SDN控制器的调研和量化分析

软件定义网络（software defined networking,SDN）是一种将网络控制平面和数据平面分离的新型网络架构。在SDN网络中,控制器的性能对网络性能有着重要的影响,当前很多公司和科研机构都已经提出了自己的控制器解决方案。然而针对如此众多的控制器,目前没有系统、全面的比较。由于缺乏足够的依据,研究人员只能凭借自己的经验或直觉来选择控制器。为了解决这个问题,对目前主流的SDN控制器在架构和性能上进行了系统的分析比较,并采用Cbench和Mininet对部分开源控制器进行了性能测试,同时针对单一控制器的性能问题,对现有的多控制器控制平面设计进行了分析综述。该研究结果对于研究人员选取正确的控制器具有重要的参考意义。     

OpenFlow网络数据流路径建立开销的量化分析

OpenFlow采用数据平面与控制平面分离的架构,以软件实现的OpenFlow控制器作为控制平面对网络进行集中控制。在这种分离架构中,由于交换机需要与控制器进行交互,因此必然会产生一定的时间开销。经实验,数据流建立过程中的信息交互导致数据包传输时延至少增长2倍,严重降低了网络性能。因此,量化分析OpenFlow网络中流建立开销具有重要意义。分析流建立开销产生的原因,对导致数据包传输时延增长的影响因素进行量化分析。 评估流建立开销对网络性能的影响是量化分析数据流路径建立开销的重点。     

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.     

面向高可靠片上网络通信的可重构路由算法

为了满足系统芯片对通信带宽的要求,片上网络正逐渐取代总线成为当前多核及众核系统的主流互连方案,然而由于芯片特征尺寸的不断减小,芯片内发生故障的概率显著增加.为了提供可靠的片上通信,提出一种低成本的可重构路由算法.该算法基于无共享边界的矩形故障模型,按照故障区与网络边界的相对位置对故障区进行分类;针对不同类型的故障区定义了具体的路由器状态更新策略;重构后的片上网络可以容忍任意数目、任意分布的路由器以及链路故障.与当前容错设计方案不同,文中算法不需要增加虚拟通道来保证网络的无死锁特性,因此具有低成本、高可靠的特性.仿真实验结果表明,文中算法适用于处理器与缓存,或缓存与缓存之间的片上通信.     

A High-Performance and Cost-Efficient Interconnection Network for High-Density Servers

The high-density server is featured as low power, low volume, and high computational density. With the rising use of high-density servers in data-intensive and large-scale web applications, it requires a high-performance and cost-efficient intra-server interconnection network. Most of state-of-the-art high-density servers adopt the fully-connected intra-server network to attain high network performance. Unfortunately, this solution costs too much due to the high degree of nodes. In this paper, we exploit the theoretically optimized Moore graph to interconnect the chips within a server. Accounting for the suitable size of applications, a 50-size Moore graph, called Hoffman-Singleton graph, is adopted. In practice, multiple chips should be integrated onto one processor board, which means that the original graph should be partitioned into homogeneous connected subgraphs. However, the existing partition scheme does not consider above problem and thus generates heterogeneous subgraphs. To address this problem, we propose two equivalent-partition schemes for the Hoffman-Singleton graph. In addition, a logic-based and minimal routing mechanism, which is both time and area efficient, is proposed. Finally, we compare the proposed network architecture with its counterparts, namely the fully-connected, Kautz and Torus networks. The results show that our proposed network can achieve competitive performance as fully-connected network and cost close to Torus.     

一种面向FPGA异构计算的高效能KV加速器

网络功能虚拟化等新兴应用的蓬勃发展对Key-Value查询的能效提出了更高要求。传统的解决方法要么采用基于软件Hash表,要么采用专用的三态内容可寻址存储器(TCAM)芯片进行加速。其中,软件方法实现成本低,但是在数据冲突较高时会导致查表性能急速下降;硬件TCAM方法具有优良的时间特性,但其价格昂贵、耗能巨大。目前,随着基于现场可编程门阵列FPGA的异构计算技术的高速发展,利用系统已经提供的FPGA资源对基于软件实现的Hash表结构进行加速成为一种性价比更佳的解决方案。探讨如何利用FPGA上的RAM资源来实现一种具有高扩展性和高能效比的TCAM逻辑。与传统的TCAM结构不同,提出的架构支持查表范围的动态缩放,从而可以有效减少查表功耗。为了验证方案的有效性,利用Virtex-7系列FPGA对本文方案进行实现和评估,并与软件查表的性能进行详细比较。实验表明,本文方案吞吐量可达到234 Mpps,查表延迟为25.56ns。相比软件的方法,吞吐量提高780倍,延迟降低240倍。