ADAFT:SDN大规模流表的适应性深度聚合存储架构

为解决软件定义网络(SDN)数据平面中的三态内容可寻址存储器(TCAM)资源紧张问题,提出了一种基于内容表项树的SDN流表深度聚合方法,进而构建一种SDN大规模流表的适应性深度聚合存储架构ADAFT。该架构放宽了聚合表项之间的汉明距离要求,构建内容表项树聚合动作集不同的流表项,显著提高了流表聚合程度。设计了一种TCAM装载率感知的内容表项树动态限高机制,以降低流表查找开销。同时,提出了一种TCAM装载率感知的表项聚合适应性选择策略,以均衡流表聚合程度和查找开销。实验结果表明,ADAFT架构的流表压缩率明显高于现有方法,最高可达65.74%。

Nimble:一种适用于OpenFlow网络的快速流调度策略

突发流量是导致网络拥塞和丢包的重要原因之一.减少网络拥塞的一种方法是在多条可达路径间均衡网络流量,如等价多路径(Equal-Cost Multi-Path,ECMP)路由.然而,大多数等价多路径路由或者静态地将不同的流/数据包哈希到不同的路径,或者依赖于局部的/过时的路径状态信息.OpenFlow技术利用集中式控制器控制网络行为,为控制器根据全局网络状态信息进行动态的数据流优化提供了可能.然而,采用基于轮询的网络状态探测机制在处理突发流量问题上面临诸多困难.文中提出一种用于OpenFlow网络的快速流调度策略,称为Nimble.Nimble架构扩展了OpenFlow协议的packet-in消息,由网络设备自主监测设备状态,并在网络出现拥塞时通过扩展的packet-in消息主动向控制器通告拥塞信息.模拟结果显示Nimble策略能够以近于零的时延检测网络链路拥塞,从而有效提高网络性能.

PiBuffer:面向数据中心的OpenFlow流缓存管理模型

基于OpenFlow的SDN(Software Defined Networking)技术在数据中心中得到广泛研究和应用,如何缓解集中的控制平面成为网络性能的瓶颈是其中的研究热点.OpenFlow规范提出,当数据平面有缓存能力时,未命中的报文仅需发送少量摘要信息至控制器触发规则下发,从而减少控制平面与数据平面的通信负载.然而,现有的缓存模型采用报文粒度的缓存方式,使得同一条流的多个未命中报文会被送至控制器造成额外的通信负载,而且交换机处理报文的顺序会导致流内报文乱序,从而降低通信的性能.针对上述问题,该文提出了一种支持流内报文保序的OpenFlow交换机流缓存管理模型.通过基于流粒度的未命中报文缓存方式,进一步减少控制平面与数据平面的通信开销.通过设计流动作预处理机制,实现同一条流内报文传输保序.该文分别基于软件交换机OFSoftSwitch与硬件网络实验平台NetMagic对该流缓存管理模型进行了原型系统验证.

基于OpenFlow的SVC流媒体时延自适应分级传输方法

针对当前互联网流媒体传输的时延敏感性问题,提出一种基于OpenFlow的SVC(scalable video coding,可分级视频编码)流媒体时延自适应分级传输方法,该方法有效结合SVC流媒体可分级和OpenFlow灵活可编程的特性,在网络带宽受限和链路拥塞的复杂网络环境下,通过构建基础层和增强层2个独立路由,实现了动态网络下SVC流媒体分级自适应高效传输。仿真结果表明,该方法在提升SVC流媒体传输效率和质量,改善用户体验方面有重要作用。

基于流粒度的OpenFlow分组缓存管理模型

基于OpenFlow的软件定义网络(SDN)技术通过在OpenFlow交换机中建立有效的缓存模型,能够大幅减少控制平面和数据平面的通信负载,但整条数据流的缓存模型会对数据流的传输造成较大延时,降低整个SDN的数据传输性能。针对该问题,引入PiBuffer流缓存模型,构建基于报文分组粒度的分组缓存模型。通过在控制平面建立流路由和流状态的缓存信息,分别对流报文之间和交换机之间的数据传输采用"分组缓存,组内保序"机制和"传输询问,完成通知"机制,并对控制平面和数据平面的通信消息进行优化,以提高数据中心网络的通信性能。软件模拟结果表明,在数据中心基于OpenFlow技术的SDN网络中,该模型比流缓存模型具有更优的通信性能。

基于包成批特性的OpenFlow流表高效区分存储算法

随着OpenFlow流表规模的不断增大,容量有限的TCAM资源难以满足OpenFlow流表的存储需求.本文采用TCAM和SRAM相结合,给出了一种OpenFlow流表区分高效存储算法.该算法基于网络包成批特性,将OpenFlow流区分为少量的包成批流和大量的包稀疏流,并设计包成批流识别方法和流表项替换方法,将对应的流表项动态区分存储在TCAM和SRAM中,以解决OpenFlow流表存储空间有限问题,进而提高流表查找性能.采用实际网络流量样本,评估所提的流表区分算法的性能.结果表明:所提算法的TCAM命中率明显高于目前主流的大象流/老鼠流区分算法,增强了OpenFlow流表存储的动态适应能力,有效提高了OpenFlow流表查找性能,从而满足大规模流表的存储需求.

基于Openflow网络的可分级视频流分发方法

为了提高多媒体云计算中视频流分发效率和重建图像质量,提出了一种用于多媒体云计算中基于Openflow网络的视频码流高效分发方法。建立了基于Openflow网络视频传输模型,在此模型基础上给出了分级视频流的分发模型、失真计算方法和分发方法步骤。在一定信道带宽的限制下,采用率失真优化的方法恰当地选择可分级码流,保证传输和接收的可分级码流率失真性能较好。仿真结果表明,与已有的典型方法相比,在不同信道带宽条件下均获得更好的重建图像质量。

DAFT:一种OpenFlow大规模流表区分存储与加速查找架构

软件定义网络作为一种数据转发与逻辑控制相解耦的创新网络范式,当采用OpenFlow协议进行大规模部署时,其数据平面的流表规模急剧增大,对OpenFlow交换机的流表存储资源和分组转发性能提出了严峻的挑战.对此,本文构建了一种OpenFlow大规模流表区分存储与加速查找架构DAFT.该架构根据流量分布特性将OpenFlow网络流区分为重要流和次要流,进而采用TCAM和SRAM分别存储其标识字段,并采用DRAM单独存储其内容字段,有效缓解OpenFlow流表存储资源紧张问题.针对重要流/次要流区分问题,在分析传统大象流/老鼠流区分方法的基础上,基于OpenFlow网络流的包成批特性,提出活跃流/空闲流区分方法,以提高TCAM命中率.针对SRAM流表查找性能瓶颈,利用掩码访问不均匀的特点,采用"往前移1"启发法自适应调整掩码顺序,以减少后续数据包的掩码失败探测次数;利用掩码探测多数会失败的特点,借助计数型布鲁姆过滤器预测元组查找失败结果,从而绕过对应的子流表遍历过程.最后,借助骨干网络流量样本,对本文所提DAFT流表架构的查找性能进行实验评估.实验结果表明:DAFT流表架构的TCAM命中率、SRAM平均查找长度和平均流表访问时间均明显优于传统的大象流/老鼠流架构,且稳定性强,有效提升了OpenFlow交换机的分组转发性能.

MTS:基于多级流表技术的OpenFlow控制器架构

基于多级流表技术提出一种新型OpenFlow控制器架构MTS,MTS有效地利用多级流表的能力,并充分体现了面向服务的设计思想,基于MTS实现简单的原型系统,为模型的可行性提供有力支持。

基于Openflow的FlashP2P流媒体传输协议研究

针对当前互联网流媒体传输的时延敏感性问题,提出一种基于Openflow的Flash P2P流媒体传输框架以及tagtable流媒体包分发路由转发技术。Openflow基于流表实现了多级流水转发处理,然而Openflow不支持对流媒体应用层网络中资源和路由等的描述,因此很难支持以视频内容为中心的流媒体网络。为扩展SDN能力,提出了一种基于Openflow的流媒体传输架构。该架构针对Flash P2P流媒体标签tagtable路由转发和Openflow灵活可编程的特性,在网络带宽受限和链路拥塞的复杂网络环境下,通过构建由支持网络层的Openflow的流表路由转发进而适用于应用层具体媒体应用流表路由转发的高效传输。

基于OpenFlow的流媒体云服务迁移方法

传统基于应用层中间件或代理的服务迁移技术容易造成单点故障且扩展性差,并且流媒体的交互性和长会话特性使其难以实现对用户透明。为此,提出一种基于Open Flow的流媒体云服务迁移方法。通过在网络层进行流媒体云迁移实现对用户的服务透明,同时针对网络层的服务迁移代价问题,提出一种基于用户请求预测的迁移策略,在提升系统容量的同时优化服务迁移数。实验结果表明,该迁移策略可有效地提高服务请求接受率,进而增强系统服务能力。

软件定义网络中可扩展的流表项处理机制

数据中心内部的流量特性和OpenFlow交换机流表的超时机制及其容量的限制为软件定义网络(SDN)的应用带来了可扩展性难题,即由于老鼠流频繁调用控制器以及流表超时机制带来的重复路由请求,导致控制器平面和OpenFlow信道成为SDN架构的性能瓶颈而无法根据业务的需求提供有QoS保证的服务。针对此问题从两个角度提出了改进措施。为交换机配置以目的地址为导向的高优先级的通配符流表项,使得大部分老鼠流能够被转发平面直接处理而不需要询问控制器;在控制器和转发平面之间增加一个动态索引哈希缓存层,当流表项因超时或者流表空间耗尽被流表丢弃时将其缓存在缓存层中,此时收到重复的路由请求时能够避免重复计算。实验结果表明,提出的通配符流表项能够有效降低网络的延迟和流表项装载数量,而基于动态索引哈希的缓存层有着较高的命中率和查找速度。

基于OpenFlow的软件定义网络流规则冲突检测系统

在软件定义网络(SDN)中,各类网络应用的独立开发以及多用户的网络管理可能导致下发至交换设备的流规则发生冲突,而控制平面与转发平面的分离使得交换设备缺乏策略分析能力,无法独立检测内部的流规则冲突。针对这一问题,提出一种流规则冲突检测系统和检测算法。首先,通过监听、捕获控制平面与转发平面之间的OpenFlow报文,获取即将下发的流规则的信息。然后,使用冲突检测算法判定流规则的冲突类型。该算法根据流规则的匹配协议选择对应的规则集合,从而缩小了检测规模;而且在检测时优先对无冲突(NC)规则的特征进行检测,使得对NC规则的检测效率要高于其他类型的冲突规则。最后,根据冲突类型对流规则进行冲突消解。实验结果表明,所提冲突检测算法的检测准确率可以达到100%,与动态冲突检测模型相比该算法在同等规模的规则集合下的检测时间缩短约47%。且检测时间随NC规则占比的提高而缩短。

基于OpenFlow流表的云网络异常行为主动监测和处理

云数据中心的网络异常行为不仅对网络设备造成严重业务负荷,同时也显著影响云用户使用体验。云计算环境中的共享资源模式和云用户迥然不同的业务形态,使得网络分析和异常行为定位变得更加困难。本文针对云数据中心的网络异常行为进行特征提取和分析,并基于SDN云数据中心的网络架构和原理进行深度剖析,总结出基于OpenFlow流表的网络异常行为判定方法。同时采用自动化运维手段,制定了一套网络异常行为自动化检测和封堵的智能系统,实现对网络异常行为的快速处理。

探究Openflow流表的存储性能优化

软件定义网络SDN是一种新出现的体系框架。在一个集成化控制平台,运维和管理,统一下发策略,网络设备配置等。SDN已成为未来网络研究领域热点之一。目前,其OpenFlow性能问题仍然制约着大规模网络的应用。因此,优化OpenFlow流表性能存在巨大的价值于意义。本文从OpenFlow流表特性及功能度量标准,OpenFlow流表存储方向进行分析,进而优化OpenFlow流表转发性能。

OpenFlow网络冗余控制报文消除机制研究

OpenFlow网络数据平面将未匹配流表的数据包发送给控制器,其中的无连接突发流量将产生冗余控制报文,对网络性能造成不良影响,而目前的OpenFlow协议并未对此进行处理.研究了在控制平面和数据平面分别消除冗余控制报文的方法 ERCMC(eliminating redundant control messages on the control plane)和ERCMD(eliminating redundant control messages on the data plane),分别在NOX和Open vSwitch上进行实现,并进行性能评价.实验结果表明,ERCMC方法能够消除冗余控制报文,但增加了额外的处理开销;ERCMD方法在减少冗余控制报文数量的情况下能够减小控制器和OpenFlow交换机负载.

基于OpenFlow的软件定义网络虚拟化方案

软件定义网络(SDN)可以将网络控制平面与数据平面分离开来,为网络虚拟化提供了良好的平台。为了解决SDN中多租户下的虚拟化,提出了一种基于OpenFlow的网络虚拟化方案。通过一个中间代理来转换并匹配物理MAC地址与虚拟MAC地址,以及物理流表项和虚拟流表项,以此实现流量空间的虚拟化。其中,根据实际数据包的惰性计算,使用前缀或通配符来精确匹配流表项。另外,为了保障物理OpenFlow网络上不同租户之间的隔离,将单个虚拟MAC-通配符流表项映射为多个具有精确MAC地址的物理流表项。实验结果表明,该方案成功地实现了网络虚拟化,且虚拟化开销较小,具有可行性。

基于传统交换机实现OpenFlow功能

随着OpenFlow技术的发展,各大网络厂商相继研发OpenFlow交换机.由于OpenFlow协议版本快速更新,网络厂商不敢盲目定制硬件.立足现有商业交换机的硬件平台,不改变交换机硬件,采用软件方式统一有效的管理交换机现有的硬件存储表,实现OpenFlow超长的流表项匹配和复杂的行为,研发出一款支持多流表查找的交换机,并完成了多流表交换机模型建模,完成数据包多流表查找的时间延迟分析,得到多流表查找的延迟函数,并测量了多流表处理的性能,为后续OpenFlow多流表实现具有一定的指导意义.

OpenFlow交换机动态共享限速机制的研究

每流限速一直以来都是互联网服务质量保障(QoS)的一大挑战,由于受到硬件资源的限制,很难找到一种快速高效的算法在数据包级对流量进行区分限速.OpenFlow1.3协议对每流限速(Meter)部分,给出了具体定义和描述,该文参照该协议标准,提出了具体的Meter实现方案,并在ONetSwitch硬件平台上,进行了实验验证和性能测试.本文通过对网络流量的统计分析,发现网络中共存的流数量往往只占总流量的万分之一,因此使多条流分时共享硬件资源,可以有效解决每流限速的难题.参考动态队列共享(DQS)的思想,该文提出动态共享限速(DMS)算法,在多条流之间进行调度,实现多条流分时共享限速通道,在硬件资源受限,限速通道数量一定,同时需要限速的流数量大于限速通道数量时,能够有效地实现对各条流进行限速的功能.实验结果表明,Meter能够为每条流有效分配限速通道,从而在网络中对多条流以不同的速率区分限速.

消除OpenFlow网络中UDP冗余控制分组的机制

无连接的UDP数据流产生的大量冗余控制分组会对SDN控制器和网络产生严重的性能影响。首先,测试并建模分析了冗余控制分组对控制器性能的危害,进而形成了解决该问题的基本思路。由此提出一种基于预装流表并滤除冗余分组(PFFR,preinstalling flow-tables&filtering redundant-packets)机制。PFFR通过预装转移流表项限制UDP控制分组的初始速率,并通过按路径安装流表和冗余分组滤除算法快速消除冗余控制分组。实现了基于PFFR的原型系统并进行了测试,结果表明,PFFR方法能够有效提升控制器的性能。