26379

توزيع بار در كنترل‌كننده‌هاي SDN با دسترس‌پذيري و مقياس‌پذيري بالا

دكترا

مهندسي كامپيوتر

1391

1400/10/27

آقاي دكتر احمد اكبري ازيراني

-

مهندسي كامپيوتر

شبكه نرم‌افزار محور (SDN) معماري و فناوري نوظهوري در شبكه‌هاي كامپيوتري است كه با هدف ايجاد كنترل و مديريت متمركز، سطوح داده و كنترلي شبكه را از هم جدا كرده‌است. با اين حال، به دليل سياست كنترل متمركز SDN، اين نوع شبكه مستعد از دست دادن سطح كنترلي در برابر بار زياد بر روي آن است. در حالت عملكرد واكنشي SDN، افزايش رويدادهاي ناشي از ورود جريان‌هاي جديد به شبكه فشار قابل توجهي را به سطح كنترلي وارد مي‌كند. اين رويدادها مي‌تواند به‌دليل ويژگي‌هاي زماني و مكاني ترافيك شبكه و يا گاهي اوقات به‌دليل حملات منع سرويس (DoS) باشد. همچنين وقوع رويدادهاي مكرر مانند جمع‌آوري اطلاعات آماري از شبكه و تداخل آن با عمليات اصلي سطح كنترلي مي‌تواند عملكرد SDN را به شدت تحت تأثير قرار دهد. وجود بار ترافيكي زياد بر روي سطح كنترلي SDN باعث افزايش ميانگين زمان نصب جريان مي‌شود كه اين امر منجر به كاهش عملكرد برنامه‌هاي مديريتي و خدمات شبكه در حال اجرا بر روي سطح كنترلي خواهد شد. از اين طريق، دسترس‌پذيري و مقياس‌پذيري شبكه نرم‌افزار محور تحت تأثير قرار مي‌گيرد. كاهش بار بر روي سطح كنترلي و جايگزين‌كردن تك كنترل‌كننده با چند كنترل‌كننده دو راهكار براي افزايش دسترس‌پذيري و مقياس‌پذيري شبكه نرم‌افزار محور است. در اين رساله با هدف افزايش دسترس‌پذيري و مقياس‌پذيري شبكه نرم‌افزار محور، معماري جديدي به نام SAHAR كه مبتني بر چند كنترل‌كننده است، براي سطح كنترلي شبكه نرم‌افزار محور پيشنهاد شده‌است. اين معماري از يك جعبه كنترلي كه متشكل از يك كنترل‌كننده هماهنگ‌كننده، يك كنترل‌كننده اصلي نصاب قوانين جريان و يك يا چند كنترل‌كننده فرعي نصاب قوانين جريان است استفاده مي‌كند. تخصيص وظايف نظارتي و مديريتي به هماهنگ‌كننده، بار كنترل‌كننده‌هاي نصاب قوانين جريان را كاهش مي‌دهد و همچنين ترافيك آماري را از ترافيك اصلي جدا مي‌كند. وظيفه كنترل‌كننده‌هاي نصاب قوانين جريان پيكربندي سطح داده شبكه نرم‌افزار محور از طريق نصب قوانين جريان بر روي سوئيچ‌ها مي‌باشد. با نصب قوانين جريان پيش‌فرض مناسب در سطح داده، هماهنگ‌كننده بار ترافيك ورودي به سطح كنترلي را بين كنترل‌كننده‌هاي نصاب قوانين جريان توزيع مي‌كند. آزمايش‌هاي انجام شده نشان مي‌دهند كه SAHAR نسبت به معماري پايه (تك كنترل‌كننده) به طور متوسط 79٪ دسترس‌پذيري شبكه نرم‌افزار محور را افزايش داده‌است. همچنين، از طريق فعال يا غيرفعال كردن كنترل‌كننده‌هاي فرعي نصاب قوانين جريان در هر دامنه و همسان‌كردن پايگاه داده شبكه (NIB) هماهنگ‌كننده‌هاي موجود در دامنه‌هاي مختلف از طريق رد و بدل كردن بخشي از NIB (NIB محلي)، SAHAR به طور متوسط 1/45 مرتبه مقياس‌پذيرتر از تك كنترل‌كننده شده‌است.

1401/02/01

Distribution of traffic load in SDN controllers for enabling high availability and scalability

1/17/2023 12:00:00 AM

Software defined networking (SDN) is an emerging architecture and technology in computer networks that separates data plane and control plane with the goal of creating centralized control and management. However, due to the centralized control policy of the SDN, this type of network is prone to loss the control plane against the large load on it. In the SDN reactive mode, increasing events caused by new flows arrival to network significantly pushes a lot of pressure on the control plane. These events can be due to the temporal and spatial properties of network traffic or sometimes due to denial-of-service (DoS) attacks. Also, occurrence of recurring events, such as the collection of statistical information from the network, which severely interferes with the basic functions of the control plane can highly affect the performance of the SDN. Large load on SDN’s control plane increases average flow setup time of it, which reduces the performance of management applications and network services running on it. In this way, availability and scalability of SDN can be affected. Reducing the load on the control plane and replacing a single controller with multiple controllers are ways to increase its availability and scalability. In this dissertation, with the aim of increasing availability and scalability of the SDN, a new architecture called SAHAR (Scalable control plane Architecture for achieving High Availability through task division and Redundancy), which is based on multiple controllers, is proposed for the control plane of the SDN. This architecture uses a control box consisting of a coordinator controller, a primary flow-setup controller, and one or more secondary flow-setup controllers (as needed). Assigning monitoring and managing tasks to the coordinator controller reduces the load of the flow-setup controllers, and also, separates statistical traffic from basic traffic. Flow-setup controllers are responsible to configure the SDN’s data plane by installing flow rules on the switches. By installing appropriate default flow rules in the data plane, coordinator controller distributes the traffic load to the control plane between the flow-setup controllers. Experiments show that SAHAR has increased the availability of SDN by an average of 79% compared to the basic architecture (single controller). Also, by activating or deactivating secondary flow setup controllers in each domain and consistence the network information database (NIB) of the coordinator controllers of different domains by exchanging local NIB, SAHAR has increased scalability by an average of 1.45 compared to a single controller.

شبكه نرم‌افزار محور , دسترس‌پذيري , مقياس‌پذيري , پروتكل OpenFlow

Software-defined networking (SDN) , availability , scalability , OpenFlow

Mehran Shetabi

Dr. Ahmad Akbari Azirani