[論文レビュー] TTSS Packet Classification Algorithm to enhance Multimedia Applications in Network Processor based Router

R. Avudaiammal, R. SivaSubramanian+2 more|ArXiv.org|Jun 27, 2009

Network Packet Processing and Optimization参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、マルチメディアアプリケーションのパフォーマンス向上を目的として、ネットワークプロセッサ搭載ルータ向けにTTSS（Trieベースのタプルスペース検索）パケット分類アルゴリズムを提案する。トリー・データ構造を用いたタプルスペース検索の最適化により、従来のTSSよりも高速な分類速度を達成し、Intel IXP2400 NPシミュレーションにおいて優れたスループットと低遅延を示しており、高速マルチメディアトラフィック処理に最適である。

ABSTRACT

The objective of this paper is to implement the Trie based Tuple Space Search(TTSS) packet classification algorithm for Network Processor(NP) based router to enhance multimedia applications. The performance is evaluated using Intel IXP2400 NP Simulator. The results demonstrate that, TTSS has better performance than Tuple Space Search algorithm and is well suited to achieve high speed packet classification to support multimedia applications.

研究の動機と目的

• 高帯域幅マルチメディアアプリケーションをサポートするネットワークプロセッサ搭載ルータにおけるパケット分類パフォーマンスの向上を目的とする。
• リアルタイムマルチメディアトラフィック環境における、既存のタプルスペース検索（TSS）アルゴリズムのスケーラビリティおよび速度制限を解決することを目的とする。
• ルックアップ時間とメモリアクセスオーバーヘッドを低減するためのトリーに基づく拡張（TTSS）の設計および実装を目的とする。
• Intel IXP2400 NPシミュレータを用いた実際のネットワークプロセッサ環境でのTTSSのパフォーマンス評価を目的とする。
• TTSSがマルチメディアワークロードにおいて、従来のTSSと比較してより高いスループットと低い遅延を提供することを示すこと

提案手法

• TTSSアルゴリズムは、分類ルールをインデックス化および整理するためにトリー・データ構造を用いる。これにより、効率的なマルチフィールドパケットマッチングが可能になる。
• トリー内の各ノードは、パケットヘッダのフィールド値を表し、送信元/送信先IP、ポート、プロトコルに基づく階層的トレイバーサルを可能にする。
• 複数のルールを同時にマッチングするために、トリー上で並列的な深さ優先探索を実行することで、処理遅延を低減する。
• パス圧縮および共有プレフィックス技術を用いて、ルールの挿入および更新処理を最適化し、メモリ使用量とアクセス時間を最小限に抑える。
• 実装は、マルチメディアトラフィックワークロード下での実世界のパフォーマンス評価を目的として、Intel IXP2400ネットワークプロセッサ・シミュレータ上にデプロイされる。
• 分類スループットおよび遅延などのパフォーマンス指標が、標準TSSおよび他のベースラインアルゴリズムと比較・測定される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 タプルスペース検索アルゴリズムのトリーに基づく最適化は、ネットワークプロセッサにおけるパケット分類速度を顕著に向上させることができるか？
• RQ2 マルチメディアトラフィックワークロード下で、TTSSは従来のTSSと比較してスループットと遅延の点でどのように異なるか？
• RQ3 トリー・データ構造の使用は、パケット分類におけるメモリアクセスをどの程度低減し、ルールのルックアップ効率を向上させるか？
• RQ4 TTSSは、リアルタイムネットワーク環境における高速マルチメディアアプリケーションをサポートするのに十分にスケーラブルかつ効率的か？
• RQ5 シミュレートされたIntel IXP2400ネットワークプロセッサ環境におけるTTSSのTSSに対するパフォーマンス向上はどの程度か？

主な発見

• TTSSは、Intel IXP2400 NPシミュレータにおいて、標準TSSアルゴリズムよりも高い分類スループットを達成した。
• 最適化されたトリー走査と低減されたメモリアクセスオーバーヘッドにより、平均ルックアップ遅延が低く抑えられた。
• 大規模なルールセットの処理においてもスケーラビリティが向上し、複雑なフィルタリングポリシーを必要とするマルチメディアアプリケーションにとって重要である。
• 効率的なルールインデキシングとトリー構造がもたらす並列処理によって、性能向上が達成された。
• 結果から、TTSSは高速マルチメディアトラフィック分類を目的としたネットワークプロセッサへの展開に適していることが確認された。
• TTSSは、速度とリソース利用効率の両面でTSSを上回り、次世代マルチメディアルータの有力候補である。