Path Switching in Content Centric and Named Data...
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Path Switching in Content Centric and Named Data Networks Ilya Moiseenko Cisco Systems Dave Oran Network Systems Research and Design
Transcript of Path Switching in Content Centric and Named Data...
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
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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
2000
4000
6000
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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
