支持网络进化的弹性数据平面核心机理探究

In the recent decade, the future Internet has become one of the hottest topics on communication networks, a large deal of emerging architectures come to the fore. However, stable transition, as well as dynamic support for continuous innovations is still challenging. Learning from core ideas of referred architectures, but not being confined to anyone of them, this project focuses on the low-level data-plane, studying core mechanisms that enable incremental deployment of architectures and network evolutions. . This project presents a novel architecture with deeper abstraction and smart designs, that is made up of 3 layers: the expressing layer, the processing layer and the resource layer. The top and bottom layers are combined as the “brain”, where there are two key issues to address: protocol-oblivious and platform-independent abstraction for packet processing, and the resource-sensitive and dynamic schedule strategies. Owning to the customized packet parser and generic rule describing language, the processing layer could only focus on the multi-filed rule matching problem. To this point, this project investigates fast, memory-efficient and scalable matching algorithms, disruption-free update mechanisms and the acceleration on different platforms. . At last, a configurable, high performance and elastic data-plane is designed, which can not only dynamically support innovations of applications but also understand different protocols, opening up the possibility of hybrid deployment, smooth transition and even network evolution.

近10年，未来互联网体系结构的研究百花齐放，但网络架构的平稳过渡以及对持续创新的动态支持依然是巨大挑战！本项目借鉴一些代表性架构的核心理念但又不局限于为某种架构服务，而是着眼于底层的数据平面，探索可演进部署和网络进化的核心机理。.本项目引入更深层的抽象建模和一定的智能化设计，创新地提出表意-处理-资源三层架构。整合表意层和资源层打造数据平面的“小脑”，重点研究协议无关、平台无关的包处理模型，以及资源敏感的动态调度策略。借助可定制的报文解析机制和抽象泛化的规则描述语言，数据平面的核心处理层只需解决多域规则的高效匹配。于是在这一层，本项目分别研究时空高效可扩展的匹配算法、低干扰的规则更新机制以及多平台加速策略。.最后，基于这些核心技术构建灵活易配置、高效可扩展、弹性可伸缩的网络数据平面，不仅可动态支撑应用创新，还能理解不同的网络协议，为新旧并存、平滑过渡并最终实现进化创造了可能。

近10年，未来互联网体系结构的研究百花齐放，但网络架构的平稳过渡以及对持续创新的动态支持依然是巨大挑战！本项目借鉴一些代表性架构的核心理念但又不局限于为某种架构服务，而是着眼于底层数据平面创新，探索弹性数据平面核心机理，以支撑网络进化和新协议、新架构的增量部署。为实现这一目标，本项目创新地提出表意-处理-资源三层数据平面架构。在表意层，本项目基于以match-action为基础的协议无关包处理模型进一步抽象出数据包查找模型作为数据平面的核心操作单元，然后研究不同网络架构、不同场景下的数据包查找算法，并基于此模型研发了数据包查找算法统一性能评估框架；在处理层，本项目主要研究数据包查找算法在不同网络架构、不同实现平台下的性能优化，提出了6种创新方案，重点解决资源扩展性、频繁更新以及协议扩展性等三大扩展性挑战；在资源层，本项目提出了多维网络资源高效分配和调度算法，基于队列等资源管理的传输控制算法以及面向可信资源感知的节点入网认证协议。本项目取得的部分研究成果已作为基础算法通过企业技术合作项目在企业应用。