面向SDN的軟件定義硬件計數(shù)器研究.pdf

1、軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）將數(shù)據(jù)平面與控制平面解耦，使網(wǎng)絡(luò)變得更加靈活可控。在SDN架構(gòu)中，為了支持 SDN控制器獲取全局網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計信息從而高效管理整個網(wǎng)絡(luò)，同時支持網(wǎng)絡(luò)測量、入侵檢測、流量工程等上層應(yīng)用，SDN交換機需要維護大量多樣的統(tǒng)計計數(shù)器。然而，目前這些SDN計數(shù)器通常是基于ASIC實現(xiàn)且只支持“請求響應(yīng)”的被動統(tǒng)計模式，其實現(xiàn)面臨一些嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：1）存儲資源開銷高；2）靈活性差；3）統(tǒng)計精度低。針對SDN計數(shù)器的這三大挑戰(zhàn)，本文通過將

2、計數(shù)器的定義與實現(xiàn)解耦提出了面向SDN的軟件定義硬件計數(shù)器SDHC（Software Defined Hardware Counters）。本文的主要工作和創(chuàng)新點包括：
　　1.提出了軟件定義硬件計數(shù)器的概念和模型。SDHC模型通過將計數(shù)器處理分為三段，將計數(shù)器定義的管理實現(xiàn)在軟件上來控制計數(shù)器的行為，實現(xiàn)了計數(shù)器定義與實現(xiàn)解耦，有效解決了傳統(tǒng)實現(xiàn)方式的問題。利用按需分配思想，有效提高計數(shù)器利用率，從而減少存儲開銷；通過提供靈活便

3、捷的SDHC南北向接口，允許控制器靈活控制計數(shù)器，從而提高了靈活性；通過引入主動上報計數(shù)器值的主動統(tǒng)計模式，避免了訪問延時引起的統(tǒng)計誤差，提高了統(tǒng)計精度。
　　2.對SDHC關(guān)鍵技術(shù)進行深入研究。對軟硬件間的消息定義及壓縮方法進行深入研究，提高了軟硬件之間的傳輸效率，減少了傳輸帶寬需求。研究 SDHC統(tǒng)計模式的分類和實現(xiàn)機制，提出了基于更新觸發(fā)的實時模式和基于定時器觸發(fā)的定時模式，有效地滿足了多樣化應(yīng)用的高精度統(tǒng)計需求。同時，研究

4、實時模式下計數(shù)器值返回消息的壓縮方法，避免流的突發(fā)引起的高網(wǎng)絡(luò)帶寬問題。
　　3.對SDHC實現(xiàn)模型進行詳細設(shè)計。對SDHC實現(xiàn)模型中各模塊的具體功能和實現(xiàn)進行詳細設(shè)計，有效提高了各模塊的工作效率，從而提高了SDHC整體性能。通過分析SDHC的相關(guān)行為，對SDHC南北向接口進行詳細設(shè)計，使得控制器及上層應(yīng)用能夠靈活控制計數(shù)器。
　　4.實現(xiàn)了SDHC原型系統(tǒng)，并對原型系統(tǒng)進行測試評價。結(jié)果表明，SDHC可以提供很高的更新性能