Traffic-aware adaptive server load balancing for software defined networks

Servers in data center networks handle heterogenous bulk loads. Load balancing, therefore, plays an important role in optimizing network bandwidth and minimizing response time. A complete knowledge of the current network status is needed to provide a stable load in the network. The process of network status catalog in a traditional network needs additional processing which increases complexity, whereas, in software defined networking, the control plane monitors the overall working of the network continuously. Hence it is decided to propose an efficient load balancing algorithm that adapts SDN. This paper proposes an efficient algorithm TA-ASLB-traffic-aware adaptive server load balancing to balance the flows to the servers in a data center network. It works based on two parameters, residual bandwidth, and server capacity. It detects the elephant flows and forwards them towards the optimal server where it can be processed quickly. It has been tested with the Mininet simulator and gave considerably better results compared to the existing server load balancing algorithms in the floodlight controller. After experimentation and analysis, it is understood that the method provides comparatively better results than the existing load balancing algorithms

Підвищення ефективності маршрутизації трафіку в програмно-конфігурованій мережі

Магістерська дисертація: 98 с., 17 рис., 25 табл., 1 додаток, 37 джерел. Актуальність. Останніми роками у всьому світі спостерігається надзвичайно стрімке зростання об’ємів даних, що передається та використовуються в мережі інтернет. Його спричиняють такі новітні тенденції в інформаційних та комунікаційних технологіях як постійне збільшення кількісті мобільних пристроїв та популярності соціальних мереж, накопичення великих об’ємів даних різного формату, що збираються з різних пристроїв, швидке накопичення об’ємів різноманітного мультимедійного контенту та стрімке використання хмарних технологій в повсякденному житті. Через це розмірність мереж та обсяги даних постійно збільшується і для того, щоб забезпечувати необхідну пропускну здатність та продуктивність для обробки, передачі і зберігання такої кількості даних, необхідно збільшувати інфраструктуру мереж. Але таке рішення призводить до значного ускладнення процесу налаштування та керування мережею, оскільки мережі, в більшості випадків, працюють з пристроями різного типу та різних виробників. Для того, щоб вони відповідали вимогам трафіку та змінам у мережі оператори мережі повинні налаштовувати їх вручну, витрачаючи дорогоцінний час. Тому традиційні підходи, які нині використовуються до архітектури мережі та керування нею швидке накопичення об’ємів різноманітного мультимедійного контенту та в найближчому майбутньому стануть неефективними. Виходячи з цього виникає необхідність пошуку та прийняття нових мережевих моделей, які дозоляться задовольнити потреби. Програмно-конфігурована мережа (Software-Defined Networking, SDN) є одним з найбільш перспективних рішень для вирішення описаних проблем. Це підхід до архітектури мереж, який дозволяє значно спростити управління мережею. Він надає гнучкий та централізований контроль над нею, дозволяючи підвищити використання ресурсів мережі, зменшити операційні витрати та сприяє інноваціям. Це досягається завдяки тому, що рівень управління відокремлюється від мережевих пристроїв і виноситься на окремий пристрій – контролер, який виступає в ролі доглядача над всією мережею. Виходячи з того, що конструювання трафіку (Traffic Engineering, TE) є одним з головних методів для оптимізації роботи і підвищення надійності мережі, а існуючі технології в цій області не враховують унікальні особливості SDN і тому не є достатньо ефективними для них. Тому на сьогодні є актуальною задачею розробка нових технологій конструювання трафіку, які зможуть використовувати весь потенціал переваг програмно-конфігурованих-мереж. Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась на кафедрі автоматизованих систем обробки інформації та управління Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського» в рамках теми «Ефективні методи розв’язання задач теорії розкладів» (№ ДР 0117U000919). Мета дослідження – підвищення ефективності маршрутизації в програмно-конфігурованих мереж за рахунок вибору шляху, який відповідає заданим вимогам параметрів якості обслуговування в мережі. Для досягнення мети необхідно виконати наступні завдання: - провести огляд та аналіз існуючих способів маршрутизації та конструювання трафіку в програмно-конфігурованих мережах; - розробити спосіб ТЕ з використанням багатошляхової маршрутизації для зменшення кількості втрат даних; - розробити програмну реалізацію розробленого способу конструювання трафіку; - дослідити ефективність розробленого способу та провести аналіз отриманих результатів. Об’єкт дослідження – процес маршрутизації у програмно-конфігурованій мережі. Предмет дослідження – методи вибору найкращого маршруту для передачі даних в програмно-конфігурованій мережі. Методи дослідження – методи теорії графів, методи теорії оптимізації. Наукова новизна полягає в наступному: запропоновано та обґрунтовано спосіб маршрутизації в мережі SDN, який відрізняється від існуючих меншою швидкістю на ремаршрутизацію трафіку та дозволяє зменшити відсоток втрати пакетів в програмно-конфігурованій мережі.Master dissertation: 98 pp., 17 fig., 25 tables, 1 app., 37 sources. Actuality. In recent years, there has been an extremely rapid increase in the amount of data transmitted and used on the Internet worldwide. It is driven by the latest trends in information and communication technologies, such as the constant increase in the number of mobile devices and the popularity of social networks, the accumulation of large amounts of data of different formats collected from different devices, the rapid accumulation of various multimedia content and the rapid use of cloud technologies in everyday life. Due to this, the dimension of networks and data volumes is constantly increasing and in order to provide the necessary bandwidth and productivity for processing, transmitting and storing such amount of data, it is necessary to increase the network infrastructure. But this solution makes the network setup and management process much more complicated, since networks, in most cases, work with devices of different types and from different manufacturers. In order for them to meet traffic requirements and changes in the network, network operators must manually configure them by wasting valuable time. Therefore, the traditional approaches that are currently being used to manage and manage the network quickly accumulate a variety of multimedia content and will become ineffective in the near future. On this basis, there is a need to find and adopt new network models that will meet the needs. Software-Defined Networking (SDN) is one of the most promising solutions to these problems. This is an approach to network architecture that greatly simplifies network management. It provides flexible and centralized control over it, increasing network utilization, reducing operating costs, and fostering innovation. This is achieved by the fact that the control layer is separated from the network devices and brought to a separate device - the controller, which acts as a caretaker over the entire network. Considering that traffic engineering (TE) is one of the main methods for optimizing work and improving network reliability, existing technologies in this area do not take into account the unique features of SDN and therefore are not effective enough for them. Therefore, today it is an urgent task to develop new traffic engineering technologies that can use the full potential of the benefits of software-configured networks. Relationship of work with academic programs, plans, themes. The work performed in accordance with the plan of the department of automated data processing systems and management of the National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Politechnic Institute" within the research theme «Efective Methods for Solving the Problems of the Theory of Schedules» (No. DR 0117U000919). The purpose of the study is to improve the reliability of traffic design in software-configured networks by modifying the way traffic is constructed on the network. To achieve the goal must perform the following tasks: - review and analyze existing methods of routing and traffic design in software-configured networks; - develop a method of TE using multi-path routing to reduce the amount of data loss; - develop software implementation of the developed method of traffic design; - investigate the effectiveness of the developed method and analyze the results obtained. The object of the research – process of marching traffic on a software-configured network. The subject of the research – methods of choosing the best path for data transmission on a software-configured network. The research methods – graph theory, optimization theory. The scientific novelty is the following: A method of routing on the SDN network is proposed and justified, which differs from the existing lower speeds on traffic re-routing and allows to reduce the percentage of packet loss in a software-configured network

Dynamic Traffic Scheduling and Congestion Control across Data Centers Based on SDN

Software-defined Networking (SDN) and Data Center Network (DCN) are receiving considerable attention and eliciting widespread interest from both academia and industry. When the traditionally shortest path routing protocol among multiple data centers is used, congestion will frequently occur in the shortest path link, which may severely reduce the quality of network services due to long delay and low throughput. The flexibility and agility of SDN can effectively ameliorate the aforementioned problem. However, the utilization of link resources across data centers is still insufficient, and has not yet been well addressed. In this paper, we focused on this issue and proposed an intelligent approach of real-time processing and dynamic scheduling that could make full use of the network resources. The traffic among the data centers could be classified into different types, and different strategies were proposed for these types of real-time traffic. Considering the prolonged occupation of the bandwidth by malicious flows, we employed the multilevel feedback queue mechanism and proposed an effective congestion control algorithm. Simulation experiments showed that our scheme exhibited the favorable feasibility and demonstrated a better traffic scheduling effect and great improvement in bandwidth utilization across data centers

Dynamic Traffic Scheduling and Congestion Control across Data Centers Based on SDN

Software-defined Networking (SDN) and Data Center Network (DCN) are receiving considerable attention and eliciting widespread interest from both academia and industry. When the traditionally shortest path routing protocol among multiple data centers is used, congestion will frequently occur in the shortest path link, which may severely reduce the quality of network services due to long delay and low throughput. The flexibility and agility of SDN can effectively ameliorate the aforementioned problem. However, the utilization of link resources across data centers is still insufficient, and has not yet been well addressed. In this paper, we focused on this issue and proposed an intelligent approach of real-time processing and dynamic scheduling that could make full use of the network resources. The traffic among the data centers could be classified into different types, and different strategies were proposed for these types of real-time traffic. Considering the prolonged occupation of the bandwidth by malicious flows, we employed the multilevel feedback queue mechanism and proposed an effective congestion control algorithm. Simulation experiments showed that our scheme exhibited the favorable feasibility and demonstrated a better traffic scheduling effect and great improvement in bandwidth utilization across data centers