Chaining-box: a transparent SFC architecture leveraging BPF

Abstract

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.