可编程数据平面技术综述

在软件定义网络中,可编程数据平面提供的编程能力是网络功能虚拟化的基石。可编程数据平面技术的核心是可编程能力与数据包处理性能。首先从数据平面的可编程性出发,探讨现有数据平面的数据包处理抽象。然后,分别对数据平面实施的目标平台与对应平台上的主要流表算法进行介绍,详细论述现有数据平面技术。最后,探讨了高性能数据平面技术存在的关键挑战。     

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。     

可编程网络流量公平调度研究综述

网络数据包调度是一个经典的多维决策问题,其核心在于网络设备中如何实时地做出数据包入队和出队的合理决策。在该领域中,流量公平调度是一个备受关注的重要课题。为了保障网络服务等级、缓解链路拥塞以及有效应对网络攻击,快速、公平且通用的调度算法显得至关重要。传统的数据包调度算法实现了公平的带宽分配和流量隔离,但随着软件定义网络(SDN)和可编程网络的出现和发展,灵活且可重构的网络编程方式催生了许多国内外学者提出创新性和实用性的公平调度方案。本文围绕流量公平调度问题,系统地总结了实现公平调度的6种技术路线,并展望了未来的研究方向。     

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%。