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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/44322
ORCID: | http://orcid.org/0000-0002-4391-3876 |
Document type: | Tese |
Access type: | Acesso Aberto |
Title: | FANTNet: Uma Arquitetura para Rede de Trânsito NDN Baseada em Redes Definidas por Software |
Alternate title (s): | FANTNet: An Architecture for NDN Transit Network Based on Software-Defined Networking |
Author: | Rosa, Eduardo Castilho |
First Advisor: | Silva, Flávio Oliveira da |
First member of the Committee: | Costa, António Luis Duarte |
Second member of the Committee: | Corujo, Daniel Nunes |
Third member of the Committee: | Pereira, João Henrique de Souza |
Fourth member of the Committee: | Rosa, Pedro Frosi |
Summary: | A arquitetura de Redes de Dados Nomeados (NDN) foi proposta para resolver algumas das limitações existentes na Internet atual. Dado o potencial da NDN como alternativa ao TCP/IP clássico, encaminhar o tráfego entre múltiplos domínios NDN por meio de redes de trânsito de alta velocidade é fundamental. Todavia, o desenvolvimento de encaminhadores de pacotes NDN trás inúmeros desafios, especialmente quando se trata do desenvolvimento de estruturas de dados para a NDN FIB em hardware. Embora existam propostas de NDN FIB para comutadores programáveis, dimensioná-las para armazenar milhões de prefixos no ASIC ainda é um problema não resolvido satisfatoriamente. Diante desse contexto, propõe-se nessa tese a FANTNet, uma arquitetura de rede de trânsito NDN baseada em SDN. A arquitetura FANTNet tem como premissa a aceleração do tráfego entre múltiplos domínios NDN através de uma abstração da rede núcleo que utiliza comutadores de borda programáveis. Para otimizar o encaminhamento no núcleo, propõe-se a Compressed Forwarding Information Base (CoFIB), uma estrutura de dados para a FIB que é empregada exclusivamente nos comutadores de borda. A CoFIB é implementada como um conjunto de tabelas P4 dispostas nos pipelines de ingresso e egresso, onde o algoritmo proposto para o Longest Name Prefix Matching (LNPM) utiliza múltiplas recirculações de pacotes. Para reduzir o número dessas recirculações, propõe-se uma heurística de posicionamento das tabelas nos blocos de ingresso e egresso. Como critério para comprimir os prefixos na CoFIB, essa tese introduz o conceito de prefixo nomeado canônico e um algoritmo para a extração desses prefixos da RIB. Resultados experimentais mostram uma redução de até 16,58× no consumo de memória on-chip da CoFIB em comparação com o estado da arte, além de uma menor probabilidade de falhas de lookups devido ao baixo número de colisões de hash. Além disso, os resultados mostram um aumento de 23,17% de pacotes de interesse processados a taxa de linha em comparação com o baseline devido a estratégia de otimização de posicionamento de tabelas. |
Abstract: | The Named Data Networks (NDN) architecture was proposed to solve some of the limitations existing in the current Internet. Given the potential of NDN as an alternative to classic TCP/IP, routing traffic between multiple NDN domains over high-speed transit networks is critical. However, developing NDN packet forwarders for the core network brings numerous challenges, especially regarding the data structures for the NDN FIB on hardware. Although there are NDN FIB proposals for programmable switches, scaling them to store millions of prefixes in the ASIC is still a problem that needs to be satisfactorily resolved. Given this context, this thesis proposes FANTNet, a logically centralized NDN transit network architecture based on SDN. The FANTNet’s architecture aims to accelerate traffic between multiple NDN domains through an abstraction of the core network that uses programmable edge switches. To optimize forwarding in the core, we propose the Compressed Forwarding Information Base (CoFIB), a data structure for the FIB that is used exclusively in edge switches. CoFIB is implemented as a set of P4 tables arranged in the ingress and egress pipelines, where the algorithm proposed for LNPM uses multiple packet recirculations. We propose a heuristic for positioning the tables in the ingress and egress blocks to reduce the number of these recirculations. As a criterion for compressing prefixes in CoFIB, this thesis introduces the concept of canonical named prefixes and an algorithm for extracting these prefixes from the RIB. Experimental results show up to a 16.58× reduction in CoFIB on-chip memory consumption compared to the state-of-the-art, as well as a lower probability of lookup failures due to the low number of hash collisions. Furthermore, the results show a 23.17% increase in interest packets processed at line rate due to the table positioning optimization strategy. |
Keywords: | NDN SDN P4 FIB comutadores programáveis prefixos canônicos programmable switches canonical prefixes |
Area (s) of CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::SISTEMAS DE COMPUTACAO::ARQUITETURA DE SISTEMAS DE COMPUTACAO |
Subject: | Computação |
Language: | por |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
Program: | Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação |
Quote: | ROSA, Eduardo Castilho. FANTNet: Uma Arquitetura para Rede de Trânsito NDN Baseada em Redes Definidas por Software. 2024. 147 f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.629. |
Document identifier: | http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.629 |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/44322 |
Date of defense: | 27-Aug-2024 |
Sustainable Development Goals SDGs: | ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação. |
Appears in Collections: | TESE - Ciência da Computação |
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