[发明专利]一种基于匹配字段间逻辑关系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间逻辑关系的多级流表设计方法。本发明遵循OpenFlow协议内容限制，通过OpenFlow协议里的write‑Metadata动作，对流表中的相关字段进行修改，作为一个数据包在多级流表流水线中跳转的临时标记，以保证整个查找过程的准确。通过引入异项字段的概念，将一对异项字段拆分到不同的流表中去，从而实现存储空间的节省。同时引入标签字段的概念，将被拆分的流表项进行逻辑上的连接，实现数据包的精准匹配。本发明能够实现SDN交换机内部的存储空间的压缩。

技术领域

本发明涉及SDN(Software Defined Network，软件定义网络)领域，一种基于匹配字段间逻辑关系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，数据平面中只有一张流表，所有流表项都存于其中。当网络规模很大，会造成数据平面流表资源的浪费。这对“寸土寸金”的TCAM存储器来说，更加致命。这也进一步地限制了SDN的使用与推广。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。

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。

现有大多数高速数据包处理器主要是基于TCAM 或者Hash来实现，但TCAM存在成本高、功耗大和表项更新复杂的问题。Guerra Perez等人提出了一个用于取代TCAM的多匹配域的多级流表查找模型，并设计了多种可以进行多维查找的基于OpenFlow的可以实现不同应用需求（例如MAC学习）的过滤器。刘中金等提出一种OpenFlow多级流表结构及其映射算法，将单一流表映射到多级流表中进行高效存储和查找, 该方法比单一流表的存储方法节省17%-95% 的TCAM 资源。但是该TCAM 资源映射方法需要进行多次映射运算，同时优化结果波动性较大。葛敬国等人提出H-SOFT(Heuristic Storage space Optimisationalgorithm for Flow Table)算法，实现了多级流表向单级流表的转化。他们通过分析OpenFlow v1.3中的13个必要字段的逻辑关系，提出了“互斥字段”和“共存字段”的概念，以进行流表项的裁剪。但他们一味地裁剪流表项而忽略了裁剪后本属于同一条流表项的子流表项间的逻辑关联，这样会影响后面流表项的查找与匹配。

在葛敬国的H-SOFT算法中，根据OpenFlow 协议里的13个必要字段能否同时出现，提出了“互斥字段”的概念，并依此进行流表项的拆分。但我们发现有些字段虽然不是其所说的互斥，但是在一个具体的流表中，也不会同时出现在一条流表项中。而且H-SOFT算法生成多个没有相互联系的流表，并不完全符合OpenFlow的流水线处理过程。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于匹配字段间逻辑关系的多级流表生成方法。本发明遵循OpenFlow协议内容限制，通过OpenFlow协议里的write-Metadata动作，对流表中的相关字段进行修改，作为一个数据包在多级流表流水线中跳转的临时标记，以保证整个查找过程的准确。

一种基于匹配字段间逻辑关系的多级流表生成方法，包括以下步骤: