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Tbit/s High Speed Forwarding for a Clustered NDN Router

Research Project

Project/Area Number 20H04176
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 60060:Information network-related
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

Hasegawa Toru  大阪大学, 大学院情報科学研究科, 教授 (70576264)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 小泉 佑揮  大阪大学, 大学院情報科学研究科, 准教授 (50552072)
河辺 義信  愛知工業大学, 情報科学部, 教授 (80396184)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Keywords情報指向ネットワーキング / インターネット / ルータ / パケット転送 / プログラマブルスイッチ / パケットフォワーディング / キャッシュ
Outline of Research at the Start

次世代インターネットアーキクチャNamed Data Networking (NDN) の普及に向けてテラ(T) ビット/秒クラスのバックボーンルータ用のパケット転送方式を設計,実証する.具体的には,P4 プログラマブルスイッチをバックプレーンとして,複数の汎用計算機(PC:Personal Computer) を結合したクラスタ型NDN ルータをプラットフォームとして,NDN のステートフル通信の鍵であるフロー状態の一貫性を維持しながら,PC/CPU コアの並列性を活用して1T ビット/秒のパケット転送速度を実現する.

Outline of Final Research Achievements

The study designs and implements a high-speed Named Data Networking (NDN) router on a programmable switch, i.e., a P4 switch. The key techniques for high speed forwarding are two-folded: First, longest prefix matching of 10 million name prefixes is achieved by cooperation of a P4 switch and a server connected to it. Second, traffic reduction methods between the P4 switch and the server improves the forwarding speed in the case that data requests hit the cache. The study implements the prototype of NDN router based on the above two methods and validates that the prototype achieves more than Tera bit/s forwarding speed.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

6G時代に向けて,インターネットを流れるトラフィック量は今後も増加する一方である.一方,大容量の専用メモリとLSIを用いて大量トラフィックを処理する,現在の商用ルータでは,消費電力がトラフィック量に対して増加するため、使い続けることは難しい.これに対して,本研究では,消費電力の少ないプログラマブルスイッチを用いてテラビット/秒のルータを開発した.開発のベースなるパケット転送技術は,省電力と高速性を両立するる次世代ルータに採用されることが期待される.

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (21 results)

All 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (18 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] A High-speed Information-Centric Networking Router Implementation on a Commercial Off-the-Shelf Computer2023

    • Author(s)
      武政 淳二, 小泉 佑揮, 長谷川 亨,
    • Journal Title

      電子情報通信学会論文誌B 通信

      Volume: J106-B Issue: 5 Pages: 265-280

    • DOI

      10.14923/transcomj.2022NSI0001

    • ISSN
      1881-0209
    • Year and Date
      2023-05-01
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Load Balancing for Stateful Forwarding by Mitigating Heavy Hitters: A Case for Multi-Threaded NDN Software Routers2020

    • Author(s)
      武政淳二、田上敦士、小泉佑揮、長谷川亨
    • Journal Title

      IEEE Access

      Volume: vol. 8 Pages: 155071-155085

    • DOI

      10.1109/access.2020.3018555

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Data Prefetch for Fast NDN Software Routers based on Hash Table-based Forwarding Tables2020

    • Author(s)
      武政淳二、小泉佑揮、長谷川亨
    • Journal Title

      Computer Networks

      Volume: 173 Pages: 107188-107188

    • DOI

      10.1016/j.comnet.2020.107188

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 国際会議ACM ICNにおける研究動向2023

    • Author(s)
      長谷川 亨, 小泉 佑揮, 武政 淳二
    • Organizer
      電子情報通信学会総合大会講演論文集 (BT-2-4)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 新たなファジィ・シミュレーション関係を用いたトラスト分析に向けて2023

    • Author(s)
      河辺義信
    • Organizer
      日本知能情報ファジィ学会第33回ソフトサイエンス・ワークショップ
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] プログラマブルスイッチと計算機を組み合わせた ICN ルータにおけるキャッシュの高速化に関する一考察2022

    • Author(s)
      武政 淳二, 小泉 佑揮, 長谷川 亨
    • Organizer
      電子情報通信学会第 22 回情報指向ネットワーク研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] プログラマブルハードウェアによるICNルータの高速化:100Gbpsから10Tbpsへ2022

    • Author(s)
      武政 淳二
    • Organizer
      電子情報通信学会ソサイエティ大会講演論文集 (TK-2-7)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] P4 スイッチと計算機を組み合わせたCCNルータのキャッシュにおけるボトルネックに関する一考察2022

    • Author(s)
      武政 淳二, 小泉 佑揮, 長谷川 亨
    • Organizer
      電電子情報通信学会ソサイエティ大会講演論文集 (B-6-37)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 二次元的トラスト表現法の大学生の就職支援への適用2022

    • Author(s)
      河辺義信
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      日本知能情報ファジィ学会 ソフトサイエンス研究部会 第32回ソフトサイエンス・ワークショップ
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Vision: Toward 10 Tbps NDN Forwarding with Billion Prefixes by Programmable Switches2021

    • Author(s)
      武政淳二、小泉佑揮、長谷川亨
    • Organizer
      Proceedings of ACM ICN 2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ccnGen: A High-speed Generator of Bidirectional CCN Traffic Using A Programmable Switch,2021

    • Author(s)
      武政淳二、山田涼真、小泉佑揮、長谷川亨
    • Organizer
      Proceedings of ACM ICN 2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Revisiting High-Speed Forwarding: Cases for State-full forwarding and Learned Index based Forwarding2021

    • Author(s)
      長谷川亨
    • Organizer
      1st International Workshop on Theory and Practice of Programmable Forwarding
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      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] プログラマブルスイッチと計算機を組み合わせた10TbpsのNDNパケットフォワーディングに関する一考察2021

    • Author(s)
      武政 淳二, 田上 敦士, 小泉 佑揮, 長谷川 亨
    • Organizer
      電子情報通信学会技術研究報告
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] P4プログラマブルスイッチを活用したCCNトラフィックジェネレータ2021

    • Author(s)
      山田 諒真, 武政 淳二, 小泉 佑揮, 長谷川 亨
    • Organizer
      電子情報通信学会 第19回ICN研究会ワークショップ
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] プログラマブルスイッチと汎用計算機を組み合わせた NDN ルータに関する一考察2021

    • Author(s)
      武政 淳二, 小泉 佑揮, 長谷川 亨
    • Organizer
      電子情報通信学会ソサイエティ大会講演論文集
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] プログラマブルスイッチを用いた CCN の双方向トラフィック生成に関する一考察2021

    • Author(s)
      山田 諒真, 武政 淳二, 小泉 佑揮, 長谷川 亨
    • Organizer
      電子情報通信学会技術研究報告
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] トラスト遷移の検証のためのシミュレーション関係の自動生成2021

    • Author(s)
      河辺義信
    • Organizer
      日本知能情報ファジィ学会第31回ソフトサイエンス・ワークショップ
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 排他制御しない PIT を用いたマルチコア NDN ルータで発生するパケット転送誤りからの回復に関する一考察2020

    • Author(s)
      小山 亮, 武政 淳二, 小泉 佑揮, 田上 敦士, 長谷川 亨
    • Organizer
      電子情報通信学会技術研究報告
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 排他制御しない PIT を用いたマルチコア NDN ルータで発生するエラーの検証法に関する一考察2020

    • Author(s)
      小山 亮, 小泉 佑揮, 長谷川 亨
    • Organizer
      電子情報通信学会ソサイエティ大会講演論文集
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 高人気パケットの分散割り当てによるマルチスレッドNDNルータの高速化2020

    • Author(s)
      武政 淳二, 田上 敦士, 小泉 佑揮, 長谷川 亨
    • Organizer
      電子情報通信学会第 18 回情報指向ネットワーク研究会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 高人気パケットの分散割り当てによるマルチスレッドNDNソフトウェアルータの高速化に関する一考察2020

    • Author(s)
      武政 淳二, 田上 敦士, 小泉 佑揮, 長谷川 亨
    • Organizer
      電子情報通信学会技術研究報告
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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