Packet Classification Algorithms

Tato práce se zabývá klasifikací paketů v počítačových sítích. Klasifikace paketů je klíčovou úlohou mnoha síťových zařízení, především paketových filtrů - firewallů. Práce se tedy týká oblasti počítačové bezpečnosti. Práce je zaměřena na vysokorychlostní sítě s přenosovou rychlostí 100 Gb/s a více. V těchto případech nelze použít pro klasifikaci obecné procesory, které svým výkonem zdaleka nevyhovují požadavkům na rychlost. Proto se využívají specializované technické prostředky, především obvody ASIC a FPGA. Neméně důležitý je také samotný algoritmus klasifikace. Existuje mnoho algoritmů klasifikace paketů předpokládajících hardwarovou implementaci, přesto však tyto přístupy nejsou připraveny pro velmi rychlé sítě. Dizertační práce se proto zabývá návrhem nových algoritmů klasifikace paketů se zaměřením na vysokorychlostní implementaci ve specializovaném hardware. Je navržen algoritmus, který dělí problém klasifikace na jednodušší podproblémy. Prvním krokem je operace vyhledání nejdelšího shodného prefixu, používaná také při směrování paketů v IP sítích. Tato práce předpokládá využití některého existujícího přístupu, neboť již byly prezentovány algoritmy s dostatečnou rychlostí. Následujícím krokem je mapování nalezených prefixů na číslo pravidla. V této části práce přináší vylepšení využitím na míru vytvořené hashovací funkce. Díky použití hashovací funkce lze mapování provést v konstantním čase a využít při tom pouze jednu paměť s úzkým datovým rozhraním. Rychlost tohoto algoritmu lze určit analyticky a nezávisí na počtu pravidel ani na charakteru síťového provozu. S využitím dostupných součástek lze dosáhnout propustnosti 266 milionů paketů za sekundu. Následující tři algoritmy uvedené v této práci snižují paměťové nároky prvního algoritmu, aniž by ovlivňovaly rychlost. Druhý algoritmus snižuje velikost paměti o 11 % až 96 % v závislosti na sadě pravidel. Nevýhodu nízké stability odstraňuje třetí algoritmus, který v porovnání s prvním zmenšuje paměťové nároky o 31 % až 84 %. Čtvrtý algoritmus kombinuje třetí algoritmus se starším přístupem a díky využití několika technik zmenšuje paměťové nároky o 73 % až 99 %