Avoiding control plane partition in software defined networks through cellular networks : assessin opportunities and linitattions

Abstract

Software Defined Networks simplify network programmability by detaching the control plane from forwarding devices and deploying it into a logically centralized controller. While this allows a clearer separation of concerns, it also creates a dependency between them. Failures in the control plane break the controller view of the network state and could render the network unusable if forwarding devices cannot be reached. The relevance of this problem has led to a range of proposals, including physical distribution of controller instances and delegation of concerns to forwarding devices. This dissertation features the proposal and evaluation of an architecture that leverages cellular data networks (4G) as control plane backup links. No previous work has explored this idea, despite the recent research intersecting SDN and wireless networks. The experimental evaluation provides insights towards answering three research questions: (i) How is the behavior of control plane traffic affected by the characteristics of cellular links, (ii) how quickly is the control plane handed over to the backup link when a failure occurs and (iii) how well do network functions that rely on a snapshot of the network state behave on such an architecture. Despite the expected higher latency of cellular links, this architecture maintains partial functionality of tasks that depend on global network awareness when failures occur in primary control links in a simple, affordable fashion. The degree to which the functionality of these tasks is maintained is directly related to its dependency on the timeliness of control plane reaction to network events. The main benefit of preventing control plane partition is to maintain a consistent global view of the network.

Redes Definidas por Software ajudam a simplificar a programabilidade da rede ao desacoplar o plano de controle dos dispositivos de encaminhamento, e implementá-lo em um controlador logicamente centralizado. Apesar de permitir uma separação de conceitos mais clara, essa característica cria também uma relação de dependência entre controlador e dispositivos. Falhas no plano de controle prejudicam a visibilidade do estado da rede no controlador e podem tornar a rede inutilizável caso os dispositivos de encaminhamento sejam isolados. A relevância deste problema motivou uma série de propostas, incluindo a distribuição física de instâncias de controle e a delegação de tarefas aos dispositivos de encaminhamento. Esta dissertação contém a proposta e a avaliação de uma arquitetura que usa redes celulares de dados (4G) como enlaces reservas para o plano de controle. Nenhum trabalho anterior explorou esta ideia, apesar da pesquisa recente envolvendo Redes Definidas por Software e redes sem fio. A avaliação experimental permite uma melhor compreensão ao responder três perguntas: (i) Como o comportamento do tráfego do plano de controle é afetado pelas características de enlaces celulares, (ii) quão rapidamente o plano de controle é migrado para o enlace reserva quando uma falha ocorre e (iii) como funções de rede que dependem do estado da rede em um instante se comportam em tal arquitetura. Apesar da já esperada maior latência dos enlaces celulares, esta arquitetura mantém o funcionamento parcial de tarefas que dependem de visão global da rede quando falhas ocorrem nos enlaces primários, de maneira simples e com custo acessível. O grau de manutenção de tais tarefas é diretamente relacionado com sua dependência da rapidez de reação do plano de controle a eventos de rede. O principal benefício de prevenir a partição do plano de controle é a manutenção de uma visão global consistente da rede.