Interactive monitoring, visualization, and configuration of openflow-based SDN

Abstract

Software-Defined Networking (SDN) is an emerging paradigm that arguably facilitates network innovation and simplifies network management. SDN enables these features based on four fundamental principles: (i) network control and forwarding planes are clearly decoupled, (ii) forwarding decisions are flow-based instead of destination-based, (iii) the network forwarding logic is abstracted from a hardware to a programmable software layer, and (iv) an element, called controller, is introduced to coordinate network-wide forwarding decisions. Nowadays, much has been discussed about using SDN principles to improve network management – where SDN is taken as a management tool –, instead of discussing which are the new management challenges that this network paradigm introduces. In the context of SDN, management activities, such as monitoring, visualization, and configuration can be considerably different from traditional networks, thus deserving proper attention. For example, an SDN controller can be customized by network administrators according to their needs. Such customizations might pose an impact on resource consumption and traffic forwarding performance, which is difficult to assess because traditional network management solutions were not designed to cope with the context of SDN. As a consequence, an SDN-tailored management solution must be able to help the administrator to understand and control how the SDN controller behavior affects the network. Considering this context, we initially performed an analysis of control traffic in SDN aiming to better understand the impact of the communication between the controller and forwarding devices. Afterwards, we propose an interactive approach to SDN management through monitoring, visualization, and configuration that includes the administrator in the management loop, where SDN-specific metrics are monitored, processed, and displayed in interactive visualizations. Thus, the administrator is able to make decisions and configure/reconfigure SDN-related parameters according to his/her needs. To show the feasibility of our approach a prototype has been developed, called SDN Interactive Manager. The results obtained with this prototype show that our approach can help the administrator to better understand the impact of configuring SDN-related parameters on the overall network performance.

Redes Definidas por Software (Software-Defined Networking – SDN) é um paradigma emergente que sem dúvida facilita a inovação e simplifica o gerenciamento da rede. SDN provém esses recursos baseado em quatro princípios fundamentais: (i) os planos de controle e encaminhamento da rede são claramente desacoplados, (ii) as decisões de encaminhamento são baseadas em fluxo ao invés de baseadas em destino, (iii) a lógica de encaminhamento é abstraída do hardware para uma camada de software e (iv) um elemento, chamado controlador, é introduzido para coordenar as decisões de encaminhamento. Atualmente muito se tem discutido acerca do uso de SDN em benefício do gerenciamento de redes – onde SDN é considerado uma ferramenta de gerenciamento –, ao invés de se discutir quais são os novos desafios de gerenciamento que esse paradigma introduz. No contexto de SDN, atividades de gerenciamento como monitoramento, visualização e configuração podem ser consideravelmente diferentes das mesmas realizadas em redes tradicionais, merecendo a devida atenção. Por exemplo, um controlador SDN pode ser customizado por administradores de rede de acordo com suas necessidades. Essas customizações podem impactar em consumo de recursos e desempenho no encaminhamento de tráfego. Tal impacto é difícil de se avaliar porque solucões de gerenciamento de redes tradicionais nao foram projetadas para lidar com o contexto de SDN. Como consequencia, uma solução de gerenciamento de SDN deve ser capaz de ajudar o administrador a entender e controlar como o comportamento do controlador SDN afeta a rede. Considerando esse contexto, nós inicialmente desenvolvemos uma análise do tráfego de controle em SDN visando melhor entender o impacto da comunicação entre controlador e dispositivos de encaminhamento. Em seguida, nós propomos uma abordagem interativa para gerenciamento de SDN através do monitoramento, visualização e configuração da rede incluindo o administrador em um ciclo de atividades de gerenciamento, onde metricas específicas de SDN são monitoradas, processadas e mostradas em visualizações interativas. Assim, o administrador da rede é capaz de configurar/ reconfigurar parâmetros de SDN de acordo com seu/sua necessidade. Para demonstrar a viabilidade da nossa abordagem, nós desenvolvemos um protótipo chamado SDN Interactive Manager. Os resultados obtidos através do protótipo apresentaram que a nossa abordagem é capaz de auxiliar o administrador a melhor entender o impacto da configuração de parâmetros relativos a SDN no desempenho da rede como um todo.