Modellgestützte Analyse von zukünftigen Netzarchitekturen und deren Komponenten
Sicherheit und Verlässlichkeit, Betriebs-, Kommunikations- und verteilte Systeme
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die weite Verbreitung neuer Technologien wie z.B. Software-Defined Networking (SDN) und Network Function Virtualization (NFV) prägt das Aussehen künftiger Netzwerkgenerationen. Die Flexibilität, neue Netzwerkfunktionen (NFs) nach Bedarf einzusetzen und das Netzwerkverhalten zur Laufzeit zu ändern, erfordert die Entwicklung eines Frameworks, das es uns ermöglicht, die Leistung solcher heterogenen und programmierbaren Netzwerke vorherzusagen. Ziel dieses Projekts war es daher, eine Grundlage für die Auslegung und Planung von Netzwerken und Netzwerkknoten durch die Bewertung, Kombination und Entwicklung von Modellen zur Leistungsbeschreibung von Netzwerken zu schaffen. Im Rahmen dieses Projekts untersuchen wir eine Reihe verschiedener Geräte zur Paketverarbeitung, darunter programmierbare Switche, SmartNICs und Software zur Paketverarbeitung. Zunächst konzentrieren wir uns auf die Modellierung einzelner Komponenten und nutzen die Programmierbarkeit der Netzwerkknoten, um beliebige Paketverarbeitungsaufgaben zu realisieren. Durch die Kombination verschiedener Verarbeitungsaufgaben können wir unterschiedliche Netzwerkfunktionalitäten erreichen, die von einfacher Paketweiterleitung bis hin zu komplexeren NFs wie Routern und Load-Balancern reichen. Anschließend implementieren wir die NFs in verschiedenen Geräten, um die Leistung der verschiedenen Komponenten zu bewerten und zu modellieren. Zusätzlich bewerten wir die Auswirkungen von Ressourcenvirtualisierung und von Netzwerk-Hypervisors auf die Performanz. Daneben zielen wir darauf ab, einzelne Komponentenmodelle zu nutzen, um Modelle ganzer Netzwerkknoten zu synthetisieren. Daher schlagen wir eine neuartige Methode vor, um die Funktionalitäten der Geräte in einzelne Funktionsbausteine zu zerlegen und ihre Leistung isoliert zu bewerten. Das Netzknotenmodell wird dann aus einer Kombination der einzelnen Komponentenmodelle abgeleitet. Die Korrektheit unserer Methodik wird durch den Vergleich theoretischer Werte mit empirischen Messungen überprüft. Schließlich kombinieren wir die erhaltenen Komponenten- und Netzknotenmodelle, um ein Modell vollständer Netzwerke zu erzeugen. Wir nutzen diese Modelle, um deterministische Leistungsgarantien in Umgebungen von kostengünstigen eingebetteten Netzwerken und Netzwerken in Rechenzentren zu bieten. Der gewählte Ansatz verwendet Netzwerk Calculus zur Kombination der Komponenten- und Knotenmodelle. Wir evaluieren und vergleichen unsere Modelle mit dem aktuellen Stand der Technik, um ihre Überlegenheit hervorzuheben. Im Rahmen eines Querschnittsarbeitspaket über die gesamte Projektlaufzeit konzentrieren wir uns auf die Gewährleistung der Nachvollziehbarkeit unserer durchgeführten Messungen. Zu diesem Zweck haben wir ein Messframework entwickelt, das aus einem strukturierten Experimentablauf besteht, der die Erstellung reproduzierbarer Netzwerkexperimente auf automatisierte Weise ermöglicht. Darüber hinaus haben wir ein Framework geschaffen, das Werkzeuge zur Auswertung und Visualisierung der Messergebnisse und zur automatischen Modellableitung für das untersuchte Gerät bietet.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Sdn hypervisors: How much does topology abstraction matter? 14th International Conference on Network and Service Management, 2018
N. Deric, A. Varasteh, A. Basta, A. Blenk, and W. Kellerer
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Cryptographic Hashing in P4 Data Planes. 2nd P4 Workshop in Europe (EUROP4), Cambridge, UK, Sept. 2019
D. Scholz, A. Oeldemann, F. Geyer, S. Gallenmüller, H. Stubbe, T. Wild, A. Herkersdorf, and G. Carle
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Empirical predictability study of sdn switches. 15th ACM/IEEE Symposium on Architectures for Networking and Communications Systems (ANCS’19), Cambridge, UK, Sept. 2019
A. Van Bemten, N. Deric, A. Varasteh, A. Blenk, S. Schmid, and W. Kellerer
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Loko: Predictable latency in small networks. 15th International Conference on emerging Networking EXperiments and Technologies (CoNEXT), 2019
A. Van Bemten, N. Deric, J. Zerwas, A. Blenk, S. Schmid, and W. Kellerer
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On the impact of the network hypervisor on virtual network performance. 2019 IFIP Networking Conference (IFIP Networking), Warsaw, Poland, 2019. IEEE
A. Blenk, A. Basta, W. Kellerer, and S. Schmid
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5G QoS: Impact of Security Functions on Latency. 2020 IEEE/IFIP Network Operations and Management Symposium (NOMS 2020), Budapest, Hungary, Apr. 2020
S. Gallenmüller, J. Naab, I. Adam, and G. Carle
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Chameleon: Predictable latency and high utilization with queue-aware and adaptive source routing. 16th International Conference on emerging Networking EXperiments and Technologies (CoNEXT), Dec. 2020
A. Van Bemten, N. Deric, A. Varasteh, S. Schmid, C. Mas Machuca, A. Blenk, and W. Kellerer
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A Framework for Reproducible Data Plane Performance Modeling. 16th ACM/IEEE Symposium on Architectures for Networking and Communications Systems (ANCS’21), Dec. 2021
D. Scholz, H. Harkous, S. Gallenmüller, H. Stubbe, M. Helm, B. Jaeger, N. Deric, E. Goshi, Z. Zhou, W. Kellerer, and G. Carle
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Application of Network Calculus Models on Programmable Device Behavior. 33rd International Teletraffic Congress (ITC), Avignon, France, Aug. 2021
M. Helm, H. Stubbe, D. Scholz, B. Jaeger, S. Gallenmüller, N. Deric, E. Goshi, H. Harkous, Z. Zhou, W. Kellerer, and G. Carle
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The pos Framework: A Methodology and Toolchain for Reproducible Network Experiments. The 17th International Conference on emerging Networking EXperiments and Technologies (CoNEXT ’21), Munich, Germany (Virtual Event), Dec. 2021
S. Gallenmüller, D. Scholz, H. Stubbe, and G. Carle
