A study on the effects of distribution of the SDN control plane in wide area networks

Abstract

The move towards an SDN-driven network presents a new set of challenges to network architects. The simplicity of having a centralized entity coordinating state updates among switching elements comes along with concerns such as overload and delayed network view in the control plane. Those issues become especially relevant in the scenario of Wide Area Networks. One way to attempt to mitigate them is to allow a relaxation of the concept of a centralized controller, by leveraging the notion of physical distribution of control instances. Such control plane design might reduce latency from each control instance to its corresponding devices, resulting in better response to local network events and improved overall network performance. However, the distribution of control itself comes with its own caveats, mostly related to the need to synchronize the distributed instances. In this context, we present the first thorough attempt at identifying and quantifying how control plane distribution design choices affect network operation, specifically inWAN scenarios. We perform an evaluation campaign using emulations with a real global network topology, as well as synthetic one, in order to identify important trade-offs and compare distributed and centralized control plane strategies. We also demonstrate that a geographically distributed controller that relies on constant state synchronization reacts slowly to network events when compared to a simpler geographically centralized solution.

A transição para Redes Definidas por Software apresenta um novo conjunto de desfafios para arquitetos de rede. A simplicidade de se ter uma entidade centralizada que coordena atualizações de estado entre elementos comutadores traz consigo preocupações como sobrecarga e visão atrasada da rede pelo plano de controle. Estas questões se tornam relevantes especialmente no cenário de Redes de Longa Distância. Uma alternativa para se tentar mitigá-las é permitir um relaxamento do conceito de um controlador centralizado, utilizando-se da noção de uma distribuição física de instâncias de controle. Esse estilo de plano de controle tem o potencial de reduzir a latência de cada instância de controle para com seus dispositivos correspondentes, resultando em melhor resposta para eventos de rede locais e melhor performance de rede em geral. Porém, a distribuição de controle em geral traz à tona desafios próprios, principalmente pela necessidade de sincronização entre as instâncias distribuídas. Neste contexto, nós apresentamos uma primeira tentativa de identificar e quantificar como escolhas de projeto do plano de controle afetam a operação da rede, especificamente em cenários de Redes de Longa Distância. Realizamos uma avaliação em que emulamos tanto uma topologia de rede global como com uma sintética, de modo a identificar importantes relações de custo-benefício e a comparar estratégias de plano de controle distribuído e centralizado. Demonstramos ainda que um controlador geograficamente distribuído que depende de sincronização constante de estado reage lentamente a eventos de rede quando comparado a uma solução simples de controlador geograficamente centralizado.