Network Coding integrációja SDN hálózatokba

Szerző: 
Nagy Szilárd Attila
Konzulens (TMIT): 
Év: 
2015
Szekció: 
Hálózattervezés és szimuláció
Helyezés: 
1. helyezés

Napjaink telekommunikációs hálózataiban a hardveres hálózati alkalmazások (middlebox-ok) száma szignifikánsan megnövekedett. A számuk mellett a jelentőségük is folyamatosan növekszik, ugyanis olyan alapvető funkciókat valósítanak meg, mint például forgalomszűrés, behatolás megelőzés vagy terhelésmegosztás. Az előnyeik mellett azonban rengeteg hátránnyal is jár az alkalmazásuk, ugyanis nagy költséggel bír az ilyen hardverek kifejlesztése, megtervezése, ráadásul a karbantartásuk és működtetésük sem egyszerű. További probléma, hogy továbbfejleszteni sem lehet az ilyen eszközöket, ha új funkcionalitást szeretnénk hozzáadni egy már meglévő hardverhez, akkor egy új middlebox-ba kell befektessünk.

Továbbá a jelenlegi hálózat még mindig azokra az alapokra épül, amelyet még a kezdetekben kigondoltak a mérnökök. Ezt több lépésben finomították, a technológia fejlődésével pedig el lehetett érni, hogy jobb teljesítményt nyerjenek ki a már létező rendszerből. Mostanra azonban eljutottunk egy olyan szintre, ahol már nem lehet az eddigi módszerekkel javítani a hálózat működésén, így aztán a jövőbeni elvárásokat sem tudja teljesíteni a jelenlegi rendszer. A problémára megoldást egy újfajta szemléletre való áttérés jelenthet.

A jelenlegi kutatási irányokat vizsgálva az egyik ilyen paradigmaváltást a Network Coding (NC) bevezetése hozhat. Ennek segítségével elérhetővé válhat a hálózati kommunikáció sebességének növelése, az adattitkosítás javítása és a hálózati késleltetés csökkentése. A NC hálózatba integrálása azonban a hálózati csomópontok cseréjét is jelentené, hiszen a jelenlegi store-and-forward működési modell helyett a compute-and-forward csomagtovábbítási modellt követeli meg. Alternatív megoldást jelenthetne a hálózati eszközök továbbfejlesztése, amely azonban a korábban említett problémák miatt szinte lehetetlen vállalkozás.

Erre a problémára, vagyis a nehézkesen fejleszthető és módosítható middleboxok problémájára próbál megoldást nyújtani, a manapság egyre jobban elterjedő Software Defined Networking (SDN) kombinálása a Network Function Virtualization (NFV) tehcnológiával. Előbbi segítségével lehetőség nyílik a hálózati forgalom programozott irányítására, utóbbi pedig lehetővé teszi különböző funkciók szoftveres implementálását és integrálását a hálózatba. E két technológia ötvözésével lehetőség nyílik a hálózat képességeinek kiterjesztésére oly módon, hogy az aktuális architektúra és csomópontok lecserélése nem válik szükségessé vagy akár kisebb lépésekben, költséghatékonyan megvalósítható.

Jelen dolgozatomban tehát a Network Coding-ot tervezem alkalmazni a hálózati kommunikáció hatékonyságának javítása céljából, amelyet kész virtuális hálózati függvényként (Virtual Network Function, VNF) implementálok, ezáltal lehetővé téve annak problémamentes integrációját tetszőleges SDN hálózatba. Végül az elkészült VNF-t egy prototípus architektúrán különböző teljesítmény-paraméterek mentén összehasonlítom a jelenleg elterjedt kódolási stratégiákkal.