【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及网络测量领域与可编程网络领域，具体涉及一种基于p4和sketch的价值突发流检测方法。
技术介绍
1、在各种生产网络中，突发是一种常见的流量模式，以持续时间短的高流速为特征。与速率稳定的流相比，虽然突发流在大部分时间内速率可能较低，但在突发期间，其流速突然增大，瞬时速率可达到平均速率的数十倍至数百倍，造成交换机队列快速堆积，导致较长的排队时延甚至丢包现象。由于突发的持续时间可能短至微秒级别，传统网络的端到端测量方案难以准确检测突发，并且其固定功能的数据平面只能提供有限的信息和操作。可编程数据平面和p4语言为检测和处理流量突发提供了可自定义的操作和细粒度的网络状态观察，为突发的检测、分析和缓解工作提供了灵活性和潜力。
2、对突发进行检测的工作是缓解突发流对网络性能影响的首要步骤。其中，对流量模式分析的研究通过对数据流特征的提取以检测突发，基于队列的微突发检测研究通过观察交换机中端口队列长度来确定微突发的发生。然而，现有的突发检测技术采用基于逐次突发的方案，即认为每次突发是无关联的，独立地检测并报告每次突发。基于逐次突发的思路将引入大量的数控平面之间带宽开销和网络管理者的高用户负担，无法满足网络管理者对能够反映具有显著且持续突发性的流的网络测量指标的需求。因此，我们提出价值突发流(remarkable burstflow)的概念和公式化定义，并提出一种基于p4和sketch的价值突发流检测方案，降低了突发检测过程中的带宽开销和用户负担，同时仅产生有限的内存占用和低时间复杂性。
技
1、本专利技术的目的在于提出价值突发流的概念，因此提供一种基于p4和sketch的价值突发流检测方法，在突发检测任务中，减少数控平面之间的带宽需求，并减轻网络管理者的用户负担。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种基于p4和sketch的价值突发流检测方法，在流级别上对流量的突发性进行分析并提出价值突发流定义，检测突发数据包，进而通过突发数据包占比检测价值突发流，并在可编程数据平面上部署基于sketch的数据结构和基于突发性的投票机制，插入时，通过更新操作以及基于突发性的投票机制更新数据结构，查询时，直接遍历数据结构以获得相应测量周期内的价值突发流，实现在常数时间内完成插入、查询操作。
3、本专利技术方法在流级别上观察流量的突发性，根据数据包之间的时间间隔检测突发数据包，进而检测价值突发流。通过基于sketch的数据结构设计，使得该方案仅产生有限的内存开销和时间复杂性，有利于进一步的硬件部署。同时，通过基于突发性的投票机制，提高了插入、查询效率和价值突发流检测的准确性；所述方法包括如下步骤：
4、(1)指定价值突发流定义的相关参数，作为判断和检测标准；
5、(2)初始化桶结构，根据包括流键长度的信息，设置桶中各字段比特位数；
6、(3)初始化数据结构，根据管理员所提出的包括内存要求的信息，配置比桶更高维度的度量尺度，包括行数、列数、哈希函数；
7、(4)每个数据包到达并插入时，每一行都调用哈希函数计算数据包流键的哈希值，获取被映射到的一组桶；
8、(5)遍历映射到的桶集合，进行更新操作，其中每个桶只记录一条流的信息，每个数据包至多对一个桶进行操作，如果桶集合中不存在相应流且已满，则根据基于突发性的投票机制进行投票；
9、(6)每个测量周期结束后，遍历所有桶，并进行查询操作，将所有检测到的价值突发流信息反馈至控制平面，并对桶数据进行相应的清空操作，以用于下一个测量周期的信息存储。
10、在本专利技术一实施例中，在步骤(1)中，价值突发流是一种基于突发性的流量模式，对数据包之间的时间间隔进行观察，并与相应测量周期内的平均数据包间间隔进行比较，以检测突发数据包，并根据突发数据包数量在相应流总数据包数量中的占比，得出相应流是否为价值突发流的判断。
11、在本专利技术一实施例中，突发数据包的检测过程，将两个相邻数据包之间的时间间隔，与相应测量周期内的平均数据包间间隔进行比较，管理员预先定义一个参数β，当两个相邻数据包间隔小于等于平均数据包间间隔的1/β时，认为这两个数据包是突发数据包。
12、在本专利技术一实施例中，在一个测量周期内，管理员预先定义一个阈值α，当突发数据包数量在相应流总数据包数量中的占比超过α时，认为在相应测量周期内，相应流是价值突发流。
13、在本专利技术一实施例中，在任何时刻每个桶至多记录一个流的突发性信息，包括流键、平均数据包间间隔、相应流最后一个数据包到达时间戳、相应流突发数据包数量和总数据包数量；由于具有sketch的特性的数据结构只需要小且静态的内存空间，在插入操作中仅产生有限的时间复杂性，在步骤(2)(3)中，构造用于检测价值突发流的数据结构。
14、在本专利技术一实施例中，每个数据包到达时，步骤(4)将通过哈希运算获得一个桶集合，并触发步骤(5)中所述更新操作。
15、在本专利技术一实施例中，当桶集合中已存在记录相应流的桶时，数据包对相应桶进行更新操作，否则，在桶集合中检索是否存在空桶，当有至少一个空桶存在时，在一个空桶中插入相应流信息，否则，触发基于突发性的投票机制。
16、在本专利技术一实施例中，在桶集合中选取当前突发数据包占比最低的桶，将相应流突发数据包占比与预先定义的阈值进行比较，当其低于阈值时，驱逐原有流并插入新流信息，否则对相应桶中记录突发数据包数量和总数据包数量字段均进行减一操作，降低相应流的突发数据包占比。
17、在本专利技术一实施例中，当一个测量周期结束时，步骤(6)中对每个桶进行查询操作，将检测到的价值突发流反馈至控制平面，并根据桶中信息的情况，同时执行步骤(6)中所述清空操作，对于已记录价值突发流的桶，只清空突发数据包和总数据包数量字段，更新平均数据包间间隔字段，对于记录非价值突发流的桶，则清空全部字段用于下一测量周期。
18、相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术利用sketch数据结构和数据平面可编程性，实现价值突发流检测，降低突发检测过程中产生的带宽开销和用户负担。该方案简单，实现灵活，对于各种流量突发性的检测需求有较好的适应性。
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1.一种基于P4和Sketch的价值突发流检测方法，其特征在于，在流级别上对流量的突发性进行分析并提出价值突发流定义，检测突发数据包，进而通过突发数据包占比检测价值突发流，并在可编程数据平面上部署基于Sketch的数据结构和基于突发性的投票机制，插入时，通过更新操作以及基于突发性的投票机制更新数据结构，查询时，直接遍历数据结构以获得相应测量周期内的价值突发流，实现在常数时间内完成插入、查询操作。
2.根据权利要求1所述的一种基于P4和Sketch的价值突发流检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于P4和Sketch的价值突发流检测方法，其特征在于，在步骤(1)中，价值突发流是一种基于突发性的流量模式，对数据包之间的时间间隔进行观察，并与相应测量周期内的平均数据包间间隔进行比较，以检测突发数据包，并根据突发数据包数量在相应流总数据包数量中的占比，得出相应流是否为价值突发流的判断。
4.根据权利要求3所述的一种基于P4和Sketch的价值突发流检测方法，其特征在于，突发数据包的检测过程，将两个相邻数据包之间的时间间隔，
5.根据权利要求3所述的一种基于P4和Sketch的价值突发流检测方法，其特征在于，在一个测量周期内，管理员预先定义一个阈值α，当突发数据包数量在相应流总数据包数量中的占比超过α时，认为在相应测量周期内，相应流是价值突发流。
6.根据权利要求2所述的一种基于P4和Sketch的价值突发流检测方法，其特征在于，在任何时刻每个桶至多记录一个流的突发性信息，包括流键、平均数据包间间隔、相应流最后一个数据包到达时间戳、相应流突发数据包数量和总数据包数量；由于具有Sketch的特性的数据结构只需要小且静态的内存空间，在插入操作中仅产生有限的时间复杂性，在步骤(2)(3)中，构造用于检测价值突发流的数据结构。
7.根据权利要求2所述的一种基于P4和Sketch的价值突发流检测方法，其特征在于，每个数据包到达时，步骤(4)将通过哈希运算获得一个桶集合，并触发步骤(5)中所述更新操作。
8.根据权利要求7所述的一种基于P4和Sketch的价值突发流检测方法，其特征在于，当桶集合中已存在记录相应流的桶时，数据包对相应桶进行更新操作，否则，在桶集合中检索是否存在空桶，当有至少一个空桶存在时，在一个空桶中插入相应流信息，否则，触发基于突发性的投票机制。
9.根据权利要求8所述的一种基于P4和Sketch的价值突发流检测方法，其特征在于，在桶集合中选取当前突发数据包占比最低的桶，将相应流突发数据包占比与预先定义的阈值进行比较，当其低于阈值时，驱逐原有流并插入新流信息，否则对相应桶中记录突发数据包数量和总数据包数量字段均进行减一操作，降低相应流的突发数据包占比。
10.根据权利要求2所述的一种基于P4和Sketch的价值突发流检测方法，其特征在于，当一个测量周期结束时，步骤(6)中对每个桶进行查询操作，将检测到的价值突发流反馈至控制平面，并根据桶中信息的情况，同时执行步骤(6)中所述清空操作，对于已记录价值突发流的桶，只清空突发数据包和总数据包数量字段，更新平均数据包间间隔字段，对于记录非价值突发流的桶，则清空全部字段用于下一测量周期。
...【技术特征摘要】
1.一种基于p4和sketch的价值突发流检测方法，其特征在于，在流级别上对流量的突发性进行分析并提出价值突发流定义，检测突发数据包，进而通过突发数据包占比检测价值突发流，并在可编程数据平面上部署基于sketch的数据结构和基于突发性的投票机制，插入时，通过更新操作以及基于突发性的投票机制更新数据结构，查询时，直接遍历数据结构以获得相应测量周期内的价值突发流，实现在常数时间内完成插入、查询操作。
2.根据权利要求1所述的一种基于p4和sketch的价值突发流检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于p4和sketch的价值突发流检测方法，其特征在于，在步骤(1)中，价值突发流是一种基于突发性的流量模式，对数据包之间的时间间隔进行观察，并与相应测量周期内的平均数据包间间隔进行比较，以检测突发数据包，并根据突发数据包数量在相应流总数据包数量中的占比，得出相应流是否为价值突发流的判断。
4.根据权利要求3所述的一种基于p4和sketch的价值突发流检测方法，其特征在于，突发数据包的检测过程，将两个相邻数据包之间的时间间隔，与相应测量周期内的平均数据包间间隔进行比较，管理员预先定义一个参数β，当两个相邻数据包间隔小于等于平均数据包间间隔的1/β时，认为这两个数据包是突发数据包。
5.根据权利要求3所述的一种基于p4和sketch的价值突发流检测方法，其特征在于，在一个测量周期内，管理员预先定义一个阈值α，当突发数据包数量在相应流总数据包数量中的占比超过α时，认为在相应测量周期内，相应流是价值突发流。
6.根据权利要求2所述的一种基于p4和sketch的价值突发流检测方法，其特征在...
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