【摘要】：為進一步提升未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的實驗平臺對轉(zhuǎn)發(fā)報文高速靈活解析的能力,提出了一種面向轉(zhuǎn)發(fā)的雙向報文解析結(jié)構(gòu)(BiPPAF)。該結(jié)構(gòu)由以下2個方面構(gòu)成:在協(xié)議的解析表達上,利用二叉trie樹動態(tài)靈活的字符串組織方式,實現(xiàn)協(xié)議解析表達的可擴展;在協(xié)議解析的處理上,采用硬件流水線通過高速流水的查表方式,實現(xiàn)協(xié)議解析的高性能。BiPPAF結(jié)構(gòu)通過為每個網(wǎng)絡(luò)接口建立協(xié)議二叉trie樹實現(xiàn)接口獨立的協(xié)議解析能力,并利用節(jié)點映射算法來完成流水線和二叉trie樹之間的關(guān)聯(lián),能夠均衡各級流水線上二叉trie樹的節(jié)點數(shù)目優(yōu)化存儲空間的使用。仿真實驗表明,與Packet Parsing方法相比,BiPPAF結(jié)構(gòu)的協(xié)議處理速率提升了31%,而資源占用降低了64%。
【圖文】：

活并快速地實現(xiàn)新協(xié)議的解析，本文提出了由轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議二叉ｔｒｉｅ樹（ｆｏｒｗａｒｄｉｎｇｐｒｏｔｏｃｏｌｔｒｉｅ，ＦＰ－ｔｒｉｅ）和雙向流水線２部分組成的ＢｉＰＰＡＦ結(jié)構(gòu)，通過結(jié)合兩者的優(yōu)勢實現(xiàn)快速靈活的協(xié)議解析功能。ＢｉＰＰＡＦ結(jié)構(gòu)如圖１所示。在ＢｉＰＰＡＦ結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議二叉ｔｒｉｅ樹將傳統(tǒng)的報文解析過程轉(zhuǎn)換為二叉ｔｒｉｅ樹，實現(xiàn)報文解析的靈活表示；雙向流水結(jié)構(gòu)則充分利用硬件并行處理的特性，采用線性流水的查找ＦＰ－ｔｒｉｅ樹實現(xiàn)圖１ＢｉＰＰＡＦ結(jié)構(gòu)組成圖協(xié)議解析，達到高速的處理能力。１．１轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議二叉ｔｒｉｅ樹定義１節(jié)點深度是該節(jié)點到根節(jié)點的最大距離，根節(jié)點的深度為１，其余節(jié)點的深度為雙親深度的最大值加１；ＦＰ－ｔｒｉｅ樹中最大的節(jié)點深度稱為ＦＰ－ｔｒｉｅ樹的深度。定義２葉子節(jié)點只能包含解析的結(jié)果，其中包含正常解析內(nèi)容的稱為實葉子節(jié)點，反之包含無法解析的稱為虛葉子節(jié)點。定義３若二叉ｔｒｉｅ樹被稱為ＦＰ－ｔｒｉｅ樹，則應(yīng)滿足如下條件：條件１每個協(xié)議的識別判定可能需要多個定位規(guī)則，但每個非葉子節(jié)點內(nèi)只存儲一個定位規(guī)則和２個跳轉(zhuǎn)的指針，其中定位規(guī)則包含該協(xié)議相關(guān)字段的判定取值及判定方法；條件２任一個非葉子節(jié)點必須有２個子節(jié)點，但不能同時以２個實葉子節(jié)點作子節(jié)點；條件３一個ＦＰ－ｔｒｉｅ樹最多只能有一個虛葉子節(jié)點；條件４從根到葉子節(jié)點的路徑上的所有節(jié)點（不包括葉子節(jié)點）包含的定位規(guī)則順序連接表示報文解析的過程。由上述的定義可知，協(xié)議二叉ｔｒｉｅ樹具有如下的性質(zhì)

個節(jié)點的父節(jié)點的深度為Ｌ－１，故Ｌ－１＋１＝Ｌ≤ＳＬ。綜上可知，當ｋ＝Ｌ的時候，滿足Ｌ≤ＳＬ≤２Ｌ－１，故命題成立。推論１對于節(jié)點數(shù)ＳＬ一定的ＦＰ－ｔｒｉｅ樹，深度滿足ｌｂ（ＳＬ＋１）≤Ｌ≤ＳＬ。證明由性質(zhì)２可知，Ｌ≤ＳＬ且ＳＬ≤２Ｌ－１，故ＳＬ＋１≤２Ｌ，進而ｌｂ（ＳＬ＋１）≤Ｌ，所以得到結(jié)論：ｌｂ（ＳＬ＋１）≤Ｌ≤ＳＬ。（ａ）協(xié)議樹Ａ（ｂ）協(xié)議樹Ｂ圖２ＦＰ－ｔｒｉｅ樹結(jié)構(gòu)綜上可知，，ＦＰ－ｔｒｉｅ樹的節(jié)點數(shù)和深度都存在上下限，即實現(xiàn)ＦＰ－ｔｒｉｅ樹節(jié)點占用的存儲空間有限，表明ＦＰ－ｔｒｉｅ樹物理可實現(xiàn)。目前，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在多數(shù)情況下需要根據(jù)多協(xié)議標簽交換協(xié)議（ｍｕｌｔｉ－ｐｒｏｔｏｃｏｌｌａｂｅｌｓｗｉｔｃｈｉｎｇ，ＭＰＬＳ）和ＩＰ協(xié)議（ＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）進行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，本文根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實際情況，構(gòu)造了２個協(xié)議樹Ａ與Ｂ，其中協(xié)議樹Ａ描述了以太網(wǎng)協(xié)議內(nèi)嵌虛擬局域網(wǎng)協(xié)議（ｖｉｒｔｕａｌｌｏｃａｌａｒｅａｎｅｔｗｏｒｋ，ＶＬＡＮ）及ＭＰＬＳ、ＩＰｖ６的協(xié)議嵌套關(guān)系，而協(xié)議樹Ｂ描述了８０２．３ＳＮＡＰ協(xié)議內(nèi)嵌ＩＰｖ４的協(xié)議嵌套關(guān)系，圖２中分別對協(xié)議樹Ａ和協(xié)議樹Ｂ進行了圖形化表示。圖２中的２個ＦＰ－ｔｒｉｅ樹的節(jié)點類型共分為３種情況：①Ｐ１和Ｐ１１代表協(xié)議無法識別的葉子節(jié)點，用于指示報文無法解析；②Ｐ４、Ｐ６和Ｐ１０分別代表了識別ＭＰＬＳ、
【作者單位】： 國家數(shù)字交換系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心;解放軍理工大學指揮信息系統(tǒng)學院;
【基金】：國家“973計劃”資助項目(2012CB315901,2012CB315905) 國家“863計劃”資助項目(2011AA01A103) 國家科技支撐計劃資助項目(2011BAH19B01)
【分類號】：TP393.02

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本文編號：2546147