發(fā)布時(shí)間：2020-07-19 11:45

【摘要】：軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)是一種新興的網(wǎng)絡(luò)模式,它通過將網(wǎng)絡(luò)的控制平面和數(shù)據(jù)平面進(jìn)行解耦來簡化網(wǎng)絡(luò)管理。其中交換機(jī)作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的設(shè)備,而實(shí)際上網(wǎng)絡(luò)管理則由邏輯上集中的服務(wù)器來進(jìn)行控制。通過將控制平面轉(zhuǎn)移到邏輯為中心的控制器上,SDN提供了可編程功能并且用于動(dòng)態(tài)地控制和管理交換機(jī)中的數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)和處理。在SDN中,網(wǎng)絡(luò)流量是由一組存儲(chǔ)在交換機(jī)中的三態(tài)內(nèi)容尋址存儲(chǔ)器(TCAM)的流表所管理。TCAM可以以線性的速度與到來的數(shù)據(jù)包和存儲(chǔ)在TCAM中的所有流表進(jìn)行并行比較。然而,現(xiàn)在的商業(yè)交換機(jī)的TCAM容量很少。另一方面,更加細(xì)化的SDN策略導(dǎo)致更大更多的流表數(shù)量的增長,這些流表需要存儲(chǔ)和保持在SDN交換機(jī)的TCAM中,以保證快速的網(wǎng)絡(luò)需求。盡管TCAM由于它的性能優(yōu)勢變得不可缺少,但是本身也帶來了不可忽視的代價(jià)。例如,TCAM耗能比較大、價(jià)格昂貴、比一般存儲(chǔ)器RAM需要占更大的芯片面積。這主要是由于現(xiàn)在的商業(yè)交換機(jī)中的TCAM是由靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)組成,而SRAM的高耗能和低密度等特性極大地限制了 TCAM的容量,加劇了 SDN交換機(jī)的處理負(fù)擔(dān)和延遲。由于網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流量持續(xù)增長,增加TCAM容量的同時(shí)最小化TCAM的使用代價(jià)已經(jīng)成為了一個(gè)挑戰(zhàn)。最近,新型非易失性存儲(chǔ)器件(NVM)由于它的低靜態(tài)功耗和高密度等優(yōu)點(diǎn),像電阻式存儲(chǔ)器件(ReRAM)已經(jīng)被引入來實(shí)現(xiàn)TCAM。與傳統(tǒng)的由SRAM組成的TCAM(sTCAM)相比,由NVM組成的TCAM(nvTCAM)可以獲得更高的存儲(chǔ)容量和更低的能量消耗。然而,nvTCAM由于固有的高的寫延遲操作,因此也不是完美的解決方案。此外,TCAM中的流表的更新操作本身也是一個(gè)緩慢的過程,現(xiàn)在的基于SRAM的交換機(jī)僅僅支持每秒40至50條流表的更新。這個(gè)更新操作對于由NVM組成的交換機(jī)會(huì)更加嚴(yán)重,極大地限制了大型網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)性能。本論文提出了一個(gè)由NVM組成的TCAM(nvTCAM)和基于SRAM組成的TCAM(sTCAM)的混合TCAM架構(gòu),利用nvTCAM存儲(chǔ)更多的并且能夠捕獲更多流量的流表來增加緩存命中率,并且利用一小塊sTCAM來處理那些未命中或者命中次數(shù)比較少的流表來降低所提出的混合TCAM的更新代價(jià)�？紤]到緩存流表的特殊依賴特性,本文提出了有效的流表遷移替換策略充分利用nvTCAM和sTCAM的優(yōu)勢來獲得混合TCAM架構(gòu)的更好的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示本論文提出的混合TCAM架構(gòu)(由nvTCAM和sTCAM組成)比當(dāng)前的TCAM架構(gòu)的性能更有效。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP333
【圖文】：

導(dǎo)致規(guī)則數(shù)量的倍增式爆炸。因此，雖然組合是ＳＤＮ的一個(gè)很有考慮到當(dāng)今交換機(jī)上可用的ＴＣＡＭ空間十分有限，這些特性還遠(yuǎn)外研究現(xiàn)狀逡逑來，國內(nèi)外針對當(dāng)前ＳＤＮ交換機(jī)中存儲(chǔ)流表的器件ＴＣＡＭ的研究得了可觀成果。當(dāng)前關(guān)于ＴＣＡＭ的研究主要包括改變存儲(chǔ)介質(zhì)以及則緩存策略。逡逑非易失存儲(chǔ)器組成的ＴＣＡＭ的相關(guān)研究逡逑ＣＭＯＳ層面上提高ＴＣＡＭ的容量是十分困難的，因此國內(nèi)外的研究新型存儲(chǔ)器比如非易失存儲(chǔ)器（ＮＶＭ），利用ＮＶＭ的高密度以及特點(diǎn)對ＴＣＡＭ進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。逡逑Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ邋ＳＲＡＭ邋ＴＣＡＭ邋Ｂｉｔ邋Ｃｅｌｌ逡逑

比如，一個(gè)流表規(guī)則可以跨越多個(gè)分區(qū)，在這種情況下，流表規(guī)則將被拆逡逑分成多個(gè)規(guī)則，每個(gè)分區(qū)保存部分初始規(guī)則。例如，對于一個(gè)含有流表規(guī)則逡逑Ｒ１，．．．，Ｒ７，的流表規(guī)則，如圖１－２所示的圖案投影，其中每個(gè)流表規(guī)則具有兩個(gè)通逡逑配符字段Ｆ１和Ｆ２，ＤＩＦＡＮＥ算法將流表規(guī)則分成四個(gè)不同的分區(qū)Ａ，邋Ｂ，Ｃ，Ｄ，逡逑并將每個(gè)分區(qū)安裝在單獨(dú)的授權(quán)的交換機(jī)上。逡逑對于分區(qū)Ａ進(jìn)入的數(shù)據(jù)包，如果入口交換機(jī)有一個(gè)處理數(shù)據(jù)包的流表規(guī)則，逡逑它將封裝數(shù)據(jù)包并將其發(fā)送到相應(yīng)的出口交換機(jī)。如果入口交換機(jī)沒有處理數(shù)據(jù)逡逑包的ｔ荒表規(guī)則，則會(huì)將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到管理分區(qū)Ａ的權(quán)限交換機(jī)之一。然后，權(quán)限逡逑交換機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，并在入口交換機(jī)上安裝這個(gè)流表規(guī)則，以便處理這個(gè)流的逡逑剩余數(shù)據(jù)包而不會(huì)命中權(quán)限交換機(jī)。其實(shí)ＤＩＦＡＮＥ是最近最少使用的（ＬＲＵ）緩逡逑存方法，它在入口交換機(jī)上對新數(shù)據(jù)包進(jìn)行反應(yīng)式安裝流表規(guī)則，同時(shí)丟棄最近逡逑６逡逑

這個(gè)流表規(guī)則集隨著流量權(quán)重的變化而變化。例如，考慮表１－３中的流表規(guī)則集逡逑合，其中每個(gè)流表規(guī)則具有兩個(gè)字段，：Ｆ１和Ｆ２可以取值在１到１００之間。該流表逡逑規(guī)則表的圖形投影如圖１－３所示。圖１－３中顯示為點(diǎn)的六個(gè)流經(jīng)過這個(gè)路由器。從逡逑表中可以看出，所有這些流都命中表１－３中的前三條規(guī)則之一。然后，軟件組件逡逑創(chuàng)建一個(gè)單獨(dú)的流表規(guī)則，如虛線框所示，匹配所有六個(gè)流，并將其保存在硬件逡逑緩存中。這個(gè)新規(guī)則只需要一個(gè)條目，而不需要存儲(chǔ)原來的三個(gè)策略。請注意，逡逑７逡逑

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本文編號：2762374