[논문 리뷰] StreamNF: Performance and Correctness for Stateful Chained NFs.

Junaid Khalid, Aditya Akella|arXiv (Cornell University)|2016. 12. 05.

Software-Defined Networks and 5G참고 문헌 19인용 수 5

한 줄 요약

StreamNF는 외부 상태 저장소와 최적화된 상태 관리 기법을 통해 체인 전반의 정확성과 높은 성능을 보장하는 상태 기반, 체인화된 네트워크 기능(NF)을 위한 프레임워크를 제안한다. 동적 운영 및 장애 발생 시에도 정확성을 유지하면서, NF당 약 10Gbps의 처리량과 0.6µs 이내의 추가 지연을 달성한다.

ABSTRACT

Network functions virtualization (NFV) allows operators to employ NF chains to realize custom policies, and dynamically add instances to meet demand or for failover. NFs maintain detailed per- and cross-flow state which needs careful management, especially during dynamic actions. Crucially, state management must: (1) ensure NF chain-wide correctness and (2) have good performance. To this end, we built ame, an NFV framework that leverages an external state store coupled with state management algorithms and metadata maintenance for correct operation even under a range of failures. Our evaluation shows that CHC can support ~10Gbps per-NF throughput and <0.6mus increase in median per-NF packet processing latency, and chain-wide correctness at little additional cost.

연구 동기 및 목표

• 동적 관리되는 상태 기반 NF 체인에서의 정확성 및 성능 과제를 해결하기 위해.
• 동적 스케일링이나 장애 발생 시에도 체인 내 모든 NF 간 종단 간 정확성을 보장하기 위해.
• 가상화된 네트워크 기능에서 상태 관리 시 성능 오버헤드를 최소화하기 위해.
• 낮은 지연과 높은 처리량을 동반하는 가시적이고 확장 가능한 상태 처리를 NFV 환경에서 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• NF 처리에서 상태 관리를 분리하기 위해 외부 상태 저장소를 활용한다.
• 동적 스케일링 및 장애 발생 시 일관성을 보장하는 상태 관리 알고리즘을 적용한다.
• 상태 전이를 추적하고 복구를 가능하게 하기 위해 메타데이터를 유지한다.
• NF 인스턴스 간 상태를 동기화하기 위해 경량의 조율 메커니즘을 사용한다.
• NF 인스턴스의 동적 추가/제거를 지원하기 위해 기존 NFV 인fra구조와 통합한다.
• 효율적인 데이터 구조를 통해 상태 접근 지연을 최소화하여 패킷 처리를 최적화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 동적 스케일링 및 장애 발생 시 상태 기반 NF 체인은 어떻게 정확성을 유지할 수 있는가?
• RQ2 NFV 환경에서 체인 전반의 정확성을 보장할 경우 성능 오버헤드는 얼마나 되는가?
• RQ3 외부 상태 저장소는 NF 체인에서 고처리량, 저지연 처리를 가능하게 하는가?
• RQ4 장애 조건 하에서 여러 NF 인스턴스 간 상태 일관성은 어떻게 처리하는가?
• RQ5 메타데이터 관리의 전반적인 시스템 성능에 대한 영향은 무엇인가?

주요 결과

• StreamNF는 체인 내 NF당 약 10Gbps의 처리량을 달성한다.
• NF당 패킷 처리 지연에 대해 중앙값 기준 0.6µs 이내의 추가 지연이 발생한다.
• 동적 스케일링 및 다양한 장애 시나리오에서도 체인 전반의 정확성이 유지된다.
• 외부 상태 저장소와 메타데이터 관리 기법은 효율적인 복구 및 일관성을 가능하게 한다.
• 정확성 메커니즘의 성능 오버헤드는 미미하여 솔루션이 확장 가능하다.
• 최소한의 교란으로 NF 인스턴스의 동적 추가 및 제거를 지원한다.