基于P4的可编程数据平面研究及其应用

可编程协议无关报文处理(Programming Protocol-Independent Packet Processors,P4)使网络管理员能够定制交换机的数据包转发行为,提升了数据平面的可编程能力与报文处理的灵活性,从而很容易实现新功能、支持新协议,减少了开发周期与开发成本,为解决当前网络体系结构中长期存在的挑战以及设计新型数据平面功能提供了一种新的解决方案.并且,将一些原本由中间件实现的网络功能、端服务器实现的应用卸载到可编程数据平面上,还能获得可观的性能收益,提升网络与应用的整体表现.本文首先概述了可编程数据平面的发展历史与P4的研究背景.接着,本文介绍了P4语言及其架构,包括P4语言的设计目标、P4抽象转发模型、工作流程、P4语法要素.然后,本文总结了目前P4语言在语法、功能、标准规范等方面存在的问题,并将P4语言与其他数据平面编程语言进行了简要对比.之后,本文介绍了基于P4的可编程数据平面的最新研究进展,包括对异构平台的兼容、编译器的设计和优化、开发工具的设计和实现等方面.此外,本文从负载均衡、网络测量、网络安全等方面展现了学术界与工业界基于P4与可编程数据平面作出的应用成果.紧接着,本文探讨了满足什么条件的网络功能与终端应用才应该被卸载到数据平面上执行,为读者今后的研究提供参考.最后,本文探讨了未来P4研究工作的趋势与亟待解决的若干问题.