于YANG的数据建模构造？
• RQ3 基于语法的方法是否能够实现在分布式云环境中更紧凑、更易维护且更具组合性的服务描述？
• RQ4 所提出的模型如何提升网络运营商在多个云中心之间部署和优化SFC时的灵活性？

主要发现

• 所提出的上下文无关语法能够指定复杂的SFC拓扑，包括条件分支和非有序功能组合，这些是传统图模型无法表达的。
• YANG模型扩展成功地将抽象语法构造映射为标准化的机器可读格式，支持与现有网络管理系统集成。
• 如HTTP流量分流、具有多种流类型的移动网络SFC以及数据中心服务链等用例，证明了该模型的表达力和实际适用性。
• 'best-binding'和'all-bindings'组合类型使网络运营商能够动态选择最优功能排序，以提升性能和资源效率。
• 该模型支持对称和非对称服务链，能够在双向和单向场景中精确控制流的遍历路径。
• 该方法支持服务功能的重用和模块化组合，显著降低大规模NFV部署中的配置复杂性，提升可维护性。