A QoS-Enabled OpenFlow Environment for Scalable Video - PowerPoint PPT Presentation

A ¡QoS-­‑Enabled ¡OpenFlow ¡Environment ¡ ¡ for ¡Scalable ¡Video ¡Streaming ¡ Seyhan ¡Civanlar, ¡ ¡Murat ¡Parlakışık, ¡ ¡A. ¡ ¡Murat ¡Tekalp ¡ ¡ ¡ Burak ¡Görkemli, ¡ ¡Bülent ¡Kaytaz, ¡ ¡Evren ¡Önem ¡ ARGELA ¡Technologies ¡& ¡Koc ¡University ¡ Istanbul, ¡TURKEY ¡ 0 ¡

Contents • Shortcomings ¡of ¡QoS ¡in ¡the ¡Current ¡Internet ¡ • About ¡ ¡OpenFlow ¡ • Proposed ¡QoS ¡implementa?on ¡of ¡OpenFlow ¡ • Preliminary ¡ ¡QoS ¡rou?ng ¡Formula?on ¡ • Results ¡and ¡Future ¡Work ¡ 1 ¡

QoS in the Current Internet � IntServ ¡ � ¡Does ¡not ¡scale ¡well ¡ Current Internet � DiffServ ¡ is ideally suited for Best Effort traffic � Only ¡per-­‑hop ¡QoS ¡support ¡ � MPLS/tunnelling ¡ � Lacks ¡on-­‑demand ¡re-­‑ configurability ¡ � More ¡bandwidth ¡ ¡ 2

Router in the Current Internet � Forwarding ¡and ¡route ¡calcula?on ¡ Classical Router ¡ ¡ ¡ ¡ ¡both ¡on ¡the ¡router ¡ Route Calculation � Distributed ¡network ¡controls ¡ � Vendor ¡proprietary ¡implementa?ons ¡ Flow Table � Router ¡is ¡a ¡closed ¡box: ¡ ¡ Data Forwarding ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Not ¡open ¡for ¡innova?on 3

OpenFlow: A Future Internet Proposal � Stanford’s ¡Clean ¡Slate ¡Program ¡ OpenFlow Controller � Implemented ¡widely ¡in ¡GENI ¡backbone ¡ Route � Enables ¡network ¡slicing ¡ Calculation � Decouples ¡Data ¡Forwarding ¡and ¡Route ¡Calcula?on ¡ � Open-­‑source ¡ OpenFlow Protocol (SSL) OpenFlow Switch OpenFlow Switch OpenFlow Switch Flow Table Flow Table Flow Table Flow Table Flow Table Flow Table Data Forwarding Data Forwarding Data Forwarding Dumb data-path switches 4

Confederated Controllers Control Layer Data Layer 5 ¡

Other centralized telecom architectures SCP HLR location DB DB billing, announcements MAP INAP MOBILE ¡ ¡ PSTN ¡ NETWORK ¡ • Highly scalable ! • Highly reliable ! • High performance (per call processing) ! • It works! 6

Proposed QoS enabled OpenFlow OpenFlow Controller BE Route � Decouple ¡Best ¡Effort ¡and ¡QoS ¡Rou?ng ¡ Calculation � Calculate ¡QoS ¡Flow ¡Tables ¡in ¡the ¡Controller ¡ QoS Route Calculation � Download ¡Flow ¡Tables ¡to ¡Switches ¡ � Use ¡available ¡OpenFlow ¡Protocol ¡ OpenFlow Protocol � No ¡or ¡minimal ¡protocol ¡extension ¡needed ¡ OpenFlow Switch � Create ¡QoS ¡Slices ¡ QoS Flow Table BE Flow Table Data Forwarding 7

Why OpenFlow for QoS? � Backbone ¡of ¡GENI ¡Network ¡– ¡ ¡Large ¡scale ¡ experimentaWon ¡is ¡possible ¡ � Allows ¡for ¡‘network ¡virtualizaWon’ ¡ � Network ¡slices ¡for ¡QoS ¡ � ¡Centralized ¡control ¡paradigm ¡ � More ¡visibility ¡into ¡the ¡network ¡resources ¡ � Easily ¡programmable ¡ � Program ¡controller ¡for ¡QoS ¡rouWng ¡ � Suitable ¡for ¡Lab ¡ ¡environment ¡ � Well ¡documented ¡Opensource ¡code ¡ � Can ¡simulate ¡switches ¡with ¡Linux ¡machines ¡ 8 ¡

Controller Architecture ROUTE ¡ ¡ QoS ¡CONTRACT ¡ ¡ Routes ¡ • Resource Monitoring CALCULATION ¡ MANAGEMENT ¡ ROUTE ¡/SLICE ¡ ¡ • Resource Signaling Users ¡ QoS ¡ MANAGEMENT ¡ Contracts ¡ • Resource Reservation QoS ¡ ¡ NETWORK ¡ Net. ¡data ¡ MANAGEMENT ¡ MANAGEMENT ¡ • QoS Contract Mgmt. SECURITY ¡ OPENFLOW ¡ QoS ¡CONTRACT ¡ENTRY ¡ ¡ NETWORK ¡ INTERFACE ¡ INTERFACE ¡ hZps ¡ SSL ¡ Public ¡ OpenFLow ¡ Internet ¡ Network ¡

Optimization of QoS Flow Routing Minimize weighted sum of (packet loss on BE & QoS-route-length) such that QoS packet loss is zero 5 4 QoS route 1 2 3 BE route 9

QoS OpenFlow Demo Setup IP ¡network ¡I/F ¡ Public ¡ Controller-­‑Forwarder ¡ ¡ Internet ¡ messaging ¡I/F ¡ p1, ¡p2, ¡p3 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Ports ¡ p1(F1-­‑F3) ¡ p2(F3-­‑F4) ¡ Controller ¡ Forwarder-­‑3 ¡ 10.0.0.2 ¡ 10.0.0.1 ¡ Forwarder-­‑1 ¡ Forwarder-­‑ Forwarder-­‑4 ¡ (Ingress) ¡ 2 ¡ (Egress) ¡ p1(F1-­‑F2) ¡ p1(F2-­‑F4) ¡ p1(F1-­‑F2) ¡ Receiver: ¡ Sender: ¡ p2(F1-­‑F3) ¡ p2(F3-­‑F4) ¡ p2(F2-­‑F4) ¡ SVC ¡Streaming ¡ ¡ SVC ¡Streaming ¡ ¡ p3(Sender) ¡ p3(Receiver) ¡ Client ¡ Server ¡ 11 ¡

Messaging using OpenFlow Protocol Streaming ¡ Streaming ¡ Controller ¡ Forwarder ¡1 ¡ Forwarder ¡2 ¡ Forwarder ¡3 ¡ Forwarder ¡ ¡4 ¡ Server ¡ Client ¡ QoS ¡Request ¡ Configuring ¡network ¡ ¡ for ¡QoS ¡request ¡ CROSS ¡ OFPT_FLOW_MOD ¡ LAYER ¡ OFPT_FLOW_MOD ¡ REQUEST ¡ OFPT_FLOW_MOD ¡ QoS ¡Response ¡<QoS ¡id> ¡ QoS ¡Flow ¡(streaming ¡ ¡video) ¡ Polling ¡ ¡informaWon ¡from ¡ingress ¡ ¡ OFPT_STATS_REQUEST ¡ and ¡egress ¡switches ¡ OFPT_QUEUE_STATS ¡ OFPT_STATS_REQUEST ¡ Reconfiguring ¡ OFPT_QUEUE_STATS ¡ network ¡to ¡ OFPT_FLOW_MOD ¡ respond ¡to ¡ congesWon ¡ ¡ OFPT_FLOW_MOD ¡ OFPT_FLOW_MOD ¡ QoS ¡Flow ¡(streaming ¡ ¡video) ¡ Release ¡<QoS ¡id> ¡ Ok ¡ ¡<QoS_id> ¡ 12 ¡

Before QoS rerouting イメージを表示できません。メモリ不足のためにイメージを開くことができないか、イメージが破損している可能性があります。コンピュータを再起動して再度ファイルを開いてください。それでも赤い x が表示される場合は、イメージを削除して挿入してください。 13 ¡

After QoS rerouting イメージを表示できません。メモリ不足のためにイメージを開くことができないか、イメージが破損している可能性があります。コンピュータを再起動して再度ファイルを開いてください。それでも赤い x が表示される場合は、イメージを削除して挿入してください。 14 ¡

Future Work • Develop alternate QoS routing algorithms • Simulation studies to assess algorithms • Larger scale experiments on GENI • Assess protocol needs QoS is an unsolved Problem for • Address Future Internet • Controller architecture • Policing of SLA contracts 15 ¡

Introducing ARGELA � A ¡leading ¡next-­‑genera?on ¡sofware ¡solu?on ¡provider ¡ for ¡mobile ¡and ¡wireline ¡operators ¡in ¡Turkey ¡and ¡ EMEA ¡Region ¡ � A ¡subsidiary ¡of ¡Turk ¡Telekom, ¡the ¡leading ¡telephone, ¡ ¡ Internet ¡and ¡IPTV ¡service ¡provider ¡of ¡Turkey ¡with ¡ over ¡20 ¡Million ¡subscribers ¡ � Located ¡in ¡Istanbul, ¡Turkey ¡ � Formed ¡in ¡2003 ¡as ¡a ¡startup ¡

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