Optimizacija komunikacije med krmilnikom in stikali omrežja SDN z uporabo razpršenega oddajanja krmilnih sporočil

REMIC, PRIMOŽ (author), Zimic, Nikolaj (mentor)

Velika večina današnjih računalniških omrežij je visoko decentraliziranih. Vsak od elementov omrežja deluje popolnoma avtonomno s pomočjo lastne krmilne programske opreme. Elementi medsebojno sporočajo in zaznavajo stanja z uporabo množice kompleksnih protokolov, ki omogočajo, da takšno omrežje pravilno deluje. Edina centralizirana točka teh omrežij je upravljanje konfiguracijskih podatkov, vendar še ta ni nujno potrebna, saj vsak od elementov omogoča tudi avtonomno upravljanje. Zadnjih nekaj let pospešeno nastaja popolnoma drugačna zasnova računalniških omrežij. Omrežja prihodnosti naj bi bila v največji možni meri centralizirana. Centraliziran krmilnik takšnega omrežja v vsakem trenutku opredeli delovanje vsakega od elementov v omrežju v skladu s trenutnim programom, ki ga izvaja. Na ta način je preko ene točke možno programsko opredeliti delovanje celotnega omrežja, zato se ta omrežja imenujejo: »Programsko opredeljena omrežja« (SDN). V magistrskem delu je podrobno opisana arhitektura in princip delovanja programsko opredeljenih omrežij. Utemeljene so prednosti in slabosti takšnih omrežij. Osrednji del dela je predstavitev predloga za novo in optimalnejšo metodo krmiljenja omrežij SDN. Metoda prinaša občutne izboljšave nekaterih pomembnih slabosti programsko opredeljenih omrežij, kot so slaba zmogljivost in razširljivost krmilnika ter pomanjkljivo izpolnjevanje zahtev po delovanju v realnem času. Predlagana metoda obsega definicijo univerzalnega krmilnega sporočila, ki za namen vzpostavitve nove povezave lahko krmili več elementov omrežja. Dopolnjena izvedba krmilnika omogoča, da takšno sporočilo odda tako, da ta doseže vse vpletene elemente oziroma stikala SDN. Spremenjena zasnova stikal omogoča, da takšno sporočilo ustrezno interpretirajo. Predstavljeno je hipotetično omrežje SDN, ki je uporabljeno kot osnova za teoretični izračun izboljšane učinkovitosti nove metode v primerjavi z obstoječimi. Izračun dokazuje veliko izboljšanje prej omenjenih pomanjkljivosti programsko opredeljenih omrežij. Postavljeno je bilo tudi simulacijsko okolje, v katerem smo preizkusili delovanje nove metode. Opravljene simulacije so v primeru krmiljenja po novi metodi pokazale izboljšanje večine značilnosti omrežja. Pri nekaterih značilnostih so se močneje izrazila odstopanja postavljenega simulacijskega okolja od stanja v realnih omrežjih, zato s pomočjo simulacij ni bilo možno izkazati vseh prednosti predlagane metode krmiljenja.

• Language: Slovenian
• Keywords: "Programsko Opredeljena Omrežja", SDN, krmilnik SDN, stikalo SDN, Mininet, POX, NetASM
• Work type: Master's thesis
• Organization: FRI - Faculty of Computer and Information Science
• Year: 2016
• PID: 20.500.12556/RUL-85788
• Publication date in RUL: 24.09.2016

REMIC, PRIMOŽ, 2016, Optimizacija komunikacije med krmilnikom in stikali omrežja SDN z uporabo razpršenega oddajanja krmilnih sporočil [online]. Master’s thesis. [Accessed 14 April 2025]. Retrieved from: https://repozitorij.uni-lj.si/IzpisGradiva.php?lang=eng&id=85788

Secondary language

• Language: English
• Title: Optimization of communication between controller and switches of SDN network by multicasting controller messages

Abstract

Most of today's computer networks are highly decentralized. Each network element operates completely autonomously using its own control software. Network elements communicate with each other and detect each other's state using a variety of complex protocols that enable the network to operate properly. The only centralized point of such networks is the management plane, although it is not essential either, since autonomous management is provided by all network elements. In recent years we have witnessed a rapid emergence of a totally different network concept. The network of the future is highly centralized. The centralized controller's software of such network defines the behaviour of every network element at any time. In this way the whole network is defined by the software, through a single control point. The concept is known as »Software Defined Networks« (SDN). In the master thesis we describe the architecture and principle of operations of software defined networks in detail. We substantiate the advantages and disadvantages of such networks. The main part of the thesis is a proposal of a new, more optimal, method for controlling SDN. The method brings significant improvements of certain important weaknesses of software defined networks, such as poor performance and scalability of the controller and the lack of compliance with real-time requirements. The proposed method comprises a universal definition of the control message, which enables the establishment of a new flow forwarding path through multiple network elements. The modification of the controller makes it possible to cast such a message so that it reaches all relevant elements or SDN switches. Moreover, adjustable design of the switches further contributes to proper interpretation of these messages. Additionally, we present a hypothetical network which was used as a basis for theoretical calculations of efficiency improvement of the new method, compared to the existing ones. The calculations show a substantial improvement of the aforementioned drawbacks of software defined networks. Finally, we have put up a simulation environment for testing of the new method. The performed simulations have showed improvement in most network characteristics. Deviations between the simulated and real network environments have come into consideration with the other characteristics. Consequently, by running the simulation it was not possible to demonstrate all the advantages of the proposed control method.

• Keywords: "Software Defined Networks", SDN, SDN controller, SDN switch, Mininet, POX, NetASM