FastRMT:一种面向微体系结构创新的高速数据平面可编程系统

网络数据平面可编程(Data Plane Programmability)给网络转发设备的数据平面赋予强大的可编程性,在不更换设备的情况下,可以动态部署新型机制与服务,例如路由转发核心机制、网络安全控制功能、网内计算加速服务等.由此,数据平面可编程成为业界和学术界高度关注的新兴技术,并已在主流云服务提供商投入应用.可重构匹配表架构(Reconfigurable Match Table Architecture,RMT)由于出色的处理性能和采用P4语言灵活编程的特性,成为数据平面可编程的热点研究方向.然而,受困于RMT架构复杂的体系结构设计、芯片闭源的服务机制以及门槛较高的FPGA设计开发,使得RMT研究人员难以通过FPGA,对RMT创新设计以及100 Gbps以上真实性能场景进行敏捷验证.本文提出并实现了一种数据平面可编程系统FastRMT,首次开源了FPGA级的系统实现.FastRMT支持RMT架构可编程协议解析、自定义规则匹配、超长指令字的并发动作执行引擎等核心功能,支持P4语言对系统进行编程.FastRMT具备松耦合与模块化的特点,研究人员可以替换模块或者对系统进行动态重构,从而实现新型机制或体系结构的敏捷开发与验证.本工作包含交换机原型与网卡原型两种版本,支持主流FPGA芯片,系统可完成100 Gbps的报文线速处理能力,1500 B报文处理延迟仅为1.22μs,体现了FastRMT作为基础框架对微体系结构创新和生产线级别验证的优势和可行性.

网络切片可编程数据平面模型

可重构匹配表(reconfigurable match table, RMT)是一种可编程的数据包处理流水线架构。为了实现可编程数据平面对更多不同网络协议的支持,在该架构的基础上扩展逆解析器,使用扩展后的逆解析器以及两个RMT流水线组成一个协议无关的网络切片可编程数据平面模型。由于RMT架构中采用精简指令集,扩展后的逆解析器采用复杂指令集,因此称扩展后的架构为混合指令RMT(hybrid-instruction RMT, HiRMT)。HiRMT能够支持基于IPv6转发平面的段路由、SID(segment ID)的多语义、微分段技术、多协议标签交换技术,以及虚拟扩展局域网技术。该架构具有广阔的应用场景。在Corundum原型平台上进行了逆解析器模块的性能测试,结果表明扩展后的逆解析器能够使用较少的资源在数据包大小达到512 B时以100 Gbit/s的吞吐量进行处理。