Projeto, implementação e avaliação do suporte de casamento com prefixo mais longo para IPv4/IPv6 em planos de dados programáveis multi-arquitetura

Orientador: Christian Rodolfo Esteve RothenbergDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: Dentre as novas tendências em programação de dataplane dentro de SDN (Software Defined Networking) destacam-se os esforços para prover um suporte multi-plataforma dotado de alta definição das informações que são processadas pelo pipeline do plano de dados. No entanto, alguns desafios ainda persistem, como a necessidade de um plano de dados programável ou a adoção de uma abstração de programação independente de protocolo. Como forma de mitigar tais problemas, verifica-se que a Linguagem Específica de Domínio~(DSL) Programming Protocol-Independent Packet Processors~(P4) desponta como uma tendência emergente para expressar como os pacotes são processados pelo plano de dados de uma plataforma de rede programável. De modo independente e em paralelo, constata-se que o projeto OpenDataPlane~(ODP) cria um conjunto de plataformas abertas de Application Programming Interfaces~(APIs) projetado para o plano de dados de rede. Isso posto, tem-se que o Multi-Architecture Compiler System for Abstract Dataplanes~(MACSAD) surge como uma abordagem para convergir P4 e ODP em um processo de compilação convencional, arquivando a portabilidade dos aplicativos de plano de dados sem afetar as melhorias de desempenho do alvo. O MACSAD pode integrar a API do ODP e o P4, reunindo-os e definindo um plano de dados programável em um sistema de compilador unificado. Este trabalho tem como objetivo adicionar o suporte do Longest Prefix Match~(LPM) do IPv4/IPv6 ao MACSAD, integrado com as APIs do ODP e à programação P4, oferecendo recursos de planejamento de dados de alto desempenho. O suporte ao LPM proposto para o MACSAD combina o algoritmo de lookup e a biblioteca da API do ODP com o suporte à tabela MACSAD, para criar uma base de encaminhamento completa usada no processo do LPM. A implementação do IPv4 adapta o atual algoritmo de lookup do ODP para trabalhar com o MACSAD. A implementação de lookup IPv6, atualmente não suportada pelo ODP, é uma extensão do suporte IPv4 que é desenvolvido usando o mesmo algoritmo adaptado a uma chave de 128 bits. A pesquisa IPv4 e IPv6 usa uma base de árvore binária para executar o lookup do LPM. Para a avaliação de desempenho do suporte ao LPM, utilizamos uma ferramenta geradora de tráfego Network Function Performance Analyzer~(NFPA) que permite gerar diferentes tipos de tráfego no MACSAD. Cabe ainda destacar, como uma contribuição lateral deste trabalho, o desenvolvimento da ferramenta geradora de pacote BB-Gen, já com lançamento open source. Resultados experimentais mostram que é possível atingir um throughput de 10G com tamanhos de pacotes de 512 bytes ou superioresAbstract: New trends in dataplane programmability inside Software Defined Networking~(SDN) are in efforts to bring multi-platform support with a high definition of the information that is processed by the dataplane pipeline. However, some challenges are still present, as the necessity of a programmable dataplane or a protocol independent programming abstraction. The Programming Protocol-Independent Packet Processors~(P4) Domain Specific Language (DSL) is an emerging trend to express how the packets are processed by the dataplane of a programmable network platform. In parallel, OpenDataPlane~(ODP) project creates an open-source, cross-platform set of Application Programming Interfaces~(APIs) designed for the networking data plane. Multi-Architecture Compiler System for Abstract Dataplanes~(MACSAD) is an approach to converge P4 and ODP in a conventional compilation process, achieving portability of the dataplane applications without affecting the target performance improvements. MACSAD can integrate the ODP API and the P4, bringing them together and defining a programmable dataplane across multiple targets in a unified compiler system. This work aims at adding IPv4/IPv6 Longest Prefix Match~(LPM) support to MACSAD integrated with ODP APIs and P4 programmability delivering high-performance dataplane capabilities. The proposed LPM support for MACSAD combines the lookup algorithm and the ODP API library with MACSAD table support, to create a complete forwarding base used in the LPM process. The IPv4 implementation adapts the current ODP lookup algorithm to work with MACSAD. IPv6 lookup implementation, currently not supported by ODP, is an extension of the IPv4 support, developed using the same algorithm adapted to a 128-bit key. IPv4 and IPv6 lookup use a binary tree base, to perform the LPM lookup. For the performance evaluation of the LPM support, we use a traffic generator tool Network Function Performance Analyzer~(NFPA) that allows generating different types of traffic across MACSAD. A side contribution on this front we developed and released open source the BB-Gen packet crafter tool. Experimental results show that it is possible to reach a throughput of 10G with packets sizes of 512 Bytes and aboveMestradoEngenharia de ComputaçãoMestre em Engenharia Elétric