Deploying time-based sampling techniques in Software-Defined Networking

Abstract

Today’s computer networks face demanding challenges with the proliferation of services and applications requiring constant access, low latency and high throughput from network infrastructures. The increase in the demand for this type of services requires continuous analysis and a network topology capable of adapting to the dynamic nature of applications, in order to overcome challenges such as performance, security and flexibility. Software-Defined Networking (SDN) emerge as a solution to meet these challenges by using a network control plane, dissociated from the data plane, able to have a global view of the topology and act when required, depending on the variation in infrastructure congestion. Decisions involving different activities, such as network management and performance evaluation, rely on information about the state of the network that in traditional networks involves a substantial amount of data. Traffic sampling is essential in order to provide valuable statistical data to applications and enable appropriate control and monitoring decisions to be made. In this context, this work proposes the application of time-based sampling techniques in a SDN environment to provide network statistics at the controller level, taking into account the underlying need to establish a balance between the reliability of the data collected and the computational burden involved in the sampling process. The results obtained emphasize that it is possible to apply these sampling techniques by using OpenFlow Group Mod messages, although packet losses can occur on the switch during periods of network congestion.

As redes de computadores atuais enfrentam desafios exigentes, com a proliferação de serviços e aplicações que exigem acesso constante, baixa latência e elevado fluxo de dados. O aumento na procura deste tipo de serviços exige análise contínua e uma topologia de rede capaz de se adaptar à natureza dinâmica das aplicações, de forma a superar desafios como desempenho, segurança e flexibilidade. As redes definidas por software (Software-Defined Networking - SDN) surgem como uma solução para corresponder a este desafio, através da utilização de uma estrutura de controlo na rede, separada do plano de dados, capaz de ter uma visão global da arquitetura e agir adequadamente consoante as necessidades, dependendo da variação na congestão da infraestrutura. As decisões que envolvem diversas atividades, tais como gestão da rede e avaliação de desempenho, dependem de informação sobre o estado da rede que, em redes tradicionais, envolve uma quantidade substancial de dados. A amostragem de tráfego é essencial para fornecer dados estatísticos valiosos a aplicações e permitir definir decisões adequadas de controlo e monitorização. Neste contexto, este trabalho propõe a implementação de técnicas de amostragem baseadas em tempo num ambiente SDN, para disponibilizar estatísticas da rede ao nível do controlador, tendo em conta a necessidade subjacente de estabelecer um balanço entre a fiabilidade dos dados recolhidos e o peso computacional envolvido no processo de amostragem. Os resultados obtidos enfatizam que é possível aplicar essas técnicas de amostragem utilizando mensagens OpenFlow Group Mod, embora perdas de pacotes possam ocorrer no switch em períodos de congestionamento da rede.