ARKHAM : an advanced refinement toolkit for handling service level agreements in software-defined networking

Abstract

Software-Defined Networking (SDN) aims to provide a more sophisticated and accurate architecture for managing and monitoring network traffic. SDN permits centralizing part of the decision-making logic regarding flow processing and packet routing in controller devices. Despite this, the behavior of network devices and their configurations are often written for specific situations directly in the controller. This becomes an issue when there is an increase in the number of network elements, links, and services, resulting in a large amount of rules and a high overhead related to network configuration. As an alternative, techniques such as Policy- Based Management (PBM) and policy refinement can be used by high-level operators to write Service Level Agreements (SLAs) in a user-friendly interface without the need to change the code implemented in the controllers. However, policy refinement in the new research area of SDN has been a neglected topic, in part, because refinement is a nontrivial process. When using SLAs, their translation to low-level policies, e.g., rules for configuring switching elements, is not straightforward. If this translation is not performed properly, the system elements may not be able to meet the implicit requirements specified in the SLA. In this context, we introduce ARKHAM: an Advanced Refinement Toolkit for Handling Service Level Agreements in Software-Defined Networking. This work presents (i) a Policy Authoring Framework that uses logical reasoning for the specification of business-level goals and to automate their refinement; (ii) an OpenFlow controller which performs information gathering and configuration deployment; and (iii) a formal representation using event calculus that describes our solution. As a result, our approach is capable of identifying the requirements and resources that need to be configured in accordance with SLA refinement, and can successfully configure and execute dynamic actions for supporting infrastructure reconfiguration.

Redes definidas por software (Software-Defined Networking – SDN) tem como objetivo fornecer uma arquitetura mais sofisticada e precisa para gerenciar e monitorar o tráfego da rede. SDN permite centralizar parte da lógica de tomada de decisão sobre o processamento de fluxo e roteamento de pacotes em dispositivos chamados controladores. Apesar disso, o comportamento dos dispositivos de rede e suas configurações são muitas vezes escritos para situações específicas diretamente no controlador. Isto torna-se um problema quando há um aumento no número de elementos, ligações e serviços de rede, resultando numa grande quantidade de regras e uma elevada sobrecarga relacionada à configuração da rede. Como alternativa , técnicas, tais como gerenciamento baseado em políticas (Policy-Based Management – PBM) e refinamento de políticas podem ser utilizadas por operadores de alto nível para escrever Acordos de Nível de Serviço (Service Level Agreements – SLAs) em uma interface amigável, sem a necessidade de alterar o código implementado nos controladores. No entanto, o refinamento de políticas na nova área de pesquisa SDN tem sido um tema negligenciado, em parte, porque o refinamento não é um processo trivial. Ao utilizar SLAs, a sua tradução para políticas de baixo nível, por exemplo, regras para a configuração de elementos de comutação, não é simples. Se essa tradução não for realizada corretamente, os elementos do sistema podem não ser capaz de cumprir os requisitos implícitos especificados no SLA. Neste contexto, este trabalho apresenta ARKHAM: um avançado conjunto de ferramentas de refinamento para manipulação de acordos de nível de serviço em redes definidas por software. Este conjunto de ferramentas é composto por (i) um framework para criação de políticas que usa raciocínio lógico para a especificação de objetivos de nível de negócio e automatização de seu refinamento; (ii) um controlador OpenFlow que realiza a coleta de informações e implantação de configurações na rede; e (iii) uma representação formal de políticas de alto nível utilizando Event Calculus e aplicando raciocínio lógico para modelar tanto o comportamento do sistema quanto o processo de refinamento de políticas para o gerenciamento de SDN. Como resultado, a abordagem é capaz de identificar as necessidades e os recursos que precisam ser configurados de acordo com o refinamento do SLA, podendo assim configurar e executar com sucesso ações dinâmicas de suporte à reconfiguração de infraestrutura.