ITC/USA 2009 Conference Proceedings / The Forty-Fifth Annual International Telemetering Conference and Technical Exhibition / October 26-29, 2009 / Riviera Hotel & Convention Center, Las Vegas, Nevada / As new products are developed for the telemetry market, network interfaces are being used for set-up and control. This paper describes the programmability of various telemetry components that are now available and discusses the internal status functions that can be returned to the user or telemetry system via the same interface that are good indicators of system health. Possible control interfaces are discussed that could be used to interface many different components. Also discussed is the need for the Range Commanders Council to address the total programmability protocol issues related to connecting multiple components into a common setup and control bus.

Network downtime is costly for providers of information technology services. One cause of network downtime is link failures. The control plane of the network is the entity responsible for ensuring connectivity upon link failures. The data plane of the network forwards packets at line speed and it is controlled by the control plane. One disadvantage of ensuring connectivity at the control plane level is the time needed to react to a failure. The control plane is several orders of magnitude slower than the data plane. Moving the connectivity responsibility to the quicker data plane has therefore the potential to reduce network downtime. This work explored what level of connectivity robustness can be achieved when implementing data plane connectivity algorithms in today’s high-speed speed programmable switches. A literature study of several data plane connectivity algorithms was conducted. A critical aspect considered in this study was the simplicity of the data plane connectivity mechanism as high-speed programmable switches cannot support arbitrarily complex forwarding function. Data-Driven Connectivity (DDC) was selected as a suitable algorithm due to its high guaranteed connectivity and algorithmic simplicity. DDC was implemented in a virtual network environment using P4 programmable software switches. Our solution automates the generation of the virtual network based on a topology description. It also initializes the switches and generates the specific DDC P4 code for each switch. All the functions of DDC P4 have been tested to verify that each function behaved as expected. The path optimality of DDC P4 after several link failures were evaluated on the emulated Google’s wide area network topology, called B4 (2011). The path optimality evaluation shows that the path stretch of DDC P4, i.e., the gap from the shortest path in the number of hops, is not optimal for about 30% of the possible source/destination node pairs in the topology. The throughput of the DDC P4 was also evaluated along different number of link failures. The throughput results show a linear decrease in steps of 0.4 Mbps depending on which outbound link was utilized, starting from a throughput of 6.3 Mbps in the absence of failures. The current DDC P4 implementation does not scale well due to duplicate code for each destination in the topology. Both improving the scalability of the current implementation and an implementation on a hardware programmable switch remain as future work. / Avbrott i nätverket är kostsamt för leverantörer av informationsteknologitjänster. En orsak till avbrott är länkfel. Nätverkets textit kontrollplan är den entitet som ansvarar för att säkerställa anslutning vid länkfel. Nätverkets textit dataplan vidarebefordrar paket så snabbt som nätverkslänken klarar av, och det styrs av kontrollplanet. En nackdel med att säkerställa anslutning i kontrollplanet är den tid som krävs för att reagera på ett fel. Kontrollplanet är många gånger långsammare än dataplanet. Att flytta anslutningsansvaret till det snabbare dataplanet kan därför korta ner avbrotten i nätverket. Detta arbete undersökte vilken nivå av robusthet i anslutningsbarheten som kanuppnås vid implementering av algoritmer för anslutningsbarhet i dataplanet i dagens programmerbara höghastighetsswitchar. En litteraturstudie av flera dataplananslutningsalgoritmergenomfördes. En kritisk aspekt som beaktades i denna studie var enkelheten i dataplananslutningsmekanismen eftersom programmerbara höghastighetsswitchar inte kan stödja godtyckligt komplex vidarebefordringsfunktion. Datadriven anslutningsbarhet (DDC) valdes som en lämpligalgoritm på grund av dess höga garanterade anslutningsbarhet och algoritmiska enkelhet. DDC implementerades i en virtuell nätverksmiljö med P4-programmerbara mjukvaruswitchar. Vår lösning automatiserar genereringen av det virtuella nätverket baserat på en topologibeskrivning.Den initialiserar också switcharna och genererar den specifika DDC P4-koden för varje switch. Alla funktioner i DDC P4 har testats för att verifiera att varje funktion uppträdde som förväntat. Sökvägsoptimaliteten för DDC P4 efter flera länkfel utvärderades på Googles emulerade Wide Area Network (WAN), kallad B4 (2011). Bedömningen av sökvägsoptimaliteten visar att vägsträckningen för DDC P4, textit d.v.s., avståndet från den kortaste vägen i antalet hopp, inte är optimal för cirka 30 % av de möjliga ursprungs-/ destinationsnodparna i topologin. Genomströmningen av DDC P4 utvärderades också utifrån olika antal länkfel. Genomströmningsresultaten visar en linjär minskning i steg på 0,4 Mbps beroende på vilken utgående länk som användes, med utgångspunkt från en genomströmning på 6,3 Mbps vid frånvaro av fel. Den nuvarande DDC P4-implementeringen skalas inte bra på grund av duplicerad kod för varje destination i topologin. Både förbättring av skalbarheten för den nuvarande implementeringen och en implementering av en hårdvaruprogrammerbar switch kvarstår som framtida arbete.

Software Defined Networking (SDN) has gained popularity and attractiveness in the past years’ thanks to its dynamic and programmable nature. The possibility to decouple the data plane and control plane allows for the implementation of Internet networks in an innovative way. Thanks to its ease in changing flow rules in network switches, SDN allows network resources optimization. In the case of critical applications, an essential aspect is to ensure connectivity on the network even in case of link failures. Even when a failure causes an interruption of connectivity, the challenge also stays in recovering as fast as possible. Nonetheless, the SDN controller should have the policy to decide which pairs of end-hosts to disable connectivity when there is a shortage of resources to keep the most important connections active. In this thesis, we developed a proactive-reactive SDN controller coded in Python that copes with restoring end-hosts connectivity as fast as possible. The controller prioritizes the couples of end-hosts that need connectivity based on their importance. During a shortage of network resources, the connectivity of pairs of end-hosts with low importance is disabled, and the connectivity between the most important couples can be ensured. We tested our solution with a reactive-only SDN controller and a proactive-reactive SDN controller that does not consider any prioritization order between end-hosts connectivity. Both the benchmark SDN controllers were developed in the thesis. Experiments were run on the same network topology, with the same couple of endhosts involved. The comparison between the proactive-reactive and reactive-only controllers showed the first one to be faster in restoring the connectivity after a failure. It saves time restoring the connectivity and has fewer packets lost under certain conditions in the relationship between the switch-to-switch and the switchto-controller transmission delay. The comparison between the proactive-reactive iii controller and the controller with no prioritization confirms that without an ordered queue of priorities, it may be the most important couple of end-hosts to lose connectivity in case of shortages of network resources. To simulate a realistic scenario, the project considers the case study of electric power transmission networks using SDN. In particular, the focus is on reconnecting Phasor Measurement Unit (PMU)s to the power grid to ensure system observability. During our experiments, we adopted the typical measurement transmission frequency used by PMUs (50Hz). The SDN switches are deployed with P4, and the SDN controller is coded in Python. Furthermore, it exploits P4Runtime to communicate with the switches in run-time. / Software Defined Networking (SDN) har vunnit popularitet och attraktionskraft under de senaste åren tack vare sin dynamiska och programmerbara natur. Möjligheten att frikoppla dataplanet från kontrollplanet gör det möjligt att genomföra Internetnät på ett innovativt sätt. Tack vare att det är lätt att ändra flödesreglerna i nätverksväxlar gör SDN det möjligt att optimera nätverksresurserna. När det gäller kritiska tillämpningar är en viktig aspekt att säkerställa konnektiviteten i nätet även vid länkfel. Även när ett fel orsakar ett avbrott i konnektiviteten är utmaningen också att återhämta sig så snabbt som möjligt. Trots detta bör SDNstyrenheten ha en policy för att avgöra vilka par av slutvärdar som ska inaktivera anslutningen när det råder brist på resurser för att hålla de viktigaste anslutningarna aktiva. I den här avhandlingen har vi utvecklat en proaktiv-reaktiv SDN-styrenhet kodad i Python som klarar av att återställa slutvärdarnas anslutning så snabbt som möjligt. Styrenheten prioriterar paren av slutvärdar som behöver anslutning utifrån deras betydelse. Vid brist på nätverksresurser inaktiveras anslutningen för par av slutvärdar med låg betydelse, och anslutningen mellan de viktigaste paren kan säkerställas. Vi testade vår lösning med en enbart reaktiv SDN-styrenhet och en proaktiv-reaktiv SDN-styrenhet som inte tar hänsyn till någon prioriteringsordning mellan slutvärdarnas konnektivitet. Båda riktmärkeskontrollerna SDN utvecklades i avhandlingen. Experimenten genomfördes på samma nätverkstopologi med samma antal slutvärdar. Jämförelsen mellan den proaktivt-reaktiva och den enbart reaktiva kontrollören visade att den förstnämnda kontrollören var snabbare när det gäller att återställa anslutningen efter ett fel. Den sparar tid för att återställa anslutningen och har färre förlorade paket under vissa förhållanden i förhållandet mellan överföringsfördröjningen från switch till switch och från switch till styrenhet. Jämförelsen mellan den proaktiva-reaktiva styrenheten och v styrenheten utan prioritering bekräftar att utan en ordnad kö av prioriteringar kan det vara det viktigaste paret av slutvärdar som förlorar konnektiviteten vid brist på nätverksresurser. För att simulera ett realistiskt scenario används SDN i projektet som fallstudie för elöverföringsnät. Fokus ligger särskilt på att återansluta Phasor Measurement Unit (PMU)s till elnätet för att säkerställa systemets observerbarhet. Under våra experiment antog vi den typiska överföringsfrekvensen för mätningar som används av PMUs (50Hz). SDN-växlarna installeras med P4, och SDN-styrenheten är kodad i Python. Dessutom utnyttjas P4Runtime för att kommunicera med växlarna i körtid.