Balanceamento de Carga entre Caminhos utilizando Redes Definidas por Software

Resumo


É comum que redes de datacenters utilizem o modelo de rede Ethernet com encaminhamento de pacotes por caminho único baseado no Spanning Tree Protocol (STP), de forma a evitar loops na rede. Porém, tal fato não permite a utilização de enlaces ociosos para diminuir o congestionamento e aumentar a largura de banda agregada da rede. Uma solução seria dividir a rede em sub-redes conectadas por roteadores. Porém, a utilização de roteadores aumentaria consideravelmente o custo final da rede [Costa et al. 2012]. Uma forma de contornar este problema é realizar o balanceamento de carga entre enlaces. Este trabalho apresenta uma proposta de mecanismo de balanceamento de carga entre caminhos utilizando redes definidas por software (SDNs - Software Defined Networks). O mecanismo proposto, denominado MLB (Multipath Load Balance), foi implementado em Python e submetido a uma avaliação de desempenho, na qual os resultados mostraram que possível aumentar em 95% o valor da largura de banda agregada e diminuir em cerca de 95,5% a perda de pacotes em comparação ao modo de funcionamento padrão do controlador de SDN OpenDaylight.

Palavras-chave: Redes definidas por software, SDN, Balanceamento de carga, Roteamento multicaminhos

Referências

Bhandarkar, S. and Khan, K. A. (2015). Load balancing in software-defined network (SDN) based on traffic volume. Advances in Computer Science and Information Technology (ACSIT), 47):12-16.

Bredel, M., Bozakov, Z., Barczyk, A., and Newman, H. (2014). Flow-based load balan-cing in multipathed layer-2 networks using openflow and multipath-TCP. In Workshopon Hot Topics in Software Defined Networking (HotSDN), pages 213-214, New York,NY, USA. ACM.

Cormen, T. H., Leiserson, C. E., Rivest, R. L., and Stein, C. (2012). Algoritmos Teoria e Prática. Elsevier, Rio de Janeiro. Tradução da 3º edição americana.

Costa, L. H. M. K., de Amorim, M. D., Campista, M. E. M., Rubinstein, M. G., Florissi, P., and Duarte, O. C. M. B. (2012). Grandes massas de dados na nuvem: Desafios e técnicas para inovação. In Minicurso apresentado no XXX Simpósio Brasileiro deRedes de Computadores e Sistemas Distribuídos, SBRC. SBC.

Hagberg, A. A., Schult, D. A., and Swart, P. J. (2008). Exploring network structure, dynamics, and function using NetworkX. In Varoquaux, G., Vaught, T., and Millman,J., editors, Proceedings of the 7th Python in Science Conference (SciPy), pages 11-15, Pasadena, CA USA.

Hassan, M. H. O. (2017). Implementing Nayan Seth's dynamic load balancing algorithmin software-defined networks: A case study. Dissertação de Mestrado, Sudan University of Science and Technology, Sudan.

Jain, R. (1991). The art of computer systems performance analysis: techniques for experimental design, measurement, simulation, and modeling. John Wiley & Sons, 1º edition.

Kreutz, D., Ramos, F. M. V., Veríssimo, P. E., Rothenberg, C. E., Azodolmolky, S., andUhlig, S. (2015). Software-Defined Networking: A comprehensive survey. Proceedings of the IEEE, 103(1):14-76.

Lantz, B., Heller, B., and McKeown, N. (2010). A network in a laptop: Rapid prototyping for software-defined networks. In Proceedings of Workshop on Hot Topics in Networks(SIGCOMM), Hotnets-IX, pages 1-6, New York, NY, USA. ACM.

Mallik, A. and Hegde, S. (2014). A novel proposal to effectively combine multipathdata forwarding for data center networks with congestion control and load balancing using Software-Defined Networking approach. In International Conference on RecentTrends in Information Technology (ICRTIT), pages 1-7, Chennai, India. IEEE.

OpenDaylight (2017). Opendaylight - The L2 Switch project provides Layer2 switch functionality. https://docs.opendaylight.org/en/stable-fluorine/user-guide/12switch-user-guide.html. Acesso em: 03 de dezembro de 2019.

Prabhavat, S., Nishiyama, H., Ansari, N., and Kato, N. (2012). On load distribution overmultipath networks. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 14(3):662-680.

Ramdhani, M. F., Hertiana, S. N., and Dirgantara, B. (2016). Multipath routing with load balancing and admission control in software-defined networking (SDN). In International Conference on Information and Communication Technology (IColCT), pages 1-6,Bandung, Indonesia. IEEE.

Seth, N. (2016). SDN load balancing. https://github.com/nayanseth/sdn-loadbalancing. Acesso em: 16 de abril de 2019.

Singh, S. K., Das, T., and Jukan, A. (2015). A survey on internet multipath routing and provisioning. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 17(4):2157-2175.

Sun, Z., Xie, Z., Chen, Z., and Dai, L. (2012). An algorithm for the shortest pairsof arc-disjoint paths problem. In International Conference on Natural Computation (ICNC2012), pages 1001-1006, Chongging, China. IEEE.

Tsai, J. and Moors, T. (2006). A review of multipath routing protocols: From wirelessad hoc to mesh networks. In ACORN Early Career Researcher Workshop on Wireless Multihop Networking, volume 30, Sydney, Australia.
Publicado
07/12/2020
Como Citar

Selecione um Formato
CAVALCANTE E SILVA, Alisson; RUBINSTEIN, Marcelo Gonçalves. Balanceamento de Carga entre Caminhos utilizando Redes Definidas por Software. In: WORKSHOP DE GERÊNCIA E OPERAÇÃO DE REDES E SERVIÇOS (WGRS), 25. , 2020, Rio de Janeiro. Anais [...]. Porto Alegre: Sociedade Brasileira de Computação, 2020 . p. 111-124. ISSN 2595-2722. DOI: https://doi.org/10.5753/wgrs.2020.12455.