【摘要】：軟件定義互連(Software Defined Interconnection,SDI)等新一代體系架構(gòu)將網(wǎng)絡(luò)控制與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能進(jìn)行分離,并提供其開放式的可編程接口,打破了原有一體化的設(shè)備壁壘,增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)能力,提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可擴(kuò)展性,有力地推動(dòng)了網(wǎng)絡(luò)功能和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的創(chuàng)新部署。而數(shù)據(jù)平面作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制轉(zhuǎn)發(fā)和數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)支撐,為新型網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展演進(jìn)提供內(nèi)在推動(dòng)力。數(shù)據(jù)平面的網(wǎng)絡(luò)元件根據(jù)協(xié)議解析圖進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)解析和字段提取,同時(shí)根據(jù)控制器下發(fā)的規(guī)則流表進(jìn)行字段匹配并處理數(shù)據(jù)包。因此,數(shù)據(jù)平面決定著整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的處理速率和服務(wù)能力,需要在有限的資源下,實(shí)現(xiàn)靈活而又高效的網(wǎng)絡(luò)功能。目前,數(shù)據(jù)平面仍存在一些問題亟需解決:解析狀態(tài)轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)靈活性與高效性的平衡;多級(jí)流表結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化,但同時(shí)帶來較多匹配查找周期;網(wǎng)絡(luò)中流表規(guī)模擴(kuò)張,加之多匹配域表項(xiàng)結(jié)構(gòu),致使現(xiàn)有規(guī)則表項(xiàng)間存在較多冗余,存儲(chǔ)效率低下。本文依托于國(guó)家科技重大專項(xiàng)(No.2016ZX01012101)——“基于軟件定義互連的xxx器件”,以軟件定義思想為理論指導(dǎo),對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)平面解析表項(xiàng)和匹配表項(xiàng)進(jìn)行分析,分別從可編程解析表項(xiàng)的生成優(yōu)化、多級(jí)流表構(gòu)建過程中存儲(chǔ)資源優(yōu)化以及表項(xiàng)存儲(chǔ)過程中冗余信息優(yōu)化三個(gè)方面進(jìn)行研究,旨在提高軟件定義互連數(shù)據(jù)平面的資源利用效率和數(shù)據(jù)處理性能,進(jìn)而建立靈活高效的信息交換平臺(tái)。論文的主要研究?jī)?nèi)容包括:1.針對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備中的解析器難以應(yīng)對(duì)快速變化的網(wǎng)絡(luò)需求問題,利用可編程的解析表項(xiàng)結(jié)構(gòu),提出一種基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的可編程解析表項(xiàng)生成系統(tǒng)。首先,通過配置不同的協(xié)議解析圖,可實(shí)現(xiàn)協(xié)議靈活定制。此外,針對(duì)短字節(jié)包頭協(xié)議,設(shè)計(jì)相應(yīng)的動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法將解析圖節(jié)點(diǎn)進(jìn)行壓縮和聚合,使單個(gè)周期解析多個(gè)數(shù)據(jù)包頭。最后,仿真實(shí)驗(yàn)表明,該方案在較低的資源利用情況下減少了解析周期。2.針對(duì)多級(jí)流表劃分過程中帶來的流表級(jí)數(shù)與匹配周期之間的平衡問題,提出基于表項(xiàng)類別優(yōu)先的多級(jí)流表構(gòu)建方法。通過分析不同表項(xiàng)類別匹配域間的相關(guān)性,定義匹配域相容度概念,并建立基于相容度最大的優(yōu)化模型,給出求解多級(jí)流表劃分集合的類別優(yōu)先算法。隨后提出適用于本方案的匹配查找結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的表項(xiàng)更新策略。最后,通過仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證本方案在提高資源利用率下有效緩和多級(jí)流表帶來的匹配周期增加。3.針對(duì)網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展所帶來的表項(xiàng)位寬和規(guī)模擴(kuò)張問題,提出一種基于獨(dú)立規(guī)則集位提取的包分類規(guī)則集壓縮方法。首先,通過分析多匹配域規(guī)則流表匹配域間的邏輯關(guān)系,利用冗余信息進(jìn)行匹配域合并。然后基于規(guī)則獨(dú)立性,將包分類規(guī)則集劃分為多個(gè)獨(dú)立規(guī)則子集。隨后對(duì)獨(dú)立規(guī)則子集進(jìn)行可區(qū)分的位提取,進(jìn)一步壓縮存儲(chǔ)空間。最后,通過仿真實(shí)驗(yàn)與對(duì)比分析,本文所提方案能夠有效減少所用TCAM存儲(chǔ)空間。
【圖文】：

圖 2.1 可編程解析表項(xiàng)生成系統(tǒng)整體架構(gòu)析器別和提取包頭中特定字段的過程。傳統(tǒng)的交換機(jī)架構(gòu)中協(xié)議的解析過程固化到交換芯片內(nèi)部，，從而各層協(xié)議的級(jí)設(shè)備或添加新的協(xié)議都要重新設(shè)計(jì)硬件，故無法適應(yīng)求。為了實(shí)現(xiàn)靈活的數(shù)據(jù)包解析，首先需要能夠進(jìn)行任數(shù)據(jù)包包頭中包含著類型域和匹配域，類型域表明包頭查找要抽取的字段。協(xié)議的解析過程可以用多叉樹來表就要實(shí)現(xiàn)一個(gè)可配置的協(xié)議樹。如圖 2.2 所示，協(xié)議樹進(jìn)行配置，協(xié)議樹的匹配域節(jié)點(diǎn)以 F（Field）表示，類型域?qū)拥陌^解析都可以表示為{T，F(xiàn)}的形式，例如第一層數(shù)的第一層節(jié)點(diǎn)；第二層數(shù)據(jù)包包頭根據(jù)類型域的值可IIF }分別對(duì)應(yīng)協(xié)議樹的第二層子節(jié)點(diǎn)；再根據(jù)下一層類包格式，如此進(jìn)行迭代得到完整的協(xié)議解析過程。通過

圖 2.2 協(xié)議樹示例實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的基礎(chǔ)模塊，可承載解析映射生成的表項(xiàng)塊、匹配域提取模塊、編程配置模塊及匹配域緩存和.3 所示。其中，可通過上層接口進(jìn)行配置的 TCAM 元，用于存儲(chǔ)用戶自定義的解析圖信息。首先，用戶首段數(shù)據(jù)起始地址和初始類型，存儲(chǔ)在 First_Add 寄 中存儲(chǔ)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移表來實(shí)現(xiàn)任意協(xié)議的可定制。其中value）并進(jìn)行匹配，而 RAM 存儲(chǔ)該協(xié)議匹配域的偏移包頭類型（Next header）。數(shù)據(jù)流經(jīng)由收發(fā)模塊接收并域提取模塊提取類型字段并送往 TCAM 中，查表判別 地址進(jìn)而得到匹配域信息偏移和下一類型域字段。匹息將數(shù)據(jù)包的匹配域提取出來，送往匹配域緩存和組取的全部匹配域進(jìn)行合并，生成整體包頭向量發(fā)送到讀取地址類型域提取
【學(xué)位授予單位】：戰(zhàn)略支援部隊(duì)信息工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP393.0

【參考文獻(xiàn)】

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2 劉中金;李勇;蘇厲;金德鵬;曾烈光;;彈性協(xié)議可定制的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)平面結(jié)構(gòu)及其映射算法[J];電子與信息學(xué)報(bào);2014年07期

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本文編號(hào)：2692570