Chaining-Box: uma arquitetura de encadeamento de funções de rede transparente usando BPF

Autor: Matheus Salgueiro Castanho
Přispěvatelé: Marcos Augusto Menezes Vieira, Cristina Klippel Dominicini, Daniel Fernandes Macedo, Ítalo Fernando Scotá Cunha, Magnos Martinello
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFMG
Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
instacron:UFMG
Popis: CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico The development and adoption of Network Function Virtualization (NFV) has allowed great improvements in the way network services are deployed and managed by service providers. It has enabled the design of infrastructures more capable of responding to quick changes in demand due to the dynamic nature of traffic, while also providing reduction in management costs. In this setting, it is often required to compose different Service Functions (SF) in a sequential manner to create complex network services that operate on incoming traffic. Several approaches to handle this interconnection, also called Service Function Chaining (SFC), have been proposed in recent years, including high-performance implementations used in production systems. However, a careful analysis of these proposals shows that the separation of concerns between the service and data planes has not been among the main design objectives. As a consequence, the existing SFC architectures are tailor-made for specific environments and platforms, often relying on specialized or modified network devices, either in software or in hardware. This work proposes a new SFC architecture called Chaining-Box. It is based on a simple idea: integrating all functionality needed to provide SFC into each SF as a set of processing stages. This is done in a fully transparent manner, requiring little to no support from the underlying infrastructure and without any modifications to functions. The stages are implemented as BPF programs running inside a Linux kernel to provide all SFC actions as the packets traverse the kernel stack. Chaining-Box in detail, presenting its design and discussing how it compares to other existing SFC implementations, highlighting its advantages and also the disadvantages. An experimental analysis is also presented to demonstrate its applicability and the performance of the prototype implemented. O desenvolvimento e a adoção da Virtualização de Funções de Rede (NFV) permitiu grandes avanços na forma como serviços de rede são implantados e gerenciados. Isso possibilitou o projeto de infraestruturas mais capazes de responder a rápidas variações de demanda causada pela natureza dinâmica do tráfego de rede, ao mesmo tempo que reduziu o custo de manutenção. Nesses cenários, há a necessidade de composição de diferentes funções de rede de maneira sequencial para criar serviços de rede mais complexos para operarem sobre o tráfego de entrada. Diversas abordagens para lidar com essa interconexão, também chamada de encadeamento de funções de rede (SFC), têm sido propostas nos últimos anos, incluindo implementações de alto desempenho usadas em ambientes de produção. Porém, uma análise cuidadosa dessas propostas evidencia que a separação entre os planos de serviço e de dados não tem estado entre os principais objetivos de projeto. Como consequência, as arquiteturas de SFC existentes são feitas sob medida para ambientes e plataformas específicas, frequentemente dependendo de dispositivos de rede especializados ou modificados, seja em software ou hardware. Este trabalho propõe uma nova arquitetura de SFC denominada Chaining-Box. Ela é baseada em uma ideia simples: integrar toda a funcionalidade necessária para habilitar SFC em cada função de rede na forma de estágios de processamento. Isso é feito de forma completamente transparente, exigindo pouco ou nenhum suporte da infrastrutura de rede e sem modificar as funções. Os estágios são implementados como programas BPF rodando dentro do kernel do Linux e provêm todas as ações de SFC enquanto os pacotes atravessam a pilha de rede. Chaining-Box é descrita em detalhes, apresentando o seu projeto e comparando-a a outras implementações de SFC, destacando tanto suas vantagens quanto suas desvantagens. Uma análise experimental também é apresentada para demonstrar a aplicabilidade da arquitetura e o desempenho do protótipo implementado.
Databáze: OpenAIRE
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