【摘要】：軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)將數(shù)據(jù)平面與控制平面解耦,使網(wǎng)絡(luò)變得更加靈活可控。在SDN架構(gòu)中,為了支持SDN控制器獲取全局網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)信息從而高效管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò),同時(shí)支持網(wǎng)絡(luò)測(cè)量、入侵檢測(cè)、流量工程等上層應(yīng)用,SDN交換機(jī)需要維護(hù)大量多樣的統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)器。然而,目前這些SDN計(jì)數(shù)器通常是基于ASIC實(shí)現(xiàn)且只支持“請(qǐng)求響應(yīng)”的被動(dòng)統(tǒng)計(jì)模式,其實(shí)現(xiàn)面臨一些嚴(yán)峻挑戰(zhàn):1)存儲(chǔ)資源開銷高;2)靈活性差;3)統(tǒng)計(jì)精度低。針對(duì)SDN計(jì)數(shù)器的這三大挑戰(zhàn),本文通過將計(jì)數(shù)器的定義與實(shí)現(xiàn)解耦提出了面向SDN的軟件定義硬件計(jì)數(shù)器SDHC(Software Defined Hardware Counters)。本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括:1.提出了軟件定義硬件計(jì)數(shù)器的概念和模型。SDHC模型通過將計(jì)數(shù)器處理分為三段,將計(jì)數(shù)器定義的管理實(shí)現(xiàn)在軟件上來控制計(jì)數(shù)器的行為,實(shí)現(xiàn)了計(jì)數(shù)器定義與實(shí)現(xiàn)解耦,有效解決了傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式的問題。利用按需分配思想,有效提高計(jì)數(shù)器利用率,從而減少存儲(chǔ)開銷;通過提供靈活便捷的SDHC南北向接口,允許控制器靈活控制計(jì)數(shù)器,從而提高了靈活性;通過引入主動(dòng)上報(bào)計(jì)數(shù)器值的主動(dòng)統(tǒng)計(jì)模式,避免了訪問延時(shí)引起的統(tǒng)計(jì)誤差,提高了統(tǒng)計(jì)精度。2.對(duì)SDHC關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究。對(duì)軟硬件間的消息定義及壓縮方法進(jìn)行深入研究,提高了軟硬件之間的傳輸效率,減少了傳輸帶寬需求。研究SDHC統(tǒng)計(jì)模式的分類和實(shí)現(xiàn)機(jī)制,提出了基于更新觸發(fā)的實(shí)時(shí)模式和基于定時(shí)器觸發(fā)的定時(shí)模式,有效地滿足了多樣化應(yīng)用的高精度統(tǒng)計(jì)需求。同時(shí),研究實(shí)時(shí)模式下計(jì)數(shù)器值返回消息的壓縮方法,避免流的突發(fā)引起的高網(wǎng)絡(luò)帶寬問題。3.對(duì)SDHC實(shí)現(xiàn)模型進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。對(duì)SDHC實(shí)現(xiàn)模型中各模塊的具體功能和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì),有效提高了各模塊的工作效率,從而提高了SDHC整體性能。通過分析SDHC的相關(guān)行為,對(duì)SDHC南北向接口進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì),使得控制器及上層應(yīng)用能夠靈活控制計(jì)數(shù)器。4.實(shí)現(xiàn)了SDHC原型系統(tǒng),并對(duì)原型系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)。結(jié)果表明,SDHC可以提供很高的更新性能和統(tǒng)計(jì)精度,同時(shí)SDHC造成的更新延時(shí)相比于控制器與交換機(jī)之間的傳輸延時(shí)可以忽略不計(jì)。綜上所述,為了解決目前SDN計(jì)數(shù)器存在的問題,本文提出了面向SDN的軟件定義硬件計(jì)數(shù)器SDHC。由于該模型具有低存儲(chǔ)資源開銷、高靈活性和高統(tǒng)計(jì)精度,對(duì)于SDN交換機(jī)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)具有理論意義和實(shí)用價(jià)值。
[Abstract]:The software defined network (SDN) decouples the data plane from the control plane and makes the network more flexible and controllable. In SDN architecture, in order to support the SDN controller to obtain the global network statistics information and manage the whole network efficiently, it also supports the upper layer applications such as network measurement, intrusion detection, traffic engineering and so on. SDN switches need to maintain a large variety of statistical counters. However, at present, these SDN counters are usually based on the ASIC implementation and only support the passive statistical mode of "request response". The implementation of these counters faces some severe challenges: 1) high cost of storage resources, 2) poor flexibility, and 3) low precision of statistics. In view of these three challenges of SDN counter, this paper proposes a software defined hardware counter SDHC (Software Defined Hardware Counters). For SDN by decoupling the definition and implementation of the counter. The main work and innovation of this paper are as follows: 1. The concept and model of hardware counter defined by software are put forward in this paper. By dividing counter processing into three sections, SDHC model realizes the management of counter definition to control the behavior of counter on software, and realizes the decoupling of counter definition and implementation. It effectively solves the problem of traditional realization. By using the idea of according to demand distribution, the counter utilization ratio can be improved effectively, and the storage overhead can be reduced, and the controller is allowed to control the counter flexibly by providing flexible and convenient SDHC interface from north to south, thus improving the flexibility. By introducing the active statistical model of actively reporting the counter value, the statistical error caused by the access delay is avoided and the statistical accuracy is improved by 2. 2. The key technology of SDHC is studied deeply. The definition and compression method of message between software and hardware are studied in depth, which improves the transmission efficiency between software and hardware, and reduces the requirement of transmission bandwidth. In this paper, the classification and implementation mechanism of SDHC statistical pattern are studied, and the real-time mode based on update trigger and the timing mode based on timer trigger are proposed, which can effectively meet the needs of high precision statistics in various applications. At the same time, the compression method of counter value return message in real time mode is studied to avoid the problem of high network bandwidth caused by the burst of flow. The implementation model of SDHC is designed in detail. The specific function and implementation of each module in the SDHC implementation model are designed in detail, which effectively improves the working efficiency of each module and thus improves the overall performance of SDHC. By analyzing the related behavior of SDHC, the interface of SDHC is designed in detail, so that the controller and the upper application can control the counter flexibly. The prototype system of SDHC is implemented, and the prototype system is tested and evaluated. The results show that SDHC can provide high update performance and statistical accuracy, and the update delay caused by SDHC is negligible compared with the transmission delay between controller and switch. In conclusion, in order to solve the problems existing in SDN counters, this paper proposes a software defined hardware counter SDHC. for SDN. Because the model has low storage resource overhead, high flexibility and high statistical precision, it is of theoretical significance and practical value for the design and implementation of SDN switch.
【學(xué)位授予單位】：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TP393.02

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本文編號(hào)：2325387