By decoupling network functions from dedicated, proprietary hardware network devices, Network Function Virtualization (NFV) allows building Virtual Network Functions (VNFs) that can run on standard, commodity servers to reduce cost and gain flexibility in network deployment, operation, and management. However, building VNFs with high-throughput and low-latency is a big challenge. In this paper, we propose eVNF - a hybrid fast-slow path architecture to build and accelerate VNFs with eXpress Data Path (XDP), which is a Linux kernel framework that enables high performance and programmable network processing. The programmability of XDP is limited to ensure kernel safety, thus causing difficulties when using XDP to accelerate VNFs. eVNF solves this problem by taking a hybrid approach: leave the simple but critical tasks inside the kernel with XDP, and let complex tasks be processed outside XDP, e.g., in user-space. With the hybrid architecture, eVNF allows building fast and flexible VNFs. We applied eVNF to build four prototype VNFs: Flow Monitoring (eFM), Firewall (eFW), Deep Packet Inspection (eDPI), and Load Balancer (eLB). These VNFs are evaluated individually and in service function chains (SFCs) using OpenStack. Our experiments showed that eVNF can significantly improve service throughput as well as reduce latency and CPU usage. eVNF-based VNFs also can scale out with the number of CPU cores and can combine with Open vSwitch - Data Plane Development Kit (OvS-DPDK) for better performance.

中文翻译：

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使用 eXpress 数据路径通过快-慢路径架构加速虚拟网络功能

通过将网络功能与专用的专有硬件网络设备分离，网络功能虚拟化 (NFV) 允许构建可在标准商品服务器上运行的虚拟网络功能 (VNF)，以降低成本并获得网络部署、运营和管理的灵活性。然而，构建具有高吞吐量和低延迟的 VNF 是一个巨大的挑战。在本文中，我们提出了 eVNF - 一种混合快慢路径架构，用于使用 eXpress 数据路径 (XDP) 构建和加速 VNF，它是一个支持高性能和可编程网络处理的 Linux 内核框架。XDP 的可编程性仅限于确保内核安全，因此在使用 XDP 加速 VNF 时会造成困难。eVNF 通过采用混合方法解决了这个问题：将简单但关键的任务留在内核中，使用 XDP，并让复杂的任务在 XDP 之外处理，例如在用户空间中。借助混合架构，eVNF 允许构建快速灵活的 VNF。我们应用 eVNF 构建了四个原型 VNF：流监控 (eFM)、防火墙 (eFW)、深度包检测 (eDPI) 和负载均衡器 (eLB)。这些 VNF 使用 OpenStack 单独评估并在服务功能链 (SFC) 中进行评估。我们的实验表明，eVNF 可以显着提高服务吞吐量，并减少延迟和 CPU 使用率。基于 eVNF 的 VNF 还可以随着 CPU 内核的数量向外扩展，并且可以与 Open vSwitch - 数据平面开发套件 (OvS-DPDK) 结合使用以获得更好的性能。流监控 (eFM)、防火墙 (eFW)、深度包检测 (eDPI) 和负载均衡器 (eLB)。这些 VNF 使用 OpenStack 单独评估并在服务功能链 (SFC) 中进行评估。我们的实验表明，eVNF 可以显着提高服务吞吐量，并减少延迟和 CPU 使用率。基于 eVNF 的 VNF 还可以随着 CPU 内核的数量向外扩展，并且可以与 Open vSwitch - 数据平面开发套件 (OvS-DPDK) 结合使用以获得更好的性能。流监控 (eFM)、防火墙 (eFW)、深度包检测 (eDPI) 和负载均衡器 (eLB)。这些 VNF 使用 OpenStack 单独评估并在服务功能链 (SFC) 中进行评估。我们的实验表明，eVNF 可以显着提高服务吞吐量，并减少延迟和 CPU 使用率。基于 eVNF 的 VNF 还可以随着 CPU 内核的数量向外扩展，并且可以与 Open vSwitch - 数据平面开发套件 (OvS-DPDK) 结合使用以获得更好的性能。