Εξισορρόπηση φορτίου Διαδικτυακών υπηρεσιών στα ευφυή προγραμματιζόμενα δίκτυα

Abstract

Η εξισορρόπηση φορτίου στα δίκτυα υπολογιστών είναι μια τεχνική που χρησιμοποιείται για το διαμοιρασμό της κυκλοφορίας δεδομένων ή του φορτίου εργασίας σε πολλαπλούς δικτυακούς συνδέσμους (links) ή διακομιστές. Στα ευφυή προγραμματιζόμενα δίκτυα (ΕΠΔ), με την αποσύνδεση του επιπέδου ελέγχου από το επίπεδο δεδομένων επιτυγχάνεται μεγαλύτερος έλεγχος ενός δικτύου μέσω του προγραμματισμού, έτσι δύσκολα προβλήματα που αφορούν την βελτιστοποίηση της απόδοσης των δικτύων (όπως η εξισορρόπηση φορτίου) γίνονται εύκολα διαχειρίσιμα, με σωστά σχεδιασμένους κεντροποιημένους (centralized) μηχανισμούς. Η διπλωματική εργασία στοχεύει στη βελτίωση του τρόπου διαμοιρασμού της κυκλοφορίας δεδομένων με τη χρήση τεχνικών εξισορρόπησης φορτίου, αξιοποιώντας την τεχνολογία των ευφυών προγραμματιζόμενων δικτύων. Το υπόβαθρο της εργασίας περιλαμβάνει τη θεωρητική μελέτη των ευφυών προγραμματιζόμενων δικτύων και των βασικότερων μεθόδων εξισορρόπησης φορτίου. Στη συνέχεια, προτείνουμε μια δική μας μέθοδο εξισορρόπησης φορτίου, η οποία βασίζεται στη δικτυακή κίνηση αλλά και στους διαθέσιμους υπολογιστικούς πόρους των διακομιστών, λαμβάνοντας υπόψη το είδος των εφαρμογών που εκτελούνται. Στην πειραματική προσέγγιση της εργασίας προσομοιώσαμε περιβάλλον ΕΠΔ με τη βοήθεια του εξομοιωτή Mininet και το δικτυακό ελεγκτή Floodlight, με σκοπό τη μελέτη και την αξιολόγηση μηχανισμών εξισορρόπησης φορτίου. Τέλος, πραγματοποιήσαμε εκτεταμένη συγκριτική αξιολόγηση της απόδοσης δύο αλγορίθμων (του αλγόριθμου κυκλικής επιλογής και του αλγόριθμου που βασίζεται σε στατιστικά της δικτυακής κίνησης) με τη δική μας πρόταση, καταλήγοντας σε επιπρόσθετες προτάσεις βελτίωσης.

Load balancing on computer networks is a technique used to share data traffic or task load on multiple network links or servers. In Software Defined Networks (SDNs), by separating the control plane from the data plane, more control over a network is achieved through programming, so difficult network optimization problems (such as load balancing) can be easily managed, by using properly designed centralized mechanisms. This thesis aims to optimize the way of sharing data traffic using load balancing techniques, utilizing SDN technology. The background of the thesis includes the theoretical study of SDN and the basic methods of load balancing. We present our proposal, a load balancing scheme that is based on network traffic and available server computing resources, taking into account the type of applications that are running. In the experimental approach we simulate an SDN environment using the Mininet simulator and the Floodlight SDN controller in order to study and evaluate load balancing algorithms. Finally, we performed an extensive comparative evaluation of the performance of two algorithms (simple round robin and an algorithm based on network traffic statistics) with our proposal, resulting in additional improvement suggestions.