[发明专利]一种基于匹配字段具体值重复率的多级流表设计方法

说明书

本发明公开了一种基于匹配字段具体值重复率的多级流表设计方法。它包括如下步骤：1）控制器管理交换机内的单级流表，记标号为0（记为Table(0)），定义由该流表转化生成的多级流表的最大标号为K；2）定义当前流表的最大标号，记为m，若m=K，则结束；3）计算Table(m)内部的所有非Tag字段的分解增益G，若最大的分解增益等于0，则结束；4）挑选Table(m)内分解增益最大的一个字段，记为字段X，并在该流表内添加Tag字段，记为字段T，为字段T创建与字段X一一对应的值；5）新建流表Table(m+1)；6）为Table(m)添加table‑miss表项，动作为跳转到下一级流表；7）跳转到第2）步。本发明采用上述方法，解决了单级流表向多级流表转化的问题，减少了流表的存储空间。

技术领域

本发明涉及新型网络管理领域，尤其涉及一种基于匹配字段具体值重复率的多级流表设计方法。

背景技术

SDN的核心思想是将网络设备的控制平面与数据平面在物理上进行解耦，允许控制器在远端对网络流量进行灵活控制，为网络应用的创新提供良好的平台。OpenFlow是目前SDN的核心技术之一，它将网络中具备一定特征的数据包都看作一个“流”，控制器根据软件定义的业务逻辑，通过下发流表项以指导数据平面对“流”的处理。OpenFlow v1.0中，数据平面中只有一级流表，所有流表项都存于其中。当网络规模较大，上层业务逻辑较复杂时，这种单流表的设计会暴露出一些弊端，除了会造成数据平面流表资源的浪费外，单级流表还会制约应用平面的开发，甚至会给OpenFlow网络的运行和维护带来诸多不便。究其原因，首先在单级流表架构下，数据包只能进行一次匹配，难以实现一些复杂的网络业务逻辑；其次，即使开发者可以通过精心设计满足上层复杂的业务逻辑，也会不可避免地造成应用组件间的高度耦合，难以实现网络应用的增量式开发；还有，使用单级流表设计网络，所有的转发逻辑都将混在一起，这将使OpenFlow网络的维护工作变得异常困难。针对这些问题，OpenFlow v1.1及其后续版本的协议提出多级流表技术以解决上述由单流表造成的瓶颈。

从OpenFlow v1.0版本协议中定义的流表开始，每条流表项中的匹配字段从传统网络设备中包分类使用的五元组拓展到了超过十元组，不仅匹配字段的宽度增加，而且网络应用中的不同功能的组合使得流表中的流表项数据爆炸性的剧增。OpenFlow v1.3中已引入了40个匹配字段，流表项中匹配域的总长度超过了1227Bits。因此如果采用单级流表进行保存，OpenFlow交换机中能支持的流表项数量将会非常有限。而在当前的数据中心网络中，部署网络业务所需的流表项的数目是非常庞大的。另外，对于单级流表来说，流表项之间存在冗余度过高的问题，造成流表空间浪费。单级流表实现不同的网络服务功能会导致功能之间耦合度过高、业务逻辑过于复杂、维护困难等问题。多级流表技术的出现在一定程度上可以解决上述问题。

多级流表的出现，最直观地解决了交换机流表空间中流表项数量过于庞大的问题。可以通过对单级流表进行流表项特征的提取，按照给定的方法将流表项分解到不同的流表中，把数据包的匹配分解成多个过程以流水线的形式进行匹配。这样能够在一定程度上降低OpenFlow交换机空间内流表项的数量。另外，可以将不同服务功能的流表项下发到指定的流表内，使得不同流表之间所实现的网络功能耦合度下降，解耦了同一网络节点的网络服务功能。从而能够一定程度上降低流表项之间的耦合度，减少流表项数量，压缩流表存储空间，使流表的存储更加高效。