軟轉(zhuǎn)發(fā)平面多表優(yōu)化技術(shù)的研究與實現(xiàn).pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）[1]和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（Network Function Virtualization，NFV）[2]為代表的新的設(shè)計理念和新的技術(shù)手段誕生。作為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施重要組成部分的路由器，如何利用軟件實現(xiàn)方式確保在通用平臺具有較高的轉(zhuǎn)發(fā)性能是當(dāng)前研究的熱點。在路由器設(shè)備中，對性能影響最大的是轉(zhuǎn)發(fā)表查找和ACL表搜索兩種查表任務(wù)：轉(zhuǎn)發(fā)表查找用于確定報文的

2、轉(zhuǎn)發(fā)行為；ACL表搜索是基于預(yù)定義的報文分類安全控制策略，根據(jù)搜索結(jié)果決定報文的處理方式，如：放行、阻止或修改。轉(zhuǎn)發(fā)表與ACL表的查找速度直接決定了軟件路由器性能的優(yōu)劣。
　　論文對路由器中轉(zhuǎn)發(fā)平面查表任務(wù)的優(yōu)化問題做了重點研究，通過分析轉(zhuǎn)發(fā)表和訪問控制列表的關(guān)聯(lián)性，發(fā)現(xiàn)兩張表的規(guī)則能夠以目的IP前綴為紐帶相互影響，在命中部分轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則后可以只查詢少量ACL規(guī)則，從而提高轉(zhuǎn)發(fā)平面的整體轉(zhuǎn)發(fā)性能。因此，提出了一種面向轉(zhuǎn)發(fā)平面的雙路徑查

3、表架構(gòu)（Dual-Path Lookup Architecture，DPLA），在路由器轉(zhuǎn)發(fā)平面設(shè)計了兩條報文查表路徑，轉(zhuǎn)發(fā)表到快速ACL表的優(yōu)化路徑和轉(zhuǎn)發(fā)表到完整ACL表的慢速路徑。
　　為了標(biāo)識轉(zhuǎn)發(fā)表項與ACL表項之間的關(guān)聯(lián)性，對現(xiàn)有轉(zhuǎn)發(fā)表項進(jìn)行擴(kuò)展，增加了標(biāo)記重疊轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則和非重疊轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則的表項標(biāo)識。其中匹配非重疊轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則的報文進(jìn)入優(yōu)化路徑，從而提高了整體轉(zhuǎn)發(fā)性能。針對轉(zhuǎn)發(fā)表和ACL表動態(tài)更新對重疊表項的影響問題，論文設(shè)計了相

4、應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)表更新算法和ACL表更新算法，能夠保證二者間規(guī)則一致性和分類正確性。
　　為了進(jìn)一步驗證DPLA架構(gòu)在優(yōu)化軟轉(zhuǎn)發(fā)平面查表性能的優(yōu)勢，基于Intel通用多核CPU平臺設(shè)計并實現(xiàn)了DPLA原型軟件，其中轉(zhuǎn)發(fā)表采用DIR-24-8算法進(jìn)行組織管理，ACL表項分別采用分層樹、擴(kuò)展樹、Hicuts、RFC四種算法。實驗測試表明， DPLA架構(gòu)能夠有效降低報文平均訪存次數(shù)，提高轉(zhuǎn)發(fā)平面性能，其中Hicuts算法能夠提升18％的轉(zhuǎn)發(fā)性能