path switching in content centric and named data...
TRANSCRIPT
PathSwitchinginContentCentricandNamedDataNetworks
IlyaMoiseenkoCiscoSystems
DaveOranNetworkSystems
ResearchandDesign
Outline
I. IntroductionII. Design– PathDiscovery&SteeringinregularICNdataplane– PathSwitchingICNdataplane
III. EvaluationIV. Securityconsiderations
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I.Introduction
Motivation
• ICNcommunicationisinherentlymulti-pathandpotentiallymulti-destination.
• Nomechanismforconsumerstodirecttrafficontoaspecificpath.
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ICNchallenges
1.Abilitytodiscover,monitorandtroubleshootmultipathnetworkconnectivitybasedonnamesandnameprefixes:– Ping– Traceroute
2.Abilitytoaccuratelymeasureaperformanceofaspecificnetworkpath.
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ICNchallenges
3.Abilitytocontrolmultipathcongestion:– Countnumberofavailablepaths– Uniquelyidentifyapath– Allocatetraffictoeachpath
4.AbilityforTrafficEngineeringandSDN– Externallyprogrammableend-to-endpathsarehighlydesirableinDataCenterandServiceProvidernetworks
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ICNchallenges
5.Per-packetLongestNamePrefixMatch(LNPM)FIBlookupseemstobeafirst-orderbottleneck– Notclearifhardwareaccelerationiscost-effective– Energyconsumptionusingconventionalmulti-coreCPUsisnotcompetitivewithIPv4/IPv6,MPLS,SegmentRoutingdataplanes.
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II.Design
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Howtolabelpaths?
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Whatisapathlabel?Oneormorenexthop IDs
Encodingoptions:• Bloomfilter• Pairingfunction• Fixedsizelabels• LabelStack(similartoMPLSlabelstack)
Pathdiscoveryandsteering
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Interest1hasnopathlabelandisforwardedwithLPMFIB
F2
F3
F4
P
Producer (Content Store)
Nexthop1
Nexthop4Nexthop2
Nexthop5Nexthop3F1C
Consumer
Interest1
Control plane Interest & Content (Data) network path
Pathdiscoveryandsteering
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Content1 carriesapathlabelmodifiedoneachhop
F2
F3
F4
P
Producer (Content Store)
Nexthop1
Nexthop4Nexthop2
Nexthop5Nexthop3F1C
Consumer
Content1
Interest1
Control plane Interest & Content (Data) network path
Pathdiscoveryandsteering
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Interest2 hasapathlabelandisforwardedwithLPMFIB+nexthop selection
F2
F3
F4
P
Producer (Content Store)
Nexthop1
Nexthop4Nexthop2
Nexthop5Nexthop3F1C
Consumer
Interest2
Content1
Interest1
Control plane Interest & Content (Data) network path
Advantages
• ICNPing applicationcanreliablymeasurepathRTT• ICNTraceroute applicationcaniterativelydiscovermultiplenetworkpaths
• Consumermultipath-awarecongestioncontrolcandiscoveranddistributeloadacrosspaths
• Consumercanmitigatecontentpoisoningattacks• Trafficengineering(TE)andSDNsolutionscanbebuilt• Canserveasafoundationforoverlaynetworks
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Routeupdates
• Withpathsteering,LNPMFIBlookupisnotbypassed.
• Ifnexthop selectionfails:– Interest-Return(NACK)carryinganew“Invalidpathlabel”errorcode
– orsilentlyforwardanInterestthroughanyavailablenexthop
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PathSwitching
• BypassLNPMFIBlookup.• Content(Data)messagesareforwardedbasedonPITlookupasinregularCCN/NDN.
• InterestmessagesundergothesameContentStoreandPITlookupasinregularCCN/NDN.– Note:thiswinsoverLNPMsincethematchisexactagainstfullname
• InheritstheadvantagesofPathSteeringalone.
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HandlingRouteupdates
• Newnexthop label(s)assignedeverytimeFIBentrychanges
• Onreversepath,DataandNACKisdropped• Onforwardpath,InterestisNACK’ed
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Pathswitchingdataplane
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III.Evaluation
Singleprefixrouteupdate
• RegularNDNdataplane– ForwardingstrategyselectsrandomECMPnexthop
• PathswitchingNDNdataplane– Consumerhasbasicpathswitchingcapabilities:a)discoversnetworkpaths,b)keepstrackofuniquepaths,c)selectsrandompath
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C 2
3
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6
P1
Singlenameprefixrouteupdate
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RouteupdateonNode2removestheadjacencywithNode3andNode4after20secondsofsimulation.
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C 1 2 3 4 5 6 P
0 20 40 60 0 20 40 60 0 20 40 60 0 20 40 60 0 20 40 60 0 20 40 60 0 20 40 60 0 20 40 600
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4000
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C1 C2 1 2 3 P1 P2
0 20 40 60 0 20 40 60 0 20 40 60 0 20 40 60 0 20 40 60 0 20 40 60 0 20 40 600
3000
6000
9000
12000
Time
FIB−
forw
arde
d In
tere
sts
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IV.Securityconsiderations
Maliciousmis-steering
ConsumercanuseprobingwithIntereststodiscoverpathlabelsandthensteerpacketsoverwrongpathsortowrongdestinationstomountaDoSattack.• 32-bitnexthop labelrequiresonaverage231 Intereststodiscoverbymaliciousconsumer
• Mitigation:periodicallyupdatenexthop labelstolimitthemaximumlifetimeofpaths
• Tofoildivide-and-conquer,useavoidHopCountfieldin“Invalidpathlabel”Interest-Return(NACK)message
• Pathlabelcanbeencryptedhop-by-hoponthereversepath
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Cachepollution
Maliciousconsumer&producercaninjectanoff-pathandpotentiallybogusobjectinon-pathcaches.• Mitigation:CacheentriesmustbeannotatedwiththecorrespondingpathlabelandonlyusedtosatisfyInterestswithamatchingpathlabel.
• Mitigation:Cacheentriesmustnotevictentriesforthesameobjectwithnopathlabel,oradifferentpathlabel.
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Conclusion
• EnablesTrafficEngineering,SDN,multipathcongestioncontrol,pingandtracerouteapplications.
• Thespeedofnexthop labellookupdoesnotdependonthesizeandthecontentsofFIB.
• SimplerthanMPLSbecauseitdoesnotrequireaseparatelabeldistributionprotocol.
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Q/A
27