面向OpenFlow交换机的高性能流表查找方法研究
发布时间：2022-01-10 22:00
传统紧耦合网络的封闭性极大地限制了网络的灵活性和扩展性,不能跟上当今互联网+、云存储、大数据、虚拟化技术等应用走向的步伐。在此背景下,作为一种网络可编程、数控分离的新型网络范式,软件定义网络（Software Defined Networking,SDN）应运而生。当OpenFlow交换机部署在SDN数据平面时,仍遭受着严重的流表查找能瓶颈。与其他学者提出的流表查找方法相比较,本文利用网络流量局部性和流表查找特性,提出更高效的OpenFlow流表查找算法。本文的主要研究工作如下:（一）面向OpenFlow软件交换机,本文应用启发式策略,提出一种面向软件交换机的OpenFlow流表高效查找算法。首先分析掩码遍历是导致OpenFlow虚拟流表查找性能瓶颈的关键因素,进而基于掩码访问局部性,应用启发法自适应调整掩码顺序,以加快后续数据包的掩码命中速度,最后,借助实际网络流量样本,对本文所提流表查找算法的性能进行实验评估。实验结果表明:本文所提算法的平均查找长度显著小于目前主流软件交换机中的流表查找方法,加快了 OpenFlow流表查找速度,有效提升了OpenFlow软件交换机的数据转发性能。...
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．２?ＯｐｅｎＦｌｏｗ架构原理??对于ＯｅｎＦｌｏｗ协议ｖｌ．０［４１］版，流表、全通道和ＯｅｎＦｌｏｗ是的??
流量样本??验选取江苏省计算机网络技术中心发布的两个数据集（ＣＥＲＮＥＴ２Ｔ２０１３０１２２）?［４８］作为网络流量样本。上述两个数据集是从速率为ｌＯＧ路上依照１：４的比例收集而得，分别于２０１３年９月３日和１月２２日据包数目为１５，?４２０，?２３５，其流持续时间约为１００．２秒与１０６秒。??ｅｎＦｌｏｗ流表查找性能受到流表规模的关键影响。本次实验中选取传五元组（源ＩＰ地址、目的ＩＰ地址、源端口、目的端口和协议类型）。码设置规则如下：对掩码数组，协议字段、源目端口均设置为通配源ＩＰ地址按地址类型设为对应的子网掩码（Ｄ类和Ｅ类设为全１）。逐个读取ＩＰ包，计算流标识符和掩码，得到各个网络流量样本中实３．４所示。从图３．４可以看出：从第１０秒开始，两个数据集对应的流相对稳定状态，分别在１４Ｋ和１７Ｋ左右波动。??ｘ?１０４??．?—??
本文所提ＭＴＦ流表查找算法，除了执行流表项动作，还需要将对应的掩码动态自适应??移至掩码链表的最前面。根据以上操作流程，在流表长度设置为２１２的前提下，每隔１??秒统计出数据包的平均流表查找长度如图３．５所示。??２５?ｆ?１?＊?－???ＯＦＴ－ＯＶＳ???ＯＦＴ－ＭＴＦ??２０－?，??Ｉ?＞?Ｖ?／?？－?＇?／?＇?＼?，??Ｉ?Ｖ?一一Ｖ、??贫?１５「，??珥?｜?／??笔?＇??１０?－??Ｑ?＿??????———???????０?１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０?１００??时间（秒）??（ａ）?ＣＥＲＮＥＴ２０１３０１２２??２５－?１?１?１?１?＊?ｒ１－??丨，??ＯＦＴ－ＯＶＳ??，?！＞???ＯＦＴ－ＭＴＦ??：＼?Ａ?ｒ?｛?：、、??２０－?、Ｖｖ〇；，?：、、??ｖ?＞?＼?：、：、、、?，、、??＇广？?？??Ｉ?＼?／ｎ／?Ｗ?＾?／＇?／??＾?１５－?／?－??＾?Ｉ?；??教?ｉ?１??ｉａ?；??？?１０－?／??Ｉ??０?????????０?１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０?１００??时间（秒）??（ｂ）?ＣＥＲＮＥＴ２０１３０９０３??图３．５流表的平均查找长度??从图３．５可以看出：ＯＶＳ流表查找算法的平均查找长度显著高于本文所提ＭＴＦ流??表查找算法。从图３．５（ａ）和图３．５（ｂ）可看出
【参考文献】：
期刊论文
[1]多单元散列表与TCAM结合的OpenFlow流表查找方法[J]. 李春强,董永强,吴国新. 通信学报. 2016(10)
[2]基于传统交换机实现OpenFlow功能[J]. 赵志勇,徐明伟,李慧勋,李琦. 小型微型计算机系统. 2015(10)
[3]RocketTC:一个基于FPGA的高性能网络流量分类架构[J]. 付文亮,嵩天,周舟. 计算机学报. 2014(02)
[4]基于OpenFlow的SDN技术研究[J]. 左青云,陈鸣,赵广松,邢长友,张国敏,蒋培成. 软件学报. 2013(05)
[5]OpenFlow软交换机的性能测量[J]. 蒋培成,陈鸣,李兵. 重庆邮电大学学报(自然科学版). 2013(01)
[6]面向高速网络连接记录管理的高效哈希表[J]. 熊兵,李峰,姜腊林,陈晓苏. 华中科技大学学报(自然科学版). 2011(02)
本文编号：3581493
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．２?ＯｐｅｎＦｌｏｗ架构原理??对于ＯｅｎＦｌｏｗ协议ｖｌ．０［４１］版，流表、全通道和ＯｅｎＦｌｏｗ是的??
流量样本??验选取江苏省计算机网络技术中心发布的两个数据集（ＣＥＲＮＥＴ２Ｔ２０１３０１２２）?［４８］作为网络流量样本。上述两个数据集是从速率为ｌＯＧ路上依照１：４的比例收集而得，分别于２０１３年９月３日和１月２２日据包数目为１５，?４２０，?２３５，其流持续时间约为１００．２秒与１０６秒。??ｅｎＦｌｏｗ流表查找性能受到流表规模的关键影响。本次实验中选取传五元组（源ＩＰ地址、目的ＩＰ地址、源端口、目的端口和协议类型）。码设置规则如下：对掩码数组，协议字段、源目端口均设置为通配源ＩＰ地址按地址类型设为对应的子网掩码（Ｄ类和Ｅ类设为全１）。逐个读取ＩＰ包，计算流标识符和掩码，得到各个网络流量样本中实３．４所示。从图３．４可以看出：从第１０秒开始，两个数据集对应的流相对稳定状态，分别在１４Ｋ和１７Ｋ左右波动。??ｘ?１０４??．?—??
本文所提ＭＴＦ流表查找算法，除了执行流表项动作，还需要将对应的掩码动态自适应??移至掩码链表的最前面。根据以上操作流程，在流表长度设置为２１２的前提下，每隔１??秒统计出数据包的平均流表查找长度如图３．５所示。??２５?ｆ?１?＊?－???ＯＦＴ－ＯＶＳ???ＯＦＴ－ＭＴＦ??２０－?，??Ｉ?＞?Ｖ?／?？－?＇?／?＇?＼?，??Ｉ?Ｖ?一一Ｖ、??贫?１５「，??珥?｜?／??笔?＇??１０?－??Ｑ?＿??????———???????０?１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０?１００??时间（秒）??（ａ）?ＣＥＲＮＥＴ２０１３０１２２??２５－?１?１?１?１?＊?ｒ１－??丨，??ＯＦＴ－ＯＶＳ??，?！＞???ＯＦＴ－ＭＴＦ??：＼?Ａ?ｒ?｛?：、、??２０－?、Ｖｖ〇；，?：、、??ｖ?＞?＼?：、：、、、?，、、??＇广？?？??Ｉ?＼?／ｎ／?Ｗ?＾?／＇?／??＾?１５－?／?－??＾?Ｉ?；??教?ｉ?１??ｉａ?；??？?１０－?／??Ｉ??０?????????０?１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０?１００??时间（秒）??（ｂ）?ＣＥＲＮＥＴ２０１３０９０３??图３．５流表的平均查找长度??从图３．５可以看出：ＯＶＳ流表查找算法的平均查找长度显著高于本文所提ＭＴＦ流??表查找算法。从图３．５（ａ）和图３．５（ｂ）可看出
【参考文献】：
期刊论文
[1]多单元散列表与TCAM结合的OpenFlow流表查找方法[J]. 李春强,董永强,吴国新. 通信学报. 2016(10)
[2]基于传统交换机实现OpenFlow功能[J]. 赵志勇,徐明伟,李慧勋,李琦. 小型微型计算机系统. 2015(10)
[3]RocketTC:一个基于FPGA的高性能网络流量分类架构[J]. 付文亮,嵩天,周舟. 计算机学报. 2014(02)
[4]基于OpenFlow的SDN技术研究[J]. 左青云,陈鸣,赵广松,邢长友,张国敏,蒋培成. 软件学报. 2013(05)
[5]OpenFlow软交换机的性能测量[J]. 蒋培成,陈鸣,李兵. 重庆邮电大学学报(自然科学版). 2013(01)
[6]面向高速网络连接记录管理的高效哈希表[J]. 熊兵,李峰,姜腊林,陈晓苏. 华中科技大学学报(自然科学版). 2011(02)
本文编号：3581493
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