FAST Magellan:高级软件定义网络编程

There are many issues in existing software-defined networking (SDN), including the lack of high-level abstraction for hardware details, the redundancy of information, the inefficiency of network application due to the network dynamics. In this proposal, we propose to tackle these issues by studying the following three components: (1) a programming language for SDN with high-level abstraction.On the one hand the detail information of underlying hardware device need a higher level in the programming Abstract, on the other hand we need to smallest package in programming of the underlying information. (2) a set of efficient program analysis and multi-table data path generation tools. We analyze the application program and transform to flow table item on data send client, and develop multi-level network state information storage and cache structure based on user application program and instance, while guarantee the minimal execution time of parallel scheduling of the application program; and (3) a correct, efficient runtime for automatic system state tracking and update. We automatically trace the data source and information flow in a dynamic way, and implement a correct and parallel runtime networking restore state, while guarantee the minimal execution time and system consistency of the multi-level resource scheduling. Eventually we will integrate these three components into a simple, efficient SDN programming model, which solves all aforementioned issues in SDN programming.

现有软件定义网络存在底层信息抽象层次低，且网络状态的动态变化影响程序正确执行等诸多问题。本研究拟从三个方面来进行研究，从而解决上述的问题：（1）软件定义网络高级编程语言的更高层次的封装和抽象。一方面针对底层设备硬件细节在编程方法中进行更高层次的抽象，另一方面在编程中对底层信息进行最小的封装。（2）高效的分析和自动化生成多流表的编译工具。一方面对应用程序通过分析生成数据转发端流表项，另一方面建立基于用户应用程序及实例的多层次网络状态信息存储与缓存结构，同时实现保证最短完成时间的应用程序实例的并行调度。（3）正确有效的运行时系统状态自动更新和跟踪分析。一方面自动对数据出处和信息流分析进行精确动态跟踪，另一方面实现正确、并行化的运行时网络状态复位，从而保证最短完成时间和系统一致性的多层多阶段资源调度。最后本课题将把三个研究成果综合，并实现一个高效的、简单的软件定义网络控制模型。

针对现有软件定义网络存在底层信息抽象层次低，且网络状态的动态变化影响程序正确执行等诸多问题。本课题从三个方面来进行研究并取得相应成果：（1）软件定义网络高级编程语言的封装和抽象。一方面针对底层设备硬件细节在编程方法中实现了对现有可编程网络的高层次抽象trident系统，另一方面建立了高层的抽象视图可以全局来进行管理，并设计了路由代数实现高级可编程网络的语言抽象。（2）分析和自动化生成多流表的编译工具。针对分析和自动生成多流表问题，研究设计了Magellan系统来解决多表流水线编译问题。针对网络吞吐量的三个预测反应流量：动态吞吐量，异构反应性控制机制和源限制流，设计实现了Prophet系统来进行网络吞吐量的动态预测。（3）正确有效的运行时系统状态自动更新和跟踪分析。一方面设计并实现了更新代数来进行多级更新的增量更新和跟踪，另外一方面设计了分布式的数据平面更新管理模型实现了对运行时系统的正确有效的快速跟踪和分析。最后本课题将把三个研究方面的成果综合，实现了一个高效的、简单的软件定义网络控制模型。