windows form application in c# with database pdf : Add a link to a pdf in preview software application project winforms windows wpf UWP 46174-97277_-_darshan_maiya_-_apr_30_2015_1146_pm_-_capstone_paper0-part1929

Expedition: An Open Source Network Monitoring Tool 
for Software Defined Networks 
Capstone Research Project  
April 24, 2015 
Ashwin Joshi     Darshan Maiya   Gaurav Chheda   Vamsikrishna Nethi 
Interdisciplinary Telecommunications Program 
University of Colorado Boulder 
Advisor : Mark Dehus 
Abstract
Network virtualization is likely to be the future 
of  the  telecommunications  industry.  Software  Defined 
Networking  (SDN)  is  a  key  technology  in  the  network 
virtualization  space.  In  SDN,  the  control  plane  of 
networking devices is handled by a central entity called the 
controller. The following paper proposes development of a 
universal  fault  and  performance  management  tool 
Expedition
’  to  monitor  SDN  controllers  and  topologies 
managed by these controllers. The research focuses on three 
main  objectives.  First,  identifying  different  methods  to 
extract  and  store  the  data  from  the  selected  SDN 
controllers. Second, creating a centralized custom layer to 
interpret the  raw data and  formulate  Key Performance 
Indicators (KPIs) based on it. Third, reporting the data in 
forms easily understood by the end user. To achieve these 
objectives, we  designed  an abstraction  layer  to  monitor 
selected controllers and had KPIs reported and visualized 
appropriately on Splunk. In this paper we discuss the Proof 
of Concept (POC) developed. In this POC, we monitor KPIs 
such  as  throughput,  latency,  availability  for  the  four 
selected SDN controllers, viz. Open Daylight, Floodlight, 
Ryu  and  Pox. Expedition  allows  for  proactive  service 
assurance,  which  is  an  important  function  of  the 
telecommunication Operation Support System (OSS) stack. 
This proactive monitoring will be crucial for providers to 
keep  Service  Level  Agreements  (SLA)  intact  with their 
customers.  This  will  help  the  organization  increase  its 
profitability, as well as gain credibility in the industry. 
I. Introduction 
Today, network operators have to use a set of low level 
commands to configure  and manage the network  from  the 
command  line  interface  (CLI)  [1].  Software  Defined 
Networking (SDN) is a technology in which the control plane 
and the data plane are separated, and there is a centralized 
controller which can be programmed to dictate the  way the 
network should behave. Network virtualization allows network 
operators exercise greater control over their network and also 
provides enhanced management capabilities providing better  
flexibility and agility  in managing networks.  The  enhanced 
management capabilities make network virtualization the future 
of  the  telecommunications  industry.  Software  Defined 
Networking and Network Function Virtualization (NFV) are 
two of the key network virtualization concepts [2]. 
In a Software Defined Network, the controller is a 
single point of contact for control information, and hence has 
the potential to be a single point of failure for the functioning 
of  the  network  [3].  Thus,  it  is  critical  to  monitor  the 
performance of the controller in addition to the performance of 
the  network.  The  controllers  talk  with  the  underlying 
infrastructure  and  expose  northbound  Application 
Programming Interfaces (APIs) to program its network using a 
set of web services. Northbound APIs act as an abstraction 
interface to the application as well as the management systems 
that lie on top of the SDN stack. Along with controller health, 
the underlying network must also be monitored to maintain 
Service  Level  Agreements  (SLAs).  Performance  and  Fault 
Monitoring are the two major areas from the Fault Monitoring, 
Configuration, Accounting Performance and Security (FCAPS) 
model of  network  management, and  were the focus of this 
research. 
Traditional network management techniques such as 
Simple  Network  Management  Protocol  (SNMP),  Netconf, 
RMON, etc. have limited functionality with software-defined 
networks. Thus, we require a different approach for efficient 
network management in case of SDN. Automation is a major 
challenge in managing SDN networks. The applications on top 
of SDN will constantly send requests to the controller to access 
controller as well as network information. Understanding the 
impact of these requests asking for resources from an SDN 
network  impacting  the  controller  performance.  Thus, 
consideration  of  these  impacts  is  vital  when  automating 
network management practices. In SDN networks, it becomes 
necessary to replicate traditional functions of capacity planning, 
monitoring,  troubleshooting,  security,  and  other  critical 
Add a link to a pdf in preview - insert, remove PDF links in C#.net, ASP.NET, MVC, Ajax, WinForms, WPF
Free C# example code is offered for users to edit PDF document hyperlink (url), like inserting and deleting
c# read pdf from url; add link to pdf
Add a link to a pdf in preview - VB.NET PDF url edit library: insert, remove PDF links in vb.net, ASP.NET, MVC, Ajax, WinForms, WPF
Help to Insert a Hyperlink to Specified PDF Document Page
add url to pdf; clickable pdf links
management  capabilities.  Hence,  automation  of  network 
management is vital for SDN to proliferate and succeed. 
The key aspect in managing multi-services SDN 
networks  is  autonomy  in  management.  Attributes  such  as 
network  awareness,  configuration,  protection  from  faults, 
identification of errors, and optimization of network resources 
will require  autonomy  in  deployment  for  efficient  network 
management  of  SDN  networks.  The  introduction  of  these 
aspects  into SDN  will  decrease the  complexity of  network 
control and management to a greater extent, and reduce the 
probability of errors that occur with manual operation. Further, 
the  job  of  the  network  engineer  and  planner  will  become 
simplified, allowing them to utilize the advantages of SDN 
without having to program the controllers themselves. 
i. 
Statement of the Problem 
Although Software-Defined Networking is at a 
relatively early stage of adoption, major networking vendors are 
increasingly  starting  to  define  their  strategy  around  this 
technology. While there has been a hesitancy to completely 
migrate  networks  to  an  SDN-based  model,  networking 
operators, vendors and providers are all increasingly adopting 
SDN methodologies on their networks [17]. Considering its 
utility and ease of use, SDN has the potential to be one of the 
most  disruptive  developments  in  the  networking  industry. 
Further, this innovation has been driven by the need for data-
center  network  virtualization,  and  the  migration  of  service 
providers and enterprise networks to an SDN-based model. As 
this expected adoption gains momentum, it is important that 
service providers  have  a single tool that can monitor and 
interface with multiple SDN controllers. 
It is also important for SDN code developers to be able 
to measure running time of their code. That will help them 
evaluate the efficiency of the code being run, and hence, its 
effectiveness as a practically deployed SDN solution. Along 
with execution time of code, scalability versus response time 
behavior has also to be measured so as to accurately predict 
optimum network performance metrics. 
In the current setting, there are several licensed and 
open source tools for monitoring faults and performance in 
traditional networks [12]. However, in case of SDN networks, 
there is no single universal  tool capable of  monitoring the 
network irrespective of the SDN controller deployed. Currently, 
the  latent  SDN-based  service  provider  industry  faces  the 
challenge of integrating physical and software defined network 
monitoring  tools  to  avoid network  management  silos.  This 
research aims to provide a solution to this challenge. 
The solution proposed through this project is ‘Expedition’
- a 
tool for monitoring SDN controllers, creating intelligent reports 
and logging errors based on the data stored in the controller, as 
well  as  the  performance  of  the  controller  itself.  The  tool 
monitors a defined set of Key Performance Indicators (KPIs) 
for the network based on the thresholds associated with them. 
Fault management is integrated with performance management 
so that faults can be generated in case of threshold violations, 
and users can take corrective actions specific to each KPI. In 
addition to this integrated functionality, fault management and 
performance  management  features  directly  monitor  the 
controller to detect any abnormalities in network performance. 
ii. 
Research Question and Sub-problems 
This capstone project aims to obtain the answer to the following 
research question: 
“Is it possible to develop a unified fault and performance 
monitoring  tool  that  can  interface  with  multiple  SDN 
controllers?”
As  a  solution  for  the  above  research  question,  we  have 
developed  a  software  based  abstraction  layer  which  is  a 
universal monitoring platform for four controllers as far as this 
POC is concerned. The data collected by this layer is visualized 
in a systematic way for our end users. 
The above research question was divided into three main sub-
problems: 
1. How to collect the data - This sub-problem has the following 
aspects: 
A. Universal Monitoring Tool:  There  are  many 
operators in the SDN controllers industry today, 
such  as  Cisco,  Brocade,  OpenDaylight  Project, 
Project FloodLight, Juniper, Big Switch Networks, 
Ryu, NOX/POX, etc. Almost all of them have their 
own network monitoring tools, the drawback being 
that  these tools  work only with their  respective 
controllers.  To  develop  a  universal  system/tool 
capable  of  working  across  the  different  vendor 
controllers,  there  is  a  need  to  identify  the 
conversion  metrics  for  these  controllers.  The 
suggested solution to this problem is a common 
translation layer above the monitoring engines of 
each  SDN  controller,  developed  through  this 
project. The translation layer can handle input from 
the  various  controllers  and  transform  this 
information  into  a  fixed  output format  that  the 
monitoring  engine can understand.  Further, it is 
important  to  collect  data  to  evaluate  the 
performance  of  the  controller  as  explained 
previously. 
B. Data Exchange technology: An abstraction layer 
between the network and our software is required. 
This layer consists of API calls and calls to web 
services  for  fetching  data  from  the  extraction 
translation load  (ETL)  engine.  Along  with  this, 
various data exchange formats have been evaluated 
and chosen. In some controllers, such an API was 
already  present  however  some  controllers  need 
construction of custom web services, allowing for 
changes required to exchange the specific data that 
is  required  for  this  project.  We  have  chosen 
JavaScript Object Notation (JSON) data exchange 
format as it is light, simple to understand, widely 
used  and  is  application  independent  [13].  The 
abstraction layer further depends upon the type of 
application -  a  web application  or  a  standalone 
application. Through the implementation of this 
project, the application has been hosted on a web 
server,  and  is  available  to  be  run  as  a  web 
application. 
VB.NET PDF File Compress Library: Compress reduce PDF size in vb.
Remove bookmarks, annotations, watermark, page labels and article threads from PDF while compressing. Also a preview component enables compressing and
adding hyperlinks to pdf; add a link to a pdf
C# PDF insert image Library: insert images into PDF in C#.net, ASP
viewer component supports inserting image to PDF in preview without adobe Insert images into PDF form field. How to insert and add image, picture, digital photo
add hyperlink pdf document; add a link to a pdf in acrobat
2.    How to interpret the data - This sub-problem has the   
following aspects: 
A. Backend design for storing raw data from SDN 
controllers: The data extracted from the data 
exchange layer needed to be stored in persistent 
data storage structures, so that the data could be 
readily accessed by the application. 
B. Conditioning and correlating raw data: 
Conditioning  of data had to  be done  as part of 
performance monitoring. This includes calculating 
KPIs from the available data. Violation of KPIs 
raises a fault in the fault management system. Upon 
evaluating the  data  available  and  the  KPIs  that 
could  be  represented,  the  KPIs  identified  and 
implemented through this project include interface 
bandwidth  utilization, errors on ports, controller 
availability, controller throughput and latency. 
3.  How to report the data - This sub-problem consists of the 
following: 
A. Reporting: The main use of Expedition tool is to generate 
various fault logs so that network analysts know exactly what 
part of the network is malfunctioning. In addition, the KPIs 
mapped are represented graphically so they are accessible to the 
user. Splunk is chosen as the visualization tool for this project 
for  the  same.  The  graphs  generated  by  Splunk  have  been 
included  in  the  results section  below.  Further,  reporting  is 
customized so that users at different organizational levels have 
specific access to the tool.  
II. Literature Review: 
In the SDN architecture, the data plane is separated 
from the control and management planes. Network devices are 
simple forwarding elements, which depend on the controller to 
decide the forwarding rules for each flow in the network. Flows 
installed  on  the  controller  could  include  rules  to  forward 
packets out of specific interfaces, drop packets, send to the 
controller for handling, etc. Controllers bind northbound and 
southbound systems in the network management infrastructure. 
Northbound flows talk to the higher application layer, while 
southbound flows talk to the  network elements themselves. 
These  terms  are  used  to  describe  the  APIs  in  the  SDN 
architecture [15]. These APIs on the controllers are used to 
perform all the communication between the network devices 
and the applications that interact with the controller. In SDN, 
Openflow is the most widely used southbound interface. This 
protocol is used for communication between the centralized 
controller  and  the  end  network  devices  (both  virtual  and 
physical) so that the controller can discover network topology, 
define  network  flows  and  implement  requests  relayed  via 
northbound  APIs  [15].  The  northbound  APIs  are  used  for 
communication  between  the  controller  and  applications  or 
higher  layer  control  programs.  Several  open  source  SDN 
controllers use the REST API as a northbound API. 
Greenberg and Hjalmtysson propose four dimensions 
of  network  management  &  control.  These  are  decision, 
dissemination,  discovery  &  data.  The  same  fundamental 
approach to look at the network management has been used in 
our project [4]. 
Kuklinkski and Chemoui in their paper have analyzed 
the  network  management  capabilities  of  the  Open  Flow 
protocol and have  identified  the  main  challenges  for  SDN 
management. They have analyzed the current issues with SDN 
and have suggested the solution based on different research 
directions that can be implemented to enhance the network 
management capabilities of the SDN [5]. 
Gelberger et al. in their paper discuss performance of 
SDN for various workloads. They also account for other factors 
in addition to SDN that account for performance penalty [6]. 
Kempf et al. discuss fault management for detecting 
the  link  node  failures  for  southbound  systems.  The  paper 
discusses the fast recovery algorithm configured on switches. 
Controllers can use Link Layer Discovery Protocol (LLDP) 
messages  to  discover  link  and  node  failures.  This  paper 
proposes to develop a tool to monitor the performance  and 
faults that may occur in the SDN enabled network, which has 
been the focus of this paper [7]. 
Slater  describes  various  parameters  which  can  be 
monitored in a SDN network. The paper also predicts the need 
for monitoring tools as the technology in moving towards SDN. 
This research aims to achieve the same by exposing controllers 
APIs and develop a global adapter for SDN Controllers [8].  
Wangdong et al. in their paper have proposed an automatic 
QoS  mechanism.  The  mechanism  they  have  proposed, 
combines  the  advantages  of  the  autonomic  network 
management and the SDN technologies.  This novel QoS model 
is also presented  based on the  AQSDN (Autonomous QoS 
Managed SDN) architecture. At the end, the self-configuration 
feature of AQSDN and the enhancement of video quality of the 
PCaQoS (Packet Context Aware QoS) model are verified [9]. 
Li et al. in their paper have given a brief architecture of the 
way a network management tool for SDN can be built up, using 
NOX as their controller. Aspects of this architecture have been 
utilized in this paper to deploy the network management tool 
for the various SDN controllers [10]. 
Jain et al. 
in their paper describe Google’s practically 
deployed B4 private WAN network architecture that connects 
Google’s datacent
ers. The paper further describes the design 
challenges  faced  in  deploying  the  same,  and  some  of  the 
considerations that were made for the same. Further, the paper 
describes how utilizing SDN techniques for the same allowed 
for a near-hundred per cent bandwidth utilization and reduced 
the overhead in resources caused by over-provisioning. The 
section on ‘Impact of Failures’ provides scope on some of the 
problems that have been addressed through this research project 
[11]. 
VB.NET PDF insert image library: insert images into PDF in vb.net
inserting image to PDF in preview without adobe provide users the most individualized PDF page image inserting function, allowing developers to add and insert
adding hyperlinks to pdf files; change link in pdf file
C# PDF Page Insert Library: insert pages into PDF file in C#.net
Ability to add PDF page number in preview. Offer PDF page break inserting function. Free components and online source codes for .NET framework 2.0+.
add hyperlinks pdf file; pdf edit hyperlink
Tootoonchian et al. in their paper title
d “On Controller 
Performance  in  Software-
Defined  Networks”  describe  the 
flow-based benchmarking tool, CBench to extract performance 
of the NOX, NOX-MT, Beacon and Maestro SDN controllers. 
Through this project, the CBench tool has been used to monitor 
and  integrate  performance  KPIs  for  the  OpenDaylight, 
Floodlight, Ryu  and Pox  controllers [16], a  critical part of 
ensuring performance of SDN networks. 
III. Research Methodology: 
Figure 1: Architecture for the Expedition tool 
As a proof of concept, the OpenDaylight, FloodLight 
Ryu and Pox SDN controllers were chosen. These controllers 
have varied architectures and showing the functionality of the 
tool with all four architectures validates the tool’s working. The 
information  required  to  monitor  the  network  accurately  is 
extracted from the controllers as required. The decision on how 
frequently this information is pulled is decided based on the 
requirement  and  importance of  the  parameter. Further, this 
decision is based on the frequency and performance of Splunk 
to visualize the data that is being extracted. In addition, to 
ensure  proactive  performance  management,  the  tool  takes 
actions to log faults in case of  violations in  set thresholds, 
without involvement of  the  user.  For example, in  case  the 
bandwidth utilization on a particular link increases beyond the 
threshold, the tool creates a log entry detailing the violation of 
the KPI on that link. 
The common network topology used is created using 
the Mininet network emulator. The sample topology that has 
been utilized in the execution of this project is composed of two 
switches, each of which has four hosts connected to it, with the 
two switches connected to each to each other. In addition, each 
switch in the network has a socket connection to the SDN 
controller, which allows for the controller to set flow rules on 
the switches, via the southbound openflow controller. 
For  the  implementation  of  the  proof  of  concept, 
Python  is  chosen  as  the  programming  language.  Since 
Expedition is a universal monitoring tool, it must support all 
leading SDN controllers. For this purpose, an Extraction and 
Translation Layer (ETL) is present at the downstream part of 
the architecture. This layer is responsible to query controllers 
and network devices to extract the raw data. These raw data is 
stored in persistent data storage structures, in order to be able to 
access the data as required. These data is also used to compare 
network and controller performance under different conditions. 
This  will  help  network  administrators  to  take  preventive 
actions, and give them time to augment the network capacity to 
handle increased loads in future. 
To obtain performance of the network, the controller 
queries the network switches to return counter values that are 
stored in it. The network KPIs that are being monitored include 
interface errors and interface utilization. The tool converts the 
raw interface statistics obtained from the switches into a form 
that can be presented as the required KPIs.  
To obtain performance of the controller, the CBench 
performance benchmarking and evaluation tool is used. While 
the tool was primarily created for the Floodlight controller, it 
can be used to work with other open source controllers as well. 
Tests are run on the tool to simulate the controller with varied 
number of switches, as well as the number of tests and durations 
at which CBench is run. The KPIs that are extracted from the 
controller include the latency and throughput of the controller. 
This is done by running tests to install flows and testing the 
average throughput and latency for a specific number of tests 
and delay in forwarding traffic.  
Further, an additional KPI being monitored is the controller 
availability. This is monitored by evaluating the periods for 
which the controller  remains available  to  the tool to being 
monitored.  This  feature  is  implemented  as  a  heartbeat 
monitoring  system,  which  probes  each  of  the  controllers 
periodically to ensure they are reachable from the tool. 
To  test  for  perfo
rmance  of  an  SDN  developer’s 
controller code being developed, appropriate breakpoints are 
placed on the code, and the time between the breakpoints is 
measured. This helps developers compare the performance of 
their code on multiple SDN controllers, to find one that suits 
their need. Further, such an analysis helps them understand the 
impact of scale on their code, i.e, the running time of their code 
with increasing size of the topology. This methodology was 
followed on previously developed code that calculates shortest 
path  between  hosts  using  Dijkstra’s  algorithm  for  the  Pox 
controller. The code was developed for topologies ranging from 
four to twenty switches, to compute performance. The results 
for the same are attached in the research results section of the 
paper. 
In order to relay these data to the correlation engine, 
JSONs (lightweight APIs used for transmitting data) will be 
created which can be understood by the monitoring engines. 
These JSONs have to be similar irrespective of controller and 
network size being monitored  for the data. The correlation 
engine parses through the JSONs to extract and stores the data 
C# PDF insert text Library: insert text into PDF content in C#.net
Able to add a single text character and text string to PDF files using online source codes in C#.NET Supports adding text to PDF in preview without adobe
accessible links in pdf; add links in pdf
VB.NET PDF File Split Library: Split, seperate PDF into multiple
Independent component for splitting PDF document in preview without using external PDF VB.NET PDF Splitting & Disassembling DLLs. Add necessary references:
convert excel to pdf with hyperlinks; adding hyperlinks to a pdf
in appropriate persistent data structures. As mentioned above, 
the focus of this project is on configuring SDN based networks, 
developing a tool to extract the status of the networks and the 
controllers through APIs and unifying the data by storing in a 
data structure. Pox, Ryu, Floodlight and OpenDaylight support 
the northbound Representational State Transfer (REST) API. 
The next step in the research methodology is an abstraction 
interface which will extract, transform and load the data. 
The  backend  is  very  important  for  the  software 
solution  developed.  Data  extracted  is  stored  in  appropriate 
persistent data structures, which can then be accessed by the 
data conditioning engine. As the tool scales up to store large 
amounts of data from larger topologies, database selection plays 
a crucial part.  
The  next  step  in  the  architecture  is  the  data 
conditioning engine that can translate the obtained raw data into 
KPIs. As described above, the KPIs monitored are interface 
errors,  bandwidth  utilization,  controller  latency,  controller 
throughput and controller uptime. Thresholds are set on these 
values for proactive performance management. As proposed, 
the fault management module of the solution integrates directly 
with the controller as well as with the performance management 
system.  
The final aspect of Expedition is reporting the data 
obtained. The tool would be incomplete if it cannot convey the 
results clearly and elaborately to its users. Also, it is essential 
that a user gets the information in a comprehensible form, and 
hence, data is represented  with this in  mind.   The  existing 
visualization tool,  Splunk, has been used  primarily  for  this 
purpose. Various graphs and charts are generated for the user to 
access the information accurately. These are attached in the 
results section of the paper. In addition, Splunk allows users to 
obtain the research data and graphs in various file types, such 
as CSV, PDF, etc. Another feature of the Expedition tool is 
giving  users  customized  access,  depending  on  their 
organizational level.  To demonstrate this,  a specific user is 
created such that the user can only view certain aspects of the 
tool, and without administrator access to the tool. 
Lastly, detailed documentation is created as individual modules 
are completed. This ensures that there is a clear record of our 
progress through the course of the research, and for users to 
understand the functioning of the tool, for future development. 
As the project has primarily been developed in Python, Sphinx 
has been used as the preferred tool for documentation, because 
of the uniformity it offers. 
IV. Research Results 
After  research  on  choosing  the  most  appropriate  SDN   
controllers on which to test for the validity of the proof-of 
concept developed, OpenDaylight, Floodlight, Ryu and Pox   
were chosen. This was based on factors such as programming 
language, utility, industry adoption and variety of other choices. 
Developing the tool for the above controllers has given detailed 
results that validate the working of these controllers. 
The results for the 
time convergence of the Dijkstra’s algorithm
calculated for the Pox controller have been shown in figure 2 
below. The graph plotted has time on the Y-axis and increasing 
number of switches in the looped topology on the X-axis. The 
number of switches for which the topology has been created has 
been incremented from four through to twenty, in steps of two. 
Additional switches have been added on each branch of the 
topology described in figure 3. 
Figure 2: Time convergence of Dijkstra’s algorithm
Figure 3: Topology used for Dijkstra’s algorithm calculation
The universal abstraction layer outputs the results of KPIs into 
persistent storage. This store is then configured as a data source for 
the  visualization  tool.  The  important  feature  of  the  Splunk 
visualization tool is that it allows for real time data visualization. 
Further, we have made use of the Splunk feature to save this 
dashboard and assign it to certain users for access based dashboard 
views.  As  stated  previously,  we  have  monitored  interface 
utilization statistics of the 4 selected controllers. This is presented 
on the dashboard. A change in topology statistics such as traffic 
leads to a real-time change in the dashboard, thus, making it easy 
for  network  administrators  to  check  the  performance  of  the 
network. 
C# PDF File Split Library: Split, seperate PDF into multiple files
Advanced component for splitting PDF document in preview without any third-party plug-ins installed. C# DLLs: Split PDF Document. Add necessary references:
add a link to a pdf in preview; pdf link to attached file
C# Create PDF Library SDK to convert PDF from other file formats
Preview PDF documents without other plug-ins. this PDF document metadata adding control, you can add some additional information to generated PDF file
pdf links; add links pdf document
Figures 6.1 and 6.2 in pages 7 and 8 of this document demonstrate 
the outputs of interface utilization statistics, as obtained for the four 
controllers  on  the Expedition  tool,  mapped  with  interface 
utilization on the Y-axis and time on the X-axis. Each time instance 
gives the utilization statistics for each interface of the network. 
These graphs are real-time and changes according to fluctuations 
in traffic. 
The topology chosen for the measurements of interface 
utilization and interface errors is shown in the figure below: 
Figure 4: Topology used for interface utilization calculation 
The throughput and latency for the Ryu Controller is displayed 
below. The graph maps the throughput and latency, in units of 
flows per second, on the Y-axis, to time, on the X-axis: 
Figure 5: Throughput and Latency of Ryu controller 
V. Discussion of Results 
The results of the analysis of Dijkstra’s algorithm
in 
Figure 2 helps the SDN developer measure how the SDN code 
scales up with increasing size of topology. As per the graph 
results obtained, it is clear that the convergence time growth of 
the algorithm is mostly linear. Such an observation would help 
developers understand the impact of their code on a real-world 
network. It must be noted, however, that this calculation was 
made for a specific sparse topology, with switches incremented 
along the two branches of the topology in Figure 3. With a 
different topology, the results obtained may be different, and 
can be easily calculated in the same manner as above. A further 
caveat is that this calculation was done statically, with topology 
changes being done after the controller was taken down. This is 
one of the drawbacks of using the Mininet network simulator, 
as  it  does  not  allow  for  real-time  changes  in  the  network 
topology, as would happen in a real-world scenario. 
The  fault  logging  feature,  as  well  as  KPI  for 
availability is presented in the form of log entries in Splunk. 
Through  this  research,  a  comparison  of  the  four  SDN 
controllers shows that OpenDaylight and Floodlight require a 
higher CPU processing power to run and compute, as compared 
to the Pox and Ryu controllers. This is further evidenced by the 
fact that CBench can be run on a single core virtual machine for 
Pox and Ryu, whereas multi-core environments are required to 
compute the same for OpenDaylight and Floodlight.  
The computation of throughput and latency for each of 
the SDN controllers has been done using the CBench tool. The 
CBench tool installs flows for a customized number of switches 
and computes the throughput and latency of the controller, in 
units of flows per second. The graph for the two parameters for 
the Ryu controller has been displayed in figure 5, and gives a 
clear  indication  regarding  its  health.  If  there are  abnormal 
spikes in that graph, it indicates that the controller is being over-
utilized, and registers an alert to the user. 
The comparison of interface utilization, both received 
and transmitted bytes, as done in Figure 6, and can be accessed 
in real time through the tool, help network engineers get a real 
time  view  of  the  network,  and  how  it  is  performing.  The 
dashboard clearly depicts per interface utilization of each of the 
SDN controllers, with the data being pulled from the controllers 
at intervals of fifteen seconds. The unified dashboard depicts 
the utility of the Expedition tool, and demonstrates that the 
research question has been answered positively.  
During the course of this research, we have observed 
that  a  comparison of the four SDN  controllers  shows  that 
OpenDaylight and Floodlight require a higher CPU processing 
power to run and compute, as compared to the Pox and Ryu 
controllers. This is evident from the running time for each of 
these controllers in performing equivalent tasks. This is further 
evidenced by the fact that CBench can be run on a single core 
virtual machine for Pox and Ryu, whereas require multi-core 
environments  to  compute  the  same  for  OpenDaylight  and 
Floodlight.  
A close observation of results obtained shows that the 
Pox and OpenDaylight controllers display an anomaly, in that 
there is a very slight increase in interface utilization statistics 
even though no traffic is being generated at that point of time. 
In addition, it allows network engineers to monitor multiple 
SDN controllers simultaneously, and compare the performance 
of  one  controller  with  another.  Such  a  dynamic,  real-time 
monitoring of the network is vital for network engineers to be 
able to execute their tasks correctly. Further, it clearly validates 
the working of the Expedition tool, and provides a positive 
answer to the research question upon which this paper was 
based.  
VB.NET PDF insert text library: insert text into PDF content in vb
Add text to certain position of PDF page in Visual Basic .NET class. Add text to PDF in preview without adobe reader component installed.
add hyperlink to pdf in; chrome pdf from link
Figure 6.1: Interface utilization dashboard for Floodlight and OpenDaylight controllers 
Figure 6.2: Interface utilization dashboard for RYU and POX controllers
VI. Conclusions and Future Research 
The project has been successfully implemented as a 
proof-of-concept to provide an answer to the research question 
upon  which  this  paper  was  based. As  concluded  from  the 
discussion of results  section  above, it is clearly possible to 
develop a unified fault and performance monitoring tool that 
can  interface  with  multiple  SDN  controllers,  as  exhibited 
above. 
It is possible to develop this tool further to incorporate 
several features that would make it more accessible to network 
engineers. This includes adding additional KPIs for monitoring, 
such as minimum and maximum response times, packet loss, 
CPU utilization, memory utilization, etc. These would provide 
network engineers with a more complete view of the network. 
Another issue that is to be handled is the issue of scale. 
As the number of SDN controllers increases, the tool will have 
to access each controller be accessed with individual computing 
resources by implementing a multi-threading mechanism. In 
addition, the current implementation of the tool requires users 
to add each additional controller manually to a log file, for the 
tool to start monitoring. This becomes unfeasible beyond a 
certain point, and the next step of development would be for the 
tool to dynamically identify each additional controller. 
Another issue of scale that can be worked on is the deployment 
of large Hadoop clusters to store the data being generated. As a 
proof-of-concept, the current solution is able to handle raw data 
using persistent  data structures that  have been  used  in this 
project. However,  as a practically deployed tool, a scalable 
multi-master database such as Cassandra or distributed database 
HBase can be used to store data in NoSql format on Ext3 file 
systems. The data can be subjected to map reduce using the 
Hadoop  distributed  processing  technology  to  maintain 
redundancy and speed up queries to the database.  
As mentioned in the discussion of results section, the 
Pox and OpenDaylight controllers display a very small traffic 
flow across  the network topology even though no traffic is 
being generated at that point of time. This anomaly has to be 
investigated further using a packet capture mechanism, so as to 
identify the root cause. 
Another  huge  scope  for  future  research  is  in 
implementing a fault correction mechanism for certain KPIs. 
This  can  include  failover  of  traffic  in  case  of  interface 
overutilization, a clearing of error counters in case of stagnant 
interface errors, etc. This would automate a lot of the tasks that 
a network engineer would have to perform manually. 
There  is  also  further  scope  for  research  and 
development of the front-end user interfaces, to make them as 
intuitive to the network engineer as possible. As the customer-
facing part of the solution, the GUI plays a large part in the 
adoption of  the  tool.  HTML5  with  twitter  bootstrap  is  the 
current trend observed for developing web applications. Certain 
Javascript frameworks such as AngularJS and Javascript can be 
used to improve the efficiency of overall module.  
VII. Appendix 
Appendix 1: List of Resources used 
Controllers 
Open Daylight 
FloodLight 
Ryu 
Pox 
Database 
Persistent  Data  Storage 
Systems (Flat Files) 
Reporting 
Splunk 
Programming 
Python 2.7 
Performance benchmarking  CBench 
Documentation 
Sphinx 
Appendix 2: List of Figures 
VIII. References 
[1] 
Kim,  A.  and  Feamster,  N.,  “Improving  network 
management  with  software  defined  networking,” 
IEEE 
Communications Magazine, vol. 51, no. 2, pp. 114
119, 
Feb. 2013. 
Figure 
Title 
Figure 1 
Architecture  for  the Expedition 
tool 
Figure 2 
Time  convergence  of  Dijkstra’s 
algorithm 
Figure 3 
Topology  used  for  Dijkstra’s 
algorithm calculation 
Figure 4 
Topology  used  for  interface 
utilization calculation 
Figure 5 
Throughput and  Latency  of  Ryu 
controller 
Figure 6.1 
Interface utilization dashboard for 
Floodlight and Opendaylight 
controllers 
Figure 6.2 
Interface utilization dashboard for 
RYU and POX controllers 
10 
[2] Ennis, S., "Service Assurance for Network Virtualization is 
about  Future  Proofing",04/16/14.Retrieved  October  12, 
2014. 
Available:http://www.monolith-
software.com/blog/2014/04/service-assurance-for-network-
virtualization-is-about-future-proofing 
[3] ONF, "Software-Defined Networking: The New Norm for 
Networks".  White  paper.  Open  Networking  Foundation. 
April 13, 2012. Retrieved October 12, 2013. 
[4] Greenberg, A., Hjalmtysson, G., Maltz, D. A.,  Myers, A., 
Rexford, J., Xie, G., and Zhang, H., "A clean slate 4D 
approach  to  network  control  and  management,"  ACM 
SIGCOMM Computer Communication Review, vol. 35, 
no. 5, pp. 41-54, 2005.  
[5] Kuklinksi, S.  and Chemouil, P.,  “Network Management 
Challenges in the Software-
Defined Networks”, IEICE, vol 
E97-B, No. 1 pp 2-9 2014. 
[6]  Gelberger,  A;  Yemini,  N.;  Giladi,  R.,  "Performance 
Analysis  of  Software-Defined  Networking(SDN)," 
Modeling,  Analysis  &  Simulation  of  Computer  and 
Telecommunication  Systems  (MASCOTS),2013  IEEE 
21st International Symposiumon , vol., no., pp.389,393, 
14-16 Aug. 2013 doi: 10.1109/MASCOTS.2013.58  
[7]  Kempf, J.; Bellagamba, E.; Kern, A; Jocha, D.; Takacs, A; 
Skoldstrom,  P.,  "Scalable  fault  management  for 
OpenFlow,"    Communications  (ICC),  2012  IEEE 
International Conference on , vol., no., pp.6606,6610, 10-
15 June 2012 doi: 10.1109/ICC.2012.6364688 
[8] Slattery. T, "Monitoring a Software Defined Network, Part 
1". 
Retrieved 
September,2014 
Available: 
http://www.nojitter.com/post/240164599/monitoring- 
asoftware defined-network-part-1  
[9] Wangdong, W., Qinglei, Q., Xiangyang, G., Yannan, H., 
Xirong, Q., “Autonomic QoS Management Mechanism in 
Software Defined Netwo
rk”, Communications,China, vol 
11, No. 7, pp 13-23, 2014 
[10]  Li, H., Que, X., Hu, Y., Xiangyang, G., and Wendong, W., 
“An autonomic management architecture for SDN
-based 
multi-
service  network,”  in 
2013  IEEE  Globecom 
Workshops (GC Wkshps), 2013, pp. 830
835. 
[11]  Jain, S., Kumar, A., Mandal, S., Ong, J., Poutievski, L., 
Singh, A., Venkata, S., Wanderer, J., Zhou, J., Zhu, M., 
Zolla,  J.,  Hölzle,  U.,  Stuart,  S.,  and  Vahdat,  A.,  “B4: 
Experience with a Globally-Deployed Software Defined 
WAN”, SIGGCOMM.
[12]  Dowling, B.,"10 Free Server & Network Monitoring Tools 
that  Kick  Ass",11/04/2009.Retrieved  October  12,2014 
Available: http://sixrevisions.com/tools/10-  free-server-
network-monitoring-tools-that-kick-ass/ 
[13] Unknown, "JSON: The Fat-Free Alternative to XML", 
Retrieved 
October 
12,2014, 
Available: 
http://www.json.org/xml.html 
[14]  Nickolaisen,  N.,"Agile  project  management  helps 
overcome  IT  obstacles"  .Retrieved  October  12,2014 
Available  : http://searchcio.techtarget.com/tip/Agile-
project- management-helps-overcome-IT-obstacles 
[15]  Rousse,  M.,  Gibilisco,  S.,”  N
orthbound  interface  / 
Southbound 
interface
”, 
Available: 
http://whatis.techtarget.com/definition/northbound-
interface-southbound-interface 
[16]  Tootoonchian, A., Gorbunov, S., Ganjali, Y., Cacado, M., 
and Sherwood, R., 2nd USENIX workshop on Hot topics 
in management of internet, cloud, and enterprise networks 
and 
services. 
Available: 
https://www.usenix.org/system/files/conference/hot-
ice12/hotice12-final33_0.pdf 
[17] Feamster, N., Rexford, J., Zegura, E., “The Road to SDN: 
An  Intellectual  History  of  Programmable  Networks”, 
ACM SIGCOMM Computer Communication Review, vol 
44 issue 2, pp 87-98, 2014
Documents you may be interested
Documents you may be interested