Swing State: Consistent Updates for Stateful and Programmable Data Planes

Posted 2021-01-13 031602523liu

Swing State: Consistent Updates for Stateful and Programmable Data Planes

年份：2017
来源：ACM

本篇论文解决的问题

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Before

原来的状态迁移是三角形路由的方式:
NF1->Controller->NF2
浪费时间、还需要控制器开辟额外的存储空间

Now

现在把要更新的流量attach到数据平面的数据流上，借助数据流之手（信使）传递状态信息。

ABSTRACT

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背景：由于可编程带状态数据平面的飞速发展，得益于数据平面的高速处理速度，于是把网络功能从控制器（或主机上）迁移到数据平面实现。
这就意味着数据平面不单单要考虑flows，还要考虑states，比如流量迁移时，要考虑状态迁移的问题。
存在的问题：数据平面的的状态信息以线速率更新，不可能通过控制平面实现状态迁移。
Swing State的解决方案：在数据平面上实现状态迁移，把需要迁移的状态附加在live traffic上，目标NF收到流量后提取出状态信息信息，达到状态迁移的目的。注意：Swing State只迁移那些不能再生成的状态信息。

Swing State only migrates the states that cannot be safely reconstructed at the destination switch.

本篇论文设计的实验：给定一个P4程序，分析出哪个状态需要被迁移并自动增加对应的程序实现运行时的状态迁移。

INTRODUCTION

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基于控制平面实现状态迁移存在的问题（为什么状态迁移不能通过控制器）：

1. 目前的状况，状态是以以线速率更新（可以达到Tbps），如果以这个速率给控制器发送，基于软件实现的控制器肯定是应付不过来的。这样就会增加巨大的处理时延，造成状态迁移的不一致性，这对于很多的网络应用是不允许发生的。
2. 控制器可能不会完整的知道那些待迁移的状态的位置（它只知道一部分，造成那些不被知道的状态不能在第一时间被迁移）。因为有些状态位置信息是根据运行时因素决定的，但是运行时因素是不能被控制器访问的，这就造成了控制器不能精准的定位所有待转移状态的位置。
3. 数据平面状态信息可以在多条流量之间共享，借用多条flow一起实现状态迁移，可以减少状态迁移的时延，避免不一致性。可惜的是，这些可被利用的flow是根据运行时因素决定的，控制器不能访问交换机的运行时因素。

Swing State：

1. 解决了以上所有的问题，实现的数据平面的一致性状态迁移。不依靠控制器，只在数据平面进行状态迁移。

2. 解决问题的关键点：借用数据流当作状态传输的信使，让数据流从源NF那里记录并携带状态的值，把它们送到目标NF那里。状态在源交换机 是存在寄存器的cell里面；一个数据报把这个数据读到它自己身上，然后带到目的交换机。

   The key idea is to have each packet record the state values it reads at the source data plane, carry them to the destination device (through piggybacking), and override the memory locations it reads there.