[发明专利]软件定义网络中基于属性相似性的流表设计方法

说明书

本发明提出一种软件定义网络中基于属性相似性的流表设计方法。该方法主要用来提高流表资源的利用率和流项的匹配率。基本步骤为：1）定义流表的结构：在流项中添加属性项并映射成列向量，清空流表；2）初始化流表：数据包发生不匹配时，交换机等待接受控制器的决策信息，之后依据决策信息将流项插入流表，直至达到最大流项数；3）交换机处理后续接收的数据包并对数据包进行匹配，若匹配不成功，则发送请求数据包至控制器，执行步骤4），否则交换机据匹配流项对数据包进行相应操作并结束；4）控制器决策：利用各流项的计数器作相对比较，通过该计算与属性相关性计算获取决策信息，并将该信息发送至交换机；5）交换机更新流表并结束。

技术领域

本发明是一种软件定义网络中基于属性相似性的流表设计方法，属于软件定义网络领域。

背景技术

随着网络的快速发展，传统互联网出现了如网络配置复杂度高等诸多问题，这些问题说明网络架构需要革新，可编程网络的相关研究为软件定义网络(Software DefineNetwork，简称SDN)的产生提供了可参考的理论依据。网络允许数据包携带用户程序，并能够由网络设备自动执行。用户可以通过编程方式动态地配置网络，达到了方便管理网络的目的。然而由于需求低、协议兼容性差等问题，并未在工业界实现实际应用。最近有研究提出将可编程的决策平面(即控制层)从数据平面分离，使控制平面逻辑中心化与自动化，该设计思想产生了SDN控制器的雏形。借鉴计算机系统的抽象结构，未来的网络结构将存在转发抽象、分布状态抽象和配置抽象这3类虚拟化概念。转发抽象剥离了传统交换机的控制功能，将控制功能交由控制层来完成，并在数据层和控制层之间提供了标准接口，确保交换机完成识别转发数据的任务。控制层需要将设备的分布状态抽象成为一个全网视图，以便众多应用能够通过全网信息进行网络的统一配置。配置抽象进一步简化了网络模型，用户仅需通过控制层提供的应用接口对网络进行简单配置，就可自动完成沿路径转发设备的统一部署。

如图4所示，SDN主要以控制器为逻辑中心，南向接口主要负责控制层与数据层之间的通信，而北向接口负责应用层与控制层之间的通信。由于北向接口过于复杂，南向接口又是数据与控制分离的核心体现，所以研究南向接口成为了SDN的主要研究热点。OpenFlow是SDN中第一个广泛使用的数据控制层接口协议，得到学术界普遍关注，OpenFlow是基于流来进行转发数据的，在交换机中设置了流表，当数据包传入交换机时，让数据包与交换机流表中的各项进行匹配，若匹配成功，则按照匹配流项的相应动作对数据包进行相关处理，若匹配不成功，则需通知控制器对流表进行更新，之后若再次收到相同数据包将依据新插入的流项进行匹配。针对交换机和控制器的资源分配问题，较多的方法是直接从硬件上入手，提高控制器和交换机的处理能力，并且引入多个控制器进行协调运作，多个控制器共享全局网络信息，此类方法增加了硬件的设计难度。有研究改进了流项的空闲重置机制，该方法将前一轮计数时间内的流项保存到当前轮次的计数时间，虽然提高数据包的匹配率，但是需要交换机留出更多的内存空间以存储前一轮次的流项。维持流表的动态平衡是一种比较合理的设计方法，不直接删除流表的流项，建立缓冲区暂时保存部分不活跃的流项，该方法仍然对内存空间有严格的要求，而且增加了缓冲区与内存之间的交互，带来了新的问题。

本发明提出一种基于SDN中属性相似性的流表设计方法，提高了流表的匹配成功率以及降低了交换机与控制器之间的资源开销。数据包发生不匹配时，先分析交换机各流项的计数器，对流项的计数器作相对比较，尽量删除计数器值较小并且差别较大的流项，再利用属性的相关性进行计算，删除在流表中相关性最大的流项，最后在交换机流表中插入新流项以完成流表的更新。通过分析各流项之间的相关性，合理设计流表，使得流表中的各流项相关性达到最低，降低了交换机中的流表更新频率。

发明内容

针对软件定义网络中流表匹配率低以及流表更新带来的节点失效等问题，本发明将属性的相关性加入流表项，提出基于属性相似性的流表设计方法。通过计算使得各流项间属性相关性较小，使得交换机中的流表更加稳定。同时交换机在匹配数据包时，尽量与属性相关性最大的流项进行匹配。若数据包匹配不成功，控制器先重新进行决策，作出决策信息发送至交换机，交换机再按照决策信息更新流表，主要有以下步骤：