MiddleNet: A Unified, High-Performance NFV and Middlebox Framework With eBPF and DPDK
MiddleNet: A Unified, High-Performance NFV and Middlebox Framework With eBPF and DPDK
复制标题
MiddleNet：采用 eBPF 和 DPDK 的统一、高性能 NFV 和中间盒框架
DOI：
10.1109/tnsm.2023.3256891
复制
发表时间：
2023
影响因子：
5.3
通讯作者：
Ramakrishnan, K. K.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Qi, Shixiong;Zeng, Ziteng;Monis, Leslie;Ramakrishnan, K. K.
传统的网络驻留功能（例如，防火墙、网络地址转换）和中间盒（高速缓存、负载平衡器）已经从专用设备转移到基于软件的组件。然而，L2/L3网络功能（NF）正在广泛利用内核旁路技术的网络功能虚拟化（NFV）平台上实现。他们经常使用DPDK来实现零拷贝交付和高性能。另一方面，L4/L7中间盒更注重功能，利用了成熟的基于内核的系统。L2/L3 NF和L4/L7中间盒继续由不同节点上的不同平台处理。本文提出了MiddleNet，它开发了一个统一的网络驻留功能框架，支持L2/L3 NF和L4/L7中间盒。MiddleNet支持在NFV和中间盒环境中必不可少的功能链。MiddleNet使用数据平面开发工具包（DPDK）库进行零拷贝数据包交付，而无需基于中断的处理，以实现NFV所需的“线中碰撞”L2/L3处理性能。为了支持L4/L7中间盒功能，MiddleNet使用一个统一的、基于内核的协议栈进行处理，避免了为每个功能使用专用的协议栈。MiddleNet充分利用了扩展的Berkeley Packet Filter（eBPF）的事件驱动功能，并将其与共享内存无缝集成，以实现L4/L7中间盒功能链中的高性能通信。L4/L7中MiddleNet的开销是严格与负载成比例的，而不需要基于DPDK的方法的专用CPU内核。MiddleNet通过利用单根I/O虚拟化（SR-IOV）来动态选择所需的数据包处理（第2 - 7层），从而支持依赖于流的数据包处理。我们的实验结果表明，MiddleNet在这样一个统一的环境中实现了高性能。
Traditional network resident functions (e.g., firewalls, network address translation) and middleboxes (caches, load balancers) have moved from purpose-built appliances to software-based components. However, L2/L3 network functions (NFs) are being implemented on Network Function Virtualization (NFV) platforms that extensively exploit kernel-bypass technology. They often use DPDK for zero-copy delivery and high performance. On the other hand, L4/L7 middleboxes, which have a greater emphasis on functionality, take advantage of a full-fledged kernel-based system. L2/L3 NFs and L4/L7 middleboxes continue to be handled by distinct platforms on different nodes. This paper proposes MiddleNet that develops a unified network resident function framework that supports L2/L3 NFs and L4/L7 middleboxes. MiddleNet supports function chains that are essential in both NFV and middlebox environments. MiddleNet uses the Data Plane Development Kit (DPDK) library for zero-copy packet delivery without interrupt-based processing, to enable the ‘bump-in-the-wire’ L2/L3 processing performance required of NFV. To support L4/L7 middlebox functionality, MiddleNet utilizes a consolidated, kernel-based protocol stack for processing, avoiding a dedicated protocol stack for each function. MiddleNet fully exploits the event-driven capabilities of the extended Berkeley Packet Filter (eBPF) and seamlessly integrates it with shared memory for high-performance communication in L4/L7 middlebox function chains. The overheads for MiddleNet in L4/L7 are strictly load-proportional, without needing the dedicated CPU cores of DPDK-based approaches. MiddleNet supports flow-dependent packet processing by leveraging Single Root I/O Virtualization (SR-IOV) to dynamically select the packet processing needed (Layers 2 - 7). Our experimental results show that MiddleNet achieves high performance in such a unified environment.
登录
查看更多内容
评估容器网络接口插件：功能、性能和可扩展性
影响因子：
5.3
作者：
Qi, Shixiong;Kulkarni, Sameer G.;Ramakrishnan, K. K.
通讯作者：
Ramakrishnan, K. K.
DOI：
--
发表时间：
2019-07
期刊：
--
影响因子：
--
作者：
Dmitry Duplyakin;R. Ricci;Aleksander Maricq;Gary Wong;Jonathon Duerig;E. Eide;L. Stoller;Mike Hibler;David Johnson;Kirk Webb;Aditya Akella;Kuang-Ching Wang;Glenn Ricart;L. Landweber;C. Elliott;M. Zink;E. Cecchet;Snigdhaswin Kar;Prabodh Mishra
通讯作者：
Dmitry Duplyakin;R. Ricci;Aleksander Maricq;Gary Wong;Jonathon Duerig;E. Eide;L. Stoller;Mike Hibler;David Johnson;Kirk Webb;Aditya Akella;Kuang-Ching Wang;Glenn Ricart;L. Landweber;C. Elliott;M. Zink;E. Cecchet;Snigdhaswin Kar;Prabodh Mishra
DOI：
10.1109/tnet.2020.2969971
发表时间：
2017-08
期刊：
IEEE/ACM Transactions on Networking
影响因子：
--
作者：
Sameer G. Kulkarni;Wei Zhang-;Jinho Hwang;Shriram Rajagopalan;K. Ramakrishnan;Timothy Wood;M. Arumaithurai-M.-Arumaith
通讯作者：
Sameer G. Kulkarni;Wei Zhang-;Jinho Hwang;Shriram Rajagopalan;K. Ramakrishnan;Timothy Wood;M. Arumaithurai-M.-Arumaith
DOI：
10.1145/263326.263335
发表时间：
1996-01
期刊：
--
影响因子：
--
作者：
J. Mogul;K. Ramakrishnan
通讯作者：
J. Mogul;K. Ramakrishnan
DOI：
10.1109/tnsm.2020.3000255
发表时间：
2020-06
影响因子：
5.3
作者：
Nguyen Van Tu;Jae-Hyoung Yoo;James Won-Ki Hong
通讯作者：
Nguyen Van Tu;Jae-Hyoung Yoo;James Won-Ki Hong