论文阅读：Research on TCAM-based Open

2019-11-13 本文已影响0人阿明DunDunDun

摘要：

OpenFlow是一种快速发展的新型交换机模型，该模型支持对网络过程的外部策略的控制。

在Openflow平台中，多表和多项目的组匹配是挑战。

于是提出了Openflow交换机的三层实现模型，研究了基于TCAM的Openflow多表切换技术，包括Openflow中的多表过程模型和TCAM性能模型，最后在上述模型下分析了基于TCAM的Openflow转发性能。

背景/问题：

Openflow被提出后得到了快速的发展，IBM和HP都生产了Openflow交换机。

但是，这些交换机是基于传统的交换机芯片来实现的。尽管它支持Openflow协议，但很难在数据转发平面中支持15个字段匹配。

在OpenFlow交换机的实现中，如何始终支持基于多项目组的流匹配一直是一个挑战。

解决办法：

提出了一个三层的Openflow交换机实现模型，基于TCAM的多表转发，并且提出了Openflow多表描述和TCAM查找功能的性能分析。

以Netlogic的Ayama20000 TCAM为例来分析Openflow交换机的性能。

实现细节:

在1.1版规范发布之后，Openflow与以前相比增加了多表、端口组、可伸缩匹配和其他新功能，但是可以实现新规范的交换机模型数量较少。

结构：

根据新规范的特点，我们设计了基于硬件层，核心层，用户层的三层结构来实现。

硬件层使用三进制内容可寻址存储器和相关的SRAM来实现快速查找ACL和路由表，通过FPGA芯片在硬件收发中实现加速逻辑功能，同时在硬件接收器模块中进行数据包分析，根据OpenFlow的规则查找硬件或软件。
核心层设置了五个模块，包括规则管理过程，OpenFlow规则表，OpenFlow规则映射表，转发线程管理，统计计数器。
-- 规则管理过程主要通过API和用户层完成控制器交互，OpenFlow控制器需要将操作表对流到硬件层，并且该层OpenFlow规则表update命令发送更改以实现对表的操作。
-- OpenFlow规则表使用Hash算法实现了快速的十五组查询表而没有通配符。
-- OpenFlow规则映射表用于备份数据流表以及实现某些扩展，如超时更新等。
-- 管理线程主要用于转发三层通道中传递的数据流。
-- 统计计数器是针对每个流，流表和端口等实现OpenFlow规范，在此层设置计数器是由于考虑到大量的存储空间和资源消耗等。
用户层是OpenFlow控制器，用户可以通过控制器更改交换机配置。

三层模型不仅可以实现十五个字段来完成当前的匹配，还可以支持当前使用的网络数据包的正常规则。通过核心层配置通配符OpenFlow字段查找表、其他功能的MetaData定义，可以实现非常好的交互。我们还可以将Aging与核心层映射表的规则相结合，在TCAM上配置硬件层，以达到更好的OpenFlow硬超时和空闲超时标准。
（
空闲超时（idle timeout），流表项的idle_timeout字段非0。在空闲超时这段时间内，如果没有任何数据报匹配到该流表项，则交换机会主动将该流表项从流表中移除。即流表项从交换机设备移除的相对时间。
硬超时（hard timeout），流表项的hard_timeout字段非0。当该流表项的存在时间超过了预设置的硬超时，流表项就会被交换机从流表中移除。即流表项从交换机移除的绝对时间。
）

过程：

如果从硬件接收到数据包，则进行查找，然后分析表以实现匹配（查找表以实现通配符，并进行多表查找），如果规则与转发问题的硬件匹配，则发送到转发管理以更新计数器。
通过核心层线程对OpenFlow规则表的层管理转发表2中的规则进行匹配（没有通配符哈希表来查找表），如果规则匹配，则从硬件转发过程中发出，并将其发送到转发管理以更新计数器。
如果全部失败，则OpenFlow规则表通过转发管理线程，利用用户层的Openflow控制器实现请求管理。
控制器通过API将规则拖曳表写入OF内核的规则管理中，然后写入TCAM以实现TCAM拖曳，并直接写入OF映射表（表2）通过规则管理完成对控制器的请求和完成。
在用户层上，设置Openflow的规则数据库以备份和修改配置。

补充：

下表定义了与TCAM字符描述关联的参数：