CN102957603A

CN102957603A - 基于多级流表的Openflow报文转发方法及系统

Info

Publication number: CN102957603A
Application number: CN2012104455971A
Authority: CN
Inventors: 方沛昱; 廖继平; 张卫峰
Original assignee: Centec Networks Suzhou Co Ltd
Current assignee: Centec Networks Suzhou Co Ltd
Priority date: 2012-11-09
Filing date: 2012-11-09
Publication date: 2013-03-06

Abstract

本发明提供一种基于多级流表的Openflow报文转发方法及系统，其方法包括：至少构建依次串行设置的第一、第二、第三级流表，其中，第一、第二级流表以TCAM表的形式构建，第三级流表以哈希表的形式构建，所述第一、第二、第三级流表可单独使用、或组合使用，并基于此三级流表进行报文的转发动作的查找，之后根据转发动作进行报文转发，本发明由于第一级流表到第三级流表是由粗到细粒度的控制，故第三级流表采用哈希表的形式，可使得第三级流表获取更多的流条目，与此同时，系统成本也得以控制。

Description

基于多级流表的Openflow报文转发方法及系统

技术领域

本发明涉及网络通信领域技术，尤其涉及一种基于多级流表的Openflow报文转发方法及系统。

背景技术

Openflow是目前在SDN（Software Defined Networking）网络中最主要的一种方案。为了获得更多的流条目数，Openflow交换机系统中根据Openflow的规范要求往往支持多级流表，多级流表是指一个进入Openflow交换机的报文可以根据不同的字段在不同的流表中进行查找，并且前一级流表的结果可以影响后一级流表的查表过程。

现有技术中，为了提高系统的灵活性，往往通过TCAM（ternary content addressable memory）表的形式构建多级流表，但是在ASIC（Application Specific Integrated Circuit）设计过程中，若为了获得更多的流表条目，势必需要增加TCAM表的数目，而由于TCAM的成本较高，给整个系统的成本带来了负担，显然，这是不切实际的。

发明内容

本发明所需解决的技术问题在于提供一种基于多级流表的Openflow报文转发方法，以较低成本实现Openflow多级流表的报文转发机制。

相应地，本发明还提供一种基于多级流表的Openflow报文转发系统。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：

一种基于多级流表的Openflow报文转发方法，包括如下步骤：

S1、至少构建依次串行设置的第一、第二、第三级流表，其中，第一、第二级流表以TCAM表的形式构建，第三级流表以哈希表的形式构建，所述第一、第二、第三级流表可单独使用、或组合使用；

S2、接收报文并确定该报文所需查找的流表；若该报文只需查找一级流表，则根据报文内容在对应的第一、或第二、或第三级流表中查找并获得相应的报文转发动作；若该报文需要查找多级流表，则按照所述各级流表的先后次序分别进行查找，并且在前一级流表中获取可作为后一级流表输入的一中间参数，直至根据报文内容查找得到该报文相应的报文转发动作；

S3、根据所述报文转发动作转发相应的报文。

作为本发明的进一步改进，所述第三级流表应用Openflow的通用转发处理流程，其可作为独立的通用转发处理单元使用。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中的“多级流表的查找”包括第一、第二级流表的查找、或者第二、第三级流表的查找、或者第一、第三级流表的查找、或者第一、第二、第三级流表的查找，上述查找必须按照流表的先后次序进行。

作为本发明的进一步改进，所述中间参数包括用于后一级流表查找的串比特位，在需要进入第三级流表时，所述中间参数还包括指定的转发表类型、报文的查找内容。

作为本发明的进一步改进，所述转发表类型包括二层转发表、或三层转发表、或其他类型转发表，所述第三级流表中设置默认转发动作。

相应地，本发明提供的一种基于多级流表的Openflow报文转发系统，其包括：

流表构建单元、用于至少构建依次串行设置的第一、第二、第三级流表，其中，第一、第二级流表以TCAM表的形式构建，第三级流表以哈希表的形式构建，所述第一、第二、第三级流表可单独使用、或组合使用；

动作查找单元、用于接收报文并确定该报文所需查找的流表；若该报文只需查找一级流表，则根据报文内容在对应的第一、或第二、或第三级流表中查找并获得相应的报文转发动作；若该报文需要查找多级流表，则按照所述各级流表的先后次序分别进行查找，并且在前一级流表中获取可作为后一级流表输入的一中间参数，直至根据报文内容查找得到该报文相应的报文转发动作；

报文转发单元、用于根据所述报文转发动作转发相应的报文。

作为本发明的进一步改进，所述动作查找单元中的“多级流表的查找”包括第一、第二级流表的查找、或者第二、第三级流表的查找、或者第一、第三级流表的查找、或者第一、第二、第三级流表的查找，上述查找必须按照流表的先后次序进行。

根据以上技术方案可以看出，本发明通过构建包括两级TCAM表、一级哈希表的多级流表，并基于此三级流表进行报文的转发，由于第一级流表到第三级流表是由粗到细粒度的控制，采用哈希表的形式，可使得第三级流表获取更多的流条目，与此同时，系统成本也得以控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施例或现有技术的技术方案，下面将对本发明具体实施例或现有描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下述附图仅为本发明的一部分附图，对于本领域普通技术人员而言，在不作出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施方式中基于多级流表的Openflow报文转发方法的流程图；

图2是本发明具体实施方式中多级流表的示意图；

图3是本发明具体实施方式中基于多级流表的Openflow报文转发系统的单元示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，基于本发明的各实施例，本领域的普通技术人员在未作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，均应包含在本发明的保护范围内。

参图1所示，在本发明一具体实施方式中，一种基于多级流表的Openflow报文转发方法，其包括如下步骤：

S1、至少构建依次串行设置的第一、第二、第三级流表，其中，第一、第二流表以三态内容寻址存储器（ternary content addressable memory，TCAM）的形式构建，以提供高的灵活性；第三级流表以哈希表（HASH）的形式构建，以提供较大的流表条目数。

在实际应用中，多级流表往往实现对流的一个逐步细分处理。上一级流表中的一个条目往往对应了下一级流表中的多个条目，从控制的粒度上来说是从粗到细的一个过程。本发明中，前两级流表其主要作用是对流进行一个粗粒度的控制，要求有高的灵活性，但是对流表大小的要求并不是非常高，因此，本发明方案中前两级流表通过TCAM实现。第三级流表由于是最细粒度的控制，相对来说这一级流表查找所使用的关键字段比较固定，但是对流表的大小却有比较高的要求，基于这个特点，本发明的第三级流表通过哈希表实现。

S2、接收报文并确定该报文所需查找的流表；若该报文只需查找一级流表，则根据报文内容在对应的第一、或第二、或第三级流表中查找并获得相应的报文转发动作；若该报文需要查找多级流表，则按照所述各级流表的先后次序分别进行查找，并且在前一级流表中获取可作为后一级流表输入的一中间参数（metadata），直至根据报文内容查找得到该报文相应的报文转发动作；

在本发明的实施例中，上述各级流表在进行报文的转发动作的查找时，可分别单独使用（即只需要在第一级、或者第二级、或者第三级流表中查找，即可完成报文转发动作），也可以上述多级流表之间的任意组合来使用，具体地，本发明包括下述实施方式：进行第一、第二级流表的查找（首先进入第一级流表，再判断下一步流表为第二级流表后，进入第二级流表，在查找到转发动作后结束）、或者进行第二、第三级流表的查找（首先进入第二级流表，再判断下一步流表为第三级流表后，进入第三级流表，在查找到转发动作后结束）、或者进行第一、第三级流表的查找（首先进入第一级流表，再判断下一步流表为第三级流表后，跳过第二级流表的查找，直接进入第三级流表，在查找到转发动作后结束）、或者进行第一、第二、第三级流表的查找，但是，上述三者之间的先后顺序不能颠倒，如可直接在进行了第一级流表的查找后进行第三级流表的查找，不可在进行第二级流表的查找后在回到第一级流表的查找。此外，本发明所述的第一、第二级流表的查找可无结果，第三级流表的查找则必须有结果，为了保证第三级流表的查找必定存在结果，本发明具体实施方式通过为第三级流表设置默认条目（即在未匹配成功时，自动将报文按照默认条目中的转发行为进行转发报文）来实现。

图2所示的为本发明流表查找的一典型实施例，其中，三级流表都被使用，报文从第一级流表进入，并产生一中间参数，再进入第二级流表，并再次产生一中间参数，之后再进入第三级流表的查找，并在第三级流表中查找得到实际的报文转发动作，本发明其他的实施例未进行一一图示，请结合全文内容进行理解。本发明的其他实施方式中，还可设置大于两个的任意数目的TCAM表（但是也需考量成本），但是，鉴于多级流表由粗到细的粒度，最后一级流表在最优地方式下，最好还是采用哈希表来实现。

具体地，在需要进行多个流表的查找时，上一级流表中产生的中间参数可直接影响下一级流表的查表，然，在只需要进行单个流表的查找时，如只需进行第三级流表的查找，那么其输入参数从报文接收端口上的配置获取。本发明中，上述中间参数主要包括用于下一级流表查找的串比特位，在需要进入第三级流表时，中间参数还包括指定的转发表类型（如二层转发表、三层转发表、或其他类型的转发表等）、报文的查找内容（用报文的什么内容进行查找，如目的MAC或目的IP等），关于这方面的技术皆为本领域普通技术人员所熟悉的技术，具体细节本文不再作介绍。

S3、根据所述报文转发动作转发相应的报文。

本发明通过构建包括两级TCAM表、一级哈希表的多级流表，并基于此三级流表进行报文的转发，由于第一级流表到第三级流表是由粗到细粒度的控制，采用哈希表的形式，可使得第三级流表获取更多的流条目，与此同时，系统成本也得以控制。

值得一提的是，由于Openflow交换机定义了混合模式，其要求能够同时支持Openflow的多级流表处理流程和通用转发（二层、三层等）处理流程。而在现有技术中，单纯以TCAM表形式构建的多级流表不易实现混合模式。于本发明中，上述第三级流表应用Openflow的通用转发处理流程，其可作为独立的通用转发处理单元使用，此时，第三级流表如何查找不是由前一级流表决定，而是完全由通用转发处理流程来决定。基于上述方案，可非常方便地实现Openflow交换机的混合模式。

相应地，请参图3所示，在本发明具体实施方式中，一种基于多级流表的Openflow报文转发系统，其包括：

流表构建单元10、用于至少构建依次串行设置的第一、第二、第三级流表，其中，第一、第二级流表以TCAM表的形式构建，第三级流表以哈希表的形式构建，所述第一、第二、第三级流表可单独使用、或组合使用；

动作查找单元20、用于接收报文并确定该报文所需查找的流表；若该报文只需查找一级流表，则根据报文内容在对应的第一、或第二、或第三级流表中查找并获得相应的报文转发动作；若该报文需要查找多级流表，则按照所述各级流表的先后次序分别进行查找，并且在前一级流表中获取可作为后一级流表输入的一中间参数，直至根据报文内容查找得到该报文相应的报文转发动作；

报文转发单元30、用于根据所述报文转发动作转发相应的报文。

于本发明中，上述三级流表可以独立使用，也可以结合使用，但是其顺序不能发生变化。可以有下边几种使用情况：1->2->3->结束，1->2->结束，1->3->结束，2->3->结束，1->结束，2->结束，3->结束。

上述各使用情况中，如果是后一级的流表，其输入参数从上一级流表获得，比如1->3->结束，第三级流表的输入参数从第一级流表产生，并且跳过了第二级流表的查找；如果是第一个查找的流表，其输入参数从报文接收端口上的配置获取，比如3->结束，这时候仅仅使用了第三级流表，其输入参数直接从端口获得。

在本发明某些实施方式中，所述第三级流表应用Openflow的通用转发处理流程，其可作为独立的通用转发处理单元使用。基于此，可非常方便地实现Openflow交换机的混合模式。

在本发明某些实施方式中，所述动作查找单元中的“多级流表的查找”包括第一、第二级流表的查找、或者第二、第三级流表的查找、或者第一、第三级流表的查找、或者第一、第二、第三级流表的查找，上述查找必须按照流表的先后次序进行。

在本发明某些实施方式中，所述中间参数包括用于后一级流表查找的串比特位，在需要进入第三级流表时，所述中间参数还包括指定的转发表类型、报文的查找内容。

在本发明某些实施方式中，所述转发表类型包括二层转发表、或三层转发表、或其他类型转发表，所述第三级流表中设置默认转发动作。

值得一提的是，本发明提供的有关基于多级流表的Openflow报文转发系统的实施例的具体运作方式、具体技术特征、相关原理、效果等，可参考上文描述的相关基于多级流表的Openflow报文转发方法的具体实施例，在此发明人不再予以赘述。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于多级流表的Openflow报文转发方法，其特征在于，包括如下步骤：

S3、根据所述报文转发动作转发相应的报文。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三级流表应用Openflow的通用转发处理流程，其可作为独立的通用转发处理单元使用。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中的“多级流表的查找”包括第一、第二级流表的查找、或者第二、第三级流表的查找、或者第一、第三级流表的查找、或者第一、第二、第三级流表的查找，上述查找必须按照流表的先后次序进行。

4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述中间参数包括用于后一级流表查找的串比特位，在需要进入第三级流表时，所述中间参数还包括指定的转发表类型、报文的查找内容。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转发表类型包括二层转发表、或三层转发表、或其他类型转发表，所述第三级流表中设置默认转发动作。

6.一种基于多级流表的Openflow报文转发系统，其特征在于，其包括：

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第三级流表应用Openflow的通用转发处理流程，其可作为独立的通用转发处理单元使用。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述动作查找单元中的“多级流表的查找”包括第一、第二级流表的查找、或者第二、第三级流表的查找、或者第一、第三级流表的查找、或者第一、第二、第三级流表的查找，上述查找必须按照流表的先后次序进行。

9.根据权利要求6或7或8所述的系统，其特征在于，所述中间参数包括用于后一级流表查找的串比特位，在需要进入第三级流表时，所述中间参数还包括指定的转发表类型、报文的查找内容。

10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述转发表类型包括二层转发表、或三层转发表、或其他类型转发表，所述第三级流表中设置默认转发动作。