Оценка влияния резервирования контроллера SDN на надежность ядра сети предприятия

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ РЕЗЕРВИРОВАНИЯ КОНТРОЛЛЕРА SDN НА НАДЕЖНОСТЬ ЯДРА СЕТИ ПРЕДПРИЯТИЯ

Постников Иван Николаевич,

Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, аспирант, г. Новосибирск, Россия, pstivanprime@gmail.com

Ключевые слова: надежность, интенсивность отказов, сеть предприятия, резервирование, SDN.

Рассматривается сеть головного филиала предприятия, построенная с использованием технологии SDN. То есть, за выполнение всех интеллектуальных функций в данной сети отвечает контроллер SDN - сервер, управляющий передачей трафика и контролирующий коммутаторы посредством протокола openflow. Рассматриваются два варианта реализации контроллера: при использовании одного физического сервера и при использовании двух физических серверов и виртуализации для повышения надежности. Таким образом, принимается, что при отказе одного из серверов контроллер SDN не перестает функционировать и работоспособность сети предприятия не страдает.

Работа направлена на оценку выигрыша в надежности сети предприятия от введения избыточности серверов. В качестве основного критерия надежности рассматривается коэффициент готовности сети. Проводится сравнение зависимостей коэффициента готовности от среднего времени обнаружения отказа и коэффициента готовности от интенсивности восстановления контроллера SDN для рассматриваемых модификаций сети.

Исследование проводилось посредством построения марковской модели функционирования сети. Коэффициенты готовности сравниваются в числовой форме, для расчета брались числовые характеристики реальных образцов оборудования. Для оценки влияния числовых характеристик, зависящих от организации эксплуатации сети, используются графики зависимости коэффициента готовности сети от среднего времени обнаружения отказа и интенсивности восстановления контроллера. Для марковского процесс в ходе исследования считается непрерывным во времени, время нахождения в одном состоянии распределено по показательному закону. В результате исследования были получены нижеперечисленные закономерности. При прочих равных числовых характеристиках, значения коэффициентов готовности при разворачивании контроллера SDN с использованием двух серверов выше, чем при использовании только одного сервера. Кроме того, коэффициент готовности при резервировании менее зависит от времени обнаружения отказа. В реальности время восстановления кластера серверов занимает больше времени, отсюда, при малых значения времени обнаружения коэффициент готовности для сети с контроллером SDN, развернутом на одном сервере, больше. К преимуществу отсутствия резервирования контроллера SDN можно отнести тот факт, что более быстрое восстановление контроллера SDN без резервирования после отказа положительно сказывается на значении коэффициента готовности сети.

Для цитирования:

Постников И.Н. Оценка влияния резервирования контроллера SDN на надежность ядра сети предприятия // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. - 2016. - Том 10. - №6. - С. 38-41.

For citation:

Postnikov I.N. Estimation of SDN controller redundancy impact on enterprise network core reliability. T-Comm. 2016. Vol. 10. No.6, рр. 38-41.

T-Comm Том 10. #6-20 16

У

ИНФОРМАТИКА

Т-Сотт Уо1.10. #6-2016

7Т>

ИНФОРМАТИКА

3 — восстановление коммутатора при работоспособном сервере (совокупности серверов);

4 - отказ одного сервера;

5 - отказ одного коммутатора и одного сервера;

6 - восстановление контроллера SDN (ремонт серверов, перенастройка систем виртуализации. При этом параллельно возможно восстановление коммутатора, которое занимает меньшее, чем восстановление сервера временя);

7 - SDN-контроллер, состоящий из двух серверов полностью неработоспособен.

В таблице 1 представлены переходы между состояниями системы при отсутствии резервирования контроллера SDN.

Объединив все состояния и переходы между ними получаем граф:

Таблица 2

Значения интенсивное)ей

Рис. 2. Граф состояний сети предприятия

При резервировании контроллера добавляется состояние при котором совокупная система из серверов неработоспособна, например, программный отказ средств виртуализации Соответственно, принимаем, что время, затрачиваемое на восстановление совокупной системы требуется больше, т.е.

Система попадает в состояние «Отказа двух серверов» при уже имеющемся одном отказе сервера. В данном случае делается два допущения:

• В один момент времени может отказать один сервер;

• Считаем, что время на восстановление коммутатора значительно меньше и проходит как-бы в фоне.

Рис. 3. Совокупная система из серверов неработоспособна

Переходы между состояниями происходят с интенсивно-стями, значения которых представлены в табл. 2.

Обозначение Описание Значение

интенсивность отказов коммутатора 1/516593 н1 131

интенсивность отказа сервера SDN 1/1700000 ч*1 И]

к интенсивность обнаружения отказов 1/0,5-1/24 ч1

Ц интенсивность восстановления коммутатора 1/4 ч"!

Ц1 интенсивность восстановления контроллера SDN при использовании одного сервера 1/6 ч"'

Ц 2 интенсивность восстановления контроллера SDN из двух серверов 1 /9 ч"'

После решения представленных задач с заданными числовыми характеристиками были получены значения коэффициентов готовности при отсутствии и использовании виртуализации, а также построены графики зависимости коэффициентов готовности от интенсивности обнаружения отказов. Для конфигурации сети с использованием виртуализации построены два графика: с увеличенным временем восстановления контроллера и равным времени восстановления контроллера без виртуализации.

чРезервирование контроллера SDN orcvicmver

{1,99

0.98S

0,98

n.w

контроллера SON, время восстановлений контроллера не и вменилось

- ' : '| Р  11 I  С! I.

кон трол дера ^ON, время яоестан олвен 11 я увеличено

Рис. 3. Зависимость коэффициента готовности от среднего времени обнаружения отказа

Па рисунке 4 показана зависимость коэффициента готовности рассматриваемой сети от времени восстановления контроллера SDN. По получившемуся графику видно, что зависимость, в целом, идентична и резервирование контроллера SDN в этом плане дает лишь незначительное преимущество. Более того, стоит учесть, что восстановление контроллера без резервирования занимает меньшее количества времени.

По полученным графикам можно сделать следующие выводы:

1. При прочих равных числовых характеристиках, значения коэффициентов готовности при разворачивании контроллера SDN с использованием двух серверов выше, чем при использовании только одного сервера. Кроме того, коэффициент готовности при резервировании менее зависит от времени обнаружения отказа, Т.е. с увеличением времени обнаружения отказа значение коэффициента отказа уменьшается медленнее.

2. В реальности время восстановления кластера серверов занимает больше времени, отсюда, при малых значения времени обнаружения коэффициент готовности для сети с

COMPUTER SCIENCE

Таким образом, проанализировав полученные закономерности, можно заключить, что при планировании сети предприятия с использованием контроллера SDN, использование кластера из серверов позволяет получить более надежную сеть даже при значительных временных промежутках до обнаружения отказа при условии отработки механизмов быстрого восстановления кластеров серверов.

Литература

1. Пап Levin. Marco Canmi, Stefan Sehmid, Anja Feldmann. Incremental SDN Deployment in Enterprise Networks [Электронный ресурс]: Электрон, текстовые дан. — Режим доступа: https://www.ietf.org/proceedfflgs/89/sl ides/slides-89-sdnrg-1 .pdf, свободный.

2. Understanding Enterprise SDN [Электронный ресурс]: Электрон. текстовые дан. - Alliedtelesis, 2015. - Режим доступа: Itttp://www,aIIicdtclesis.com/userfiles/file/WP_Understanding Enterpris e_SDN_RevA.pdf .свободный.

3. D-link. Gigabit Stackable Smart Managed Switches [Электронный ресурс]: Электрон, текстовые дан. - D-link, 2015. - Режим доступа: http://www.dlink.eom/-/mcdia/Busincss_Products/DGS/DGS%201510/ Datasheet/DCjS_1510_Series_Datasheet_EN_EU.pd^ свободный.

4. HP Performance Brief for External Audiences [Электронный ресурс]: Электрон, текстовые дан. - HP, 2007. - Режим доступа: ftp.lip.com/pub/c-products/ servers/benchmarks/d1380_spec2005_062707.pdf, свободный.

5. Сергеева Т.П.. Тетёкин Н.Н. Методы повышения надежности в сетях SDN // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт, 2014, -№6.-С. 53-55.

ESTIMATION OF SDN CONTROLLER REDUNDANCY IMPACT ON ENTERPRISE NETWORK CORE RELIABILITY

Ivan N. Postnikov, Siberian State University of Telecommunications and Informatic Science PDH Student, Novosibirsk, Russia, pstivanprime@gmail.com

Abstract

The article deals with the company headquaters network, built using the SDN technology. SDN controller is responsible for the performance of all the intellectual functions in the network. It is managing traffic flow and controlling the switches by openflow protocol. Two variants of the controller are considered: using a single physical server and using two physical servers and virtualization to improve reliability. Thus, it is assumed that if one of the servers SDN controller is no longer functioning and performance of the enterprise network does not suffer. The work is aimed to estimate the gain in reliability of the enterprise network from the introduction of server redundancy. The availability of the network is considered as the main criterion for reliability. The comparison of availability dependence on the average time of failure detection and of availability dependence on the SDN controller recovery rate is overviewed. The study was conducted by constructing a Markov model of the network. Reliability coefficients are compared in numerical form. The numerical characteristics of real equipment samples were taken for calculation. Graphs of network reliability coefficients from the mean-time failure detection and recovery rate controller were built to assess the influence of numerical characteristics, depending on the organization of operation of the network, used. The Markov process in the work is considered to be continuous in time, while in a state is distributed exponentially. Listed below patterns are the results of the study. If all the other characteristics are equal the values of the reliability coefficients for SDN controller using two servers is higher than when using only one server. Furthermore, in that case the reservation reliability coefficient is less dependent on failure detection time. Other things being equal numerical characteristics, the values of the reliability coefficient unfolding SDN controller using two servers is higher than when using only one server. Furthermore, when the reliability coefficient is less dependent on failure detection time. In reality, server cluster recovery takes more time, so, if the detection time values are small, reliability coefficient value for one server configuration is higher. As an advantage of no reservation for SDN is used, faster controller recovery from failure may influence the availability of the network in a positive way.

Keywords: reliability; failure rate; enterprise network; redundancy; SDN. References

1. Levin D., Canini M., Schmid S., Feldmann A. Incremental SDN Deployment in Enterprise Networks, https://www.ietf.org/proceed-ings/89/slides/slides-89-sdnrg-1.pdf.

2. Understanding Enterprise SDN, Alliedtelesis, 2015, http://www.alliedtelesis.com/userfiles/file/WP_Understanding_Enterprise_ SDN_RevA.pdf.

3. D-link, 2015. Gigabit Stackable Smart Managed Switches, http://www.dlink.com/-/media/Business_Products/DGS/DGS%201510/ Datasheet/DGS_1510_Series_Datasheet_EN_EU.pdf.

4. HP Performance Brief for External Audiences, 2007, ftp.hp.com/pub/c-products/servers/benchmarks/dl380_spec2005_062707.pdf.

5. Sergeeva TP., Tetekin N.N. Methods to improve reliability in SDH networks / T- Comm. 2014. No. 6. Pp. 53-55.

7ПТ