Software defined networking applications based on OpenState

In the last years Internet has undergone an ever-increasing complexity due to the growing number of deployed services and to the presence of a huge variety of heterogeneous network devices. Software-Defined Networking (SDN) is a new network paradigm based on the decoupling of the control plane from the data plane, bringing the control to a logically centralized level. The goal of SDN is to make networks more programmable in order to simplify network management and to speed up networking research. In SDN the logical centralization of the control can lead to some additional latency and control overhead: for some particular applications with tight timing requirements, the need to always rely on a central controller can prevent the adoption of a SDN solution. We present OpenState, a research project to which we have contributed, whose target is to understand how to formally describe stateful control tasks using platform-independent abstractions and to support them in OpenFlow switches, reference API for SDN, with the least possible modifications. We propose several new OpenState extensions and two new applications in order to experimentally validate how SDN solutions can be deployed even in those domains where scalability and response time requirements cannot be guaranteed by the current OpenFlow standard. The scalability problem has been addressed by developing an application related to the forwarding consistency issue. It is shown that, by moving the handling of flow states inside the switch, the controller can be relieved from forwarding decisions and thus the bottleneck can be moved from the controller to the switch wire capacity. The low response time requirement has been addressed by means of an application related to the fault tolerance issue. It is shown that it is possible to obtain decreasing fault reaction times by using OpenState capabilities.

Negli ultimi anni Internet è diventato sempre più complesso da gestire a causa dell'aumentare del numero di servizi erogati e dalla grande varietà di dispositivi eterogenei presenti in rete. Il Software-Defined Networking è un nuovo paradigma di rete che si basa sulla separazione del control plane dal data plane, portando il layer di controllo a un livello logicamente centralizzato. L'obiettivo di SDN è quello di rendere più programmabili le reti al fine di semplificarne la gestione e di sbloccare un'innovazione che si era rallentata da tempo nel campo del networking. In SDN la centralizzazione logica del controllo potrebbe portare a ulteriori latenze e overhead di controllo: per alcune applicazioni con requisiti stringenti in termini di tempo, la necessità di ricorrere a un controller centrale può impedire l'adozione di una soluzione basata su SDN. Verrà presentato OpenState, progetto di ricerca al quale abbiamo contribuito, che ha come obiettivo capire come descrivere formalmente delle operazioni di controllo, utilizzando un'astrazione indipendente dalla piattaforma, che siano supportate in switch OpenFlow, API di riferimento per SDN, con il minor numero possibile di modifiche. Verranno proposte diverse estensioni ad OpenState e due nuove applicazioni, al fine di validare sperimentalmente come soluzioni SDN possano essere adottate anche in ambiti dove i requisiti di scalabilità e tempi di risposta non possano essere garantiti dall'attuale standard OpenFlow. Il problema di scalabilità è stato affrontato implementando un'applicazione di forwarding consistency. Si mostra come, muovendo la gestione degli stati all'interno dello switch, si possa sollevare il controllore dal prendere decisioni e quindi spostare il collo di bottiglia dal controllore alla capacità di linea dello switch. Il requisito di tempi di risposta rapidi è stato affrontato con un'applicazione di fault tolerance, mostrando come si possano ridurre i tempi di risposta al fault sfruttando le funzionalità di OpenState.