Yazılım Tanımlı Ağlar – YTA

Yıl 2017, Cilt: 7 Sayı: 2, 684 - 695, 01.06.2017

Murtaza Cicioğlu Ali Çalhan

Öz

Bilgi ve iletişim teknolojilerindeki bulut bilişim, sosyal ve mobil ağlar, veri merkezleri vb. yeni gelişmeler geleceğin interneti için her yerde ve her an erişilebilirlik, yüksek bant genişliği, dinamik yönetim ortamları gibi yeni gereksinimleri de beraberinde getirmektedir. Manuel yapılandırma özelliğine sahip ağ cihazlarından oluşan geleneksel ağ yaklaşımı hantal ve hata eğilimlidir. Bununla birlikte fiziksel ağ altyapısının tamamen etkili ve verimli şekilde kullanılmasına da olanak tanımamaktadır. YTA Yazılım Tanımlı Ağlar bu anlamda geleceğin interneti için en umut verici çözümlerden biri olarak görülmektedir. YTA’nın en önemli iki ayırt edici karakteristik özelliği; geleneksel ağ mimarisinde tümleşik olan kontrol ve veri düzleminin birbirinden ayrılmasını ve ağ uygulaması geliştirmek için programlanabilirlik sağlamasıdır. Bunun bir sonucu olarak, YTA yenilikçi ağ tasarımlarını karşılayabilen, daha etkili yapılandırmaya sahip, daha iyi performans ve daha çok esneklik sağlayan yeni bir yaklaşım olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu çalışmada son zamanlarda aktif ve popüler bir çalışma konusu olan YTA ile ilgili yapılan çalışmalar ve son gelişmeler kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. İlk olarak geleneksel ağ yaklaşımı ile YTA yaklaşımı karşılaştırılmış ve YTA mimarisi ele alınmıştır. Daha sonra YTA yaklaşımının katman yapısı ağ altyapısı, güney ara yüzü, ağ hypervisor, ağ işletim sistemi, kuzey ara yüzü, dil tabanlı sanallaştırma, programlama dilleri ve ağ uygulamaları detaylı bir şekilde incelenmiştir. Son olarak gelecek için açık araştırma konuları önerilmiştir

Anahtar Kelimeler

Ağ işletim sistemi, Ağ sanallaştırma, Programlanabilen ağ, Yazılım tanımlı ağlar YTA, Yazılım tanımlı ortamlar, YTA katman yapısı

Software Defined Networks – SDN

Öz

Bilgi ve iletişim teknolojilerindeki bulut bilişim, sosyal ve mobil ağlar, veri merkezleri vb. yeni gelişmeler geleceğin interneti için her yerde ve her an erişebilirlik, yüksek bant genişliği, dinamik yönetim ortamları gibi yeni sorunları da beraberinde getirmektedir. Manuel yapılandırma özelliğine sahip ağ cihazlarından oluşan geleneksel ağ yaklaşımı hantal ve hata eğilimlidir. Bununla birlikte fiziksel ağ altyapısının tamamen etkili ve verimli şekilde kullanılmasına da olanak tanımamaktadır. YTA Yazılım Tanımlı Ağlar bu anlamda geleceğin interneti için en umut verici çözümlerden biri olarak görülmektedir. YTA’nın en önemli iki ayırt edici karakteristik özelliği; geleneksel ağ mimarisinde tümleşik olan kontrol ve veri düzleminin birbirinden ayrılmasını ve ağ uygulaması geliştirmek için programlanabilirlik sağlamasıdır. Bunun bir sonucu olarak, YTA yenilikçi ağ tasarımlarını karşılayabilen, daha etkili yapılandırmaya sahip, daha iyi performans ve daha çok esneklik sağlayan yeni bir yaklaşım olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu çalışmada son zamanlarda aktif ve popüler bir çalışma konusu olan YTA ile ilgili yapılan çalışmalar ve son gelişmeler kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. İlk olarak geleneksel ağ yaklaşımı ile YTA yaklaşımı karşılaştırılmış ve YTA mimarisi ele alınmıştır. Daha sonra YTA yaklaşımının katman yapısı ağ altyapısı, güney ara yüzü, ağ hypervisor, ağ işletim sistemi, kuzey ara yüzü, dil tabanlı sanallaştırma, programlama dilleri ve ağ uygulamaları detaylı bir şekilde incelenmiştir. Son olarak gelecek için açık araştırma konuları önerilmiştir.

Anahtar Kelimeler

yazılım tanımlı ağlar YTA, programlanabilen ağ, yazılım tanımlı ortamlar, ağ sanallaştırma, ağ işletim sistemi, YTA katman yapısı

Kaynakça

• Akyildiz, I. F., Lee, A., Wang, P., Luo, M., Chou, W. 2014. A roadmap for traffic engineering in SDN-OpenFlow networks. Comput. Netw., 71: 1-30.
• Akyildiz, H. A., Saygun, E. 2015. SDN-NFV-cloud introduction in the context of service chaining. In Signal Processing and Communications Applications Conference (SIU), 2015 23th (pp. 2605-2608). IEEE.
• Ali, S. T., Sivaraman, V., Radford, A., Jha, S. 2015. A survey of securing networks using software defined networking. Reliability, IEEE Transactions on, 64(3), (pp. 1086-1097).
• Baktır, AC., Özgövde, BA., Ersoy, C. Servis Merkezli Yazılım Tanımlı Ağ Yaklaşımları.
• Benson, T., Akella, A., Maltz, DA. 2009. Unraveling the Complexity of Network Management. NSDI (pp. 335-348). Bianchi, G., Bonola, M., Capone, A., Cascone, C. 2014.
• OpenState: programming platform-independent stateful openflow applications inside the switch. Comput. Commun. Rev., 44(2): 44-51.
• Blenk, A., Basta, A., Reisslein, M., Kellerer, W. 2016. Survey on network virtualization hypervisors for software defined networking. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 18(1): 655-685.
• Cai, Z. 2012. Maestro: achieving scalability and coordination in centralizaed network control plane. Doktora Tezi, Rice University.
• Chen, T., Matinmikko, M., Chen, X., Zhou, X., Ahokangas, P. 2015. Software defined mobile networks: concept, survey, and research directions. Commun. Magazine, IEEE, 53(11): 126- 133.
• Costanzo, S., Galluccio, L., Morabito, G., Palazzo, S. 2015. Software Defined Wireless Network (SDWN): An evolvable architecture for W-PANs. In Res. and Techn. for Soc. and Industry Leveraging a better tomorrow (RTSI), 2015 IEEE 1st International Forum on (pp. 23-28). IEEE.
• Doria, A., Salim, J. H., Haas, R., Khosravi, H., Wang, W., Dong, L., Halpern, J. 2010. Forwarding and control element separation (ForCES) protocol specification. Internet Requests for Comments, RFC Editor, RFC, 5810.
• Erickson, D. 2013. The beacon openflow controller. In Proceedings of the second ACM SIGCOMM workshop on Hot topics in software defined networking (pp. 13-18). ACM.
• Farhady, H., Lee, H., Nakao, A. 2015. Software-defined networking: A survey. Comput. Netw., 81: 79-95.
• Feamster, N., Rexford, J., Zegura, E. 2014. The road to SDN: an intellectual history of programmable networks. Comput. Commun. Rev., 44(2): 87-98.
• Foster, N., Harrison, R., Freedman, M. J., Monsanto, C., Rexford, J., Story, A., Walker, D. 2011. Frenetic: A network programming language. ACM SIGPLAN Notices , 46(9): 279- 291.
• Galinac Grbac, T., Caba, C. M., Soler, J. 2015. Software Defined Networking demands on software technologies. In Inf. and Commun. Techn., Electr. and Microelectr. (MIPRO), 2015 38th Int. Conv. on (pp. 457-462). IEEE.
• Gorkemli, B., Tatlicioglu, S., Komurcuoglu, M., Karaman, M. A., Karakaya, O., Ulas, A. 2015. QoS control and prioritization with SDN. In Signal Processing and Communications Applications Conference (SIU), 2015 23th(pp. 2613-2616). IEEE.
• Gong, Y., Huang, W., Wang, W., Lei, Y. 2015. A survey on software defined networking and its applications. Frontiers of Comput. Science, 9(6), (pp. 827-845).
• Greene, K. 10 Şubat 2016. ‘‘10 Breakthrough Technologies: TR10: Software-defined Networking MIT Technology Rev. 2009. http://www2.technologyreview.com/news/412194/ tr10-software-defined-networking/
• Gude, N., Koponen, T., Pettit, J., Pfaff, B., Casado, M., McKeown, N., Shenker, S. 2008. NOX: towards an operating system for networks. Comput. Commun. Rev., 38(3): 105-110.
• Guner, S., Selvi, H., Gur, G., Alagoz, F. 2015. Controller placement in software-defined mobile networks. In Signal Processing and Communications Applications Conference (SIU), 2015 23th (pp. 2619-2622). IEEE.
• Hakiri, A., Gokhale, A., Berthou, P., Schmidt, D. C., Gayraud, T. 2014. Software-defined networking: Challenges and research opportunities for future internet. Comput. Netw., 75: 453-471.
• Hinrichs, T. L., Gude, N. S., Casado, M., Mitchell, J. C., Shenker, S. 2009. Practical declarative network management. In Proceedings of the 1st ACM workshop on Research on enterprise networking (pp. 1-10). ACM.
• Hu, Y. N., Wang, W. D., Gong, X. Y., Que, X. R., Cheng, S. D. 2012. On the placement of controllers in software-defined networks. J. China Univ. Posts Telecom., 19: 92-171.
• Hu, F., Hao, Q., Bao, K. 2014. A survey on software-defined network and openFlow: from concept to implementation. Commun. Surveys & Tutorials, IEEE, 16(4): 2181-2206.
• Huang, S., Griffioen, J., Calvert, K. L. 2014. Network hypervisors: enhancing SDN infrastructure. Comput. Commun., 46: 87-96.
• Jagadeesan, N. A., Krishnamachari, B. 2015. Software-defined networking paradigms in wireless networks: a survey. CSUR, 47(2): 27.
• Jain, R., Paul, S. 2013. Network virtualization and software defined networking for cloud computing: a survey. Commun. Magazine, IEEE, 51(11): 24-31.
• Kaur, K., Kumar, K., Singh, J., Ghumman, N. S. 2015. Programmable firewall using Software Defined Networking. Computing for Sustainable Global Development (INDIACom), 2015 2nd International Conference on (pp. 2125-2129). IEEE.
• Katta, N. P., Rexford, J., Walker, D. 2012. Logic programming for software-defined networks. In Workshop on Cross-Model Design and Validation (XLDI) (Vol. 412).
• Kim, H., Feamster, N. 2013. Improving network management with software defined networking. Commun. Magazine, IEEE, 51(2): 114-119.
• Koponen, T., Amidon, K., Balland, P., Casado, M., Chanda, A., Fulton, B., Lambeth, A. 2014. Network virtualization in multi-tenant datacenters. In 11th USENIX Symposium on Networked Systems Design and Implementation (NSDI 14) pp. 203-216.
• Koponen, T., Casado, M., Gude, N., Stribling, J., Poutievski, L., Zhu, M., Shenker, S. 2010. Onix: A Distributed Control Platform for Large-scale Production Networks. In OSDI, 10: 1-6.
• Kreutz, D., Ramos, F. M., Esteves Verissimo, P., Esteve Rothenberg, C., Azodolmolky, S., Uhlig, S. 2015. Softwaredefined networking: A comprehensive survey. Proceedings of the IEEE, 103(1): 14-76.
• Liao, J., Sun, H., Wang, J., Qi, Q., Li, K., Li, T. (2017). Density cluster based approach for controller placement problem in large-scale software defined networkings. Comput. Networks, 112: 24-35.
• Lin, Y. D., Lai, Y. C., Teng, H. Y., Liao, C. C., Kao, Y. C. (2017). Scalable multicasting with multiple shared trees in software defined networking. J. Network Comput. Appl., 78: 125-133.
• Liu, S., Li, B. 2015. On scaling software-Defined Networking in wide-area networks. Tsinghua Science and Techn., 20(3): 221- 232.
• Mambretti, J., Chen, J., Yeh, F. 2014. Software-Defined Network Exchanges (SDXs) and Infrastructure (SDI): Emerging innovations in SDN and SDI interdomain multi-layer services and capabilities. In Science and Technology Conference (Modern Networking Technologies)(MoNeTeC), 2014 International (pp. 1-6). IEEE.
• McKeown, N., Anderson, T., Balakrishnan, H., Parulkar, G., Peterson, L., Rexford, J., Turner, J. 2008. OpenFlow: enabling innovation in campus networks. Comput. Commun. Rev., 38(2): 69-74.
• Monsanto, C., Foster, N., Harrison, R., Walker, D. 2012. A compiler and run-time system for network programming languages. In ACM SIGPLAN Not., Vol. 47(1): 217-230.
• Monsanto, C., Reich, J., Foster, N., Rexford, J., Walker, D. 2013. Composing software defined networks. In Presented as part of the 10th USENIX Symposium on Networked Systems Design and Implementation (NSDI 13) pp. 1-13.
• Nelson, T., Ferguson, A. D., Scheer, M. J., Krishnamurthi, S. 2014. Tierless programming and reasoning for softwaredefined networks. In 11th USENIX Symposium on Networked Systems Design and Implementation (NSDI 14) pp. 519-531.
• Nunes, B. A., Mendonca, M., Nguyen, X. N., Obraczka, K., Turletti, T. 2014. A survey of software-defined networking: Past, present, and future of programmable networks. Commun. Surveys & Tutorials, IEEE, 16(3): 1617-1634.
• Ozcevik, Y., Erel, M., Canberk, B. 2015. NOC based Banyan OpenFlow switch for Software Defined Networks. In Signal Processing and Communications Applications Conference (SIU), 2015 23th pp. 1433-1436.
• Pfaff, B., Davie, B. 2013. The Open vSwitch Database Management Protocol.
• Reich, J., Monsanto, C., Foster, N., Rexford, J., Walker, D. 2013.
• Modular sdn programming with pyretic. Technical Reprot of USENIX.
• Schaller, S., Hood, D. 2017. Software Defined Networking Architecture Standardization. Comput. Stand. Interfaces.
• Selvi, H. 2015. Controller load balancing schemes in software defined networks / Yazılım tanımlı ağ kontrolörlerinde yük dengeleme. Yüksek Lisans Tezi, Boğaziçi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
• Silva, F., Castillo-Lema, J., Neto, A., Silva, F., Rosa, P. 2014. Software defined eHealth networking towards a truly mobile and reliable system. In e-Health Networking, Applications and Services (Healthcom), 2014 IEEE 16th International Conference on (pp. 560-564).
• Smith, M., Dvorkin, M., Laribi, Y., Pandey, V., Garg, P., Weidenbacher, N. 2014. OpFlex control protocol. IETF, Apr.
• Soltani, A. 2014. Flow initiation in software defined networking / Yazılım tanımlı ağlarda akış başlatma. Yüksek Lisans Tezi, Orta Doğu Teknik Üniversitesi / Enformatik Enstitüsü, Ankara.
• Song, H. 2013. Protocol-oblivious forwarding: Unleash the power of SDN through a future-proof forwarding plane. In Proceedings of the second ACM SIGCOMM workshop on Hot topics in software defined networking (pp. 127-132). ACM.
• Tomovic, S., Yoshigoe, K., Maljevic, I., Radusinovic, I. 2017. Software-Defined Fog Network Architecture for IoT. Wireless Personal Commun., 92(1): 181-196.
• Voellmy, A., Hudak, P. 2011. Nettle: Taking the sting out of programming network routers. In Practical Aspects of Declarative Languages (pp. 235-249). Springer Berlin Heidelberg.
• Voellmy, A., Wang, J. 2012. Scalable software defined network controllers. In Proceedings of the ACM SIGCOMM 2012 conference on Applications, technologies, architectures, and protocols for comput. Commun. 289-290.
• Voellmy, A., Kim, H., Feamster, N. 2012. Procera: a language for high-level reactive network control. In Proceedings of the first workshop on Hot topics in software defined networks. ACM., pp. 43-48.
• Xia, W., Wen, Y., Foh, C., H., Niyato, D. Xie, H. 2015. A Survey on Software-Defined Networking. IEEE Commun. Surveys Tutorials, 17,1, fırst quarter.
• Wu, YJ., Liang, JX., Zhang, H., Lin, ZW., Yan, M. A., Zhong, TIAN. 2013. Programmable virtual network instantiation in IaaS cloud based on SDN. J. China Univ. Posts Telecommun., 20: 121-125.
• Yazıcı, V. 2015. A software-defined networking approach for wireless systems / Kablosuz ağlar için bir yazılıma dayalı ağ yaklaşımı. Doktora Tezi, Özyeğin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
• Yu, M., Wundsam, A., Raju, M. 2014. NOSIX: A lightweight portability layer for the SDN OS. ACM SIGCOMM Comput. Commun. Rev., 44(2): 28-35.