In the recent years, the Internet traffic volume is continuously growing, due to the proliferation of new bandwidth-intensive applications that include big data, cloud apps and video streams. This poses new challenges for the ISPs, who wants to manage their network in an efficient way. An important problem in traffic engineering is being able to react when congestion occurs and to use optimally the network links capacity. With the Software Defined Networking (SDN) paradigm, the control plane is decoupled from the data plane. The SDN controller, through a Southbound API like OpenFlow, has a centralized view of the network state and can modify the data plane configuration of supported network devices in real time. Usually the bandwidth occupied by flows of packets in congested links is unfair, therefore detecting large flows in size (elephant flows) is crucial to mitigate congestion. The detection of elephant flows is an example of applications that challenge the decoupled nature of control and data plane: simply resorting to an external controller to reactively install dedicated forwarding rules and periodically monitors their statistics is not a feasible approach. Recent advanced SDN data planes, such as Open Packet Processor (OPP), an OpenFlow stateful extension, enable an enhanced in-switch traffic processing and a reduced interaction with the controller. After the presentation of OPP, the common techniques for elephant flow detection are reviewed. Then the implementation of an elephant flow detection scheme in OPP is described in details and its effectiveness is discussed and analysed through experimental validation. Finally, the detection scheme, locally executed in network devices, is inserted in a SDN network-wide scenario, explaining how the controller can exploit it to handle congestions through re-routing elephant flows in non-congested path. Attention is given, in this case, to congestion-aware (elastic) flows that adjust their rate based on network feedback.
Il volume del traffico Internet ha subito una continua crescita negli ultimi anni, questo a causa della proliferazione di nuove applicazioni ad elevato consumo di banda. Tra queste applicazioni è particolarmente rilevante il traffico derivato da big data, cloud e flussi video. Ciò pone nuovi problemi per gli ISP, che desiderano gestire la propria rete in maniera efficiente. Un problema importante per l'ingegneria del traffico di rete è poter reagire quando si verifica una congestione ed usare ottimamente la capacità dei link. Con il paradigma Software Defined Networking (SDN), il control plane è disaccoppiato dal data plane. Il controller SDN, attraverso una Southbound API come ad esempio OpenFlow, ha una visione centralizzata dello stato della rete ed è in grado di modificare in tempo reale la configurazione del data plane dei dispositivi di rete supportati . Normalmente, la suddivione della banda occupata da flussi di pacchetti in link congestionati non è equa, perciò l'identificazione di flussi di gran dimensione (flussi elephant) è fondamentale per mitigare una situazione di congestione. La rilevazione di flussi elephant è un esempio di applicazione che mette in discussione la separazione tra il control plane e il data plane: non risulta accettabile utilizzare un controller esterno per installare reattivamente regole personalizzate di instradamento e per monitorare periodicamente le statistiche dei flussi di rete. Recenti sviluppi nella ricerca di data plane avanzati per SDN, come ad esempio Open Packet Processor (OPP), un'estensione stateful di OpenFlow, permettono di processare il traffico direttamente all'interno degli switch e di ridurre quindi l'interazione con il controllore. Dopo aver presentato OPP, sono discusse le comuni tecniche di rilevamento di flussi elephant. Successivamente viene descritta nel dettaglio l'implementazione in OPP per la rilevazione di flussi elephant, discutendone l'efficacia e mostrandone una validazione sperimentale. Infine, lo schema di rilevamento, eseguito localmente nei dispositivi di rete, è inserito in una rete SDN, spiegando come può essere impiegato per gestire situazioni di congestione mediante il reinstradamento di flussi elephant in percorsi non congestionati. In questo caso, particolare attenzione viene data ai flussi sensibili alle situazioni di congestione (elastici), poiché sono in grado di adattare la propria velocità allo stato della rete.
Traffic engineering for elephant and elastic flows in SDN
MARCHINI, ANDREA
2016/2017
Abstract
In the recent years, the Internet traffic volume is continuously growing, due to the proliferation of new bandwidth-intensive applications that include big data, cloud apps and video streams. This poses new challenges for the ISPs, who wants to manage their network in an efficient way. An important problem in traffic engineering is being able to react when congestion occurs and to use optimally the network links capacity. With the Software Defined Networking (SDN) paradigm, the control plane is decoupled from the data plane. The SDN controller, through a Southbound API like OpenFlow, has a centralized view of the network state and can modify the data plane configuration of supported network devices in real time. Usually the bandwidth occupied by flows of packets in congested links is unfair, therefore detecting large flows in size (elephant flows) is crucial to mitigate congestion. The detection of elephant flows is an example of applications that challenge the decoupled nature of control and data plane: simply resorting to an external controller to reactively install dedicated forwarding rules and periodically monitors their statistics is not a feasible approach. Recent advanced SDN data planes, such as Open Packet Processor (OPP), an OpenFlow stateful extension, enable an enhanced in-switch traffic processing and a reduced interaction with the controller. After the presentation of OPP, the common techniques for elephant flow detection are reviewed. Then the implementation of an elephant flow detection scheme in OPP is described in details and its effectiveness is discussed and analysed through experimental validation. Finally, the detection scheme, locally executed in network devices, is inserted in a SDN network-wide scenario, explaining how the controller can exploit it to handle congestions through re-routing elephant flows in non-congested path. Attention is given, in this case, to congestion-aware (elastic) flows that adjust their rate based on network feedback.| File | Dimensione | Formato | |
|---|---|---|---|
|
tesi.pdf
non accessibile
Descrizione: Tesi
Dimensione
3.43 MB
Formato
Adobe PDF
|
3.43 MB | Adobe PDF | Visualizza/Apri |
I documenti in POLITesi sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
https://hdl.handle.net/10589/137383