Exploiting DPDK in containerized environment with unsupported hardware

To run new network services, it is important to be able to upgrade the appliances in the network based on the specific requirements of each service. However, telecom operator networks are made up of a large number of proprietary hardware devices that can not be reconfigured or upgraded easily to support new services without imposing complexity and additional costs. An innovative solution to deal with the issue, is Network Function Virtualization (NFV) technique which allows to consolidate network functions on top of servers, network nodes and on premises. Although, using NFV introduces the problem of dealing with the so-called kernel networking data path. In other words, since the kernel functions and protocols need to be secure, packet processing can be time consuming. On the other hand, the new services emerged in metro networks require a reasonable amount of latency. To solve the imposed latency issue, Intel Corp. has offered a data plane kit in 2010, named Data Plane Development Kit (DPDK) which consists of libraries designed to accelerate the processing of packet workloads running on a wide variety of CPU architectures. Yet, to run and exploit DPDK, we are bounded to a specific list of supported Network Interface Controllers (NICs). While NFV and DPDK are helpful to provision network services cost-effectively, installing DPDK even in a lab environment needs supported hardware which can be costly and can reduce agility of service provisioning. Previous works in existing literature have proved that DPDK has the power to boost throughput of Virtual Network Functions significantly, in which it is possible to reach the maximum feasible line rates in different scenarios. Nonetheless, there is a gap in the research for the possibility to exploit DPDK with unsupported hardware. In this thesis, we propose a very cost efficient solution to exploit DPDK with any type of NICs. We tried the method in two remote servers, considered as two nodes in the edge of the network, in a simple scenario of having DPDK in dual hosts. We also simulated a scenario in a chain of DPDK applications with unsupported hardware. Finally, the results that we observed with our method is comparable with the line rate in terms of throughput.

Per permettere il corretto funzionamento dei servizi di rete, è importante aggiornare i dispositivi nella rete sulla base dei requisiti specifici di ogni servizio. Tuttavia, le reti degli operatori di telecomunicazioni sono costituite da un gran numero di dispositivi hardware proprietari che non possono essere riconfigurati o aggiornati per supportare nuovi servizi, a meno di imporre dei costi e complessità addizionali. Una soluzione innovativa a questo problema è rappresentata da Network Function Virtualization (NFV), una tecnica che permette di consolidare le funzioni di rete su dei server, nodi di rete e in locale. Ciò nondimeno, utilizzare NFV significa dover a che fare con il cosiddetto kernel networking data path. In altre parole, dato che le funzionalità e protocolli del kernel devono essere eseguite in maniera sicura, il tempo di elaborazione dei pacchetti può essere troppo lungo per soddisfare i requisiti di latenza dei più recenti servizi delle reti metropolitane. Per risolvere i problemi di latenza, Intel Corp. ha iniziato ad offrire nel 2010 un data plane kit, chiamato Data Plane Development Kit (DPDK) che consiste di librerie appositamente progettate per accelerare l’elaborazione dei pacchetti su un’ampia gamma di architetture cpu. Tuttavia, nell’utilizzo di DPDK, si è limitati ad attenersi ad una specifica lista di Network Interface Controllers (NIC) supportati. Questo implica che, nonostante DPDK e NFV siano d’aiuto per ottenere network service provisioning in maniera conveniente, la loro installazione, anche in ambienti di laboratorio, richiede dell’hardware che può diventare costoso e quindi ridurre la agilità nel network service provisioning. In letteratura esistono dei lavori che dimostrano come DPDK possa aumentare il throughput delle virtual network functions in maniera significativa, tanto da raggiungere line rate in diversi scenari. Tuttavia, c’è un vuoto di ricerca per quanto riguarda la possibilità di sfruttare DPDK su hardware non supportato. In questa tesi proponiamo una soluzione estremamente economica per sfruttare DPDK con ogni tipo di NIC. Abbiamo testato il metodo proposto in due server remoti, rappresentanti di due nodi nella sezione edge della rete, in un semplice scenario dual host. Abbiamo inoltre simulato uno scenario in cui è presente una catena di applicazioni DPDK su hardware non supportato. Infine, i risultati osservati utilizzando il nostro metodo sono comparabili con il line rate in termini di throughput.