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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-268766 |
| Date | January 2019 |
| Creators | Lindbøl Bjørseth, Henrik |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2019:692 |
Page generated in 0.0165 seconds