Ethane: Taking control of the Enterprise (2007) 2016.05.11. 이강원

목차 1. Introduction 2. Overview of Ethane Design 3. Ethane in more detail 4. The POL-ETH Policy Language 5. Prototype and Deployment 6. Performance and scalability 7. Ethane’s shortcomings 8. Related work 9. Conclusions

1. Introduction Enterprise network는 보통 크고, 매우 다양한 application들과 protocol들에서 운영한다. 현재의 Enterprise network management는 비싸고 오류 발생률이 높다. Enterprise network 구조를 더 관리가 용이하도록 만들려면 어떻게 바꿀 수 있을까?  Ethane

1. Introduction Ethane의 세 가지 기본 원칙 ① Network는 high-level name (user, host, AP) 이상에서 선포된 policy들에 의해 운영될 것이다. ② Policy는 패킷들이 따라가는 경로를 결정할 것이다. ③ Network는 패킷과 패킷의 출처 사이에 강력한 binding을 적용할 것이다.

2. Overview of Ethane Design Central Controller - 모든 패킷들의 운명을 결정하기 위한 네트워크 policy를 포함 - Global 네트워크 topology를 알고 있으며, 허가된 flow를 위한 경로 계산을 수행 Ethane Switches - 간단한 flow table과 컨트롤러와 연결되는 보안 채널로 구성 - Flow table에 없는 패킷이 도착하면, 해당 패킷과 포트 정보를 함께 컨트롤러에게 전송 - Flow table에 있는 패킷이 도착하면, 해당 패킷은 컨트롤러의 지시에 따라서 전송

2. Overview of Ethane Design Registration Bootstrapping Authentication Flow Setup Forwarding

2. Overview of Ethane Design Registration - 모든 스위치, 사용자, 호스트들은 인증에 필요한 자격(credential)과 함께 컨트롤러에 등록된다. Bootstrapping - 스위치들은 스패닝 트리 생성을 통해 접속 가능성을 bootstrap하고, 컨트롤러로의 보안 채널을 생성한다. - 보안 연결이 설립되면 스위치는 link 상태 정보를 컨트롤러에게 전송한다.

2. Overview of Ethane Design Authentication - 사용자 A가 호스트 A로 네트워크에 합류 - 호스트 A가 컨트롤러에게 DHCP 요청 - MAC주소 확인 후, IP주소 할당 - 사용자 A가 web-form을 통해 인증

2. Overview of Ethane Design Flow Setup - 스위치 1이 컨트롤러에게 패킷을 전송 - 컨트롤러가 flow 경로를 계산 - 모든 스위치들의 flow table에 새로운 엔트리 추가

2. Overview of Ethane Design Forwarding - 컨트롤러가 스위치 1에게 패킷을 다시 전송 - 그 다음 패킷은 스위치에 의해 직접 전송되 고, 컨트롤러에 전송되지 않음

3. Ethane in more detail 일반적인 Ethane network - End-host들은 변경없이 Ethane switch 또 는 Ethane wireless AP를 통해 연결된다. - 새로운 Ethane switch를 추가할 경우, 컨트 롤러가 발견하여 topology를 파악할 수 있 어야 한다.

3. Ethane in more detail Ethane Switch, Ethernet Switch 비교 - Ethane Switch는 주소들을 기억하거나, VLAN을 지원하거나, Source 주소 spoofing을 확인할 필 요가 없다. - Forwarding Table, ACL, NAT 유지를 필요로 하지 않는다. - OSPF, ISIS, RIP과 같은 라우팅 프로토콜의 실행이 필요하지 않는다. - Ethernet Switch 내부의 Forwarding Table보다 훨씬 적은 용량의 Flow Table을 사용한다.

3. Ethane in more detail Controller - Authentication component는 registration database 에 저장된 자격(credential)을 이용해 사용자와 호스트 들을 인증한다. - Route computation은 flow route를 선택하기 위해 network topology를 사용한다. - network topology는 Switch manager에 의해 유지된다.

3. Ethane in more detail Controller - Registration  네트워크의 모든 Entity들은 반드시 등록되어야 한다. - Authentication  특정한 호스트 인증 매커니즘을 채택하지 않고 다중 인증 방법을 지원할 수 있다. - Tracking Bindings  주소, 물리적인 포트 사이의 모든 binding들을 추적할 수 있다. - Namespace Interface  네트워크 관리자, 감시자 등이 모든 인증, binding 정보를 이용 가능하게 한다. - Permission Check and Access Granting - Enforcing Resource Limits

4. The POL-ETH Policy Language Pol-Eth는 Ethane 네트워크에서 policy를 선언하기 위한 언어이다.

5. Prototype and Deployment 스탠포드 대학에서 300명 이상의 호스트들과 몇 백명의 사용자들을 대상으로 배치 전체 네트워크는 하나의 PC 기반 컨트롤러에 의해 관리 세 가지 다른 타입의 19개 스위치를 배치 - Ethane Wireless Access Point - Ethane 4-port Gigabit Ethernet Switch: Hardware Solution - Ethane 4-port Gigabit Ethernet Switch: Software Solution

6. Performance and scalability Frequency of flow-setup requests per second 초당 최대 750개의 flow 요청과 더불어 초당 보통 30~40개의 새로운 flow 요청이 나타남

6. Performance and scalability Flow-setup times as a function of Controller load 초당 최대 약 11,000개의 flow 요청이 발생하지만, 이런 경우에도 1.5ms 이내로 설정

6. Performance and scalability For LBL network For Stanford network LBL(로렌스 버클리 국립연구소) 네트워크 - 8,000 명의 호스트  처리되지 않은 flow의 최대 수는 초당 1,200개가 넘지 않음 Stanford 네트워크 - 20,000 명의 호스트  새로운 flow 요청이 초당 9,000개가 넘지 않음 하나의 컨트롤러가 20,000개 이상의 호스트를 가진 네트워크를 수월하게 관리할 수 있음

7. Ethane’s shortcomings Broadcast and Service Discovery - Broadcast discovery protocol들은 오버헤드 트래픽 생성을 통해 엔터프라이즈 네트워크에서 혼란을 초래한다. - Flow의 90% 이상이 오버헤드 트래픽이다. Application-layer routing Host A Host B Host C

7. Ethane’s shortcomings Knowing what the user is doing - 규격 외의 포트 번호를 사용하여 Ethane을 속일 수 있음 Spoofing Ethernet addresses - 사용자가 MAC 주소를 spoofing한다면, Ethane을 속여 End Host로 패킷을 전송하는 것 이 가능할 수 있다.

8. Related work Ethane은 data-plane을 간단하게 하고, control-plane을 중앙집권화하는 4D philosophy를 수용 모든 flow에 대한 결정을 컨트롤러가 함으로써, 하나의 컨트롤러를 업데이트하여 새로운 기능 및 동작을 추가할 수 있음

9. Conclusions Ethane의 중요한 이점은 네트워크의 혁신과 발전의 쉽게 이룰 수 있게 함 스위치를 간단하게 유지하고, 중앙 컨트롤러의 소프트웨어 업데이트를 통해 빠른 네트워크 개선 컨트롤러가 규모가 큰 네트워크에서도 충분히 지원 가능 중앙 컨트롤러를 통해 스위치가 똑똑하지 않고, 내부에 관리용 소프트웨어 없어도 충분히 좋은 성능을 발휘 Ethane 스위치는 현재의 이더넷 스위치와 라우터보다 상당히 간단하게 저전력으로 동작

감사합니다.