面向SDN的軟件定義硬件計(jì)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(jì)信息從而高效管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)支持網(wǎng)絡(luò)測(cè)量、入侵檢測(cè)、流量工程等上層應(yīng)用，SDN交換機(jī)需要維護(hù)大量多樣的統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)器。然而，目前這些SDN計(jì)數(shù)器通常是基于ASIC實(shí)現(xiàn)且只支持“請(qǐng)求響應(yīng)”的被動(dòng)統(tǒng)計(jì)模式，其實(shí)現(xiàn)面臨一些嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：1）存儲(chǔ)資源開銷高；2）靈活性差；3）統(tǒng)計(jì)精度低。針對(duì)SDN計(jì)數(shù)器的這三大挑戰(zhàn)，本文通過將

2、計(jì)數(shù)器的定義與實(shí)現(xiàn)解耦提出了面向SDN的軟件定義硬件計(jì)數(shù)器SDHC（Software Defined Hardware Counters）。本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括：
　　1.提出了軟件定義硬件計(jì)數(shù)器的概念和模型。SDHC模型通過將計(jì)數(shù)器處理分為三段，將計(jì)數(shù)器定義的管理實(shí)現(xiàn)在軟件上來控制計(jì)數(shù)器的行為，實(shí)現(xiàn)了計(jì)數(shù)器定義與實(shí)現(xiàn)解耦，有效解決了傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式的問題。利用按需分配思想，有效提高計(jì)數(shù)器利用率，從而減少存儲(chǔ)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(jì)數(shù)器，從而提高了靈活性；通過引入主動(dòng)上報(bào)計(jì)數(shù)器值的主動(dòng)統(tǒng)計(jì)模式，避免了訪問延時(shí)引起的統(tǒng)計(jì)誤差，提高了統(tǒng)計(jì)精度。
　　2.對(duì)SDHC關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究。對(duì)軟硬件間的消息定義及壓縮方法進(jìn)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(jì)模式的分類和實(shí)現(xiàn)機(jī)制，提出了基于更新觸發(fā)的實(shí)時(shí)模式和基于定時(shí)器觸發(fā)的定時(shí)模式，有效地滿足了多樣化應(yīng)用的高精度統(tǒng)計(jì)需求。同時(shí)，研究

4、實(shí)時(shí)模式下計(jì)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(duì)SDHC實(shí)現(xiàn)模型進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。對(duì)SDHC實(shí)現(xiàn)模型中各模塊的具體功能和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，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(duì)SDHC南北向接口進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，使得控制器及上層應(yīng)用能夠靈活控制計(jì)數(shù)器。
　　4.實(shí)現(xiàn)了SDHC原型系統(tǒng)，并對(duì)原型系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，SDHC可以提供很高的更新性能