Virtual network embedding in software-defined networks

Abstract

Research on network virtualization has been active for a number of years, during which a number of virtual network embedding (VNE) approaches have been proposed. These approaches, however, neglect important operational requirements imposed by the underlying virtualization platforms. In the case of SDN/OpenFlow-based virtualization, a crucial example of an operational requirement is the availability of enough memory space for storing flow rules in OpenFlow devices. Due to these circumstances, we advocate that VNE must be performed with some degree of knowledge of the underlying physical networks, otherwise the deployment may suffer from unpredictable or even unsatisfactory performance. Considering SDN/OpenFlow-based physical networks as an important virtualization scenario, we propose a framework based on VNE and OpenFlow coordination for proper deployment of virtual networks (VNs). The proposed approach unfolds in the following main contributions a virtual infrastructure abstraction that allows a service provider to represent the details of his/her VN requirements in a comprehensive manner; a privacy-aware compiler that is able to preprocess this detailed VN request in order to obfuscate sensitive information and derive computable operational requirements; a model for embedding requested VNs that aims at maximizing their feasibility at the physical level. Results obtained through an evaluation of our framework demonstrate that taking such operational requirements into account, as well as accurately assessing them, is of paramount importance to ensure the “health” of VNs hosted on top of the virtualization platform.

Pesquisas acadêmicas em virtualização de redes vêm sendo realizadas durante diversos anos, nos quais diferentes abordagens de alocação de redes virtuais foram propostas. Tais abordagens, no entanto, negligenciam requisitos operacionais importantes impostos por plataformas de virtualização. No caso de virtualização baseada em SDN/OpenFlow, um exemplo fundamental de tais requisitos operacionais é a disponibilidade de espaço de memória para armazenar regras em dispositivos OpenFlow. Diante dessas circunstâncias, argumentamos que a alocação de redes virtuais deve ser realizada com certo grau de conhecimento sobre infraestruturas físicas; caso contrário, após instanciadas, tais redes podem sofrer instabilidade ou desempenho insatisfatório. Considerando redes físicas baseadas em SDN/OpenFlow como um cenário importante de virtualização, propõe-se um arcabouço baseado na coordenação entre a alocação de redes virtuais e redes OpenFlow para realizar a instanciação de redes virtuais de forma adequada. A abordagem proposta desdobra-se nas seguintes contribuições principais: uma abstração de infraestruturas virtuais que permite que um requisitante represente os detalhes de seus requerimentos de rede de maneira aprofundada; um compilador ciente de privacidade que é capaz de pré-processar requisições com tal grau de detalhamento, ofuscando informações sensíveis e derivando requisitos operacionais computáveis; um modelo para a alocação de redes virtuais que visa a maximizar a viabilidade no nível físico. Resultados obtidos por meio de uma avaliação da nossa abordagem evidenciam que considerar tais requisitos operacionais, bem como computá-los de forma precisa, é imprescindível para garantir a “saúde” das redes virtuais hospedadas na plataforma de virtualização considerada.