Congestion detection system regarding P4 networks
P4 ağları ile ilgili tıkanıklık tespit sistemi
Yazar: MOHAMAD SOUBRA
Danışman: Assist. Prof. Dr. ÖMER ÖZGÜR TANRIÖVER
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control
Dizin: Bilgisayar ağları = Computer networks ; Bilgisayar ağları güvenliği = Computer networks security ; Sanal ağlar = Virtual networks ; Telekomünikasyon ağı = Telecommunication network

Özet:
Bulut hizmet sağlayıcılar, veri merkezleri kurarak kiracılara kesintisiz veri depolama ve transfer hizmetleri sağlamaya çalışmaktadırlar. Sanal veri merkezlerinin en büyük yararı, büyük miktarda veriyi bir varlıktan diğerine analiz etme ve bloklma becerisine sahip olmalarıdır. Öte yandan, belirli durumlarda bir varlıktan diğerine büyük miktarda veri aktarılması kabul edilemez gecikmelere ve tıkanıklığa neden olabilir. Bu çalışmada, genel olarak bağlantı izlemesi ve özellikle sanal veri merkezleri için tıkanıklığın bir göstergesi olarak tek yönlü gecikme sorununu ele aldık. Bu çerçevede programlanabilir anahtarlar ile P4 diline dayanan bir çözüm sunmaktayız. İki anahtarın kullanımı ile artan gecikme ve erken tıkanma ihtimalinin bildirilebilmesi amaçlanmıştır. Çözümümüzdeki önemli fark, P4 dili ile uygulanan zaman damgası tabanlı mimari ve paket geçişlerin için güncellenecek tek bir üst bilgi kullanmaktır. Zaman mühür tabanlı mimarinin olası bir uygulaması olarak kiracı tıkanıklığa bağlı olabilecek bir gecikme konusunda uyarılabilmektedir. Önerilen çözüm bir IDS / IPS sanal düğümü ile gösterilmiştir ancak sunucular, veritabanları ve diğer sanal varlıklar ve kaynaklar için de düşünülebilir. Her akım paketine bir zaman damgası ekleyecek P4 dilinde yazılmış iki sanal anahtarı kullanılmaktadır. Zaman damgası yardımıyla, tıkanıklıklar "Tek Yönlü Gecikme" tekniği ile tespit edilebilmiştir. Önerdiğimiz çözüm, üç farklı senaryoda veri akışları üzerinde test edilmiş ve kiracıların ağ ayarlarına yardımcı olmak için faydalı olabileceği gösterilmiştir.

Abstract:
Service providers strive to provide seamless data storage and transfer services to tenants through establishing data centers. The major benefit of virtual data centers is that they have the ability to analyze and move large amounts of data from one asset to another. On the other hand, in specific cases transferring large amounts of data between one asset to another may result in unacceptable delays and congestion. In this study, we addressed the problem of link monitoring in general and specifically one-way delay as an indicator of congestion for virtual data centers. We introduce a solution based on P4 language with programmable switches. With the utilization of two switches increasing delay and early congestion possibility may be signaled. In our solution, the important difference is that we used time stamp based architecture implemented with P4 language and a single header that will be updated as the packet traverse's other switches. One possible application of timestamp based architecture; the tenant is warned about increasing delay which may be due to congestion.  The proposed solution is illustrated with an IDS/IPS virtual node, but it can be also considered for servers, databases, and other virtual entities and resources. We utilize two virtual switches written in P4 language that will add a timestamp to each stream packet. The packets will then be scanned by the IDS/IPS and later on the packet will be collected by the second P4 switch. With the aid of the timestamp, congestions could be detected through the "One Way Delay" technique. Our proposed solution has been tested on data streams on three different scenarios and to be beneficial for the tenants to aid in network adjustments.