Compared to fixed-function switches, the flexibility of programmable switches comes at a cost, as programmer mistakes frequently result in subtle bugs in the network data plane. In this paper, we present the design and implementation of FP4, a fuzz-testing framework for P4 switches that achieves high expressiveness, coverage, and scalability. FP4 directly tests running switches by generating semi-random input packets and observing their resulting execution in the data plane. To achieve high coverage and scalability, at runtime, FP4 leverages P4 itself with another "tester" switch that generates and mutates billions of test packets per second entirely in the dataplane. Because testing some program branches requires navigating complex semantic input requirements, FP4 additionally leverages the programmability of P4 by instrumenting the tested program to pass coverage information back to the tester through the packet header. We present case studies showing that FP4 can validate both safety and stateful properties, improves efficiency over existing random packet generation baselines, and reaches 100% coverage in under a minute on a wide range of examples.


翻译:与固定功能开关相比,可编程开关的灵活性是有成本的,因为程序错误经常导致网络数据平面的细微错误。在本文中,我们介绍FP4的设计和实施,这是P4开关的模糊测试框架,能够达到高清晰度、广度和可缩放性。 FP4直接测试开关,生成半随机输入包,并观察其在数据平面上的执行结果。为了实现高覆盖和可缩放性,FP4在运行时将P4本身与另一个“泰斯特”开关相提并用,该开关完全在数据平面上生成和突变数十亿个测试包。由于测试某些程序分支需要浏览复杂的语义输入要求,FP4又通过测试程序仪器将覆盖信息通过包头传送给测试器,从而将P4的可编程性能传递给测试者。我们介绍的案例研究表明,F4可以在运行时既安全性又可标度特性,提高现有随机集成基线的效率,并在一分钟内以内达到100%的覆盖范围。

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