Editorial ilmu komputer
Membandingkan Mode I/O Dataplane UPF di 5G Core Cloud-Native: AF_PACKET, AF_XDP, CNDP, dan DPDK pada SD-Core BESS-UPF
Masalah inti
User Plane Function (UPF) membawa seluruh trafik user-plane dalam jaringan 5G, dan throughput-nya bergantung pada bagaimana paket bergerak antara NIC dan aplikasi—yakni pada mode packet I/O. Operator yang men-deploy 5G core cloud-native harus memilih di antara beberapa backend packet I/O, masing-masing dengan arsitektur, model memori, dan kebutuhan deployment yang berbeda. Makalah ini membandingkan empat mode yang banyak digunakan—AF_PACKET, AF_XDP, Cloud Native Data Plane (CNDP), dan Data Plane Development Kit (DPDK)—pada satu UPF open-source.
Penulis menggunakan SD-Core BESS-UPF yang di-deploy sebagai Charmed operator pada NIC Intel XXV710 di Canonical Kubernetes. Mereka menjalankan pipeline GTP-U/PDR/FAR/QER yang sama pada setiap mode dan hanya mengubah driver port BESS, sehingga perbedaan apa pun dapat diatribusikan ke backend I/O. Untuk setiap mode mereka menjelaskan arsitektur, datapath, model memori, dan kebutuhan deployment, serta mengukur throughput, latensi, penggunaan CPU, dan stabilitas. Deployment juga divalidasi end-to-end terhadap O-RAN 5G RAN yang terdisagregasi dengan UE komersial.
Pertanyaan penelitian utamanya bersifat praktis: mode packet I/O mana yang harus d
Inovasi
Pada testbed XXV710/i40e dengan paket 64 byte menurut NDR per RFC 2544, keempat mode menunjukkan profil throughput yang sangat berbeda. AF_PACKET mencapai 0,25 Mpps. CNDP mencapai 5,52 Mpps pada 2 worker, dan AF_XDP mencapai 6,47 Mpps pada 2 worker. DPDK mencapai 10,30 Mpps pada 4 worker dan 13,09 Mpps pada 8 worker, dengan latensi terendah rata-rata 8,1 mikrodetik.
Pada jumlah worker yang setara, ketiga mode kernel-bypass—AF_XDP, CNDP, dan DPDK—berada dalam rentang noise satu sama lain, dan AF_XDP unggul per core. Ini temuan kunci: keunggulan utama DPDK bukan kemenangan efisiensi per paket, melainkan efek batas skala. PMD native-nya melalui vfio-pci lolos dari batas socket AF_XDP per-netdev yang mengunci CNDP dan AF_XDP pada dua worker. Dengan kata lain, DPDK menang karena memungkinkan lebih banyak worker berjalan secara efektif, bukan karena memproses setiap paket lebih cepat.
Hasil latensi memperkuat interpretasi ini: rata-rata 8,1 mikrodetik DPDK adalah yang terendah terukur, tetapi selisihnya pada jumlah worker yang setara kecil. Pengukuran stabilitas dan data penggunaan CPU lebih lanjut mendukung kesimpulan bahwa mode kernel-bypass secara umum sebanding dalam efisiensi per
Mengapa penting
Hasil ini membingkai ulang asumsi umum bahwa DPDK sekadar lebih cepat daripada alternatif kernel-bypass. Pada jumlah worker yang setara, AF_XDP, CNDP, dan DPDK berada dalam rentang noise, dan AF_XDP unggul per core. Keunggulan DPDK adalah efek batas skala: PMD native-nya melalui vfio-pci lolos dari batas socket AF_XDP per-netdev yang mengunci CNDP dan AF_XDP pada dua worker. Perbedaan ini penting bagi operator karena mengubah kriteria keputusan dari throughput mentah menjadi kelayakan deployment.
Penulis menyimpulkan bahwa CNDP dan AF_XDP adalah titik manis cloud-native ketika hugepages, vfio-pci, dan isolated cores tidak terjangkau. DPDK dibenarkan pada host khusus tempat sumber daya tersebut dapat disediakan. Ini taksonomi yang praktis: mode kernel-bypass lebih berbeda dalam prasyarat operasionalnya daripada dalam efisiensi per paket.
Makalah ini juga mendokumentasikan jebakan deployment yang tidak ada dalam benchmark sintetis, termasuk kesalahan pengaturan limits.cpu di Kubernetes yang secara diam-diam memangkas separuh throughput DPDK. Temuan semacam itu bernilai karena mencerminkan pengalaman operator nyata, bukan kondisi laboratorium yang ideal. Validasi end-to-end terhadap O-RAN 5G RAN yang terdisagregasi dengan UE komersial lebih lanjut memperkuat validitas eksternal perbandingan ini.
Bagi operator, kerangka keputusan dapat diringkas sebagai berikut:
Implikasi yang lebih luas adalah bahwa performa 5G core cloud-native sama-sama merupakan masalah orkestrasi dan isolasi sumber daya seperti halnya masalah pemrosesan paket. Makalah ini berfungsi sebagai referensi berdampingan bagi operator yang memilih mode dataplane UPF dalam deployment 5G cloud-native.
Siapa yang sebaiknya membaca
Membuka konten member…