ترغب بنشر مسار تعليمي؟ اضغط هنا

تحسين استهلاك عرض الحزمة في الشبكات المعرفة بالبرمجيات

Improving BandWidth Utilization in Software Defined Networks (SDN)

1584   4   2   0.0 ( 0 )
 تاريخ النشر 2020
  مجال البحث الهندسة المعلوماتية
والبحث باللغة العربية
 تمت اﻹضافة من قبل Shamra Editor




اسأل ChatGPT حول البحث

تعد الشبكات المعرفة بالبرمجيات Software Defined Networks(SDN) النقلة النوعية في مجال الشبكات لكونها تفصل عناصر التحكم عن عناصر التوجيه، واقتصرت وظيفة عناصر التوجيه على تنفيذ القرارات التي ترسل إليها من المتحكم عن طريق بروتوكول التدفق المفتوح OpenFlow Protocol(OF) الذي يستخدم بشكل أساسي في SDN.نوضح في هذا البحث الاستفادة من المفهوم الجديد الذي قدمته الشبكات المعرفة بالبرمجيات، حيث تجعل إدارة الشبكة أسهل، فبدلاً من كتابة القواعد على كل جهاز، نقوم ببرمجة التطبيق الذي نريده في المتحكم، وتقوم أجهزة البنية التحتية بتنفيذ الأوامر الواردة إليها من المتحكم. ولكي نحقق أفضل أداء لهذه التقنية لا بد من تطبيق جودة الخدمة Quality of Service (QoS) ضمنها، حيث تشمل جودة الخدمة عدة معايير أهمها عرض الحزمة المستخدم والتأخير وخسارة البيانات والرجرجة (Jitter).ومن أهم هذه العوامل هو عرض الحزمة، لأنه من خلال تحسين هذا المعيار، يمكننا تحسين باقي المعايير الأخرى، لذلك نقدم في هذا البحث التحسين اللازم على المتحكم RYU لاستخدام عرض الحزمة بالشكل الأفضل، مما يحسن من جودة الخدمة في SDN.


ملخص البحث
تناقش الورقة البحثية تحسين استهلاك عرض الحزمة في الشبكات المعرفة بالبرمجيات (SDN) باستخدام المتحكم RYU. تشرح الورقة كيف تفصل SDN عناصر التحكم عن عناصر التوجيه، مما يسهل إدارة الشبكة. يتم تنفيذ القرارات من قبل أجهزة البنية التحتية بناءً على الأوامر الواردة من المتحكم عبر بروتوكول التدفق المفتوح (OF). لتحقيق أفضل أداء، يجب تطبيق جودة الخدمة (QoS) التي تشمل معايير مثل عرض الحزمة، التأخير، خسارة البيانات، والرجرجة. تركز الورقة على تحسين عرض الحزمة كعامل رئيسي لتحسين باقي المعايير. تم تنفيذ سيناريوهات باستخدام المحاكي Mininet وأداة Iperf لقياس عرض الحزمة. أظهرت النتائج فعالية الطريقة المقترحة في تحسين استهلاك عرض الحزمة، مما يحسن من جودة الخدمة في SDN.
قراءة نقدية
دراسة نقدية: تقدم هذه الورقة البحثية مساهمة قيمة في مجال الشبكات المعرفة بالبرمجيات من خلال التركيز على تحسين استهلاك عرض الحزمة باستخدام المتحكم RYU. ومع ذلك، يمكن أن تكون الدراسة أكثر شمولاً إذا تناولت تأثير تحسين عرض الحزمة على باقي معايير جودة الخدمة بشكل أعمق. كما أن استخدام سيناريوهات إضافية واختبار المتحكمات الأخرى مثل Floodlight يمكن أن يعزز من موثوقية النتائج. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تحسين الورقة من خلال تقديم تحليل اقتصادي لتكلفة تنفيذ الحل المقترح مقارنة بالفوائد المحققة.
أسئلة حول البحث
  1. ما هي الفائدة الرئيسية من استخدام الشبكات المعرفة بالبرمجيات (SDN)؟

    الفائدة الرئيسية هي فصل عناصر التحكم عن عناصر التوجيه، مما يسهل إدارة الشبكة وتحسين أدائها.

  2. ما هو الدور الذي يلعبه المتحكم RYU في تحسين استهلاك عرض الحزمة؟

    المتحكم RYU يقوم بتحسين استهلاك عرض الحزمة من خلال تطبيق آلية تضمن عدم حجز كامل عرض الحزمة لتدفق محدد، بل حسب الحاجة الفعلية.

  3. ما هي الأدوات المستخدمة في البحث لقياس عرض الحزمة؟

    تم استخدام المحاكي Mininet وأداة Iperf لقياس عرض الحزمة.

  4. ما هي المعايير الأساسية لجودة الخدمة (QoS) التي تم التركيز عليها في البحث؟

    المعايير الأساسية هي عرض الحزمة، التأخير، خسارة البيانات، والرجرجة.


المراجع المستخدمة
KARAKUS M.; DURRESI A. Quality of Service (QoS) in Software Defined Networking (SDN): A Survey. Journal of Network and Computer Applications (JNCA), 2016.
GHYAR, C.; SHAHADE M.; BAMB S.; MANKAR V. Basics of Quality of Services (QoS). IJSRST, Vol.4, Issue 7, 2018
ODOM, W.; HOGG, S. CCNA Routing and switching ICND2 200-105 Official Cert Guide. Cisco Press, USA, 2017,1452.
ASADOLLAHI S.; GOSWAMI B.; SAMEER M. Ryu Controller’s Scalability Experiment on Software Defined Networks .IEEE International Conference on Current Trends in Advanced Computing (ICCTAC), 2018
قيم البحث

اقرأ أيضاً

إن الشبكات الحاسوبية التقليدية الحالية تأخذ منحى أن تكون معقدة أكثر نظراً لمتطلبات المستخدمين المتزايدة باستمرار. الشبكات المعرفة بالبرمجيات SDN هي نموذج جديد لتسهيل إدارة الشبكة وجعلها قابلة للبرمجة من خلال فصل مستوى التحكم عن مستوى التوجيه (المتضمن الموجهات والمبدلات). في هذا النموذج يتم استخدام متحكم مركزي لإدارة مستوى التحكم ويتم التفاعل بين المتحكم وبين مستوى التوجيه من خلال بروتوكول معياري OpenFlow. هناك العديد من المتحكمات المستخدمة حالياً, منها على سبيل المثال لا الحصر POX, Ryu, ONOS, و OpenDaylight. السؤال المهم والمطروح بشدة هو أي من المتحكمات العديدة هو الأفضل لنستخدمه في شبكتنا خلال تصميمها ويكون مناسباً لأهداف شبكتنا؟؟ للإجابة على هذا السؤال قمنا باقتراح طريقة اتخاذ قرار في هذه الورقة. بدايةً, تم اختيار أربعة متحكمات بالإضافة لتحليل خمسة معايير من أجل جمع خصائص هذه المتحكمات. من ثم, قمنا بتطبيق طريقة اتخاذ القرار المتعدد الخصائص (TOPSIS) من أجل ترتيب هذه المتحكمات واختيار الأفضل بينها. عند تطبيق هذه الطريقة قمنا بإجراء دراسة مقارنة من أجل تقييم أداء تلك المتحكمات ضمن بيئة شبكية محلية LAN وتم اختيار المتحكم Ryu كأفضل متحكم مناسب بالاستناد للمعايير المتبعة في هذه الوقة.
أظهرت تقنية الشبكات الضوئية المعتمدة على Automatically Switched Optical Network (ASON)\Generalized Multi-Protocol Label Switching (GMPLS) وثوقية عالية في الآونة الأخيرة، إلاَّ أنّ مسألة التحكم الموحد في الشبكات الضوئية أمست ضرورةً مُلحّة لتغطية المش اكل الناتجة عن التحكم المنفصل بين طبقات الشبكة الضوئية المختلفة. وقد حققت محاولة تطبيق التحكم الموحد المستند إلى GMPLS في شبكات بروتوكول الانترنت/التنضيد بتقسيم طول الموجة المكثفInternet Protocol /Dense Wavelength Division Multiplexing (IP/DWDM) نتائجاً مرضية لكنها عكست تعقيداً كبيراً عند التشغيل في الزمن الحقيقي. من ناحية أخرى، يتم طرح مستوى تحكم OpenFlow كحل واعد ليكون مستوى تحكم موحد في مثل هذه الشبكات، لكنه ليس فعّالاً بدرجة كافية للتحكم في عقد التبديل الضوئية حتى الآن. لذلك، كخطوة وسيطة نحو مستوى تحكم موحد UCP يستند كليّاً إلى البروتوكولOpenFlow ، فإنّ الخيار المنطقي في الوقت الحالي هو تقديم مستوى تحكم التشغيل البيني OpenFlow/GMPLS القادر على استخدام GMPLS للتحكم في الطبقة الضوئية والتنسيق الديناميكي بين طبقة IP والطبقات الضوئية. يُقدم هذا البحث تطبيقاً عمليّاً لحلول التشغيل البيني (المتوازي والمتراكب والمتكامل) لمستويات التحكم GMPLS وOpenFlow المطبّقة على الشبكة الضوئيّة ASON المركّبة في المنطقة الجنوبية من سوريا. وقد أظهرت النتائج بأن الحل المتكامل للتحكم الموحد يتفوق على الحلول المتوازية والمتراكبة من حيث زمن التأخير الكلي لتوفير المسار في الشبكة الضوئيّة Overall path provisioning latency (OPPL)، على حساب التعقيد العالي للتصميم ومعالجة الحمل داخل المتحكم.
تعد الشبكات المعرفة برمجيا" SDNواحدة من أكثر أنواع الشبكات تأثيرا" في تكنولوجيا المعلومات والاتصالات مقارنة بجميع تكنولوجيات الشبكات التقليدية التي يوجد فيها الكثير من التحديات، كما تعدّ شبكات SDN من أكثر الحلول الواعدة للإنترنت في المستقبل وتوفر بن ية تحتية قوية للشبكات بمواصفات عالية وتكلفة منخفضة، وتمثل مستقبل الجيل القادم لهندسة الشبكات بسبب سهولة تقسيم الشبكات وبرمجتها ومراقبتها، والتحكم فيها وإدارتها من خلال وحدة تحكم مركزية، كما إنّ فصل مسارات التحكم عن مسارات تمرير البيانات في شبكات SDN، يسهّل عملية إدارة وتطوير الشبكات، حيث تستخدم هذه التقنية حاليا" في مراكز البيانات والشبكات اللاسلكية، كما تعد حلا" للكثير من المشاكل التي تواجهها الشبكات التقليدية. تتميز شبكات SDN بالديناميكية الكافية للتعامل مع الظروف المختلفة للشبكة، ويعدّ المتحكم أحد أهم مكوناتها ويعتبر المكون الأذكى في الشبكة، ونظرا" لأهمية اختيار المتحكم المناسب حسب البارامترات والظروف المختلفة لشبكة SDN، قمنا في هذا البحث بإجراء تحليل لخصائص الشبكات المعرفة برمجيا"، و اعتمد التحليل على مقارنة شبكات SDN بوجود متحكم وحيدOpenDaylight (ODL) مع عدة متحكمات ODL، تم اختيار المتحكم ODL كونه يعدّ من المتحكمات الشهيرة ويتميز عن غيره بأنه مفتوح المصدر ويحتوي على datastore موزعة ومصمم ليناسب بيئة مراكز البيانات، مع الأخذ بعين الاعتبار بروتوكول OpenFlow المدعوم على الواجهة الجنوبية من قبل هذا المتحكم، ويتضمن البحث محاكاة لطبولوجيا الشبكات المعرفة برمجيا" باستخدام المحاكي Mininet، كما تم تحليل السيناريوهات والمعاملات المختلفة مثل معدل البيانات وتأخير الرزم والإنتاجية من خلال الأداة D-ITG.
يؤثر عرض الحزمة المتاحة تأثيراً لا يستهان به في أداء كثير من التطبيقات التي تعمل عبر الشبكات الحاسوبية، خاصة تلك الحساسة للتأخير مثل نقل الصوت و الصورة عبر الإنترنت. لذلك اهتم العديد من الباحثين بقياس عرض الحزمة المتاحة، و تقديم أدوات عملية لقياسه. ندرس في هذا البحث إمكانية قياس عرض الحزمة المتاحة عبر بناء عدد من رزم السبر و إرسالها و استقبالها تشكل بمجموعها قطار سبر، بفواصل زمنية محددة بين تلك الرزم. يقاس الزمن الفاصل بين رزم السبر قبل إرسالها، و بعد استقبالها، ثم يقدر عرض الحزمة المتاحة للمسار الذي عبرته رزم السبر. تعد خوارزمية القياس التي نعتمدها سهلة التطبيق و شفافة على الشبكة. يمكن للتطبيقات استخدام هذه الطريقة لمعرفة عرض الحزمة المتاحة قبل أن تتبادل أية معطيات عبر الشبكة.
تعد عملية التخطيط بين عناوين الطبقة الثالثة (IP) والطبقة الثانية (MAC) المفتاح الرئيسي في شبكات IP، وذلك من خلال بروتوكول دقة العناوين ARP في شبكات IPv4. بما أن هذا البروتوكول غير مستقر ولا يستخدم أي آلية للمصادقة فإنه يعد هدفاً سهلاً لهجمات الخداع. قد تؤدي هذه الهجمات بدورها إلى هجمات أعقد مثل هجوم الرجل في المنتصف MIM وهجوم حجب الخدمة DoS. ناقشنا في هذا البحث مشكلة هجوم خداع البروتوكول ARP من خلال الدراسة في سياق الشبكات المعرفة بالبرمجيات SDN. دُرست مجموعة من البارامترات الهامة مثل الإنتاجية والتأخير وتوافرية الشبكة. بينت النتائج أن هجمات خداع البروتوكول ARP قادرة على التأثير سلباً على أداء الشبكة.

الأسئلة المقترحة

التعليقات
جاري جلب التعليقات جاري جلب التعليقات
سجل دخول لتتمكن من متابعة معايير البحث التي قمت باختيارها
mircosoft-partner

هل ترغب بارسال اشعارات عن اخر التحديثات في شمرا-اكاديميا