CC BY
8
УДК 004.7
Малюгин Е.А. студент магистратуры факультета "Телекоммуникаций и Радиотехники " Поволжского государственного университета телекоммуникаций и информатики
Россия, г. Самара
ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СЕГМЕНТА ПРОГРАММНО-КОНФИГУРИРУЕМЫХ СЕТЕЙ
Аннотация: В статье рассмотрена задача измерения задержки обработки пакетов и потерь при отсутствии записи в таблице OpenFlow коммутатора и потерь пакетов при обработке в OpenFlow контроллере NOX. Рассмотрены результаты эксперимента в соответствии с разработанным механизмом по оценке показателей эффективности сегмента ПКС.
Ключевые слова: программно-конфигурируемые сети, задержка пакетов, NOX, потери ракетов.
Malyugin E.A. magistracy student "Telecommunications and Radio Engineering" faculty Volga State University of Telecommunications and Informatics,
Russia, Samara
ESTIMATION OF EFFICIENCY INDICATORS FOR THE SEGMENT OF SOFTWARE-CONFIGURABLE NETWORKS
Annotation: The article discusses the task of measuring packet processing delays and losses when there is no record in the OpenFlow table of the switch and packet losses during processing in the OpenFlow NOX controller. The results of the experiment are considered in accordance with the developed mechanism for evaluating the performance indicators of the PKS segment.
Key words: software-configurable networks, packet delay, NOX, missile
loss.
Классическая архитектура сети развивается по мере выявления проблем, решением которой становилось совершенствование и усложнение стека протоколов TCP/IP.
В новой архитектуре, называемой программно-конфигурируемых сетях (ПКС), рассматривается возможность дифференциации функции управления и передачи данных.
При продвижении кадров, коммутатор обращается к таблице коммутации (рис. 1).
Рисунок 1 - Передача данных в Ethernet коммутаторе В обычном Ethernet коммутаторе сразу реализуются уровни управления, и передача данных. Микроконтроллер сам принимает решения о продвижении кадров. Управлять решениями микроконтроллера нельзя, только его настроить, указывая определенные права и приоритеты. Это накладывает заметные ограничения на функциональность Ethernet коммутаторов и всей сети в целом. В сети «каждый с каждым» требуется использование маршрутизатора (рис. 2).
Рисунок 2 - Схема Ethernet коммутатора и сети «каждый с каждым»
Протокол OpenFlow используется для менеджмента сетевых устройств, такие как коммутаторы и маршрутизаторы с центрального устройства -OpenFlow контроллера сети (может представлен на любой ЭВМ). Такой контроль заменяет работающую на сетевом устройстве программу, осуществляющую построение маршрута, создание карты коммутации и т. д. Контроллер, с установленой СОС. используется для управления таблицами потоков в коммутаторе, на основании которых принимается решение о передаче принятого пакета и затем всего потока на конкретный порт коммутатора.
В OpenFlow коммутаторе реализован только уровень передачи данных. Задача коммутатора в непосредственном принятии поступающих данных и обработке, извлечение их адресов. Если адрес назначения находится в таблице, то данные немедленной передаются коммутационной матрице. Если же информации в таблице нет коммутатор по специальному защищенному каналу передает запрос на центральный контроллер OpenFlow. И уже на основании полученной информации вносит изменения в таблицу потоков, после чего осуществляется обработка данных (рис. 3).
Рисунок 3 - Взаимодействие коммутатора OpenFlow с центральным
контроллером сети
Центральный OpenFlow контроллер сети имеет точную информацию о топологии и о ее структуре. Это позволяет, не прибегая к IP-маршрутизации, улучшить качество передаваемых пакетов, а также создавать связи «каждый с каждым» на канальном уровне, (рис. 3). Появляется возможность «коммутировать» каналы передачи от источника до пункта назначения. Поэтому можно считать, что по сети проходят потоки данных, а не отдельные пакеты. Контроллер может взаимодействовать с программным обеспечением высокого уровня — платформами виртуализации ЦОД и др., а также объединять устройства под управлением СОС. Примером таких систем является NOX.
NOX это часть системы программно-конфигурируемых сетей. Это система для создания приложений управления сетью, которые позволяют управлять одним или несколькими коммутаторами. Система NOX работает на аппаратном обеспечении и предоставляет среду, которая может управлять сетями на гигабитных скоростях. NOX является первым и самым распространённым контроллером OpenFlow.
Более практически, NOX позволяет:
• NOX предлагает сложную функциональность сети (управление, прозрачность, контроль доступа и т.д.);
• Разработчики могут добавить свое собственное программное обеспечение управления;
• NOX представляет собой центральную программную модель для всей сети - одна программа может контролировать переадресацию на всех коммутаторах сети;
• NOX может быть расширен как в C++ или Python. Текущая версия содержит множество примеров приложений и встроенные библиотеки, которые обеспечивают полезные функции сети, такие как хост отслеживание и маршрутизация.
OpenFlow является протоколом управления процессом обработки данных, передающихся по компьютерной сети маршрутизаторами и коммутаторами.
Нами ставилась задача измерения задержки обработки пакетов и потерь при отсутствии записи в таблице OpenFlow коммутатора и потерь пакетов в OpenFlow контроллере NOX. Запустим эксперимент в соответствии с разработанным механизмом по оценке показателей эффективности сегмента ПКС. Полученные результаты экспортируем, для дальнейшей обработки в Microsoft Excel.
Построим график функции по полученным данным (рис. 4). Период сессии составляет 1000 пакетов (длина пакета выставлена 1500 байта).
Рисунок 4 - Задержки пакетов. Горизонтальная ось показывает количество пакетов, вертикальная ось время в секундах На графике видно, что с увеличением количества передаваемых пакетов растет задержка. Причем задержка наблюдается после передачи примерно 160-го пакета. Отметим, что размер пакетного буфера данного коммутатора составляет 36 МБ.
По количеству принятых и переданных пакетов, времени между передачей следующего пакета, можно найти потери пакетов за сессию.
Из графика рисунке 5, видно, что потери растут с увеличением задержек, причем потери наблюдаются, также начиная примерно с 160-го пакета.
Рисунок 5 - Потери пакетов за сессию Если эксперимент произвести не запуская контроллер, то потери и задержки наблюдаться не будут, согласно спецификации к коммутатору НР 3500, 1000 Мб/с время ожидания: < 3,4 мкс (размер пакета 1500 байта).
Выводы. При отсутствии записей в таблице OpenFlow коммутатора задержки и потери довольно большие (рис. 4 и 5). Если же заранее внести записи, то можно ожидать, что значения задержек и потерь уменьшатся. Это связано с обработкой пакетов на контроллере и созданием правил, по которым в дельнейшем будет "двигаться" пакет.
Согласно полученным результатам использование протокола OpenFlow на начальном этапе для малых сетей не целесообразно. По причинам, высокой стоимости оборудования и развертывания программно-конфигурируемой сети высока, а также вполне справляется со своими задачами традиционное сетевое оборудование.
Использованные источники:
1. Башилов, Г. Программно-аппаратная идиллия, или OpenFlow. Журнал сетевых решений LAN. -2011. -№9. -С. 54-58.
2. Программно-конфигурируемые сети — как это работает? [Электронный ресурс], Сайт habrahabr. -2012.
3. OpenFlow Switch Specication [Электронный ресурс]. Сайт OpenFlow. -2011.
