[发明专利]一种混合流转发方法、装置、设备及存储介质

说明书

本发明涉及数据流处理技术领域，具体是涉及一种混合流转发方法、装置、设备及存储介质。本发明是通过标签规则和标签表共同作用实现了对第一转发信息的缓存，通过标签表单独作用实现了对第二转发信息的缓存。由于第一类型数据流所占用的容量较大，因此需要多次执行匹配第一转发信息这一操作才能对第一类型数据流进行转发，而本发明通过标签规则和标签表实现了分阶段匹配到第一转发信息，从而提高了找到第一转发信息的速度，进而提高了对第一类型数据流的转发速度。本发明将混合流划分第一类型数据流和第二类型数据流，不同的数据流采用不同的方式找到对应的转发信息，能够提高对混合流的转发速度。

技术领域

本发明涉及数据流处理技术领域，具体是涉及一种混合流转发方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

在对不同容量大小的数据流进行转发之前，首先要缓存(保存)各个数据流对应的转发规则，然后数据流找到对应的转发规则进行转发。

现有的支持缓存的寄存器有三态内容可寻址寄存器(ternary contentaddressable memory,TCAM)，由于其强大的包处理性能而广泛被现代路由器、支持软件定义网络(software defined networking,SDN)的交换机所使用。然而TCAM由于耗能高，价格昂贵等原因使得容量受到限制，通常只有几兆字节大小。在实际的SDN网络，为了体现其细粒度的流管理，往往是采取的是策略转发。策略转发需要的规则集大小远远超过TCAM的实际容量。为了解决这个问题，目前最流行的方案是采用将TCAM视作缓存，即TCAM缓存当下最热门、最流行的转发规则。SDN场景下的缓存方案又与计算机系统的缓存方案有所不同，当将一条规则缓存时需要考虑该条规则的依赖规则并将其一同缓存，否则会造成语义错误。因此SDN缓存方案基本从如何解决规则依赖性的角度进行设计。现有的缓存方案大体上又可以分为两类。第一种是以CacheFlow为代表，通过分离再拼接依赖链的方式。即在TCAM中不考虑间接依赖规则，只附带地缓存直接依赖规则，而直接依赖规则的动作域修改为转发到控制面或者是辅存进行处理，这种方式只一定程度减少了缓存依赖规则的数量。第二种是以T-Cache为代表，通过切分原始规则的匹配域的方式去生成一个新的规则，这条规则与其余规则没有依赖，从而彻底解决依赖性问题。

然而，这两种方案针对的都是最热门最流行的规则进行缓存。实际上，大多数规则所对应的流量都不足1MB，甚至不足100KB。这些规则无法被缓存到TCAM，当一个数据包在TCAM中找不到匹配规则时，它会转发到控制器或者是交换机的软件流表中再由它们进行转发，这一过程称作两阶段转发。软件流表由随机存储器(Random Access Memory,RAM)进行存储，不同于存储在TCAM中的硬件流表，它虽然容量巨大，但不具有模糊内容匹配查找功能，因此转发速度慢(有论文指出软件流表的吞吐量仅为硬件流表的十分之一)。大多数规则因为不够”热”而无法被缓存进TCAM，那么这些规则对应的小流不得不在RAM中进行转发，进而导致小流的性能(主要是流完成时间)下降。

除此之外，这两种方案在寻找缓存规则时也有其内在的缺陷。CacheFlow所代表的基于规则的缓存，采取的是”统计”的方法。这种方法是控制器周期性的向数据平面内的交换机读取信息，得到各个交换机流表中每条流表项命中包的个数，我们把这个称作规则的流行度。之后根据规则的流行度以及规则的依赖规则数量得到缓存一条规则的实际价值，按规则的实际价值从大到小进行缓存，直至空间被占满。然而这种方法有两个缺点，首先是更新的频率受到交换机与控制器之间的带宽限制，往往缓存的都是已经不那么流行的规则。并且由于规则依赖性一次更新需要缓存多条规则，导致更新的速度慢。T-Cache所代表的基于大流的缓存，T-Cache并不统计一段时间内的规则的流行度，它仅缓存已检测到的大流所对应的规则。为了寻找大流该方案采用的是”阈值”的方法，即统计一条流到达的包的数目，如果超过某个阈值，则认定这是该周期内的大流。然而这种”阈值”的方法的阈值难以设置，如果太小，则有可能将小流当作大流缓存，如果太大，则会缓存到”过期”的大流(实际上，这些流剩余的流量可能只有小流的数量级)。因此周期以及阈值大小难以设置。T-Cache的实验表明依然需要秒级别的时间粒度去检测大流。