一种OpenFlow流表存储空间压缩方法技术

本发明专利技术涉及一种OpenFlow流表存储空间压缩方法。该方法通过分析OpenFlow流表结构特点，根据流表项字段的冲突关系与共存关系对OpenFlow流表进行分类，将初始流表项划分到不同的类中进行存储，从而将大规模、结构复杂流表转化为多个规模更小、结构简单的流表；并根据OpenFlow流表的频繁、快速更新特性设定动态调整阀值，通过对现有的类进行分裂或合并操作来优化流表存储空间。本发明专利技术可以有效降低流表存储空间且适应于OpenFlow流表的动态、快速更新，对流表存储空间的压缩率能稳定在70%左右，而且可以用更少的运行时间获得与最优方法相似的空间压缩率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及。该方法通过分析OpenFlow流表结构特点，根据流表项字段的冲突关系与共存关系对OpenFlow流表进行分类，将初始流表项划分到不同的类中进行存储，从而将大规模、结构复杂流表转化为多个规模更小、结构简单的流表；并根据OpenFlow流表的频繁、快速更新特性设定动态调整阀值，通过对现有的类进行分裂或合并操作来优化流表存储空间。本专利技术可以有效降低流表存储空间且适应于OpenFlow流表的动态、快速更新，对流表存储空间的压缩率能稳定在70%左右，而且可以用更少的运行时间获得与最优方法相似的空间压缩率。【专利说明】—种OpenF1w流表存储空间压缩方法
本专利技术属于信息
,涉及一种高效启发式OpenFlow流表存储空间压缩方法，根据流表项字段之间的冲突与共存关系，将大规模、结构复杂流表转化为多个规模更小、结构简单的流表，并根据OpenFlow流表的频繁、快速更新特性设定动态调整阀值,对流表存储空间进行优化。
技术介绍
随着网络规模的急剧膨胀和应用类型的不断丰富，传统互联网的结构和功能日趋复杂与僵化，对网络的管控能力日趋减弱。应用与网络相对割裂，应用不能感知网络的状态且不能控制网络，而网络也无法感知应用的需求并根据需求来调整网络。软件定义网络(SDN)是一种控制逻辑和数据转发分离的创新网络架构，具有接口标准化、全局视图、灵活控制、开放可编程等特点，为网络及应用的创新提供了良好的平台，对未来网络将产生革命性的影响。OpenFlow是美国斯坦福大学于2007年提出的一种支持网络创新研究的新型网络交换模型，实现网络控制平面和转发平面的分离，基于开放的、可动态修改的流表对网络进行编程。OpenFlow在设备上维护流表(Flow Table)结构。其中，流表由OpenFlow流表项组成，且流表项包含OpenFlow支持的字段。数据分组按照流表进行转发。而流表的生成、维护、配置则由控制器来管理。OpenFlow以其高度的开放性和易操控性逐渐成为实现SDN的核心技术。目前OpenFlow技术正处于研究发展阶段。OpenFlow技术的全球规模化部署还存在很多问题。主要是由于网络带宽的爆炸性增长、网络应用的多样化、新型网络体系结构的发展以及网络灵活高效管控的需求等因素对OpenFlow的流表规模、结构以及查找效率等方面提出了更高的挑战。对规则分类存储以降低OpenFlow流表存储空间的思想来源于IP网络的报文分类方法。在IP网络中，报文分类是指根据报文头部信息的关键字段对报文进行分类，使得网络设备对多样化和差异化的业务可以采取不同的操作。目前，Recursive FlowClassification (RFC)、Grid of Trie、HiCuts 以及 HyperCuts 等算法是基于软件实现的典型报文分类算法。其中，RFC算法具有很高的吞吐量，但存储空间需求大，不适用于大型规则库分类，所以并不能应用在大规模OpenFlow流表的高效查找中。Grid of Trie算法基于搜索树结构，节约存储空间，但更新复杂度高。由于OpenFlow流表项更新频繁,所以Gridof Trie算法不能应用于快速更新的OpenFlow流表查找中。HiCuts算法和HyperCuts算法是解决低维度报文分类问题。由于OpenFlow流表项包含多维字段，所以低维度报文分类算法应用于OpenFlow流表高效查找时会导致存储空间爆炸，查找效率低。传统网络中的ACL与OpenFlow流表具有类似的存储结构，因此可以借鉴ACL的压缩存储方法优化OpenFlow流表存储空间。曾旷怡等(曾旷怡，杨家海.访问控制列表的优化问题.软件学报，2007，18(4):978-986.http://www.jos.0rg.cn/1000-9825/18/978.htm)提出了基于一条语句与多条语句之间或多条语句与多条语句之间的交叉覆盖或包含关系优化ACL，减少了 ACL的条数。Daly J等(Daly J，LiuA X, Torng E.A Difference Resolution Approach to Compressing Access ControlLists.1n Proc.0f INFOCOM，13，2013.2040-2048.)提出了 Diplomat 算法来压缩 ACL,通过将原始的匹配模型划分成多个超平面，从而将高维的匹配目标分解成多个低维的匹配目标，能够减少30.6%的ACL存储空间。文献“Liu A X，Torng E, Meiners CR.Compressing network access control lists.1EEE Transactions on Paralleland Distributed Systems, 2011, 22(12):1969-1977.” 提出了 ACL 压缩机框架，分别处理一维ACL和多维ACL来优化其存储，能够减少50.22%的存储空间。文献“CurtisAR, Mogul JC,Tourrilhes J, Yalagandula P,Sharma P,Banerjee S.DevoFlow:Scalingflow management for high performance networks.1n:Proc.0f the SIGC0MM2011.Toronto:ACM Press, 2011.254-265.”指出OpenFlow是基于流而不是基于目的地址的，同样的网络数据流量，OpenFlow流表比路由表包含更多的表项，即OpenFlow中数据流可以通过匹配不同的流表项实现不同粒度的控制；利用OpenFlow流表项之间的关系进行流表优化，可能会破坏流表对于流的控制粒度。因此传统网络中ACL的存储优化并不适用于OpenFlow流表的存储优化。传统的报文分类算法主要应用于低维小型规则库，同时不适应规则库的动态更新，并不能直接有效的解决大规模复杂OpenFlow流表的查找问题。对路由表和ACL存储空间优化算法主要是针对路由表项和ACL项的特定结构提出的，不具有可扩展性。
技术实现思路
面对硬件设备无法满足大规模OpenFlow流表存储的挑战,本专利技术结合OpenFlow流表项字段结构特点，提出了一种高效启发式OpenFlow流表存储空间压缩方法，根据流表字段的冲突与共存关系，将大规模、结构复杂流表转化为多个规模更小、结构简单的流表，并能够根据OpenFlow流表项的更新变化动态调整每个存储模块包含的有效字段，对流表存储空间进行优化。本专利技术采用的技术方案如下:—种OpenFlow流表存储空间压缩方法,其步骤包括:I)根据OpenFlow流表的结构,确定同一传输单元中流表项字段之间的冲突关系与共存关系；2)利用所述冲突关系与共存关系对OpenFlow流表进行分类，将字段可共存的流表项划分到一个类中、字段不可共存的流表项划分到不同类中进行存储；3)将初始流表项添加到划分好的OpenFlow流表类中；4)根据OpenFlow流表的频繁、快速更新特性设定动态调整阀值,当新加入的流表项条数超过限定的阀值时，对现有的类进行分裂操作，当类的个数超过限定的阀值时，对现有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种OpenFlow流表存储空间压缩方法，其步骤包括：1）根据OpenFlow流表的结构，确定同一传输单元中流表项字段之间的冲突关系与共存关系；2）利用所述冲突关系与共存关系对OpenFlow流表进行分类，将字段可共存的流表项划分到一个类中、字段不可共存的流表项划分到不同类中进行存储；3）将初始流表项添加到划分好的OpenFlow流表类中；4）根据OpenFlow流表的频繁、快速更新特性设定动态调整阀值，当新加入的流表项条数超过限定的阀值时，对现有的类进行分裂操作，当类的个数超过限定的阀值时，对现有的类进行合并操作，以优化流表存储空间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：葛敬国，吴玉磊，鄂跃鹏，游军玲，陈智，李佟，韩春静，
申请(专利权)人：中国科学院计算机网络信息中心，
类型：发明
国别省市：