Hybrider zustandsbehafteter Paketfilter mit P4-Hardwarebeschleunigung

  • Durch den immer höheren Grad der Vernetzung von immer mehr Geräten, wachsen die verfügbaren und genutzten Bandbreiten innerhalb von und zwischen Netzwerken ständig an. In Firewalls, die zur Absicherung dieser Netze verwendeten werden, entwickelt sich die Verarbeitung der Pakete im Paketfilter jedoch zu einem Flaschenhals, der zu einer Begrenzung der Geschwindigkeit führt. Damit Pakete weiterhin ausreichend schnell verarbeitet werden können, stellt eine zumindest teilweise Auslagerung dieser Funktionalität in Hardware einen vielversprechenden Ansatz dar. Die Implementierung in einer programmierbaren Hardware scheint dabei einen Geschwindigkeitsvorteil gegenüber einer reinen Softwarelösung zu bieten, ohne die Flexibilität aufzugeben, die nötig ist, um mit den sich schnell ändernden Anforderungen und Protokollen Schritt halten zu können. Ziel dieser Arbeit ist es, anhand der Implementierung eines hybriden Paketfilters mit Hardwarebeschleunigung durch eine programmierbare Netzwerkkarte, die Erhöhung der Verarbeitungsgeschwindigkeit eines Paketfilters beispielhaft zu zeigen. Zuerst wird ein Einblick in den Stand von Software Defined Networking gegeben und mit der Programmiersprache P4 eine aktuelle Entwicklung im Bereich der programmierbaren Data Planes beleuchtet. Im Folgenden wird ein einfacher zustandsbehafteter Paketfilter entwickelt. Dabei wird das State-Tracking auf dem Host durchgeführt, während die in der Sprache P4 entwickelte Firmware auf der Netzwerkkarte das Weiterleiten der Pakete übernimmt. Durch eine Reduktion der Menge an Paketen, die den Software-Paketfilter auf dem Host erreichen, wird dabei die Last des Host-Systems reduziert. Mit dem implementierten Paketfilter wurden in einer Testumgebung mit zustandslosen und zustandsbehafteten Regeln jeweils Messungen zur Ermittlung des Geschwindigkeitsvorteiles durchgeführt. So konnte gezeigt werden, dass sich bei zustandslosen Regeln die Datenrate durch den hybriden Paketfilter gegenüber iptables steigern lässt. Mit zustandsbehafteten Regeln konnte jedoch aufgrund von Problemen mit der verwendeten Netzwerkkarte keine Verbesserung erzielt werden.

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Metadaten
Author:Felix Maurer
URN:urn:nbn:de:bvb:m347-dtl-0000001570
Publisher:Hochschule für Angewandte Wissenschaften München
Place of publication:München
Referee:Alf Zugenmaier
Advisor:Lorenz Claas
Document Type:Bachelor Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2021/12/21
Year of first Publication:2019
Publishing Institution:Hochschule für angewandte Wissenschaften München
Granting Institution:Hochschule für angewandte Wissenschaften München
Date of final exam:2019/03/07
Contributing Corporation:genua GmbH
Release Date:2021/12/21
Page Number:IV, 49 Seiten
Departments and Institutes:Fakultäten der Hochschule München / FK 07 Fakultät für Informatik und Mathematik / Bachelorstudiengang Informatik
Dewey Decimal Classification:0 Informatik, Informationswissenschaft, allgemeine Werke / 00 Informatik, Wissen, Systeme / 004 Datenverarbeitung; Informatik
Illustrations:Illustration/en
Illustrations:grafische Darstellung/en
Licence (German):Keine CC-Lizenz, es gilt der Veröffentlichungsvertrag und das Deutsche Urheberrecht
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