I n t ern a t i o n a l  J o u rn a l  o f  E l ect ri ca l  a n d  C o m p u t er E n g i n eeri n g  ( I J E C E)   V o l.   8 ,  No .   5 O c t obe r   20 1 8 ,  p p.  30 84~ 3 091   I S S N :  2088 - 8708 D O I :  10. 11 591/ i j ece . v8 i 5 . pp 308 4 - 3091          3084       Jou r n al  h om e p age h ttp : //ia e s c o r e . c o m/ j our nal s / i nde x . php/ I J E C E   L o a d B a la nce in  Da t a  Cent er S DN  Net w o rk s       T a r i q E m a d A l i 1 ,  A m eer H u s s ei n  M o ra d 2 ,   M o ha m m e d A .  A bda l a 3   1, 2 D ep ar t m e nt  of  I nf or m a t i on a nd  C om m uni c a t i on  E ng i ne e r i ng ,  B a g hda d U ni v e r s i t y Ira q   3 D ep ar t m e nt  of  E l e c t r oni c  a n d C o m m uni c a t i on E ng i ne e r i ng ,  U ni v e r s i t y  o f  A L  H us s a i n ,  Ira q       A rt i cl e I n f o     AB S T RAC T     A r tic le  h is to r y :   R ecei v ed   O c t 2 8 ,  201 7   Re v i se d   J a n 3 1 ,  2 01 8   A ccep t ed   S e p 14 ,  2 01 8       I n t he  l a s t  t w de c a de s ,  ne t w or k s  ha be e n c ha ng e d a c c or di ng  t o  t he  r a pi d   ch an g i n g  i n  i t s  r eq u i r em en t s .   T h e cu r r en t  D at a C en t er  N et w o r k s   h av e l ar g e   num be r  of  hos t s  ( t e ns  o r  t ho us a n ds )  w i t h s pe c i a l  ne e ds  of  ba n dw i dt h  a s  t he   c l oud  ne t w or k  a nd t he  m ul t i m e di a   c ont e nt  c om put i ng  i s  i nc r e a s e d.  T he   co n v en t i o n al  D at a C en t er  N et w o r k s  ( D C N s )  ar e h i g h l i g h t ed  b y  t h e  i n cr eas ed   num be r  of  us e r s  a nd ba n dw i dt h r e qui r e m e nt s   w hi c h i n t ur ha v e   m a n y   im p le m e n ta tio n  lim ita tio n s .   T h e   c u r r e n t n e tw o r k in g  d e v ic e s   w ith  its  c o n tr o l   a nd f or w a r di ng  pl a ne s  c oup l i n g  r e s ul t  i n ne t w or k  a r c hi t e c t ur e s  a r e  not   s ui t a bl e  f or  dy na m i c  c o m put i n g  a nd s t or a g e  ne e ds .   S of t w a r e  D e f i ne ne t w or k i ng  ( S D N )  i s  i nt r od uc e d t o c ha ng e  t hi s  not i on of  t r a di t i o na l  ne t w or ks   by  de c oupl i ng  c ont r ol  a n d f or w a r di ng  pl a n es .  S o ,  d u e t o  t h e r ap i d  i n cr eas e i n   t he  num be r  of  a ppl i c a t i ons ,  w e bs i t e s ,  s t or a g e  s pa c e ,  a nd s om e  o f  t he  ne t w or r e s our c e s  a r e  be i ng  unde r ut i l i z e d due  t o s t a t i c  r out i ng  m e c ha ni s m s .   T o   o v er co m e t h es e l i m i t at i o n s ,  a S o f t w ar e D e f i n ed  N et w o r k  b as ed  O p en f l o w   D at a C en t er  n et w o r k  ar ch i t ect u r e i s  u s ed  t o  o b t ai n  b et t er  p e r f o r m an ce   p ar am et er s  an d  i m p l e m en t i n g  t r af f i c l o ad  b al an ci n g  f u n ct i o n .  T h e l o ad   b al an ci n g  d i s t r i b u t es  t h e t r af f i c  r eq u es t s  o v er  t h e co n n ect ed  s er v er s ,  t o   di m i ni s h ne t w or k  c ong e s t i ons ,  a nd r e d uc e  u n d e r u tiliz a tio n  p r o b le m   o f   s e r v e r s .   A s  a  r e s ul t ,  S D N  i s  de v e l ope d t o a f f or m or e  e f f e c t i v e  c onf i g ur a t i on,   e nha nc e pe r f or m a nc e ,  a nd m or e  f l e x i bi l i t y  t o de a l  w i t h h ug e  ne t w or d e si g n s.   Ke y wo rd :   AP I   D CN   L D   O pe n  da y  l i gh t   O p e n  fl o w   S DN    C opy r i g ht   ©  201 8   I ns t i t ut e  o f  A d v anc e d E ngi ne e r i ng  an Sc i e nc e   A l l  ri g h t s re se rv e d .   Co rre sp o n d i n g  Au t h o r :   T a r i q  E m a d   A li,     D ep ar t m e nt  o f  o f  I n f o r m a t i o a nd  c o m m u ni c a t i o n E n gi ne e r i ng,   B a ghd a d  U ni ve r s i t y,   A l - J ad r i a,  B ag h d ad ,  I r aq .   E m a il:  ta r iq e m a d @ g m a il. c o m       1.   I NT RO D UCT I O N     S o c ia m e d ia ,   m o b ile  d e v ic e s ,  a n d  c lo u d  c o m p u ti n g  a r e  p u s h in g  tr a d itio n a l n e t w o r k s  to  t h e ir  li m its .   C o m p u te  a n d  s to r a g e   h a v e  b e n e f ite d  f r o m  i n c r e d ib le  in n o v a tio n s  i n  v ir t u a liz a t io n  a n d  a u to m a tio n ,  b u th o s e   b en ef i t s  ar e co n s t r ai n ed  b y  l i m i t at i o ns  i n t he  ne t w o r k.   A d m i ni s t r a t o r s   m a y s p i up  ne w   c o m p ut e  a nd  s t o r a ge   i ns t a nc e s  i m i n ut e s ,  o nl y t o  b e  he l d  up   f o r   w e e ks  b y r i gi d  a nd  o f t e nt i m e s   m a nua l   n e t w o r k  o p e r a t i o ns .   S o f t wa r e - d ef i n ed   n et w o r k i n g   h as   t h p o t en t i a l   t o   r ev o l u t i o n i ze  l e g ac y   d at ce n t er s   b p r o vi d i ng  a   f l e xi b l e   w a y  t o  co n t r o l  t h e n et w o r k  s o   i t  can   f u n ct i o n   m o r e l i k e t h e v i r t u al i zed  v er s i o n s  o f  co m p u t e  an d  s t o r ag e t o d a y .   T h e g o al  o f  S o f t w ar e - D e f i ne d  N e t w o r ki ng  i s  t o  e na b l e  c l o ud  a nd   ne t w o r k  e ngi ne e r s  a nd  a d m i ni s t r a t o r s  t o   r e s p o nd  q ui c kl y t o  c ha n gi n g b us i ne s s  r e q ui r e m e nt s  vi a  a   ce n t r al i zed  co n t r o l  co n s o l e.     S D N  en co m p as s es   m u l t i p l e k i n d s  o f  n et w o r k  t ech n o l o g i es  d es i g n ed  t o  m a k e t h e n et w o r k   m o r e   f le x ib le  a n d  a g ile  to  s u p p o r t   th e   v ir t u a liz e d   s e r v e r  a n d  s to r a g e  i n f r a s tr u c tu r e  o f   th e   m o d e r n  d a t a ce n t er  a n d   S o f t w a r e  d e f i ne d  ne t w o r ki ng   w a s  o r i gi na l l y  d e f i ne d  a n a p p r o a c h t o d e s i gni ng,  b ui l d i ng,  a nd   m a na gi n g   n e t w or ks  t h a t  s e pa r a t e s  t h e   n e t w or k’ s  c on t r ol  ( br a i n s )  a n d f or w a r di ng  ( m u s c l e )  pl a n e s  e na bl i n g   t h e   n e t w or c on t r ol  t o be c om e  di r e c t l y  pr og r a m m a b l e an d  t h u n d er l y i n g  i n f r as t r u c t u r e t o  b e ab s t r act ed  f o r  ap p l i cat i o n s   an d  n et w o r k  s er v i ces  [ 1 ] .  S o f t w ar e - de f i n e n e t w or ki ng   pr ov i de r s  of f e r  a   w i de  s e l e c t i on  of  c o m pe t i ng  ar ch i t ect u r es ,  b u t  at   i t s   m o s t  s i m p l e,  t h S o f t w ar D ef i n e d  N et w o r k i n g   m e t h o d  ce n t r a l iz e s  c o n tr o l  o f   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g     I S S N :  2088 - 8708       L oad B al a nc e  i n D at a C e nt e r  SD N  N e t w or k s   ( T ar i q E m ad A l i )   3085   n e t w o r k  b y  s e p a r a tin g  th e  c o n tr o l lo g ic  to  o f f - d ev i ce co m p u t er  r es o u r ces .   A l l  S D N   m o d el s  h a v e s o m e   v e r s i on  o f  a n  S D N  C ont r ol l e r ,  a s   w e l l  a s  s ou t h boun d A P I s  a n d n or t h bou n A P I s .  S D N  O f f e r i n g   a   cen t r al i zed ,  p r o g r a m m ab l n e t w o r k  t h at  ca n   d yna m i c a l l y p r o vi s i o s o  a s  t o  a d d r e s s  t he   c ha n gi ng  ne e d s  o f   b u si n e s se s,  so f t w a r e - de f i n e   n e t w or ki ng  a l s o pr ov i de s  t h e  f ol l o w i n g  be n e f i t s :  [ 2]   a.   D i r ect l y   P r o g r a m m ab l e:     N et w o r k   d i r ect l y   p r o g r a m m ab l b ecau s t h co n t r o l   f u n ct i o n s   ar d ec o u p l ed   f r o m  f or w a r di ng   f un c t i ons .  W h i c h  e n a bl e  t h e  n e t w or k  t o be   pr og r a m m a t i c a l l y  c onf i gu r e d by  pr opr i e t a r y   or  ope n  s ou r c e  a u t o m a t i on  t oo l s   b.   C en t r al i zed  M a n ag e m e n t :   N e t w o r k  i n t el l i g e n ce i s  l o g i cal l y  cen t r al i zed  i n  S D N  co n t r o l l er  s o f t w ar e t h at   m ai n t ai n s  a  g l o b al  v i e w  o f  t h e n et w o r k ,   w hi c h  a ppe a r s  t o a ppl i c a t i on s  a n d pol i c y  e ng i ne s  a s  a  s i ng l e ,   lo g ic a l s w i tc h .   c.   R ed u ce C ap E x :  S o f t w ar e D e f i n ed  N et w o r k i n g  p o t en t i al l y  l i m i t s  t h e n eed  t o  p u r ch as e  p u r p o s e - b u ilt,   A SI C - b as ed  n et w o r k i n g  h ar d w ar e,  an d  i n s t ead  s u p p o r t s  p ay - as - yo u - g r o w  m ode l s   d.   R ed u ce O p E X :  S D N  e n ab l es   al g o r i t h m i c co n t r o l  o f  t h e n et w o r k  o f   n et w o r k  el e m e n t s  ( s u ch  as  h ar d w ar o r   s o f t w ar s w i t c h es   /   r o u t er s   t h at  ar i n cr eas i n g l y   p r o g r a m m ab l e,   m a k i n g   i t   eas i er   t o   d es i g n ,   d ep l o y ,   m an a g e,   an d  s cal n et w o r k s .   T h ab i l i t y   t o   au t o m at p r o v i s i o ni ng  a nd   o r c he s t r a t i o o p t i m i z e s   s e r vi c e   av ai l ab i l i t y  an d  r el i ab i l i t y  b y  r ed u ci n g  o v er al l   m an a g e m en t  t i m e an d  t h e ch a n ce  f o r  h u m a n  er r o r .   e.   D e liv e r   A g ilit y   a n d   F le x ib ilit y S o f t w a r e   D e f in e d   N e t w o r k in g   h e lp s   o r g a n iz a t io n s   r a p id l y   d e p lo y   n e w   a p p lic a tio n s ,   s e r vi c e s ,  a nd  i n f r a s t r uc t ur e  t o  q ui c kl m e e t  c ha ngi n g b us i ne s s   go a l s  a nd  o b j e c t i ve s .   f.   E n ab l e I n n o v at i o n :   S D N  en ab l es  o r g an i zat i o n s  t o  cr eat e n e w   t y p es  o f  ap p l i cat i o n s ,  s er v i ces ,  a n d   b u s i n es s   m o d el s  t h at  can  o f f er  n e w  r ev e n u s t r ea m s  an d   m o r e v al u f r o m  t h ne t w o r k.   I n   2014  B a s h e e r   a n B a s s a m   [   3]   pr e s e n t e m a ny   c o m pon e n t s   o f   s o f t w a r e   pr og r a m s   w hi c h   w e r e   t es t ed  b y  r es ear c h er s  t o  s i m p l i f y  t h e s el ect i o n  o f  t h e p r o p er  c o n t r o l l er  i n  O p en f l o w  r el at ed   p r o j ect s .    T h e t es t s   s h o w   t h at   t h er ex i s t s   d i f f e r en ce  i n   t h co n t r o l l er ' s   p er f o r m an ce   an d   ap p l i cat i o n s   t h at   s u p p o r t   O p en f l o w   v e r s i ons  ( 1. 0)  a n d ( 1. 3) .   I n  2015 M a v j e e n  a n d   A dr a s h bi  [  4]  i m pl e m e nt e d di f f e r e nt  s c e n a r i os  us i ng   M i ni n e t   to  m a k e  lo a d  b a la n c in g  u til i z a tio n  in  a  d a ta  c e n te r  n e t w o r k .   I n  th e ir  i m p le m e n ta tio n   t he  t hr o ug hp u t ,   b an d w i d t h  an d  d el a y   w er e co m p ar ed  u s i n g   f o u r  d i f f er en t   s cen ar i o s  b as ed  o n  ch an g i n g  t h e q u eu e t i m w h i c h   r e s ul t s  i n  i nc r e a s i n g t he  t hr o u ghp ut  a nd  b a nd w i d t w h e n t h e  q ue ue  t i m e  i nc r e as ed   w h i l e t h e d el a y  d ecr eas es .   A l s o i n  2015  E .  S i l v a ,  G .   P a nt uz a  [ 5 ]  i m p l e m e nt e d  a  d yn a m i c  l o a d  b a l a nc i ng  us i n g S D N .   I n t he i r   w o r k a   S of t w a r e  D e f i n e d N e t w or k   w a s  i m pl e m e n t e d  t o i m pr o v e  e f f i c i e n c y  b y  us i n g P O X  c on t r ol l e r  a n s i ng l e   s w itc h   n e t w o r k   c o n s i s te d   o f   t w o   s e r v e r s   a n d   f o u r  c lie n ts .     T h e   tr a f f ic   w a s   d is tr ib u t ed   b y   l o ad   b al an ci n g   a l g or i t hm   w hi c h   w a s  t h e  R ound R obi n  be t w e e n  t h e   s e r v e r s  a n d t h e  r e qu e s t i ng  c l i e n t s .      I n  2 0 1 6  S .  K .   A s k ar  [ 6 ]  p r o p o s ed  a r es ear ch  o n   A d ap t i v L o ad  B al an ci n g  S c h e m f o r   D at a C e n t er   N e t w or k s  U s i ng  S of t w a r e  D e f i n e d N e t w or k .  H e  pr opos e s   a n e w   m ec h an i s m  t o  co n d u c t  l o ad   b al an ci n g  f o r   da t a  c e n t e r   n e t w or k s  i n or de r  t o i m pr ov e  t h e i r  e f f i c i e n c y .  H e  c h oos e s  a  s pe c i f i c   k i n d o f   n e t w or k t opol ogy  t h e   o n e cal l ed  F a t - t r ee  n et w o r k  t o p o l o g y .   t h e  r es u l t s  s h o w ed   0 %  l o s s  r at e co m p ar ed  t o  a  l o s s  r at e t h at   r an g ed   f r o m  1 5 %  t o  3 4 %   w h e n   u s i n g  t h t r ad i t i o n al   n et w o r k ,   w h er eas  i n  t h s eco n d  s ce n ar i o ,  t h e r es u l t s   s h o w ed  a   l os s  r a t e  i m pr ov e m e n t  t h a t  r a ng e s  be t w e e n  58%  a n d 81%  de pe n di n g on  t h e  a m oun t  o f  c ont e n di ng  t r a f f i c  a n d   th e  a d d itio n a l tr a f f ic  b e y o n d  lin k s  c a p a c i t y .  I n  t e r m  of   t h r ou gh put ,  h os t s   u t i l i z i ng  t h e  pr opos e d s c h e m e   m a i nt a i ne d  t he  s a m e  l e ve l  o f   t hr o u ghp ut   w i t ho ut  a n y d e gr a d a t i o w he ne w  f l o w s  j o i ne d  t he  ne t w o r k a nd   a d d e d   a d d itio n a tr a f f ic   i n   t h e   f ir s t s c e n a r io .   O n  t h e   o th e r   h a n d ,   h o s t s   t h a u til iz in g   th e   tr a d itio n a s c h e m e   und e r w e nt   f r o m  a  r e m a r ka b l e   r e d uc t i o n i n t he i r  t hr o u g hp ut ,   t he  o ve r a l l  r e d uc t i o n i n t he  t hr o ug hp ut   hi t s   m o r e   t h an  5 M b p s ,   w h er eas   f o r  t h s eco n d  s ce n ar i o ,  t h e  p r o p o s ed  s ch e m e o u t p er f o r m s  t h e t r ad i t i o n al   m ec h an i s m ,   w h er eas  t h e i m p r o v e m e n t  i n  t h r ou gh put  r e c or de d a m oun t s  t h a t  r a ng e  be t w e e n  4. 2%  a n d 16. 6% .   I n 2 0 1 7  S .  W a ng a nd  J .  L uo   [ 7]  pr opos e d a   r e s e a r c h  on  R a ndom i z e L oa d - b al an ced  R o u t i n g  f o r   F at - t r ee.   T h ey   p r es en t   a   s i m p l a n d   e f f ect i v e   l o ad - b al an ced   r o u t i n g   s c h e m cal l ed   D R B   f o r   f at - t r e e   ne t w o r ks ,   w h i c h  i n co r p o r at es  t h e r an d o m i zed  l o ad - b al an ci n g  t ech n i q u e cal l ed  T T C  i n t o  t h e d et e r m i n is t ic  D - mo d - r o u t i n g  s c h e m e.  T T C  u s es  a t h r es h o l d  t o  ef f ect i v el y  r ed u ce  t r af f i c r ed i r ect i o n  o p er at i o n ,  w h i c h  co n t r i b u t e s  t o   e ve nl y d i s t r i b ut i n g t r a f f i c  a m o ng  up l i nk s  a nd  d o w n l i nk s .  T he  e xp e r i m e nt a l  r e s ul t s  s ho w   t ha t  D R B  s uc c e e d s   t o  ach i ev e l o w - le v e ls   o f  p a th  c o llis io n  i n  t h e  f lo w   m o d e a n d  lo w  a v e r a g e  a n d  ta il la te n c y  i n  t h e  p a c k e t   m o d el .  T h eo r et i cal  r es u l t s   s h o w   t h at  t h e p er f o r m a n ce o f  T T C  i n  b al a n ced  al l o cat i o n   i s   s i m i l ar  t o   t h at  o f   t h e   t wo - ch o i ce t ec h n i q u e.   A l s o i n  2017 J .  S a i s a g a r  a n d P r a s h a n t  K ot h ar i  D .  [ 8 ]  p r o p o s ed  a r es ear ch  o n  ‘ S d n  en ab l ed  p ack et   b as ed  l o ad - b al an ci n g  ( p l b )  t ech n i q u e i n  d at a  cen t er  n et w o r k s .  T h e y  p r es e n t  a s t r at eg y  t o  s o l v e t h e l o ad   b al an ci n g  i s s u e i n  S D N  b as ed  D at a C e n t er  n e t w o r k s .  T h e y   cr eat ed  t h e f at - t r e e  t opol ogy  i n  a  vi r t u al  n et w o r k   w i t h   t h h el p  o f  M i n i n et .  T h ey  i m p l e m en t ed  p ac k et  b as ed  l o ad  b al an ci n g  t ec h n i q u e t o  r e d i r ect  t h e t r a f f i c t o   d i f f er e n t  s w i t ch e s  b y  s et t i n g  a  t h r es h o l d .  T h e y  f o u n d  t h at  t h e p ack et s  t r an s f er r ed  f r o m  o n e s w i t ch  t o  an o t h er   s w i t c w i t ho ut  a n y p a c ke t  l o s s  ( i . e.  0 %  p ack et  l o s s )  t h er eb y  b al an ci n g  t h e l o ad  o f  o n e c o r e s w i t c h   w i t h  t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   20 88 - 8708   In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g ,   V o l.   8 , N o 5 O c t obe r  20 18   :   308 4   -   3091   3086   o t he r .   I n  t h i s  p ap er  p r es en t  t h e l o ad  b al an ce  m et h o d s  ( L D )  i n  S D N  d at ace n t er   ( D C )   n et w o r k   u s i n g  O p en   D a y l i g h t  co n t r o l l er  an d  t es t  t h e p er f o r m a n ce o f  t h e D C   n et w o r k .       2.   O P EN F LO W   P RO T O CO L   O pe n F l o w   ( O F )   pr ot oc ol   i s   c on s i de r e on e   of   t h e   f i r s t   s of t w a r e - d e f i ne d   ne t w o r ki ng  ( S D N )   s ta n d a r d s .  I t o r ig in a ll y  d e f in e d  th e  c o m m u n ic a t io n  p r o to c o l in  S D N  e n v ir o n m e n t s  th a t  e n a b le s  th e  S D N   C o n tr o lle r  to   d ir e c tly   i n te r a c t   w it h  th e   f o r w a r d i n g  p la n e   o f   ne t w o r k d e vi c e s   s uc a s  s w i t c he s   a nd   r o ut e r s ,   bot h   phy s i c a l   a n v i r t u a l   ( hype r v i s or - b as ed ) ,   s o   i t   can   b et t er   ad ap t  t o   ch an g i n g   b u s i n e s s   r eq u i r e m en t s .   A n   S D N  C o n tr o lle r  in  S D N  is  t h e  “ b r a i n s  o f  t h e  S D N   n e t w o r k ,  r e la y in g  in f o r m a tio n  t o   s w itc h e s /r o u te r s   be l o w  ( v i a   s ou t h boun A P I s )  a n d t h e  a ppl i c a t i ons  a n d  bu s i n e s s  l o g i c   a bov e  ( v i a  n or t h boun A P I s ) .   R ecen t l y ,  a s  o r g a n i zat i o n s  d e p l o y   m o r e S D N   n et w o r k s ,   S D N  C o n t r o l l er s   h av e b ee n  t a s k ed   w i t h   f ed er at i n g   b e t w e e n S D N   C o nt r o l l e r  d o m a i ns ,   us i ng c o m m o n a p p l i c a t i o n i n t e r f a c e s ,  l i ke  O p e nF l o w  a nd  o p e n vi r t ua l   s w i t c h  da t a ba s e  ( O V S D B )  [ 9] .  T o w or k i n  a n  O F  e n v i r onm e n t ,  a ny  de v i c e  t h a t   w a n t s  t c om m uni c a t e  t o a S D N  C o n tr o lle r   m u s t s u p p o r t th e  O p e n F lo w  p r o to c o l.  T h r o u g h  t h is   in te r f a c e ,  t h e  S D N  C o n tr o lle r  p u s h e s   d o wn   c ha nge s  t o  t he  s w i t c h/ r o ut e r  f l o w - ta b le  a llo w i n g  n e t w o r k  a d m i n i s tr a to r s  to  p a r tit io n  tr a f f ic ,  c o n tr o f lo w s   f o r  o p tim a l p e r f o r m a n c e ,  a n d  s ta r t te s ti n g   n e w  c o n f i g u r a tio n s  a n d  a p p lic a tio n s  [ 1 0 ] .  F ig u r e  ( 1 )  s h o w   th e  f lo w - t ab l e e n t r i es  t h at  can   b e m a n i p u l at ed   i n a n o f  s w i t c h.           F i gu r e  1.   Fl o w - T ab l e E n t r i es  T h at  C an  B e M an i p u l a t ed  i n  a n  O F  S w i t ch       3.   S DN F RAM E W O RK   S o f t wa r e - d ef i n ed  n et w o r k i n g  p r o v i d er s  o f f er  a  w i d e s el ect i o n  o f  co m p et i n g  ar ch i t ect u r es ,  b u t  at  i t s   m o s t  s i m p l e,  t h e S o f t w ar e D e f i n ed  N et w o r k i n g   m e t h o d  cen t r al i zes  co n t r o l  o f  t h e n et w o r k  b y  s ep ar at i n g  t h e   c o n tr o l lo g ic  to  o f f - de vi c e  c om p u t e r  r e s o u r c e s  [ 11] .  S D N   f r a m e w or k  c ons i s t  f r o m   A ppl i c a t i on  l a y e r ,  C ont r ol   l a y er   an d   I n f r as t r u ct u r l a y er   as   s h o w n   i n   t h F i g u r ( 2 ) .   A l l   S D N   m o d el s   h av s o m v er s i o n   o f   a n   S DN  C on t r ol l e r ,  a s   w e l l  a s  (  s out h b ou n A P I s  )  a n d (  n or t h bou n A P I s  )  [ 12] :   a.   C o n t r o l l er s :  T h e “ b r ai n s ” o f  t h e n et w o r k ,  S D N  C o n t r o l l er s  o f f er  a cen t r al i zed  v i e w  o f  t h e o v er al l   n e t w or k ,  a n d e n a bl e  n e t w or k a dm i n i s t r a t or s  t o di c t a t e  t o t h e  un de r l y i ng  s y s t e m s  ( l i ke  s w i t c he s  a nd   r o ut e r s )  ho w   t he   f o r w a r d i ng p l a ne  s ho ul d  ha nd l e  ne t w o r k t r a f f i c .   b.   S ou t h bou n A P I s :  S of t w a r e - de f i n e d n e t w or k i n g   u s e s  s out h boun d A P I s  t o r e l a y  i nf or m a t i on  t o t h e   s w itc h e s  a n d  r o u te r s   b e lo w .  O p e n F lo w ,  c o n s id e r e d  th e  f ir s t s ta n d a r d  in  S D N ,   w a s  t he  o r i gi na l   s ou t h bou n A P I  a n d r e m a i ns  a s  o n e  of   t h e   m os t  c o m m o n  pr ot oc ol s .  D e s pi t e   s o m e  c on s i de r i ng  O p en F l o w  an d  S D N  t o  b e o n e i n  t h s a m e,  O p e n F l o w  i s   m er el y  o n e p i ece o f  t h e b i g g er  S D N  l an d s cap e.   c.   N o r t hb o und   A P I s :  S o f t w a r e  D e f i ne d  N e t w o r ki ng  us e s   no r t hb o und   A P I s  t o  c o m m u ni c a t e s   w i t h t h e   ap p l i cat i o n s  an d  b u s i n e s s  l o g i c “ ab o v e. ” T h es e h el p  n e t w o r k  ad m i n i s t r at o r s  t o  p r o g r am m at i cal l y   s h ap e   t r af f i c an d  d ep l o y   s er v i ce s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g     I S S N :  2088 - 8708       L oad B al a nc e  i n D at a C e nt e r  SD N  N e t w or k s   ( T ar i q E m ad A l i )   3087       F i g ur e   2 .   S o f t w a re  D e fi n e d  N e t w o rk i n g  (S D N ) F ra m e w o rk       4.   S DN DA T A CE N T E D ES I G N   S D N  D C N  c on s t r u c t   f r o m  num be r  of  O pe n f l o w   s w i t c h e s ,  h os t s  a n d O pe n D a y L i gh t  c on t r ol l e r s   w hi c h  i s  r e s pons i bl e   f or  c onf i g u r i ng  t h e   s w i t c h e s  t f or w a r d t h e  t r a f f i c  a s  a  l a y e r - 2 s w i t c h  a n d a ppl y   t h e  l oa b al an ce i n  t h e  d at a cen t er  n e t w o r k ,  as   s h o w n  i n  t h e  F ig u r e   ( 3 ) .   T h is  c o n tr o lle r  a llo w s  th e  tr a f f ic   f o r w a r d in g   b et w ee n   al l   o f   t h e   s w i t ch e s  e x i s t   i n   t h n et w o r k   t h at   ar c o n n ect ed   t o   i t   [ 1 3 ] .    T h ai m   b eh i n d   u s i n g   t h i s   c o n tr o lle r  is  to  o f f e r  th e  c o n tr o l p la n e  d e c o u p lin g  f r o m  a ll t h e  s w itc h e s  a n d  to  c o n f i g u r e  th e  s w itc h e s  to  b e   f o r w ar d i n g  d ev i ces  b y  s w i t c h i n g  t h f l o w   t ab l es  b et w een  t h e m  [ 1 4 ] .           F i g ur e   3 .   O p e nD a yL i g ht  c o nt r o l l e r s       5.   IM P LEM EN TA TI O N   S C E N A R IO S  F O R  D A TA  C EN TER  N E TW O R K   F o r  i m p l e m e nt  a nd  u nd e r s t a n d  c o nf i gur a b l e   ne t w o r ks  a nd   t o  a c hi e ve  t he  D C N ,  i t   i s  s ig n i f ic a n t to   h a v e  a n  e nv i r onm e n t  of  num e r ou s  s pe c i f i c a t i on s .  T h e  s c e n a r i o c on t a i n s  of   f a t  t r e e  t opol o gy  S D N  D C N .  T h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   20 88 - 8708   In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g ,   V o l.   8 , N o 5 O c t obe r  20 18   :   308 4   -   3091   3088   s w itc h e s  O p e n F lo w - e n ab l ed  s w i t ch e s  ar e u s ed .  T h es e  s w i t ch e s   w er e co n n ec t ed  t o  a O p en D a y li g h   c o n t ro l l e r (C 0 ).  F i g u re  4   s h o w  th e  f a t tr e e  to p o lo g y  S D N  D C N  th a t u s e d  in  t h e  s c e n a r io           F i g ur e   4 .   F a t tr e e  to p o lo g y  S D N  D C N       T h e  S p e c if ic a tio n s  o f  O p e n D a y L ig h C o n tr o lle r  is  s h o w n  i n   th e  T a b le   1       T ab l e 1 .   S p e c if ic a tio n s  o f   C o n tr o lle r   P a r a m et er   C o n t r o lle r   I P  a d d r e s s   1 9 2 . 1 6 8 . 1 . 10 0   P o r t  N u m b e r   6 6 3 3   C LI   E n ab l ed   O p e n F l o w  v e r s i o n   1 .3   P r o t oc ol   TC P   C o n n ec t ed  S w i t ch   OVS       F in a ll y ,  th e  s w itc h  b y  d e f a u lt  r u n s  in  th e  r o o t.   S o ,   r u n n in g  a  c o m m a n d  o n  th e  “ s w itc h  is  s i m ila r  f o r  r u n n i ng  it f r o m  a  r e g u la r  te r m i n a l.   I n  a ddi t i on ,  e a c h   h os t  h a s  i t s  o w n  I P  a ddr e s s   w hi c h   w a s  de f i n e d be f or e  t h e   e m u la tio n   s ta r t [ 1 5 ] .       6.   S I M U LA TIO N  R ES U L TS   T h e g o al  f r o m  t h i s  p ap er  i s  t o  p er f o r m  t h e l o ad  b al an ci n g ,  b u t  at  t h e s a m e t i m e e n s u r e t h at  t h la te n c y  i s   m in i m u m .  D ij k s tr a ' s  a l g o r ith m   is   u s e d  to  f i n d  m u lt ip le  p a th s  o f  s a m e  le n g th  i n  th e   f a t tr e e   to p o lo g y .  I t  is  a ls o  i m p o r ta n to  n o te  t h a t O p e n D a y lig h t c o n tr o lle r  b y  d e f a u lt  f o r w a r d s  tr a f f ic  to  a ll  p o r ts .  S o   s p eci f i c r u l es   m i g h t   n eed  t o  b e p u s h ed  t o  g et  a p r o p er  l o ad  b al an ci n g  o u t p u t .  C u r r e nt l y t he  p r o gr a m  s i m p l f i n d s   t h p at h   w i t h   l eas t   l o ad   an d   f o r w ar d s   t r a f f i o n   t h at   p at h ,   t h e n   t h s t at i f l o w s   ar p u s h ed   i n t o   each   s w i t c h i n t he  c ur r e nt  b e s t  p a t h  s uc h a s  I n - P o r t ,  O ut - P o r t,  S o u r c e  I P ,  D e s tin a tio n  I P ,  S o u r c e  M A C ,  D e s ti n a tio n   M A C i s   f e d   to  th e  f lo w s .  T h e  R E S T  A P I s  is  u s e d  to  c o lle c t o p e r a tio n a l in f o r m a t io n  o f  t h e  to p o lo g y  a n d  its   de v i c e s .  W e  a r e  pe r f or m i ng  l oa d ba l a n c i ng  be t w e e n h 1,   h 3 a n d h 4 a t  t h e   m o m e n t .  T h e  be s t  pa t h f or  bot h  i s   v ia   S w itc h  1  P o r t 4 .  T h is  i s  t h e  b e s t p a t h  s e le c te d  b y  O pe nF l o w  pr ot oc ol .  S o,  a f t e r  t h e  l oa d ba l a n c e  a ppl y  i t he  S D N  D C N   us i ng  t he   O p e n D a yL i ght  c o nt r o l l e r ,   w e   m e a s ur e d  t he  t hr o u ghp ut  a nd  t he  a ve r a ge  d e l a y b e f o r e   t h e l o ad  b al an ce ( B L D )  an d  af t er  t h e l o ad  b al an ce ( A L D )  t o  ch eck  t h e p er f o r m a n ce o f  t h l o ad  b al an c e  us i n t he  O p e nD a yL i gh t  c o nt r o l l e r  o n t he  S D N  D C N .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g     I S S N :  2088 - 8708       L oad B al a nc e  i n D at a C e nt e r  SD N  N e t w or k s   ( T ar i q E m ad A l i )   3089         F i g ur e s   5,   6 s h o w s  t h e  t h r oug h p u t  be t w e e n  H 1 t o H 3 a n d  be t w e e n  H 1 t o H be f or e  a n d a f t e r  t h e   l o ad  b al an ce at  t r ee t o p o l o g y   S D N  D C N  r es p ect i ve l y.  z i nc e  t he  t hr o u g hp ut  i s  d e f i ne d  a s  t he  a m o unt  o f  d a t a   t r a n s m i t t e f r o m  s o u r c e  n ode   t o de s t i n a t i on   n ode  i n  a  g i v e n   t i m e  pe r i od.  T h r ou g h pu t  i s  t ypi c a l l y   m e a s u r e d i bi t s  pe r  s e c on d ( bps ) .   F i gu r e s  7,   8   s h o w s  t h e av er a g e d el a y   b et w ee n  H 1  t o  H 3  an d  b et w ee n  H 1  t o  H 4  b ef o r an d  af t er  t h e l o ad  b al an ce at  t r ee t o p o l o g y  S DN DC N r e s p e c t i v e l y .           F i g ur e  5 .  T hr o ughp ut  b e t w e e n  H 1  t o  H 3  us i ng T C P  T r a f f i c           F i g ur e  6 .  T hr o ughp ut  b e t w e e n  H 1  t o  H 4  us i ng T C P  T r a f f i c           F i g u r e 7 .  A v er ag e d el a y  b et w een  H 1  t o  H 3  u s i n g  T C P  T r af f i c   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   20 88 - 8708   In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g ,   V o l.   8 , N o 5 O c t obe r  20 18   :   308 4   -   3091   3090       F i g u r e 8 .  A v er ag e d el a y  b et w een  H 1  t o   H 4  u s i n g  T C P  T ra f fi c       7.   CO NCL U S I O N     S D N  i s  a   n e t w or k t e c hn ol ogy t h a t  pr ov i de  t h e  g r o w i n g t oda y ' s   n e t w or k r e qu i r e m e n t s .  T h i s  c a n  be   at t ai n ed   w i t h o u t  a  n eed  t o  ad d  n e w  d ev i ce s  o r   m a n u al  co n f i g u r at i o n  f o r  al l  d ev i ces .  T h e o n l y  r eq u i r e m e n t  i s   to  h a v e  a  s w itc h   o r  r o u t er  w i t h  an  O p en F l o w  p r o t o co l  en ab l ed  f eat u r e.  I n  t h i s   w o r k ,  l o ad  b al an ce t ech n i q u e i s   de s i gn e d a n d i m pl e m e n t e d t o e n s u r e  be t t e r  l oa d di s t r i bu t i on  on  f a t  t r e e  t opol og y  S D N  D C N  n e t w or k .  F or  t he   t e s t  c o nd i t i o m e a s ur e d  i n t he   w o r w e  f o und   t ha t  a f t e r   a a ppl i c a t i on  of   l oa d ba l a n c i n t h e  t h r oug h p u t  a n t h e av er a g e d el a y  i s  i m p r o v ed .       R EF ER EN C ES     [ 1]   N .  F e a m s t e r ,  J .  R e xf or d,  a nd E .   Z e g ur a ,  " T he  R oa d t o S D N :  a n i nt e l l e c t ua l  hi s t or y  o f  pr og r a m m a bl e  ne t w or k s " ,   A C M  S I G C O M M  C om put e r  C o m m uni c a t i on R e v i e w ,  N e w  Y or k ,  U S A ,  A pr i l  201 4 .   [ 2]   W en f en g  X i a,   .   Y ong g a ng  W e n ‘  A  S ur v e y  on S of t w a r e - D e f i ne d N e t w or k i ng  I E E E  C om m uni c a t i ons  S ur v e y s  &   T ut or i a l s   (  V ol um e :   17,   I s s ue :  1,  F i r s t qua r t e r  20 15   ) .   [ 3]   M .  B as h eer ,  E .  B as s am  ‘ S ur v e y  of  s o f t w a r e  c o m pone nt s   t o e m ul a t e  O pe nF l ow   pr ot oc o l   as  an  S D N   im p le m e n ta tio n   D e pt .   of  E l e c t r i c a l  E ng i ne e r i ng ,  M os ul  U ni v e r s i t y ,  M os ul ,  I r a q,  S c i e nc e   P u bl i s hi ng  G r oup ,   A m e r i c a n J our na l  of  S of t w a r e  E ng i ne e r i ng  a nd A ppl i c a t i o ns .   V o l .   3,  N o .  6 ,  2 01 4,   pp .  7 4 - 8 2 ,  D ecem b er  2 0 1 4 . .   [ 4]   M a v j e e n a nd  A dr a s hbi  ‘   L o a d  B a la n c in g  U tiliz a tio n  i n  D at a C en t er  N et w o r k s     S t ude nt  S y m pos i um   201 5,  S a n J os e   S t a t e  U ni v e r s i t y ,  C a l i f or ni a ,  S pr i ng  20 15.   [ 5]   E .  S i l v a,  G .   P an t u za,  F .  S am p ai o ,  B .  S an t o s ,  L .   V i ei r a,   M .   V i ei r a,  a n d  D .  M aced o , ’  En f o r c in g  L in k   U tiliz a tio n  w ith   T ra ff i c  E n g i n e e r i ng  on S D N   U n i v er s i t y  o f  F ed er al  d e M i n as  G er ai s ,   P o r t u g u es e,  2 0 1 5 .   [ 6]   S h av an  K .  A s k ar  ‘ A d ap t i v e L o ad  B al an ci n g  S ch em e F o r  D at a C en t er  N et w o r k s  U s i n g  S o f t w ar e D e f i n ed  N et w o r k   E l ect r i cal  an d  C o m p u t er  E n g i n eer i n g  D ep ar t m en t ,  C o l l ag e o f  E n g i n eer i n g ,  U n i v er s i t y  of  D uhok ,  K ur di s t a R e gi o n - I r a q . V o l . 4   N o .2 , P p   2 7 5 - 2 86,  2 016 .   [ 7]   S .  W a ng ,  J .  L uo,  ‘ R a n dom i z e d L oa d - ba l a nc e d R ou t i ng  f or  F a t - t r e e  N e t w or k s  I E E E  A ug  30,  20 17 .   [ 8]   J .  S ai s ag ar ,  P r as h an t  K o t h ar i  D . ,  ‘  S d n  E n ab l e d   P ack et  B as ed   L o ad - B a l a nc i ng  ( P l b)  T e c hni que  I n  D at a C en t er   N e t w or ks  D e pa r t m e nt  O f  C o m put e r  S c i e nc e  E ng i ne e r i ng ,  S r m  U ni v e r s i t y ,  V ol .  1 2,  N o.   16 ,  A ug us t  20 17.   [ 9]   C h en - x i a o , C u i , a n d  X . Y a - bi n ,  " R e s e a r c h on L oa d B a l a nc e  M e t hods  i n S D N " ,  I nt e r na t i ona l  J o ur n a l  of   G r i d a n d   D i s t r i but e d C om put i ng ,   V ol .  9,  N o.   5 ( 2 01 6) ,  p p. 26 5 - 2 72,  B e i j i ng  I nf or m a t i on S c i e nc e  a nd T e c hnol o gy  U ni ve r s i t y ,   C hi na ,  J a n ua r y  2016 .   [ 1 0]   X .  F ouk a s ,  M .   M a r i na ,  K .  K o nt ov a s i l i s ,  " S of t w a r e  D e f i ne d M o bi l e  N e t w or k s  ( S D M N ) :  B e y ond L T E  N e t w or k   A r c h ite c tu r e " ,  1 s t Ed itio n ,  W I EL Y  P u b lis h e r ,   F in la n d ,  M a r c h  2 015 .   [ 1 1]   V .   S h uk l a ,  " I nt r o duc t i on  t o  S of t w a r e  D e f i ne d N e t w or k i ng -   O p en f l o w  &  V x L A N " ,  1 s t  E d i t i o n ,  C r eat eS p ace   I nde pe n de nt  P u bl i s h i ng  P l a t f or m ,   J une  18,   20 13 .   [ 1 2]   D . K r e u t z , F . R a m o s , P . V e r i s s i m o , C . E s t e v e , S A z o d o l m o l k y a n d  S . U h l i g , " S o f t w a r e - D e f i n ed  N et w o r ki n g:  A   C om pr e he ns i v e  S ur v e y " ,  P r oc e e di ng s  of  t he  I E E E .  2 01 5 J a n .   [ 1 3]   M .  J am m al ,  T .  S i n g h ,  A .  S h am i ,  R .  A s al ,  an d  Y .  L i ,  “  S o f t w ar e D e f i n ed  N et w o r k i n g :  S t at e o f  t h e A r t  an d  R es ear ch   C h al l en g es ”,   W es t er n  U n i v er s i t y ,  C an ad a,   2 0 1 4 .   [ 1 4]   M a v j e e n a nd A dr a s hbi ,  " L oa B a l a nc i ng  U t i l i z a t i on  i n D a t a  C e n t e r  N e t w or ks ,  S t ude nt   S y m pos i um  2015 ,  S a n   J o s e  S ta te  U n iv e r s ity ,  C a li f o r n ia ,   S p r in g   2 0 1 5 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g     I S S N :  2088 - 8708       L oad B al a nc e  i n D at a C e nt e r  SD N  N e t w or k s   ( T ar i q E m ad A l i )   3091   [ 1 5]   S .  G a ne s h a nd R a nj a ni ,  " D y na m i c  L oa d B a l a nc i ng  us i ng  S of t w a r e   D e f i ne d N e t w or k s " ,  I nt e r na t i o na l   C onf e r e nc e  on  C ur r e nt  T r e nds  i A dv a nc e d C om put i ng ,  S R M  U ni v e r s i t y ,  2015 .       B I O G RAP H I E S  O F  AUT H O RS           M r .  T ar eq  E m ad   A l i  h as  B . S c   an d  M . S c.  i n  E l ect r o n i c an d  co m m u n i cat i o n   E n g i n eer i n g ,  C o l l eg of  E ng i ne e r i ng ,  B a g hda d uni v e r s i t y .  H e  i s   A s s i s t a nt  l e c t ur e r  a t  B a g hda d uni v e r s i t y ,   A l - K hw a r i z m i  C ol l a g e  o f  E ng i ne e r i ng ,  I nf or m a t i on a nd  C om m uni c a t i on  E ng i ne e r i ng  D e pa r t m e nt .   H e  ha s  5  pu bl i s he d  s ci en t i f i c &  t ech n i cal  p ap er s  i n cl u d i n g  I E E E  e x p l o r er .  M r .  T ar eq  E m ad  h as   1 0  y ear s  o f  a cad e m i c &  p r act i cal s  an d  co n s u l t i n g  ex p er i en ce i n  N et w o r k i n g  &  C o m m u n i cat i o n .   H e cu r r en t l y  t each es  &  co n d u ct s   r es ear ch  p r o g r a m s  i n  t h e ar eas  o f  s o f t w ar e co m p u t er  n et w o r ks ,   s of t  c om put i ng ,  i n t e l l i g e nt  a g e nt s ,  A d H oc   ne t w or k s ,  W i r e l e s s  S e ns or  N e t w or k s ,  R out i ng   P r ot oc ol s  a nd S e c ur i t y  of  V A N E T s ,  S m a r t   A nt e nna  i n M A N E T s   a nd W i M A X  N e t w or k s ,  S D N   Ne t w o r k s,  I OT ,  I OE ,  I OV  a n d  o t h e r s.         D r .  A m eer  H .  M o r ad   i s   A s s oc i a t e  P r of e s s or  i n t he  D e pa r t m e nt  of  I n f or m a t i on a nd   C om m uni c a t i on,  A l  K hw a r i z m i  C ol l e g e  of  E ng . ,  U ni v e r s i t y  of  B a ghda d.   P r e s e nt l y  he  i s  i nv ol v e d   i n r e s e a r c h w or k  i n t he  a r e a s  l i k e  I m a g e  P r oc e s s i ng ,  C om put e r  V i s i on,  V i s ua l  C r y pt og r a phy  a nd  N e t wo r k   s ecu r i t y .          D r .  M o h am m ed   A .   A b d al a i s   A s s o ci at e P r o f es s o r   a nd H e a d of  E l e c t r oni c  a nd C om m uni c a t i on   En g in e e r in g ,  U n iv e r s ity  o f   A L   H u s s a in   . H e i s  a S en i o r  m e m b er  o f  I E E E ,  I r aq i  E n g i n eer s  U n i o n   an d  F e d er at i o n  o f  A r ab  E n g i n eer s .  H e i s  act i v e i n  w o r k s  t h at  l e d  t o  t h e es t ab l i s h m en t  o f  s ev er al   en g i n eer i n g  d ep ar t m en t s  &   co l l eg es  i n  I r aq .  H e p u b l i s h ed  m o r e t h an  3 7  s ci en t i f i c &  t ech n i cal   p ap er s .  D r .   A b d al a h as  3 0   y ear s  o f  ac ad e m i &  co n s u l t i n g  ex p er i en ce i n  M i cr o el ect r o n i cs  &   A d v an c ed  V L S I .  H cu r r en t l y  t e ach es  &  co n d u ct s  r es ear ch  p r o g r a m s  i n  t h e ar eas  o f  s o f t w ar e ng i ne e r i ng ,  i m a g e  pr oc e s s i ng ,  a nd c om put e r .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.