【摘要】：軟件定義互連(Software Defined Interconnection,SDI)等新一代體系架構將網(wǎng)絡控制與數(shù)據(jù)轉發(fā)功能進行分離,并提供其開放式的可編程接口,打破了原有一體化的設備壁壘,增強了網(wǎng)絡的服務能力,提高了網(wǎng)絡的靈活性和可擴展性,有力地推動了網(wǎng)絡功能和網(wǎng)絡應用的創(chuàng)新部署。而數(shù)據(jù)平面作為整個網(wǎng)絡控制轉發(fā)和數(shù)據(jù)處理的基礎支撐,為新型網(wǎng)絡的發(fā)展演進提供內在推動力。數(shù)據(jù)平面的網(wǎng)絡元件根據(jù)協(xié)議解析圖進行網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)解析和字段提取,同時根據(jù)控制器下發(fā)的規(guī)則流表進行字段匹配并處理數(shù)據(jù)包。因此,數(shù)據(jù)平面決定著整個網(wǎng)絡的處理速率和服務能力,需要在有限的資源下,實現(xiàn)靈活而又高效的網(wǎng)絡功能。目前,數(shù)據(jù)平面仍存在一些問題亟需解決:解析狀態(tài)轉移結構難以實現(xiàn)靈活性與高效性的平衡;多級流表結構實現(xiàn)資源優(yōu)化,但同時帶來較多匹配查找周期;網(wǎng)絡中流表規(guī)模擴張,加之多匹配域表項結構,致使現(xiàn)有規(guī)則表項間存在較多冗余,存儲效率低下。本文依托于國家科技重大專項(No.2016ZX01012101)——“基于軟件定義互連的xxx器件”,以軟件定義思想為理論指導,對現(xiàn)有數(shù)據(jù)平面解析表項和匹配表項進行分析,分別從可編程解析表項的生成優(yōu)化、多級流表構建過程中存儲資源優(yōu)化以及表項存儲過程中冗余信息優(yōu)化三個方面進行研究,旨在提高軟件定義互連數(shù)據(jù)平面的資源利用效率和數(shù)據(jù)處理性能,進而建立靈活高效的信息交換平臺。論文的主要研究內容包括:1.針對當前網(wǎng)絡轉發(fā)設備中的解析器難以應對快速變化的網(wǎng)絡需求問題,利用可編程的解析表項結構,提出一種基于動態(tài)規(guī)劃的可編程解析表項生成系統(tǒng)。首先,通過配置不同的協(xié)議解析圖,可實現(xiàn)協(xié)議靈活定制。此外,針對短字節(jié)包頭協(xié)議,設計相應的動態(tài)規(guī)劃算法將解析圖節(jié)點進行壓縮和聚合,使單個周期解析多個數(shù)據(jù)包頭。最后,仿真實驗表明,該方案在較低的資源利用情況下減少了解析周期。2.針對多級流表劃分過程中帶來的流表級數(shù)與匹配周期之間的平衡問題,提出基于表項類別優(yōu)先的多級流表構建方法。通過分析不同表項類別匹配域間的相關性,定義匹配域相容度概念,并建立基于相容度最大的優(yōu)化模型,給出求解多級流表劃分集合的類別優(yōu)先算法。隨后提出適用于本方案的匹配查找結構及相應的表項更新策略。最后,通過仿真實驗,驗證本方案在提高資源利用率下有效緩和多級流表帶來的匹配周期增加。3.針對網(wǎng)絡快速發(fā)展所帶來的表項位寬和規(guī)模擴張問題,提出一種基于獨立規(guī)則集位提取的包分類規(guī)則集壓縮方法。首先,通過分析多匹配域規(guī)則流表匹配域間的邏輯關系,利用冗余信息進行匹配域合并。然后基于規(guī)則獨立性,將包分類規(guī)則集劃分為多個獨立規(guī)則子集。隨后對獨立規(guī)則子集進行可區(qū)分的位提取,進一步壓縮存儲空間。最后,通過仿真實驗與對比分析,本文所提方案能夠有效減少所用TCAM存儲空間。
【圖文】：

圖 2.1 可編程解析表項生成系統(tǒng)整體架構析器別和提取包頭中特定字段的過程。傳統(tǒng)的交換機架構中協(xié)議的解析過程固化到交換芯片內部，，從而各層協(xié)議的級設備或添加新的協(xié)議都要重新設計硬件，故無法適應求。為了實現(xiàn)靈活的數(shù)據(jù)包解析，首先需要能夠進行任數(shù)據(jù)包包頭中包含著類型域和匹配域，類型域表明包頭查找要抽取的字段。協(xié)議的解析過程可以用多叉樹來表就要實現(xiàn)一個可配置的協(xié)議樹。如圖 2.2 所示，協(xié)議樹進行配置，協(xié)議樹的匹配域節(jié)點以 F（Field）表示，類型域層的包頭解析都可以表示為{T，F(xiàn)}的形式，例如第一層數(shù)的第一層節(jié)點；第二層數(shù)據(jù)包包頭根據(jù)類型域的值可IIF }分別對應協(xié)議樹的第二層子節(jié)點；再根據(jù)下一層類包格式，如此進行迭代得到完整的協(xié)議解析過程。通過

圖 2.2 協(xié)議樹示例實現(xiàn)本系統(tǒng)的基礎模塊，可承載解析映射生成的表項塊、匹配域提取模塊、編程配置模塊及匹配域緩存和.3 所示。其中，可通過上層接口進行配置的 TCAM 元，用于存儲用戶自定義的解析圖信息。首先，用戶首段數(shù)據(jù)起始地址和初始類型，存儲在 First_Add 寄 中存儲的狀態(tài)轉移表來實現(xiàn)任意協(xié)議的可定制。其中value）并進行匹配，而 RAM 存儲該協(xié)議匹配域的偏移包頭類型（Next header）。數(shù)據(jù)流經由收發(fā)模塊接收并域提取模塊提取類型字段并送往 TCAM 中，查表判別 地址進而得到匹配域信息偏移和下一類型域字段。匹息將數(shù)據(jù)包的匹配域提取出來，送往匹配域緩存和組取的全部匹配域進行合并，生成整體包頭向量發(fā)送到讀取地址類型域提取
【學位授予單位】：戰(zhàn)略支援部隊信息工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP393.0

【參考文獻】

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1 鄂躍鵬;陳智;葛敬國;吳玉磊;;一種高效的OpenFlow流表存儲與查找實現(xiàn)方法[J];中國科學:信息科學;2015年10期

2 劉中金;李勇;蘇厲;金德鵬;曾烈光;;彈性協(xié)議可定制的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)平面結構及其映射算法[J];電子與信息學報;2014年07期

3 劉中金;李勇;蘇厲;金德鵬;曾烈光;;TCAM存儲高效的OpenFlow多級流表映射機制[J];清華大學學報(自然科學版);2014年04期

4 蘭巨龍;程東年;胡宇翔;;可重構信息通信基礎網(wǎng)絡體系研究[J];通信學報;2014年01期

5 陳正虎;蘭巨龍;黃萬偉;李玉峰;;一種基于Bloom-filter表項壓縮的TCAM業(yè)務識別算法[J];電子與信息學報;2011年09期

本文編號：2692570