OSNOVNI DETALJI
- Naziv projekta: Poboljšanje fleksibilnosti podatkovne ravni u softverski definisanim mrežama primjenom paradigme duboke mrežne programabilnosti
- Mjesto provođenja projekta: Laboratorija za softverski definisane mreže
- Finansijer projekta: Federalno ministarstvo obrazovanja i nauke
- Voditelj projekta: Doc. dr. Pamela Njemčević, dipl.ing.el. (Red. prof. dr. Mesud Hadžialić, dipl.ing.el.)
- Vrijednost projekta: 11.909,99 KM
- Tip projekta: Lokalni istraživački projekat
O PROJEKTU
Predmet istraživanja
Današnje računarske mreže, koje čini veliki broj mrežnih uređaja kao što su usmjerivači, preklopnici i uređaji sa dodatnim funkcionalnostima (n.pr. firewall), su postale previše kompleksne za upravljanje i održavanje. Na mrežnim uređajima se izvršavaju kompleksni algoritmi i protokoli, koji su u velikom broju slučajeva zatvoreni kod. Administratori mreža su odgovorni da konfiguracijske politike primijene na jedan takav visoko heterogeni ambijent. To najčešće rade individualnom konfiguracijom mrežnih uređaja koristeći sučelja koja variraju od proizvođača do proizvođača. Standardizacija mrežnih sučelja i protokola, čiji je cilj unificiranje mrežnog ekosistema i povećanje interoperabilnosti, predstavlja složen i dugotrajan proces. Ovakav pristup je usporio inovativnost, a povećao kompleksnost i trošak održavanja i upravljanja mrežom. Kao odgovor na ovaj problem, istraživači su 90-tih godina primijenili analogiju relativno jednostavnog reprogramiranja klasičnih računara na računarske mreže i time uspostavili temelje za paradigmu softverski definisanih mreža (engl. Software-Defined Networking – SDN). Softverski definisane mreže predstavljaju novu paradigmu prema kojoj se podatkovna ravan razdvaja od kontrolne ravni. Cjelokupna “mrežna inteligencija” je centralizirana u aplikacijskoj i kontrolnoj ravni. Zadatak aplikacijske ravni je izvršavanje mrežnih aplikacija kao što su algoritmi rutiranja, QoS mehanizmi, nadzor i upravljanje mrežom itd., te generisanje pravila prema kojima je potrebno tretirati saobraćaj u mreži. Na osnovu tih pravila, kontroleri imaju zadatak da generišu konkretne tabele prosljeđivanja i prema njima izvrše konfiguraciju paketskih čvorišta. U konačnici, paketska čvorišta iz podatkovne ravni (usmjerivači i preklopnici) vrše prosto prosljeđivanje paketa zasnovano na brzoj pretrazi tabele prosljeđivanja. SDN arhitektura slijedi dva principa:
- jednostavnost – uočava se u procesima prosljeđivanja paketa u podatkovnoj ravni i
- uopćenost – ogleda se u nezavisnosti SDN arhitekture od tehnologije kojom se mreža realizuje (engl. technology agnostic).
Međutim, implementacija ovih principa je dovela do gubitka fleksibilnosti mreža, posebno u domenu podatkovne ravni, jer unutar paketskih čvorišta nije predviđena mogućnost upravljanja procesima ispod nivoa pretrage tabele prosljeđivanja. Veći stepen slobode pri upravljanju procesima u podatkovnoj ravni će biti moguć upotrebom rekonfigurabilnog hardvera, baziranog na FPGA (engl. field-programmable gate array) tehnologiji, u implementaciji paketskih čvorišta. Stoga, predmet ovog istraživanja su mehanizmi povećanja fleksibilnosti podatkovne ravni u softverski definisanoj mreži.
Cilj istraživanja
Cilj istraživanja je poboljšanje fleksibilnosti podatkovne ravni softverski definisanih mreža primjenom paradigme duboke mrežne programabilnosti na rekonfigurabilnom hardveru.
Zadaci istraživanja
Dostizanje postavljenog cilja istraživanja predviđeno je kroz izradu sljedećih zadataka:
- sistematičan pregled istraživanja u oblasti podatkovne ravni softverski definisanih mreža sa ciljem identifikacije faktora koji utiču na izmjene arhitekture paketskog čvorišta;
- sistematičan pregled postojećih softverskih, hardverskih i hibridnih arhitektura programabilnih paketskih čvorišta u softverski definisanim mrežama;
- izbor i/ili kreiranje metrike za ocjenu fleksibilnosti podatkovne ravni sa aspekta dubine programabilnosti paketskog čvorišta;
- kreiranje novog arhitekturalnog modela duboko programabilnog paketskog čvorišta;
- implementacija dobokog programabilnog paketskog čvorišta na FPGA baziranom razvojnom kitu;
- eksperimentalna verifikacija i validacija predložene arhitekture i diseminacija rezultata.
Očekivani rezultati istraživanja
Očekivani naučni i praktični rezultati istraživanja su:
- primjena autorske metrike pri sistematizaciji rezultata najnovijih istraživanja u oblasti podatkovne ravni u softverski definisanim mrežama;
- nova metrika za ocjenu fleksibilnosti podatkovne ravni u softverski definisanim mrežama sa aspekta dubine programabilnosti paketskog čvorišta;
- novi arhitekturalni model duboko programabilnog paketskog čvorišta kojim se može poboljšati fleksibilnost podatkovne ravni SDN-a;
- realizacija jezgri intelektualnog vlasništva (engl. IP cores) pogodnih za upotrebu na FPGA baziranim razvojnim sistemima;
- duboko programabilno paketsko čvorište implementirano na FPGA baziranom razvojom kitu.
Postignuti rezultati istraživanja
Objavljeni naučni radovi:
- E. Kaljic, A. Maric, P. Njemcevic and M. Hadzialic, “A Survey on Data Plane Flexibility and Programmability in Software-Defined Networking,” in IEEE Access, vol. 7, pp. 47804-47840, 2019. doi: 10.1109/ACCESS.2019.2910140
- E. Kaljic, A. Maric, M. Hadzialic, “A novel qualitative metric based approach to the improvement of data plane flexibility in software-defined networks,” 2019 18th IEEE International Conference on Smart Technologies IEEE EUROCON, Novi Sad, 2019
- E. Kaljic, A. Maric and P. Njemcevic, “An implementation of a deeply programmable SDN switch based on a hybrid FPGA/CPU architecture,” 2019 18th International Symposium INFOTEH-JAHORINA (INFOTEH), East Sarajevo, Bosnia and Herzegovina, 2019, pp. 1-6. doi: 10.1109/INFOTEH.2019.8717768
Implementacija duboko programabilnog paketskog čvorišta:
