Benchmarking SDN Controllers

Abstract

In recent years, there has been an exponential increase in the number of Internet users. Traditional networking paradigms have evolved to address this, but failed to meet the scale and dynamic nature of modern systems. The demand for more efficient management and optimization has led to the increasing notoriety of Software-Defined Networks (SDN).The popularity of SDNs was driven by their ease of programming, flexibility, efficient resource utilization, and reduced costs. These networks are applicable in different contexts, from cloud systems and data centers, to wireless communications, as well as in the security and privacy domains. Furthermore, they play a crucial role in supporting emerging technologies such as the Internet of Things (IoT) and Blockchain technology.Despite the numerous advantages of centralizing control in these networks, it is crucial to highlight that this paradigm also presents significant challenges. The SDN controller can become a single point of failure, compromising network security and making the network inactive. Moreover, various SDN controllers have been proposed over the years, all of them overcoming certain limitations of existing solutions. However, properly comparing them, taking into account the multiple aspects that characterize an SDN usage scenario, is not a trivial process. Although there have been some related works in the literature, they mostly focus on specific attributes or characteristics and lack a well-defined process that can be used to systematically benchmark and compare alternative solutions.In this dissertation, the concepts of SDN, dependability, and benchmarking will be addressed, to contribute to a benchmarking methodology that enables a fair and systematic comparison of SDN controllers under unexpected usages or situations. The proposed methodology takes into consideration the main properties that are relevant in a benchmark, such as representativeness and usefulness. It is composed of multiple components, such as scenarios, workloads, metrics, and fault/attack load, that allow for a proper and sound comparison of SDN controllers, taking into consideration the characteristics of the network where the controllers will operate.

Nos últimos anos, tem havido um aumento exponencial no número de utilizadores da Internet. Os paradigmas de rede tradicionais evoluíram, mas não conseguiram atender à escala e à natureza dinâmica dos sistemas modernos. A demanda por uma gestão mais eficiente e otimização levou ao crescente destaque das Redes Definidas por Software (Software Defined Networks, SDN).A popularidade das SDNs é motivada pela sua facilidade de programação, flexibilidade, eficiente utilização de recursos e custos reduzidos. Essas redes são aplicáveis em diversos contextos, abrangendo desde sistemas Cloud e Data Centers até comunicações wireless, bem como nos domínios de segurança e privacidade. Além disso, desempenham um papel crucial ao oferecer suporte a tecnologias emergentes, como a Internet of Things (IoT) e a tecnologia Blockchain.Apesar das inúmeras vantagens proporcionadas pela centralização do controle nessas redes, é crucial destacar que este paradigma também apresenta desafios significativos. O controlador SDN, pode tornar um ponto único de falha, com- prometendo a segurança da rede e deixando a rede inativa. Além disso, diversos controladores SDN tem sido propostos ao longo dos anos, todos eles superando certas limitações das soluções existentes. Contudo, compará-los adequadamente, levando em consideração os múltiplos aspetos que caracterizam um cenário de utilização de SDN, não é um processo trivial. Embora existam alguns trabalhos relacionados na literatura, eles focam-se principalmente em atributos ou características específicas e carecem de um processo bem definido que possa ser usado para avaliar e comparar sistematicamente soluções alternativas.Nesta dissertação, serão abordados os conceitos das redes SDN, confiabilidade e benchmarking, com o propósito de contribuir com uma metodologia de benchmarking que possibilite a comparação justa e sistemática de controladores SDN sob utilizações ou situações inesperadas. A metodologia proposta têm em consideração as principais propriedades que são relevantes num benchmark, como representatividade e usabilidade. É composto por múltiplos componentes como cenários, workloads, métricas, e fault/attack load, que permitem uma comparação adequada e sólida dos controladores SDN, tendo em consideração as características da rede onde os controladores irão operar.