Perpustakaan Digital ITB
Pertumbuhan trafik jarigan secara eksponensial menuntut infrastruktur jaringan
untuk memiliki kecepatan yang semakin tinggi dan latensi yang semakin rendah.
Namun, arsitektur networking stack pada sistem operasi Linux memiliki
keterbatasan performa akibat tingginya overhead dari context switching di dalam
linux kernel. Teknologi kernel bypass seperti DPDK hadir untuk memberikan
throguhput tinggi, namun pendekatan ini mengorbankan fitur penting pada linux
kernel (seperti firewall dan observabilitas) serta memonopoli 100% core CPU
secara konstan dengan busy-polling. Sebagai solusi, teknologi Extended Berkley
Packet Filter (eBPF) dan eXpress Data Path (XDP) memungkinkan pemrosesan
paket menggunakan fast path pada level driver network interface card (NIC).
Penelitian ini bertujuan untuk mendesain dan mengimplementasikan router inkernel
fast path berbasis eBPF/XDP yang berperforma tinggi, beroperasi dengan
utilisasi CPU yang hemat daya, dan diintegrasikan dengan platform eksperimen
jaringan multi-node terautomasi penuh.
Metode pengembangan membagi arsitektur ke dalam tiga subsistem fungsional:
subsistem eksperimen permrosesan eBPF/XDP menggunakan library cillium/ebpf
berbasis Go, subsistem orkestrasi testbed multi-node menggunakan playbook
Ansible, serta subsistem dashboard interaktif berbasis React.js. Pengujian
eksperimen dieksekusi menggunakan perangkat general-purpose server pada
Testbed ITB dengan network interface card 25Gbps untuk mengukur secara
komparatif kemampuan throughput, utilisasi CPU, dan fungsionalitas sistem XDP
dibandingkan dengan linux kernel dan VPP.
Hasil penelitian membuktikan bahwa implementasi subsistem eBPF/XDP berhasil
dieksekusi dengan tingkat throughput yang memuaskan. Pada beban single traffic,
XDP stabil pada angka puncak rata-rata sebesar 32,349 Mpps, yang berarti
performanya 383% lebih pesat dibanding Linux Kernel (8,429 Mpps) dan sanggup
menyaingi pemrosesan userspace VPP (33,182Mpps) dengan rasio performa 97%.
XDP juga sanggup melakukan packet filtering melalui kapabilitas firewall dan
routing lookup tanpa terjadinya bottleneck, ditunjang dengan utilisasi core CPU
yang bersifat proporsional dan lebih dinamis dari VPP. Pada ranah orkestrasi,
sistem automasi Ansible mengotomasi seluruh tahapan pengujian tanpa intervensi
manual dan membukukan efisiensi durasi eksperimen hingga 76,54% (mereduksi
siklus dari 324 detik secara manual menjadi hanya 81 detik).
Melalui hasil tersebut, penelitian ini membuktikan bahwa arsitektur in-kernel fast
path menggunakan eBPF dan XDP dapat menggantikan teknologi kernel bypass
konvensional sebagai alternatif yang memiliki obervability dan granular control.
Kemampuan sistem memproses puluhan juta paket per detik tanpa memonopoli
core CPU secara konstan memberikan dampak penghematan daya dalam
membangun program router atau firewall yang terintegrasi pada sistem cloud
services berskala besar. Lebih jauh, keberhasilan integrasi orkestrasi testbed
menghasilkan kerangka eksperimen jaringan yang terstandarisasi dan dapat
direproduksi (reproducible), memberikan proses konfigurasi, proses eksperimen
serta hasil yang terbebas daripotensi kesalahan konfigurasi manual (human error).