【摘 要】
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传统商用交换机中采用SRAM和TCAM等交换机硬件查表资源以精确匹配或通配匹配的方式实现高速流表查找。但随着网络规模的持续扩大和精细流量控制需求不断增加,交换机上的硬件查表资源容量难以支撑大量增长的流表规则。基于软件定义网络（SDN）,软件可通过配置控制器在底层交换机中实时部署细粒度的缓存规则来控制流量转发,从而提高有限硬件资源情况下交换机的查表性能。现有的规则缓存机制通常基于单级规则缓存表进行设
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传统商用交换机中采用SRAM和TCAM等交换机硬件查表资源以精确匹配或通配匹配的方式实现高速流表查找。但随着网络规模的持续扩大和精细流量控制需求不断增加,交换机上的硬件查表资源容量难以支撑大量增长的流表规则。基于软件定义网络（SDN）,软件可通过配置控制器在底层交换机中实时部署细粒度的缓存规则来控制流量转发,从而提高有限硬件资源情况下交换机的查表性能。现有的规则缓存机制通常基于单级规则缓存表进行设计,难以支持SDN多级流表机制,且不能充分利用已部署交换机中的硬件资源。本文针对SDN的多级规则缓存机制进行研究,主要工作和创新点包括:1.提出了一种基于通配匹配的多级规则缓存机制PipeCache。该机制将单个TCAM资源缓存表从逻辑上拆分为多级缓存表结构,依照软件中原始多级表的尺寸大小分配TCAM资源。根据规则命中频率和规则依赖关系下发规则到多级缓存表中,并在网络环境下实时更新,有效提高高速硬件缓存的命中率,从而提升交换机查表匹配性能。2.提出了一种基于精确和通配匹配混合的规则缓存机制MixedCache。该机制通过测量网络中流尺寸分布特征并根据参数设定区分大象流和老鼠流,分别映射到精确匹配和通配匹配表中进行查表转发。该机制能够结合两种匹配方式的优势并充分利用已部署交换机中的已有硬件资源,不需要额外进行硬件升级的情况下显著提高交换机的查表性能。3.搭建PipeCache和MixedCache两种规则缓存机制的工程实现及性能分析平台。实验结果表明,PipeCache机制相对于传统的精确匹配规则缓存机制和通配匹配规则缓存机制,缓存命中率最高分别提升18.2%和21.2%。MixedCache机制相对于传统的精确匹配规则缓存机制和通配匹配规则缓存机制,缓存命中率最高分别提升15.6%和29.69%。
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