[發明專利]一種基于匹配字段間邏輯關系的多級流表設計方法

有效

• 申請號: 201810024493.0
• 申請日: 2018-01-10
• 公開（公告）號: CN108259354B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 董黎剛;陳龍;何博翰;湯柳君;王偉明
• 申請（專利權）人: 浙江工商大學
• 主分類號: H04L12/741
• 分類號: H04L12/741
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林松海

本發明公開了一種基于匹配字段間邏輯關系的多級流表設計方法。本發明遵循OpenFlow協議內容限制，通過OpenFlow協議里的write?Metadata動作，對流表中的相關字段進行修改，作為一個數據包在多級流表流水線中跳轉的臨時標記，以保證整個查找過程的準確。通過引入異項字段的概念，將一對異項字段拆分到不同的流表中去，從而實現存儲空間的節省。同時引入標簽字段的概念，將被拆分的流表項進行邏輯上的連接，實現數據包的精準匹配。本發明能夠實現SDN交換機內部的存儲空間的壓縮。

技術領域

本發明涉及SDN(Software Defined Network，軟件定義網絡)領域，一種基于匹配字段間邏輯關系的多級流表設計方法。

背景技術

SDN的核心思想是將網絡設備的控制平面與數據平面在物理上進行解耦，允許控制器在遠端對網絡流量進行靈活控制，為網絡應用的創新提供良好的平臺。OpenFlow是目前SDN的核心技術之一，它將網絡中具備一定特征的數據包都看作一個“流”，控制器根據軟件定義的業務邏輯，通過下發流表項以指導數據平面對“流”的處理。OpenFlow v1.0中，數據平面中只有一張流表，所有流表項都存于其中。當網絡規模很大，會造成數據平面流表資源的浪費。這對“寸土寸金”的TCAM存儲器來說，更加致命。這也進一步地限制了SDN的使用與推廣。OpenFlow v1.1及其后續版本的協議提出多級流表技術以解決上述由單流表造成的瓶頸。

多級流表的出現，最直觀地解決了交換機流表空間中流表項數量過于龐大的問題。可以通過對單級流表進行流表項特征的提取，按照給定的方法將流表項分解到不同的流表中，把數據包的匹配分解成多個過程以流水線的形式進行匹配。這樣能夠在一定程度上降低OpenFlow交換機空間內流表項的數量。另外，可以將不同服務功能的流表項下發到指定的流表內，使得不同流表之間所實現的網絡功能耦合度下降，解耦了同一網絡節點的網絡服務功能。從而能夠一定程度上降低流表項之間的耦合度，減少流表項數量，壓縮流表存儲空間，使流表的存儲更加高效。

現有大多數高速數據包處理器主要是基于TCAM 或者Hash來實現，但TCAM存在成本高、功耗大和表項更新復雜的問題。Guerra Perez等人提出了一個用于取代TCAM的多匹配域的多級流表查找模型，并設計了多種可以進行多維查找的基于OpenFlow的可以實現不同應用需求（例如MAC學習）的過濾器。劉中金等提出一種OpenFlow多級流表結構及其映射算法，將單一流表映射到多級流表中進行高效存儲和查找, 該方法比單一流表的存儲方法節省17%-95% 的TCAM 資源。但是該TCAM 資源映射方法需要進行多次映射運算，同時優化結果波動性較大。葛敬國等人提出H-SOFT(Heuristic Storage space Optimisationalgorithm for Flow Table)算法，實現了多級流表向單級流表的轉化。他們通過分析OpenFlow v1.3中的13個必要字段的邏輯關系，提出了“互斥字段”和“共存字段”的概念，以進行流表項的裁剪。但他們一味地裁剪流表項而忽略了裁剪后本屬于同一條流表項的子流表項間的邏輯關聯，這樣會影響后面流表項的查找與匹配。

在葛敬國的H-SOFT算法中，根據OpenFlow 協議里的13個必要字段能否同時出現，提出了“互斥字段”的概念，并依此進行流表項的拆分。但我們發現有些字段雖然不是其所說的互斥，但是在一個具體的流表中，也不會同時出現在一條流表項中。而且H-SOFT算法生成多個沒有相互聯系的流表，并不完全符合OpenFlow的流水線處理過程。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種基于匹配字段間邏輯關系的多級流表生成方法。本發明遵循OpenFlow協議內容限制，通過OpenFlow協議里的write-Metadata動作，對流表中的相關字段進行修改，作為一個數據包在多級流表流水線中跳轉的臨時標記，以保證整個查找過程的準確。

一種基于匹配字段間邏輯關系的多級流表生成方法，包括以下步驟: