The Controller Placement Problem in Software Defined Networking: A Survey. Seminário de Sistemas em Rede Alexander Decker de Sousa

Transcrição

1 The Controller Placement Problem in Software Defined Networking: A Survey Seminário de Sistemas em Rede Alexander Decker de Sousa

2 Sobre o paper A primeira metade é um survey sobre o problema do posicionamento de controladores A metade final apresenta uma solução própria para um dos casos do problema

3 Introdução

4 Problema de Posicionamento de Controladores Muitas Variações Modo de atuação sobre a rede Função objetivo Em geral, NP-Hard Muito similar ao Problema de Localização de Facilidades Algumas variações aplicam heurísticas desse problema

5 Problema de Posicionamento de Controladores - Variações Atuação sobre a rede Posicionamento geográfico dos controladores Conexões Controlador-Controlador Controlador-Comutador Objeto da Otimização Latência Confiabilidade Infraestrutura

6 As empresas esquecem desses modelos de otimização e só colocam os controladores onde a energia é mais barata?

7

8

9 Minimização da Latência Principal foco das pesquisas na literatura Muito importante Muitas aplicações SDN incluem trocas frequentes de mensagens entre controlador e comutador

10 Minimização da Latência Muito sensível à rede que será otimizada WAN grande impacto do tempo de propagação das mensagens particularmente parecido com o problema de localização de facilidades geralmente resolvido com clusterização e heurísticas para k-means Intranets em data centers Tempo de processamento das mensagens passa a impactar mais Balanceamento de carga Yao et al. [2]: Redução do tempo de propagação+balanceamento de carga Clusterização, k-means, programação inteira, redução do número de controladores

11 Maximização da Confiabilidade e Resiliência Confiabilidade Resiliência Minimização da taxa de perda de mensagens de controle Semelhante à minimização da latência Alta latência leva a filas cheias e descarte Links muito longos aumentam a probabilidade de corrupções Clusterização e heurísticas para k-means Minimização da probabilidade de um switch ou um controlador se desconectarem em caso de Enlaces falharem Nós falharem

12 Maximização da Confiabilidade e Resiliência K-critical [3]: Criação de uma topologia de controle robusta (resiliência) Evitando pontes e pontos de articulação Balanceamento de carga (confiabilidade)

13 Redução dos Custos de Energia Desligamento dinâmico de máquinas e portas físicas GreCo [4] de acordo com a esperança de vazão horário do dia aprendizado de máquina, etc Algoritmo heurístico Desliga enlaces limitado a uma latência máxima manutenção da conectividade manutenção da distribuição justa de carga 55% de economia de energia no melhor caso em horários fora do pico

14 Método Próprio Objetiva minimizar latência Observa que a latência é principalmente causada por Tempo de processamento das mensagens Tempo de Propagação (em especial em WANs) The Cluster-Based Network Partition Algorithm Particiona a rede em sub-redes Posiciona os controladores de forma a evitar links muito longos entre Controlador e Comutador 50 ms é muito para mensagens de controle!

15 The Cluster-Based Network Partition Algorithm Entrada: Grafo com a topologia da rede e posicionamento geográfico dos nós 1. O valor de cada aresta é a distância entre os nós a. Usada a fórmula de Haversine b. Os outros trabalhos citados usam distância Euclidiana e não consideram a topologia da rede 2. As menores distâncias de todos para todos são calculadas a. n Dijkstras 3. Um nó é aleatoriamente escolhido como um center 4. É chamado um procedimento recursivo para clusterizar a rede

16 Procedimento Recursivo 1. A partir do center, é localizado o centroid a. nó cuja soma das distâncias mínimas é mínima 2. A rede é particionada em duas sub-redes a. o centroid é o center de sua sub-rede b. o nó mais distante do centroid é o center da outra sub-rede c. cada nó se associa à sub-rede cujo center está mais próximo de sua posição 3. O procedimento é chamado recursivamente nas sub-redes 4. Condição de parada: A rede foi dividida em k partições

17 Resultados

18 Resultados

19 Novas direções para pesquisas na área Algoritmos mais eficientes (heurísticas, algoritmos aproximativos e outros) Otimização multi-objetiva Poucos trabalhos a contemplam Em geral unem dois objetivos apenas Cooperação entre controladores

20 Novas direções para pesquisas na área (Esse aqui é por minha conta mesmo) Minimização dos custos de manutenção dos controladores Muito importante do ponto de vista de negócios Também é impactado pela otimização de latência e resiliência Para manter o sistema com nós mal posicionados, algumas máquinas são replicadas e gastam mais Latência mínima aceitável pode ser inserida como uma restrição

21 Avaliação final Generalidade (6) Serve para redes genéricas Corrige as distâncias mais longas de acordo com a curvatura da terra A otimização possui um objetivo único, dentre os vários possíveis Experimentação rasa Ganho Intelectual (7) Impacto (4) É um aprimoramento de heurísticas para o problema dos K-means Há uma adaptação ao contexto do problema Uso da topologia da rede Uso da distância de Haversine (contexto WAN) Deixa de lado completamente os custos de energia e outros aspectos de infra-estrutura Grandes chances de nunca ser usado na prática

22 Referências [1] Wang, Guodong, et al. "The controller placement problem in software defined networking: a survey." IEEE Network 31.5 (2017): [2] Jimenez, Yury, Cristina Cervello-Pastor, and Aurelio J. Garcia. "On the controller placement for designing a distributed SDN control layer." Networking Conference, 2014 IFIP. IEEE, [3] B. Heller, R. Sherwood, and N. McKeown, The Controller Placement Problem, Proc. 1st Wksp. Hot Topics in Software Defined Networks, 2012, pp [4] A. Ruiz-Rivera, K.-W. Chin, and S. Soh, GreCo: An Energy Aware Controller Association Algorithm for Software Defined Networks, IEEE Commun. Letters, vol. 19, no. 4, 2015, pp