Monolithic control plane verification cannot scale to hyperscale network architectures with tens of thousands of nodes, heterogeneous network policies and thousands of network changes a day. Instead, modular verification offers improved scalability, reasoning over diverse behaviors, and robustness following policy updates. We introduce Timepiece, a new modular control plane verification system. While one class of verifiers, starting with Minesweeper, were based on analysis of stable paths, we show that such models, when deployed naively for modular verification, are unsound. To rectify the situation, we adopt a routing model based around a logical notion of time and develop a sound, expressive, and scalable verification engine. Our system requires that a user specifies interfaces between module components. We develop methods for defining these interfaces using predicates inspired by temporal logic, and show how to use those interfaces to verify a range of network-wide properties such as reachability or access control. Verifying a prefix-filtering policy using a non-modular verification engine times out on an 80-node fattree network after 2 hours. However, Timepiece verifies a 2,000-node fattree in 2.37 minutes on a 96-core virtual machine. Modular verification of individual routers is embarrassingly parallel and completes in seconds, which allows verification to scale beyond non-modular engines, while still allowing the full power of SMT-based symbolic reasoning.


翻译:单体化控制面验证不能够适用于成千上万个节点,异构网络策略和数千次网络更改的超大规模网络架构。相比之下,模块化验证提供了改进的可扩展性,可以对不同的行为进行推理,并可以在策略更新后获得更大的鲁棒性。我们引入了一个新的模块化控制面验证系统 Timepiece。虽然一类基于稳定路径分析的验证器(例如 Minesweeper 等)已经出现,但我们发现这些模型在模块化验证时存在无声的问题。为了解决这个问题,我们采用一个基于逻辑时间概念的路由模型,开发了一个 sound、表达能力强和可扩展性好的验证引擎。我们的系统需要用户指定模块组件之间的接口。我们开发了使用时序逻辑启发式谓词来定义这些接口的方法,并说明如何使用这些接口来验证一系列网络范围的属性,如可达性或访问控制。使用非模块化验证引擎对前缀过滤策略进行验证,在一个 80 个节点的 fattree 网络上花费 2 小时仍然超时。然而,在一个 96 核心虚拟机上,Timepiece 在 2.37 分钟内验证了一个 2,000 节点的 fattree。单个路由器的模块化验证是难以置信的并行化的,可以在几秒钟内完成,这使得验证超越了非模块化引擎,同时仍然允许 SMT 基础符号推理的全部功能。

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