[논문]SDN에서 컨트롤러 간의 부하 분배 방법

경연웅; 홍기원; 박성호; 박진우

doi:10.7840/kics.2015.40.6.1114

SDN에서 컨트롤러 간의 부하 분배 방법
Load Distribution Method over Multiple Controllers in SDN 원문보기

한국통신학회논문지 = The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences, v.40 no.6, 2015년, pp.1114 - 1116

경연웅 (Korea University School of Electrical Engineering) , 홍기원 (Korea University School of Electrical Engineering) , 박성호 (Korea University School of Electrical Engineering) , 박진우 (Korea University School of Electrical Engineering)

초록
AI-Helper

SDN (Software-defined networking)에서는 중앙 집중적 구조로 인해 플로우 단위의 세밀한 트래픽 관리과정에서 컨트롤러의 병목 현상이 발생하여 입력되는 메시지들의 차단 및 처리 지연이 증가할 수 있다. 본 논문에서는 이 문제를 해결하기 위해 다수의 컨트롤러들 간의 플로우 단위의 부하 분배 방법을 제시하고 그 효과를 분석하였다. 제안된 방법은 특정 컨트롤러에 부하가 집중되었을 때, 새로 발생하는 플로우의 처리 및 관리를 다른 컨트롤러로 위임함으로써 컨트롤러들 간의 부하를 분배시킨다. 성능분석을 통하여 입력되는 메시지들에 대한 차단 확률이 낮아짐을 입증함으로써 제안된 방법의 효과를 증명하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we propose a load distribution scheme in SDN utilizing load redirection, enabling incoming messages to be migrated to another controller. Specifically, when the capacity of a controller reaches a threshold, the controller makes incoming packets be migrated to a less-loaded controller to prevent them from being blocked. Analytical result shows that our scheme has lower blocking probability than the conventional scheme.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

그러므로 본 논문에서는 다수의 컨트롤러가 존재할때, 컨트롤러의 부하가 정해진 한계치에 도달하면 이후에 입력되는 플로우들의 처리 및 관리는 다른 컨트롤러에 위임함으로써 컨트롤러들 간의 부하를 분산시킬 수 있는 방법을 제안하고자 한다.
본 논문은 특정 컨트롤러에 부하가 집중될 때, 다른 컨트롤러로 부하를 전이시켜 처리함으로써 컨트롤러들 간의 부하 분배를 수행할 수 있는 방법을 제안하였다. 성능 평가를 통해 제안된 방법이 기존 방법보다 낮은 차단 확률을 보임을 확인하였다.

가설 설정

이렇게 플로우 별로 다른 컨트롤러가 할당될 수 있지만, 분산된 데이터 저장 방법을 이용하여 글로벌한 네트워크 뷰를 공유한다고 가정한다^[3]. 또한 중복 처리가 없도록 각 엔트리 설정에 대한 처리는 반드시 하나의 컨트롤러가 담당하는 것을 가정한다.
새로운 플로우로 인한 Packet-In 메시지 및 다른 컨트롤러부터 전달된 Packet-In 메시지의 발생 프로세스가 각각 λI, λO을 평균으로 갖는 포아송 분포 (Poisson Distribution)를 따른다고 가정하고, 컨트롤러에서의 서비스 시간 프로세스는 μ를 평균으로 갖는 익스포넨셜 분포 (Exponential Distribution)를 따른다고 가정 한다.
성능 평가를 위해 T, ρO은 각각 50, 10으로 가정하였다.
이후, 해당 플로우에 속한 패킷들은 생성된 엔트리와의 매칭에 따라 전달되고, 컨트롤러 2는 해당 플로우의 관리를 담당하게 된다. 이렇게 플로우 별로 다른 컨트롤러가 할당될 수 있지만, 분산된 데이터 저장 방법을 이용하여 글로벌한 네트워크 뷰를 공유한다고 가정한다^[3]. 또한 중복 처리가 없도록 각 엔트리 설정에 대한 처리는 반드시 하나의 컨트롤러가 담당하는 것을 가정한다.
제안하는 기법의 컨트롤러는 M/M/m/m 큐잉 모델을 가정하며, 현재 컨트롤러 영역에서 발생한 새로운 플로우의 Packet-In 메시지와 다른 컨트롤러에서 전달된 Packet-In 메시지, 이렇게 두 종류의 메시지가 존재 한다. 기존 방법^[4]은 다수의 컨트롤러를 고려하였지만 컨트롤러 간 분배를 고려하지 않았기 때문에, 다른 컨트롤러에서 전달된 메시지는 존재하지 않는다.

제안 방법

해당 패킷을 전달 받은 컨트롤러들은 자신의 부하 상태가 해당 패킷을 수용할 수 있다면 패킷을 처리하여 플로우 규칙을 결정한다. 그리고 이 규칙을 전송 평면에 반영하기 위해 스위치에 Packet-Out 또는 Flow-Mod 메시지를 전송하여, 플로우 엔트리를 생성한다. 이 때, 다수의 컨트롤러로부터 메시지가 도착한다면 가장 먼저 도착한 메시지의 컨트롤러 (컨트롤러 2)가 담당 컨트롤러가 된다.
제안된 방법의 i상태에서 i+1상태로 천이될 확률 (transition rate)은 (ρI +ρO)이며, 기존 방법에서는 (ρI)이다.

데이터처리

이 장에서는 위에서 도출한 모델을 기반으로 제안 하는 방법과 기존 방법^[4]의 메시지 차단 확률을 비교 하였다. 성능 평가를 위해 T, ρ_O은 각각 50, 10으로 가정하였다.

이론/모형

T는 컨트롤러의 최대 수용량을 의미한다. 두 방법의 정상 상태 (steady state) 확률 분포를 구하기 위해서는 2차원 마르코브 체인 모델이 필요하지만, 분석의 간편함을 위해 본 논문에서는 근사적인 방법^[5]을 이용한다. 이 방법에서는 그림 2에서와 같이 서비스율을 1로 만든 뒤에 분석이 진행된다.

성능/효과

본 논문은 특정 컨트롤러에 부하가 집중될 때, 다른 컨트롤러로 부하를 전이시켜 처리함으로써 컨트롤러들 간의 부하 분배를 수행할 수 있는 방법을 제안하였다. 성능 평가를 통해 제안된 방법이 기존 방법보다 낮은 차단 확률을 보임을 확인하였다. 향후 컨트롤러 간 부하분배를 위한 오버헤드 분석 및 가상환경에서의 실험을 진행할 예정이다.

후속연구

성능 평가를 통해 제안된 방법이 기존 방법보다 낮은 차단 확률을 보임을 확인하였다. 향후 컨트롤러 간 부하분배를 위한 오버헤드 분석 및 가상환경에서의 실험을 진행할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	SDN은 어떤 것을 가능하도록 하였는가?	SDN (Software-Defined Networking)은 네트워크 장비들의 제어 평면 (control plane)을 전송 평면 (data plane)으로부터 분리시켜서[1], 개방형 인터페이스를 이용한 중앙 집중적인 관리를 통해 새로운 서비스의 신속한 구현 및 플로우 단위의 유연한 네트워크 관리를 가능하도록 하였다[2].
	부하가 큰 컨트롤러의 스위치를 다른 컨트롤러로 이전시켜 부하 균형을 추구한 기존 연구의 문제점은 무엇인가?	부하가 큰 컨트롤러의 스위치를 다른 컨트롤러로 이전시켜 부하 균형을 추구한 기존 연구도 있었지만[3] 스위치 단위로 이전시키기 때문에 세밀한 부하 분배가 불가능하고 스위치의 담당 컨트롤러 변경을 위한 추가적인 configuration 과정이 요구되며 가변적인 부하로 인한 핑퐁현상이 발생할 수 있다.
	다수의 컨트롤러들 간의 플로우 단위의 부하 분배 방법은 부하를 어떻게 분배시키는가?	본 논문에서는 이 문제를 해결하기 위해 다수의 컨트롤러들 간의 플로우 단위의 부하 분배 방법을 제시하고 그 효과를 분석하였다. 제안된 방법은 특정 컨트롤러에 부하가 집중되었을 때, 새로 발생하는 플로우의 처리 및 관리를 다른 컨트롤러로 위임함으로써 컨트롤러들 간의 부하를 분배시킨다. 성능분석을 통하여 입력되는 메시지들에 대한 차단 확률이 낮아짐을 입증함으로써 제안된 방법의 효과를 증명하였다.

참고문헌 (5)

N. McKeown, T. Anderson, H. Balakrishnan, G. Parulkar, L. Peterson, J. Rexford, S. Shenker, and J. Turner, "OpenFlow: Enabling innovation in campus networks," in Proc. ACM SIGCOMM Comput. Commun. Rev., vol. 38, no. 2, pp. 69-74, 2008.
T. Yim, Y. Kyung, T. M. Nguyen, K. Hong, and J. Park, "A fast and scalable mobile flow management method for IP-based mobile networks," J. KICS, vol. 39B, no. 1, pp. 8-16, Jan. 2014.

원문보기 상세보기
A. Dixit, F. Hao, S. Mukherjee, T. V. Lakshman, and R. Kompella, "Towards an elastic distributed SDN controller," in Proc. ACM HotSDN, pp. 7-12, Hong Kong, China, Aug. 2013.
OpenFlow switch specification 1.5.1 (2015), April 2015, from https://www.opennetworking.org/sdn-resources/openflow
S. Jeon, R. L. Aguiar, and N. Kang, "Loadbalancing proxy mobile IPv6 networks with mobility session redirection," IEEE Commun. Lett., vol. 17, no. 4, pp. 808-811, Apr. 2013.

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증