Abstractions for network update

Abstract

Configuration changes are a common source of instability in networks, leading to outages, performance disruptions, and security vulnerabilities. Even when the initial and final configurations are correct, the update process itself often steps through intermediate configurations that exhibit incorrect behaviors. This paper introduces the notion of consistent network updates-updates that are guaranteed to preserve well-defined behaviors when transitioning between configurations. We identify two distinct consistency levels, per-packet and per-flow, and we present general mechanisms for implementing them in Software-Defined Networks using switch APIs like OpenFlow. We develop a formal model of OpenFlow networks, and prove that consistent updates preserve a large class of properties. We describe our prototype implementation, including several optimizations that reduce the overhead required to perform consistent updates. We present a verification tool that leverages consistent updates to significantly reduce the complexity of checking the correctness of network control software. Finally, we describe the results of some simple experiments demonstrating the effectiveness of these optimizations on example applications.

A Formal Model and Verification Problems for Software Defined Networks

“…Недостаток моделей ПКС, предложенных в этих работах, состоит в том, что в них моделируется лишь сеть коммутаторов без контроллера; таким образом, эти модели позволяют описывать и верифицировать лишь моментальные конфигурации сети. В моделях, описнных в статье [8,9,10], ПКС рассматривается как конечный автомат (система переходов), изменяющая свое состояние в тех случаях, когда коммутатор отправляет пакет или сообщение по ка-налу связи или модифицирует таблицу правил. Для верификации автоматных мо-делей применялись методы статического анализа программ.…”

“…Вследствие этого, представленная модель не учитывает такие возможности коммутаторов, как удаление правил ком-мутации пакетов из таблиц коммутации по истечении срока активности правил, под-счет числа срабатываний правил коммутации пакетов. В отличие от моделей ПКС, представленных и исследованных в статьях [8,9,10], наша модель предназначена для анализа маршрутов передачи пакетов, прокладываемых правилами коммута-ции, а не для анализа состояний отдельных пакетов в процессе их перемещения в сети. Семантика предложенной модели ПКС определяется отношением коммута-ции пакетов, которое задается на множестве состояний пакетов.…”

Optimal scheduling for multi-flow update in Software-Defined Networks

“…Several works (Ghorbani and Caesar, 2012;Mahajan and Wattenhofer, 2013;McGeer, 2012;Reitblatt et al, 2012) focus on keeping consistency during network updates in SDN. Mahajan and Wattenhofer (2013) sketched a general architecture for consistent network updates with three parts: (1) the rule generator; (2) the update plan generator and (3) the plan optimizer and executor.…”

“…However, we optimize resource utilization considering both link capacity and flow table size constraint in scheduling multiflow update. Reitblatt et al (2012) proposed per-packet and perflow consistency as general abstractions for specifying network updates and presented general mechanisms for implementing them in SDN. They focus on how to implement network configuration changes providing strong guarantees about desired property.…”

“…By contrast, we focus on how to schedule the flow update with the resource constraints. McGeer (2012) presented a safe update protocol for SDN, which has the packet consistency and a weak form of the flow consistency condition of Reitblatt et al (2012). The study conserves switch rule space resources at a cost in control plane bandwidth by redirecting traffic through the controller.…”