19th International Symposium of Electrical Engineering

SIE 2021

VIRTUAL PROGRAMMABLE SWITCHES EVALUATION FOR SOFTWARE DEFINED NETWORKS

Abstract

Through abstracting network elements, the OpenFlow protocol implements the Software Defined Networking (SDN) concept and provided flexibility by moving the control plane from the data plane. The Openflow protocol has some limitations that rely on the relatively poorly flexible protocol abstraction as southbound and there has been a need for more robust solutions. Because of these constraints, P4 (Programming Protocol-Independent Packet Processors) domain-specific language is gaining momentum in the academic and industrial sectors. P4 provides a basic set of tools for the programmer to implement a network stack in switching hardware. The new language features allow the description of more forwarding devices, not only programmable but also conventional fixed-function devices.
P4Runtime was introduced as the next-generation SDN open control plane API, which aims to fix OpenFlow deficiencies and is capable of providing true switching silicon independence for carriers and cloud service providers. Measuring the performance of P4Runtime API-based SDN networks is an open issue at present.
This paper provides a technical overview of P4 and P4Runtime, highlighting its benefits. Finally, an analysis of the performance of these types of networks considering metrics of scalability, latency, memory utilization and CPU load was performed. To perform these evaluation, several scripts were created in the Linux bash Shell. A significant deterioration of ICMP RTT delay were recorded in ONOS-P4Runtime-BMv2 compared to REF-SDN-Openflow network.

Resumen

En las Redes Definidas por Software el protocolo Openflow implementa una abstracción de los elementos de red y proporciona flexibilidad al extraer el plano de control de los dispositivos de la capa de infraestructura. Openflow posee algunas limitaciones que están relacionadas con la poca flexibilidad del protocolo en su interface hacia el sur, por lo que actualmente se demandan soluciones más robustas.
Debido a estas limitaciones, el lenguaje específico de dominio P4 (Programación de Procesadores de Paquetes independientes del Protocolo) está ganando impulso en los sectores académico e industrial. P4 proporciona un conjunto básico de herramientas para que el programador implemente una pila de protocolos en el hardware de conmutación. P4Runtime es una API abierta del plano de control de las redes SDN de próxima generación, que tiene como objetivo solucionar las deficiencias de OpenFlow proporcionando una verdadera independencia de hardware de conmutación para los operadores y proveedores de servicios en la nube.
Los procedimientos para medir el desempeño de las redes SDN basadas en la API P4Runtime es un tema de investigación abierto en la actualidad. Esta memoria proporciona una descripción técnica general de los protocolos P4 y P4Runtime, destacando sus beneficios. Finalmente, se implementa un procedimiento que permite cuantificar el del desempeño de este tipo de redes considerando métricas de escalabilidad, latencia, utilización de memoria y carga de CPU. Para realizar esta evaluación, fueron creados varios scripts en el bash Shell de Linux. Se registró un deterioro significativo en el retardo de la red (ICMP RTT) en ONOS-P4Runtime-BMv2 en comparación con la red REF-SDN-Openflow.