Akcelerace síťových aplikací pomocí RTE Flow

Abstract

Moderní sítě vyžadují vysokou propustnost a nízkou latenci, což tradiční jádrové zpracování paketů nezvládá. Tato práce demonstruje hardwarově akcelerované síťové funkce pomocí NVIDIA ConnectX SmartNIC a DPDK RTE Flow API. Cíle zahrnují: měření výkonu hardwarových offloadů, dynamickou správu pravidel přes šablony a stavové zpracování pomocí sledování spojení. Byly vyvinuty tři aplikace – vysokorychlostní IP filtr s asynchronní správou pravidel, hardwarový router s přepsáním MAC adres a stavový L4 firewall využívající sledování spojení na NIC. Práce poskytuje architektonické vzory pro kombinaci funkcí RTE Flow (hairpin fronty, MODIFY_FIELD), potvrzující schopnost programovatelných NIC plnit komplexní síťové funkce při zachování linkové rychlosti.

Modern networks demand unprecedented throughput and latency, challenging traditional kernel-based packet processing. This thesis demonstrates hardware-accelerated network functions using NVIDIA ConnectX SmartNICs and DPDK’s RTE Flow API. We address three objectives: quantifying performance gains from hardware offloads, implementing dynamic flow management via templates, and validating stateful processing through connection tracking. Three applications were developed—a high-speed IP filter using asynchronous rule insertion, a hardware-offloaded router with MAC rewriting, and a stateful L4 firewall leveraging NIC-based connection tracking. The work provides architectural patterns for combining RTE Flow features like hairpin queues and MODIFY_FIELD actions, proving programmable NICs can absorb complex network functions while maintaining line-rate performance.