《軟體定義網路理論模型、體系結構及其控制機理》是依託清華大學，由劉斌擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：軟體定義網路理論模型、體系結構及其控制機理
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：劉斌
- 項目類別：重點項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
傳統網路設備從底層硬體到上層軟體均由設備廠商遵循網路協定和標準獨立實現。這種近乎“黑盒”式的網路設備開發方式造成了網際網路的僵化，嚴重阻礙了網際網路的快速發展。針對這一狀況，軟體定義網路（SDN）最近被提出，其核心思想是通過將網路設備的控制平面和轉發平面分離，合理抽象並開放轉發平面的API接口，利用控制平面軟體對轉發平面硬體的行為進行管控。這種分離的新架構給網路設備數據平面的高速硬體接口設計、可程式性和可擴展性設計等帶來了新的機遇和挑戰。新的體系結構也面臨新的安全問題。本申請以軟體定義網路為背景，旨在探索SDN網路的體系結構及其控制機理。具體地，本申請計畫研究以下內容：1、高速大容量流表的查找和更新；2、數據平面硬體資源可程式、可重構；3、高效、輕載的網路測量機制；4、網路體系結構中的若干關鍵技術問題；5、SDN網路關鍵技術的原型驗證系統。研究成果將對改進SDN網路及其設備的性能提供技術支持。
結題摘要
軟體定義網路的思想和初期的技術已經被工業界採用，例如以TCAM為查找引擎的流表設計方案已經在數據中心網路的SDN交換機中廣泛使用。但是這種方式存在著一些技術缺陷，如隨著流表規模的不斷增大，以TCAM為查找引擎的方案的成本日趨增高，功耗隨之增大，更新效率亟待提高。針對這種情況，本課題研究了兩類解決方案： 1、在使用TCAM作為高速查找快取的架構中使用無重疊的規則替換策略。一方面將高速快取中流量的查找命中率最大化，另一方面發明了一種新的完全去依賴規則的算法，將單條插入的規則的覆蓋空間最大化。這樣，更新規則只需要插入/換出一條規則，可做到節省成本、降低功耗、提高查找速率的目的； 2、在一般的TCAM查找結構中，採用一種順序棧數據結構代替動態規劃（DP）的方案，在做到減少更新移動的計算時間的同時降低規則實際物理移動的次數，提高規則更新的性能。 精確流測量是SDN集中控制的基礎。目前的網路流測量方案在高速情況下，很難做到準確計數（同時統計分組的個數和流的位元組數）。針對這一情況，課題組提出了cache協助的高速流統計方案，並在理論上進行了創新： 1、提出了CASE每流測量方案，能夠做到精確流計數，速率達到200Gbps worst case情況下的線速測量； 2、擴展了Morris的簡單計數理論到任意兩個正整數的近似計數情況，可保證最大誤差的解析式上界。這一理論成果具有普適性，可推廣套用到大數據和資料庫等領域。 在簡化布隆過濾器計算方面開展了研究工作，取得成果： 1、提出了一種僅需一次哈希計算的布隆過濾器求解理論，以一個哈希函式和k個取模運算代替了標準布隆過濾器中的k個哈希函式計算，計算代價近似為標準布隆過濾器計算代價的1/k。在降低哈希計算量的同時，單哈希布隆過濾器保持和標準布隆過濾器幾乎相同的假陽性機率； 2、設計了一種基於SIMD的並行布隆過濾器加速計算技術，使得超快速布隆過濾器可提升查詢速度2~3倍。 提出了一種基於cache的流表結構FlowShadow，解決OVS存在的更新一致性問題，能在流表更新的同時，實現快速交換。
