DWT in P4 : periodicity detection in the data plane

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Huaytalla, Briggette Olenka Román
• Orientador(a): Granville, Lisandro Zambenedetti
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Linguagem de programação : P4; Internet; Redes
• Palavras-chave em Inglês: DWT; P4; Haar wavelets; Programmable Data Plane
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/266994

Esta dissertação apresenta uma implementação estendida do método da Transformada Discreta de Wavelet (DWT, na sigla em inglês) de uma dimensão na linguagem de programação P4, permitindo uma análise eficiente e em tempo real do comportamento periódico no tráfego de rede. A DWT é uma ferramenta matemática amplamente utilizada para análise de sinais, permitindo a divisão de um sinal dado em diferentes componentes de frequência e analisando cada componente com uma resolução adaptada à sua escala. Ao abordar as limitações dos dispositivos de plano de dados programáveis em P4 exis tentes, desenvolvemos um algoritmo online eficiente que realiza a decomposição DWT inteiramente no plano de dados, superando as restrições e complexidades associadas ao deslocamento de cálculos para dispositivos externos ou dependendo exclusivamente de controladores centralizados. Nossa avaliação concentra-se em uma implementação de hardware do algoritmo, utilizando o Netronome NFP-4000 SmartNIC, e demonstra um mínimo impacto na taxa de transferência, com menos de 1% de impacto em pacotes de tamanho médio, operando dentro das restrições dos recursos limitados do plano de dados. Além da implementação, demonstramos uma aplicação prática de nossa implementação leve em P4, introduzindo uma abordagem baseada em limiar para a detecção em tempo real do comportamento periódico em sinais, permitindo a identificação eficiente e opor tuna de padrões periódicos na taxa de linha do plano de dados (40 Gbps). Vários exemplos de traços de tráfego de nível de pacote sintéticos e do mundo real, exibindo padrões pe riódicos de origens benignas e maliciosas, ilustram a eficácia de nossa abordagem. As contribuições desta dissertação se estendem tanto ao campo da análise de tráfego de rede quanto à implementação prática da DWT em planos de dados programáveis, oferecendo oportunidades para análise em tempo real e detecção de comportamentos periódicos di retamente no tecido da rede. Nossa abordagem demonstra escalabilidade, eficiência e precisão, tornando-se uma ferramenta valiosa para aplicações como detecção de anoma lias, controle de congestionamento e segurança de rede. Esta dissertação contribui para o avanço da análise de tráfego em rede e oferece uma base para pesquisas futuras no domí nio, demonstrando a viabilidade e o potencial de realizar a DWT inteiramente no plano de dados com um impacto mínimo e restrições, e destacando os benefícios da análise de tráfego em rede para o gerenciamento e a segurança da rede.