基于协议无感知转发的服务功能链

IETF提出的服务功能链（Service Function Chain,SFC）解决了服务功能在部署过程中网络拓扑与硬件设备紧密耦合、灵活性差等问题,其中,NSH协议用于支持服务功能链的实现.然而,标准的OpenFlow协议对NSH协议支持不足、实现过程复杂且实现后造成兼容性等问题.本文基于软件定义网络（Software Defined Network,SDN）和网络功能虚拟化（Network Function Virtualization,NFV）技术,根据IETF规定的相关标准,提出一种基于协议无感知转发（Protocol Oblivious Forwarding,POF）的服务功能链,利用POF在数据平面深度可编程的能力实现NSH协议.文中基于FloodLight控制器和POF交换机实现了该服务功能链,实验结果表明,基于协议无感知转发的服务功能链可以高效地实现服务功能的部署.     

POF交换机查表预处理性能优化方法

协议无感知转发技术的出现使软件定义网络数据面的可编程能力和可扩展性得到了进一步增强,已有的工作聚焦于匹配动作表的查询优化,包括查表算法的优化和整体流程的加速等。但在基于多级匹配动作表设计的数据包转发流水线中,查表前数据包匹配域字段的提取工作会消耗较多的时间,在匹配域复杂的场景下甚至与查表时间相当,这成为了降低交换机转发延迟的瓶颈。为了解决上述问题,我们在POF软件交换机中使用单指令多数据流技术对查表预处理阶段的查表关键字提取流程进行加速。实验结果表明,加速方案使交换机的平均转发延迟降低了12%-38%。     

基于动态混合超时的软件定义网络多目标优化

软件定义网络（SDN）中,流表项是由控制器创建并指导交换机处理数据包的转发规则。流表项保存在交换机的内存并有一定的超时时间,会影响SDN控制通道的带宽消耗、交换机的内存消耗以及系统资源和性能的管理。针对现有SDN性能优化方案大多为单一目标优化,未考虑流表项超时类型和时间对不同优化目标的影响,提出一种基于流表项动态混合超时的多目标优化方案,对大象流的侦测精度、流表项的交换机内存消耗和控制通道带宽占用进行三目标联合优化。动态混合超时将现有的两种流表项超时方式,即硬超时和空闲超时相结合,并对流表项的超时类型和时间进行双维度动态调节。通过NSGA-Ⅱ算法求解所提优化问题,评估不同超时方式和超时时间对三个优化目标的影响,并通过合并特定超时时间下的解集与贝叶斯多目标优化算法的解集对NSGA-Ⅱ算法的解集质量进行改进。结果表明,所提方案能提供更高的侦测精度、更低的带宽占用和更小的交换机内存消耗,明显提升了SDN的综合性能。     

一种协议无感知交换机的设计与实现

协议无感知转发(POF)支持任意协议的解析和处理,增强了软件定义网络(SDN)的可编程能力.为应对高速网络的性能需求,设计并实现了基于多核网络处理器平台的POF交换机,通过引入流缓存以提高POF数据路径的执行效率;为优化交换机的多核性能扩展性,基于硬件平台实现了基于流的负载均衡,以及流缓存的管理方案.实验结果表明,基于...     

基于循环体访问过滤的低功耗分支目标缓冲器

分支目标缓存(BTB)是高端嵌入式CPU的主要耗能部件之一。针对BTB访问中引入的冗余功耗问题,提出了一种循环体访问过滤机制消除循环体指令流中顺序指令对BTB的无效访问。进一步提出了一种分支跟踪方法补偿循环过滤机制对循环体中非循环类分支指令的错误过滤造成的性能损失,节省了循环体指令流中顺序指令访问BTB的大量冗余功耗。基于Powerstone基准程序的仿真实验表明,在128表项BTB配置下,二级循环过滤器和4表项分支踪迹表可以减少约71.9%的BTB功耗,而平均每条指令周期数(CPI)退化仅为0.66%。     

基于表驱动的纯软件签名错误检测算法

针对临时性、间歇性与永久性错误的存在,处理器获取并执行一条不正确的指令将导致控制流错误的发生。为此,在研究通过软件签名的控制流检错(CFDSS)算法的基础上,基于表驱动形式,提出一种纯软件签名错误检测算法(EDSS)。构建二维表(CFID),用于存储控制流图的信息,通过比较基本块中的签名和存储在CFID表中的签名检测出非法的指令跳转。对于CFDSS算法不能有效检测的共享分支扇入节点的非法指令跳转错误,可成功检测出这类错误。实验结果表明,EDSS算法的平均错误检测覆盖率比CFDSS算法高出1.3%,对具有共享分支扇入节点的检错能力平均高出约1.9%。     

面向协议无感知转发技术的SDN试验床

基于OpenFlow的软件定义网络(SDN)中的转发设备不便于支持新协议的转发,因此协议无感知转发(Protocol Oblivious Forwarding,POF)技术被提出.本文基于POF技术和OpenFlow控制器POX,设计并实现了一种支持POF技术的SDN控制器,POF控制器可以充分利用POF转发设备并且体现了SDN的可编程性.同时,我们基于POF控制器搭建了POF试验床,实验结果表明POF控制器能够有效地管理POF网络,并提供高效的控制功能.     

以太网链路层虚拟交换机拓扑发现算法研究与实现

本文分析了现有的以太网链路层拓扑发现算法,在此基础上提出了虚拟交换机拓扑发现改进算法,给出了算法的具体实现方法和实现。使得原有算法的应用范围更广,适应性更强。改进后的算法可以发现网络中原算法无法发现的设备。     

树结构网络数据链路层节点缓存资源协同存储算法

目前网络数据链路资源存储方法存在数据传输速度较慢、数据链路层转发效率偏低且存储过程耗时长.为解决该问题,提出树结构网络数据链路层节点缓存资源协同存储算法.将协议无感知转发(POF)软件定义网络技术、控制面以及数据面功能相结合,组建一种树结构网络数据链路层节点缓存资源协同存储架构.通过扩充POF相关指令以及处理流程,实现树结构网络数据链路层节点缓存资源协同存储.仿真实验结果表明,所提方法能够快速完成树结构网络数据链路层节点缓存资源协同存储,应用性更强.     

多模态网络可编程交换机的可配置限速机制研究

为满足多模态网络环境的底座设备对不同网络模态的业务处理需求,网络管理人员需要为不同网络模态的流量分配其所需的数据传输通道。本文基于软件定义网络(SDN)架构对新型网络模态的支持,为多模态网络环境底座设备的软件交换机提供可动态配置的流量控制模块,控制面扩展了南向协议(POF)中端口状态更新消息用于数据面上报实时流量状态信息,控制器根据网络拓扑状态下发指令更新消息配置各种流量的最大转发速率;同时在数据面交换机的输出侧设计并实现了一种基于信用量的流量整形器,对端口队列进行统一调度,确保流量以不超过指定阈值的速率输出,保障了网络带宽资源的高效利用。针对多个线程读写队列引发的读写一致性问题,本文引入了无锁化方案,使用DPDK的原子保证操作和无锁环形队列,避免了读写过程中频繁的加锁和解锁。实验结果显示,与朴素的基于共享内存和互斥锁的限速方案相比,本方案可以有效降低上限带宽传输时的速率抖动,当限速阈值为3 Gbit/s时,可降低限速抖动约54%。     

基于匹配动作表模型的可编程数据平面流表归并

与传统网络技术相比,SDN技术将网络的控制平面与数据平面分离,使网络具有一定的可编程能力。以OpenFlow、POF、P4等为代表,领域内常见的SDN交换机大多基于匹配动作表模型实现。与协议相关的OpenFlow等技术不同,协议无感知的SDN技术使用{偏移,长度}等结构表示协议字段,从而实现对任意协议字段的解析和处理。然而,待处理的数据包可能带有不同长度的数据包头,所以这些数据包中特定协议字段的偏移也会不同,需要多个匹配域偏移不同的流表去完成数据流的解析,从而造成流表和流水线结构复杂。针对上述问题,本文提出一种基于MAT模型的可编程数据平面流表归并方案,扩展MAT模型中的动作集,在数据包查询流表时使用特定的动作动态地调整数据包的起始偏移,使不同数据包同一协议字段的偏移保持一致,实现匹配域相同的流表的归并。本文方案在兼容VLAN、QinQ的POF Switch实验场景下,以跳转流表时多执行一条动作为代价,缩减了约69%的流表内存消耗。     

Proactive eviction of flow entry for SDN based on hidden Markov model

With the fast development of software defined network (SDN), numerous researches have been conducted for maximizing the performance of SDN. Currently, flow tables are utilized in OpenFlows witch for routing. Due to the space limitation of flow table and switch capacity, variousissues exist in dealing with the flows.The existing schemes typically employ reactive approach such that the selection of evicted entries occurs when timeout or table miss occurs. In this paper a proactive approach is proposed based on the prediction of the probability of matching of the entries. Here eviction occurs proactively when the utilization of flow table exceeds a threshold, and the flow entry of the lowestmatching probability is evicted. The matching probability is estimated using hiddenMarkov model (HMM).Computersimulation reveals that it significantly enhances the prediction accuracy and decreases the number of table misses compared to the standard Hard timeout scheme and Flow master scheme.     

空间机器人高可信软件检错技术

提出一套适用于空间机器人的高可信软件设计模型和算法,将空间机器人软件错误检测分为单元级和系统级2个层级,针对单元级检测设计程序基本块模型以及基于该模型的数据流和控制流错误检测算法;针对分布式软件系统级的错误检测,设计多节点自适应冗余模型,在此基础上设计基于微检查点的错误检测算法,对空间机器人软件系统的错误检测形成一个完整覆盖,该方法已得到成功应用。     

一种定义于伽罗瓦域的信号函数

信号监控是一种有效的控制流错误检测技术,采用不同的信号函数所引起的性能开销和存储器开销差别很大,为了降低开销,提出了一种新的用于控制流错误检测的信号函数,该信号函数定义于伽罗瓦域中,给发配状态代码和计算状态信号的算法,该算法不是用穷尽搜索的方法而是通过矩阵给状态赋值,在该算法中,对的信号函数只需实现为一维表格,其开比以前的信号函数你 给出了在保证错误检测延迟一定的条件下进上步降低开销的方法,该函数     

基于标签的POF网络虚拟化技术研究

针对SDN新一代转发控制分离技术——协议无感知转发(POF),提出了协议字段全开放的SDN网络虚拟化架构。该架构提出了基于标签的网络虚拟化技术和POF物理交换机流表分配技术,通过网络虚拟化中间件将POF交换机与POF控制器之间传递的消息进行转换,对物理网络中传输的数据进行标签封装,从而区分不同网络切片与虚拟链路的流量信息。与已有的虚拟化中间件Flow Visor、Open Virtex、Co Visor等相比,该虚拟化中间件全面支持POF协议,通过物理网络中的数据的标签化处理,实现了SDN转发平面全字段开放的网络虚拟化。同时,基于该套架构,实现了POF网络虚拟化中间件系统POFHyper Visor,并验证了该POF网络虚拟化中间件系统的功能与性能,经测试,虚拟化消息处理能力损失在17.1%~29.9%。     

基于随机域名检测和主动防御的用户站安全防护

电力监控系统是电力行业最重要的生产管理系统. 作为电力监控系统的重要组成部分, 缺少电网约束力的用户站将会成为网络攻击的重要目标. 为及时感知用户站侧网络攻击事件, 提出了一种结合用户站侧随机域名实时检测和主动防御的方法. 使用胶囊网络(CapsNet)结合长短期记忆网络(LSTM)对流量数据中提取的域名进行二分类, 当检测到随机域名时, 通过远程终端协议(Telnet)对路由器和交换机下发指令更新其安全策略或关闭路由器和交换机的业务接口以阻断网络攻击. 实验结果表明, 使用CapsNet结合LSTM分类算法在随机域名检测中准确率达到99.16%, 召回率达到98%, 通过Telnet协议可以联动路由器和交换机在不中断业务的情况下做出主动防御.     

Tolerating Radiation-Induced Transient Faults in Modern Processors

As MOS device sizes continue shrinking, lower charges, for example those charges carried by single ionizing particles of naturally occurring radiation, are sufficient to upset the functioning of complex modern microprocessors. In order to handle these inevitable errors, designs should include fault-tolerant features so that the processors can continue to correctly perform despite the occurrence of errors. The main goal of this work is to develop architecture mechanisms to protect processors against the effect of such radiation-induced transient faults. It should first be noted that, from a program execution perspective, many faults manifest themselves as control flow errors that cause processors to violate the correct sequencing of instructions. We present here at first a basic compile-time signature assignment algorithm and describe a novel approach to improve the fault detection coverage of the basic algorithm. Moreover, to allow the processor to efficiently check the run-time sequence and detect control flow errors, we introduce an on-chip assigned-signature checker which is capable of executing three additional instructions (SIC, SIJ, SIJC). Second, since the very concept of simultaneous multi-threading (SMT) provides the necessary redundancy, some proposals have been made to run two copies of the same thread on top of SMT platforms in order to detect and correct soft errors. This allows, upon detection of an error, the rolling back of the processor state to a known safe point, and then a retry of the instructions, thereby effecting a completely error-free execution. This paper has focused on two crucial implementation issues introduced by this scheme: (1) the design trade-off between the fault detection coverage versus design costs; (2) the possible occurrence of deadlock situations.     

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.     

高性能低功耗的容错编译技术:错误流压缩算法

在许多关键应用中,计算机的高性能、低功耗和高可靠性是必须同时满足的要求.传统的软件容错技术频繁使用和比较分支指令检测错误,带来了巨大的性能和功耗的开销.提出了基于计算数据流模型的错误流模型,并设计了错误流压缩算法.在错误流压缩算法中,利用附加计算压缩了错误流的直径,显著减少了分支指令的数量,而总指令数不变.针对StreamIT提供的快速傅立叶变换测试程序,采用Wattch对错误流压缩算法进行模拟测试.实验结果表明,当循环参数n=2²⁵时,与传统的EDDI算法相比,使用错误流压缩算法可减少分支指令24%以上,IPC提高超过12%,同时,功耗减少了将近5%.给出的推算表明:在该实验中,如果内层循环体的存储指令数量为8,分支指令的减少可以达到43%以上.