In-band Network Telemetry and CHIMA Framework: A performance Analysis and Optimization Study

The adoption of Virtual Network Functions has increased the flexibility in the deployment of network services, without the need for specialized hardware, but has lowered the overall performance. In our study, we focused on a framework called CHIMA, developed for the deployment of heterogeneous Service Function Chains (SFCs). This framework executes SFCs in docker containers and switches running functions written in the P4 language. The goal of this framework was to extend the capabilities of other frameworks in the literature for the deployment of heterogeneous Service Function Chains, exploiting the capabilities of P4 programmable switches to perform real-time monitoring using the In-band Network Telemetry specification and to reroute the traffic in case of violation of the fixed Service Level Agreement (SLA). In this work, we address the advantages and drawbacks of this framework by introducing some improvements. We replaced the Prometheus web server, an opensource monitoring system, with InfluxDB, an open-source time-series database with a monitoring system, and Telegraf, a specific agent written in the programming language GO to efficiently collect metrics from the CHIMA framework. The advantage of using Telegraf is that this framework is plug-in driven, allowing the user to collect metrics simply and efficiently. We also changed the way we calculate the metrics: latency and jitter, by substituting the EWMA with an arithmetic average. Additionally, we introduced a new metric which is the number of packets received every polling interval.

L'adozione di Funzioni di Rete Virtuali ha aumentato la flessibilità nella distribuzione dei servizi di rete, senza la necessità di hardware specializzato, ma ha diminuito le prestazioni complessive. Nel nostro studio, ci siamo concentrati su un framework chiamato CHIMA [2], sviluppato per la distribuzione di Catene di Funzioni di Servizio eterogenee (SFC). Questo framework esegue le SFC in container Docker e switch che eseguono funzioni scritte nel linguaggio P4. Lo scopo di questo framework era di estendere le capacità di altri framework presenti in letteratura per la distribuzione di Catene di Funzioni di Servizio eterogenee, sfruttando le capacità degli switch programmabili P4 per eseguire il monitoraggio in tempo reale utilizzando la specifica In-band Network Telemetry [1] e per instradare il traffico in caso di violazione del Service Level Agreement (SLA). In questo lavoro, affrontiamo i vantaggi e gli svantaggi di questo framework introducendo alcune migliorie. In particolare, abbiamo sostituito il web server Prometheus, un sistema di monitoraggio open-source, con InfluxDB, un database di serie temporali open-source con un sistema di monitoraggio, e Telegraf, un agente specifico scritto nel linguaggio di programmazione GO per raccogliere metriche in modo efficiente dal framework CHIMA. Il vantaggio nell'utilizzare Telegraf è che questo framework è guidato da plug-in, permettendo all'utente di raccogliere metriche in modo semplice ed efficiente. Abbiamo anche cambiato il modo in cui calcoliamo le metriche: la latenza e il jitter, sostituendo l'EWMA con una media aritmetica. Inoltre, abbiamo introdotto una nuova metrica che rappresenta il numero di pacchetti ricevuti in ogni intervallo di polling.