P4: Programming protocol-independent packet processors

Transcrição

1 P4: Programming protocol-independent packet processors Pat Bosshart,Martin Izzard,Nick McKeown,Jennifer Rexford,Cole Schlesinger,Dan Talayco,Amin Vahdat,George Varghese,David Walker Sistemas em Redes

2 Motivação OpenFlow não é flexível Adição de novos campos demanda uma nova versão Aumenta a complexidade do sistema Péssima experiência para o adoção de SDN Retirado do artigo P4 P4 Sistemas em Rede

3 Motivação OpenFlow não é flexível Adição de novos campos demanda uma nova versão Aumenta a complexidade do sistema Muito volátil ao futuro pois o suporte a novos protocolos depende de atualizações no OpenFlow Retirado do artigo P4

4 Como fazer melhor? P4 teve três objetivos em seu projeto Independência do protocolo Independência de arquitetura Reconfigurável em campo O programador deve poder definir como analisar o pacote e definir as ações que desejar

5 Como fazer melhor? P4 teve três objetivos em seu projeto Independência do protocolo Independência de arquitetura Reconfigurável em campo O programador deve poder definir como analisar o pacote e definir as ações que desejar Transparência de como o dispositivo processa o pacote (compilador)

6 Como fazer melhor? P4 teve três objetivos em seu projeto Independência do protocolo Independência de arquitetura Reconfigurável em campo O programador deve poder definir como analisar o pacote e definir as ações que desejar Transparência de como o dispositivo processa o pacote (compilador) Alterar o processamento de pacotes em tempo de execução

7 Como fazer melhor? P4 teve três objetivos em seu projeto Independência do protocolo Independência de arquitetura Reconfigurável em campo O programador deve poder definir como analisar o pacote e definir as ações que desejar Transparência de como o dispositivo processa o pacote (compilador) Alterar o processamento de pacotes em tempo de execução

8 Suporte em hardware Vários dispositivos são programáveis a nível de processamento de pacote PISA: Intel Flexpipe, Cisco Doppler, CPU: OpenVSwitch, ebpf,... FPGA: Xilinx, Altera,...

9 Suporte em hardware Vários dispositivos são programáveis a nível de processamento de pacote PISA: Intel Flexpipe, Cisco Doppler, CPU: OpenVSwitch, ebpf,... FPGA: Xilinx, Altera,... E quanto a velocidade?

10 Suporte em hardware Vários dispositivos são programáveis a nível de processamento de pacote PISA: Intel Flexpipe, Cisco Doppler, CPU: OpenVSwitch, ebpf,... FPGA: Xilinx, Altera,... E quanto a velocidade?

11 PISA: Protocol Independent Switch Architecture The Intel Ethernet Switch FM5000/FM6000 Series are a family of fully integrated wire-speed 10/40 Gbps Ethernet switch silicon. tremendous flexibility using the advanced Intel Flexpipe technology, while maintaining the best-in-class latency and throughput demonstrated by the Intel Ethernet Switch FM2000 and FM4000 silicon product lines

12 Arquitetura PISA

13 Arquitetura PISA Fila Pacote

14 Arquitetura PISA Fila Pacote Conjunto de parsers

15 Arquitetura PISA Fila Pacote Conjunto de parsers PIPELINE

16 Arquitetura PISA Fila Pacote Fila Conjunto de parsers PIPELINE

17 Abtração do hardware

18 Abtração do hardware Dividem a mesma tabela em hardware

19 Generalizando a abstração

20 P4 (programming protocol-independent packet processors) Dispositivo limpo

21 P4 (programming protocol-independent packet processors) Escreve o programa

22 P4 (programming protocol-independent packet processors) Escreve o programa Compilação (2 resultados)

23 P4 (programming protocol-independent packet processors) Escreve o programa Compilação (2 resultados) 1: Programa Switch

24 P4 (programming protocol-independent packet processors) Escreve o programa Compilação (2 resultados) 1: Programa Switch 2:API API é gerada automaticamente para Controle dos objetos (Tabelas)

25 P4 (programming protocol-independent packet processors) Escreve o programa Compilação (2 resultados) 1: Programa Switch 2:API Switch OS usa a API. Drivers podem ser necessários API é gerada automaticamente para Controle dos objetos (Tabelas)

26 P4 (programming protocol-independent packet processors) E se quisermos adicionar novos protocolos? (UDP, VXLAN, )

27 P4 (programming protocol-independent packet processors) E se quisermos adicionar novos protocolos? (UDP, VXLAN, ) Escreva o programa, recompile e execute-o novamente

28 P4 (programming protocol-independent packet processors) Novo programa

29 Conceitos da linguagem (Linguagem) Match+Action Table Depende da arquitetura do dispositivo

30 Conceitos da linguagem (Linguagem) Sem Parser/Deparser Sem Parser/Deparser entre Pipelines

31 Estrutura da linguagem

32 Linguagem (exemplo) ETHERNET + VLAN = Introduz alguns bytes entre SRC MAC e ETHERTYPE

33 Linguagem (exemplo) Data declaration Ethertype coincide com TPID (2 bytes) Endian Format Prioridade Grupo

34 Linguagem (exemplo) Parser Descompacta o cabeçalho Ethernet e move o ponteiro para depois do ethertype. Verifica se o ethertype possui valor para IPv4 ou TPID para VLAN Descompacta os campos da VLAN e verifica o ethertype REAL que vem depois da vlan

35 Linguagem (exemplo) Table + Action Já "Parsed". Só utilizar os campos

36 Linguagem (exemplo) Table + Action Já "Parsed". Só utilizar os campos Match = LPM, Range,...

37 Linguagem (exemplo) Controls Estabelece o fluxo das tabelas

38 Linguagem (exemplo) Controls Quer mais detalhes? Estabelece o fluxo das tabelas Tutorial SIGCOMM 2016 no youtube :)

39 P4 atualmente

40 Tutorial (EasyRoute) Origem define as interfaces iniciais Cada pacote pode ter um número variável de interfaces dependendo do caminho Foi definido que o pacote tem: preamble: define que o pacote é o que queremos (TUDO 0) num_valid: número de interfaces no cabeçalho port: interface de saída no switch payload: dado

41 Tutorial (EasyRoute)

42 Tutorial (EasyRoute) H1 quer enviar um HELLO para H3

43 Tutorial (EasyRoute) H1 define o pacote como: H1 quer enviar um HELLO para H3

44 Tutorial (EasyRoute) SW1 verifica a interface de saída (3) e atualiza o pacote, ou seja, decrementa num_valid e remove 03: H1 quer enviar um HELLO para H3

45 Tutorial (EasyRoute) SW3 verifica a interface de saída (1) e atualiza o pacote, ou seja, decrementa num_valid e remove 01: H1 quer enviar um HELLO para H3

46 Tutorial (EasyRoute) H3 recebe o HELLO H1 quer enviar um HELLO para H3

47 Tutorial (EasyRoute) H3 recebe o HELLO COMO FAZER NO P4? H1 quer enviar um HELLO para H3

48 Tutorial (EasyRoute) Data declaration Só um alias

49 Tutorial (EasyRoute) Parser Descarta os outros É o pacote que esperamos Não existe interface de saída

50 Tutorial (EasyRoute) Actions Copia a porta do cabeçalho como porta de saída Decrementa num_valid Desempilha a porta

51 Tutorial (EasyRoute) Table Porta válida?

52 Tutorial (EasyRoute) Table Porta válida? Esses estados são alterados em tempo de execução (cada linha da tabela tem uma ação)

53 Tutorial (EasyRoute) Table Porta válida? Não, discarta Sim, roteia Esses estados são alterados em tempo de execução (cada linha da tabela tem uma ação)

54 Tutorial (EasyRoute) Controls Usamos a única tabela disponível

55 Tutorial (EasyRoute) Controls Usamos a única tabela disponível Funciona? Vamos ver na prática