Offloading BPF Implementation to

FPGA-NIC したいねって話

[FPGA Startup]

(受付係) Hiroki Shirokura @slankdevhttp://blog.slankdev.net

自己紹介

▣ 都内の大学の理工学部 B3□ Twitter : @slankdev□ Facebook : hirokishirokura□ Blog : http://blog.slankdev.net

▣ IPA Security Camp 2015, 2016 tutor▣ Cybozu Labs Youth 5,6th

▣ L4以下のネットワーク関係が好き▣ ハードウェア初心者 (FPGA入門したばっかです)

自己紹介

▣ つくった□ パケット解析のフレームワーク□ ネットワークスタック□ CPUのエミュレータ (超簡易的)

▣ つくってない (今後やる予定)□ NIC□ CPU□ デバイスドライバ

Cybozu Labs Youth

▣ 個人のソフトウェア研究開発プロジェクトを会社が応援する制度

▣ 年間103万円を上限にサイボウズが奨励金を支払う

▣ すごい人にお金を貰いながら協力してもらえる

今岡さんとの関係

▣ 2015年□ セキュリティキャンプ全国大会で出会う(参加者と講師)□ arduinoのGPIOでパケットの電気信号を作る指導を受ける

▣ 2016年□ OSCで隣に出展させていただく□ セキュリティキャンプ全国大会 (チューターと講師)□ セキュリティミニキャンプ (チューターと講師)□ arduinoのGPIOでパケットの電気信号を作る指導を手伝う

これは一番弟子といっていいのでは

昨日の夜

AM 11:00僕　　　「あしたFPGA Start UPだ」

　　　　体調不良で寝込む。。。

PM 10:30僕　　　「何にもやってない」

　　　　「プロセッサとかNICとかつくりたかったな」　　　　「できるとこまでやろう」

AM 1:00僕　　　「とりあえず仕様とdissasemblerと　　　　　エミュレータのベースはできた、おやすみ」

本日

AM 9:00鳥　　　「チュンチュン。」

僕　　　「おはよう」

AM 11:00僕　　　「できた」

PM 2:00僕　　　「LT資料できてねーや」

今岡さん「しろくら君、自己紹介。」

僕　　　「トイレの場所とかは詳しいです！」

要するにまだFPGAは出てきてないです。。

ごめんなさい

なにをしたいかというと

▣ BPF(Berkeley Packet Filter)□ in-kernelで動くパケットフィルタ□ 64bit RISC, Register Machine□ フィルタのアセンブリを書いてフィルタに適用

▣ これをNICの近くにオフローディングしたい▣ FPGAの出番だ！

BPFの説明

User APP

BPF

Filter Function

Buffer

User APP

link-level-drvr

User

Kernel

Network

Filter Function

Buffer

link-level-drvr

BPF 従来

設定可能

今回やりたいこと

今回実装する部分

BPF

Filter Function

Buffer

User APP

link-level-drvr

User

Kernel

Network

BPF 新

設定可能

User APP

Buffer

設定可能

link-level-drvr

Network

FPGA NICWith Filter

モチベーション

早いNW装置をつくるとき

OS内部のNWサブシステムの実装はなんかよくわからない

(※NWサブシステム意外はもっとわからない...)

いろんなとこでchecksum計算してたり、

フラグメンテーション処理がいろんなとこでされてたり

NW処理の場所

User

Kernel

Network

Device Driver

Network Sub-Systems

Socket/BPF

NIC

Application Application

PMD

DPDK

Checksum Offload

Segmentaion Offload

***Offload

Device Driver

Network Sub-Systems

任意のAPI

Application

NIC

CPU

NIC

ここ

BPFの説明

TCPのパケットをフィルタリングするプログラム

これでは理解できない

わかりやすく説明すると

これ(パケット)を...

これ(プログラム)に食わせれば...

Acceptされたり...

Refuseされて破棄されるパケットフィルタ

なにをしなければいけないか

▣ ISAの仕様決める▣ dissas作る▣ エミュレータ作る▣ FPGAでCPUを実装する▣ NICの近くで動かす

なにをしたか

▣ [done] SAの仕様決める▣ [done] dissas作る▣ [done] エミュレータ作る▣ FPGAでCPUを実装する▣ NICの近くで動かす

CPUのエミュレータを実装して、動くところまでやったhttps://github.com/slankdev/bpf

まとめ

第二回があれば完成させておきます

参考文献

▣ CPUのエミュレータの作り方運営の内田さん著　→https://book.mynavi.jp/ec/products/detail/id=41347

▣ BPFのasmの仕様について詳しいhttp://jakou.byethost6.com/pktcap.html?i=1

▣ The BSD PacketFilter: A New ArchitectureforUser-levelPacketCapturehttp://www.vodun.org/papers/net-papers/van_jacobson_the_bpf_packet_filter.pdf