面向OpenFlow交换机的高性能流表查找方法研究

摘要

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。 （二）面向OpenFlow硬件交换机，本文利用网络流量局部性，提出一种OpenFlow流表分级存储与查找方案HHFT。该方案首先采用TCAM与SRAM相结合分级存储大流和小流，从而提高TCAM命中率，然后分别应用MA1和MTF启发法自适应调整SRAM流表的掩码和流表项，以减少后续数据包的流表查找长度，最后，借助实际网络流量样本，实验评估了本文所提HHFT流表方案的查找性能。实验结果表明:与传统流表方案相比，HHFT流表方案的TCAM命中率较高，平均查找长度较低，加速比可达2.5以上，有效提升了OpenFlow交换机的流表查找性能。

目录

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摘要

第一章绪论

1．1研究背景及意义

1．2国内外研究现状

1．2．1 OpenFlow虚拟流表

1．2．2 OpenFlow流表架构

1．3主要研究内容

1．4主要结构安排

第二章相关理论技术基础

2．1 SDN架构

2．1．1 SDN架构原理

2．1．2 OpenFlow协议

2．2 SDN软件交换机

2．2．1 OpenFlow软件交换机

2．2．2 Open vSwitch基本架构

2．2．3元组空间搜索法

2．3 SDN硬件交换机

2．3．1 OpenFlow硬件交换机

2．3．2 OpenFlow流表存储与查找

2．4网络流量局部性

2．5本章小结

第三章面向OpenFlow软件交换机的高效流表查找方法研究

3．1研究概述

3．2 OFT-MTF流表查找算法

3．2．1问题描述

3．2．2算法思想

3．2．3算法实现

3．2．4算法复杂度分析

3．3实验评估

3．3．1流量样本

3．3．2平均查找长度

3．4本章小结

第四章面向OpenFlow硬件交换机的流表分级存储与高效查找方法研究

4．1研究概述

4．2 OpenFlow流表分级存储

4．3基于启发法的SRAM流表查找

4．3．1 SRAM流表存储与查找

4．3．2 SRAM流表启发式查找

4．4 OpenFlow流表查找算法HHFT

4．4．1算法实现

4．4．2算法复杂度分析

4．5实验评估

4．5．1流量样本

4．5．2 TCAM命中率

4．5．3平均查找长度

4．6本章小结

第五章总结与展望

5．1论文工作总结

5．2下一步工作展望

参考文献

致谢

附录