Monitoring the correspondence of physical and virtual network resources in OpenFlow based Software Defined Networks

Abstract

As cloud computing gains more popularity, the need for easy provisioning, monitoring and prediction of the quality of the underlying network increases. Software Defined Networks (SDNs) promise to bring better scalability, flexibility and efficiency to the cloud network by abstracting the control from the forwarding plane. The only one production-ready implementation of the SDN idea is the OpenFlow protocol. It adopts a centralized management model of the virtual network by isolating the functions of physical devices from those of the virtual ones. Nowadays, one of the most challenging problems of cloud network virtualisation, built upon a SDN, is the poor management and monitoring of the correspondence between the physical and the logical devices. This work introduces an extension to an existing OpenFlow controller that aims to monitor the physical network resources and to map gathered metrics to the corresponding virtual network. Using low-level monitoring in every cloud setup enables optimal utilization of the physical devices and better and faster provisioning of the logical network, as well as of the tenant's VMs. The proposed OpenFlow controller plug-in enables such low-level monitoring, centralized for the network. The plug-in provides information for changes and faults in the physical network providing feedback for any enforced management policies and helping for SLA violations prediction and enabling comprehensive testing and optimization of the virtual network infrastructure with regards to the physical resources. Furthermore, an analysis of the interconnection between physical and virtual network resources is provided based on measurements gathered through continuous monitoring of different network topologies' behaviour. The evaluation of the different networks shows that there is no universal solution that would fit different types of network requirements.

Mit der steigenden Popularität des Cloud Computings, nimmt auch die notwendigkeit von leichten Bereitstellen, Migration und Voraussagen des Qualität des Netzwerks zu. Software Defined Networks (SDNs) versprechen bessere Skalierbarkeit, Flexibilität und Effizienz des Cloud-Netzwerks durch Abstraktion der Regelung von der Weiterleitungsschicht. Die einzige produktionsreife Umsetzung der SDN-idee ist das OpenFlow-Protokoll. Es implementiert ein zentrales Managementmodell des virtuellen Netzwerks durch Isolierung der Funktionen der physikalischen von den virtuellen Geräten. Heutzutage ist eines der schwierigsten Probleme der Cloud-NetzwerkVirtualisierung, das auf eine SDN gebaut ist, die schlechte Verwaltung und Überwachung der Korrespondenz zwischen den physischen und den logischen Ressourcen. Diese Arbeit präsentiert eine Erweiterung zu einem bestehenden OpenFlow Controller, der die physikalischen Netzwerk-Ressourcen überwachen und die entsprechenden virtuellen Netzwerk Ressourcen zuweisen soll. Das Low-Level-Monitoring in jedem Cloud Setup ermöglicht eine optimale Ausnutzung der physischen Ressourcen und eine bessere und schnellere Bereitstellung des logischen Netzwerkes sowie der Tenant VMs. Das vorgeschlagene OpenFlow Controller Plug-in ermöglicht Low-Level-Monitoring, das zentralisiert für das Netzwerk ist. Das Plug-in bietet Informationen für Änderungen und Störungen in der physischen Netzwerk Bereitstellung, gibt Feedback für alle durchsetzten Management-Strategien und hilft für eine effektive Durchsetzung der Netzwerk-QoS und schließlich für eine Vorhersage von SLA Verletzung. Die Funktionalität, die vom Plug-in implementiert ist, ermöglicht eine umfassende Prüfung und Optimierung der virtuellen Netzwerk-Infrastruktur in Bezug auf die physikalischen Ressourcen. Weiterhin ist eine Analyse der Verbindung zwischen den physischen und den virtuellen Netzwerk Ressourcen bereitgestellt, die sich auf eine kontinuierliche Überwachung des gesamten Netzwerk Verhaltens berührt.<br />Das Verfahren der Analyse umfasst Simulationen, die die Netzwerktopologien von den verschiedenen Beziehungen zwischen der physischen und der virtuellen Ressourcen implementieren. Die Simulationsergebnisse werden durch einen Testumgebung mit den gleichen Topologieimplementierungen bestätigt. Die Auswertung der unterschiedlichen Netzwerke zeigt, dass es keine universelle Lösung für die verschiedenen Arten von Netzwerk Anforderungen passen würde.