CN103095583B - 通过芯片环回实现Openflow两级流表的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通过芯片环回实现Openflow两级流表的方法及系统，其方法包括：S1、接收并解析报文，获取包头信息及报文入端口的标签信息；S2、根据所述包头信息及标签信息在第一级流表中进行查找，以匹配相对应的流行为；S3、判断所述流行为是否为“发往第二级流表”，若是，则为所述报文入端口映射一个内部端口，并通过芯片的环回通道将报文送到芯片的入口，此时内部端口作为入端口，解析报文并在第二级流表中进行查找，匹配相对应的流行为，再执行步骤S4；若否，则直接执行步骤S4；S4、根据所述流行为相应地处理所述报文。通过构建Openflow的两级流表，在保持芯片成本的基础上，增加了流条目的数目，支持更多的流行为，且两级流表之间的定向逻辑简单。

Description

通过芯片环回实现Openflow两级流表的方法及系统

技术领域

本发明涉及网络通信领域技术，尤其涉及一种通过芯片环回实现Openflow两级流表的方法及系统。

背景技术

Openflow最早由斯坦福大学提出，用来在传统网络设备中测试、验证新的协议。如图1所示，每个Openflow交换机都有一张流表（FlowTable），进行包查找和转发。交换机可以通过Openflow协议经一个安全通道（SecureChannel）连接到外部控制器（Controller），对流表进行查询和管理。

流表是交换机进行转发策略控制的核心数据结构，包括包头域、计数器、零个或多个行为。报文的匹配字段在流表中进行查找，如果匹配成功则执行相关行为，否则通过安全通道将报文转发到控制器，控制器来决策相关行为。流表可以将包转发到一个或者多个接口。为了减低交换机的成本，并扩展其所支持的流条目的数量，OpenFlow中提出了多级流表的概念，每个流表都有编号，报文在某一个流表中处理之后可以进入后面的流表，并且每个流表可以添加流，每条流都可以有0个或多个行动。

现有技术中，已有的做法为采用划分TCAM(ternarycontentaddressablememory)来实现多级流表，然而，上述划分TCAM的方式实现的多级流表，其流表的定向会比较复杂，每添加一级流表，芯片逻辑会大量增加，需要重新设计芯片，且因无法共享，也限制了芯片的功能。

发明内容

本发明所需解决的技术问题在于提供一种通过芯片环回实现Openflow两级流表的方法，以简易地实现流表的定向。

相应地，本发明还提供一种通过芯片环回实现Openflow两级流表的系统。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：

一种通过芯片环回实现Openflow两级流表的方法，包括如下步骤：

S1、接收并解析报文，获取包头信息及报文入端口的标签信息；

S2、根据所述包头信息及标签信息在第一级流表中进行查找，以匹配相对应的流行为；

S3、判断所述流行为是否为“发往第二级流表”，若是，则为所述报文入端口映射一个内部端口，并通过芯片的环回通道将报文送到芯片的入口，此时内部端口作为入端口，再次解析报文并根据再次解析获取的包头信息和所述内部端口的标签信息在第二级流表中进行查找，匹配相对应的流行为，再执行步骤S4；若否，则直接执行步骤S4；

S4、根据所述流行为相应地处理所述报文；

其中，两级流表同时存在于TCAM中，通过流的不同的端口标签域区分所属的流表，第一级流表对应物理口的标签域，第二级流表对应内部端口的标签域。

作为本方法的进一步改进，该方法还包括：在报文发往第二级流表前对所述报文进行编辑、或者在第二级流表中对报文进行编辑。

作为本方法的进一步改进，所述第一级流表、第二级流表均支持流的统计。

作为本方法的进一步改进，所述第一级流表、第二级流表可共用处理逻辑，所述处理逻辑包括解析报文、获取端口信息、查流表、获取行为、编辑报文、转发报文。

作为本方法的进一步改进，所述步骤S4具体包括：若所述流行为为“送到物理口”，则获取报文的编辑动作，并根据该编辑动作对报文进行编辑，然后从相应的物理口转发出去；若所述流行为为“封装并转发到控制器”或“转发给本地网络线”，则将报文发送至CPU处理；若所述流行为为“从入端口发出”，则对于第一级流表，将报文从相应的入物理端口转发出去；对于第二级流表，则将报文从内部端口对应的物理口转发出去；其中，若报文需要转发到多个物理口，则将报文复制多次，并分别从所述多个物理口转发出去。

此外，本发明提供的一种通过芯片环回实现Openflow两级流表的系统，其包括：

报文解析单元，用于接收并解析报文，获取包头信息及报文入端口的标签信息；

流查找单元，用于根据所述包头信息及标签信息在第一级流表中进行查找，以匹配相对应的流行为；

报文处理单元，用于根据所述流行为相应地处理所述报文；其中，该系统还包括一行为判断单元，其用于：判断所述流行为是否为“发往第二级流表”，若是，则为所述报文入端口映射一个内部端口，并通过芯片的环回通道将报文送到芯片的入口，此时内部端口作为入端口，再次解析报文并根据再次解析获取的包头信息和所述内部端口的标签信息在第二级流表中进行查找，匹配相对应的流行为，再将该流行为发送至所述报文处理单元；若否，则直接将所述流行为发送至所述报文处理单元；

其中，两级流表同时存在于TCAM中，通过流的不同的端口标签域区分所属的流表，第一级流表对应物理口的标签域，第二级流表对应内部端口的标签域。

作为本系统的进一步改进，该系统还用于：在报文发往第二级流表前对所述报文进行编辑、或者在第二级流表中对报文进行编辑。

作为本系统的进一步改进，所述第一级流表、第二级流表均支持流的统计，所述第一级流表、第二级流表可共用处理逻辑，所述处理逻辑包括解析报文、获取端口信息、查流表、获取行为、编辑报文、转发报文。

作为本系统的进一步改进，所述报文处理单元具体用于：若所述流行为为“送到物理口”，则获取报文的编辑动作，并根据该编辑动作对报文进行编辑，然后从相应的物理口转发出去；若所述流行为为“封装并转发到控制器”或“转发给本地网络线”，则将报文发送至CPU处理；若所述流行为为“从入端口发出”，则对于第一级流表，将报文从相应的入物理端口转发出去；对于第二级流表，则将报文从内部端口对应的物理口转发出去；其中，若报文需要转发到多个物理口，则将报文复制多次，并分别从所述多个物理口转发出去。

根据以上技术方案可以看出，由于本发明通过构建Openflow的两级流表，在保持原有芯片成本的基础上，增加了流条目的数目，且支持更多的流行为，并且两级流表之间通过为第一级流表的入端口映射一个第二级流表的内部端口，在环回时将入端口间接带到第二级流表，从而实现逻辑简单的多级流表之间的定向，且易于实现。

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是现有技术中Openflow交换机系统的示意图；

图2是本发明具体实施例中通过芯片环回实现Openflow两级流表的方法的流程图；

图3是图2所示的方法的具体流程图；

图4是本发明具体实施例中通过芯片环回实现Openflow两级流表的系统的单元示意图。

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。

本发明以两级流表为例来详细介绍本发明的技术内容，当然，本发明不限于设置两级流表的方案，还可以包括任意数目的多级流表。

参图2所示，本发明具体实施方式中，一种通过芯片环回实现Openflow两级流表的方法，包括如下步骤：

S1、接收并解析报文，获取包头信息及报文入端口的标签信息；

本发明中，以芯片有48个物理口为例，此时芯片分配的物理端口号依次是0-47，系统为每个物理口分配的标签是0-47；再假设内部端口号从64开始，物理口对应的内部端口依次是64-111，这些内部端口的标签依次是64-111。所以，在第一级流表中，标签信息范围是0-47，在第二级流表中，标签信息范围是64-111。当然，在其他实施方式中，还可定义第三级、第四级、乃至其他更多数目的多级流表，并为各个流表划分一定的标签信息范围，那么即可通过标签区分端口属于哪个流表。

本实施方式中，芯片中存储两级流表的方案为：两级流表的流都保存在芯片中，通过标签区分属于哪个流表，两级流表支持的字段可以相同也可以不同，报文匹配、编辑、转发的逻辑相同。

本发明的报文从芯片的物理端口进入，解析报文后，可以获取包头信息，其中，包头域包括12个域，如表1所示，包括：进入接口（Ingress）、Ethernet源地址（Source）、目标地址（EtherDst）、类型（EtherType）、vlanid、vlan优先级（priority）、IP源地址（IPsrc）、目标地址（IPDst）、协议（IPproto）、IPToS位，TCP/UDP目标端口（SrcPort）、源端口（DstPort）。每一个域包括一个确定值或者所有值（any），更准确的匹配可以通过掩码来实现。

S2、根据所述包头信息及标签信息在第一级流表中进行查找，以匹配相对应的流行为；

本实施方式中，每个表项对应到0个或者多个行为，若没有转发行动，则默认为丢弃。多个行为的执行需要依照优先级顺序依次进行。但对包的发送不保证顺序。其中，所示流的行为包括：

1、ALL、转发到所有出口（不包括入物理端口）；

2、CONTROLLER、封装并转发给控制器；

3、LOCAL、转发给本地网络栈；

4、IN_PORT、从入口发出；

5、修改域、修改包头内容。

其他修改行为参照openflowspec。OpenFlowspec1.2中提出了多级流表的概念，每个流表都有编号，报文在某一个流表中处理之后可以进入后面的流表，每个流表可以添加流，每条流都可以有0个或多个行动。

S3、判断所述流行为是否为“发往第二级流表”，若是，则为所述报文入端口映射一个内部端口，并通过芯片的环回通道将报文送到芯片的入口，此时内部端口作为入端口，解析报文并在第二级流表中进行查找，匹配相对应的流行为（步骤S31），再执行步骤S4；若否，则直接执行步骤S4；

本实施方式中，假设报文进入的入端口的标签为12，那么在查找流表后，获得的流行为恰好为发送至第二级流表，此时，为该标签为12的入口映射一个标签为80的内部端口，此时，报文的发送路径便是12—>80，如此形成一个在芯片内部的环回，并且在内部环回时将端口信息携带到入端口处，如此，报文再一次到达便签为12的入端口后，系统还会对报文进行一次解析，并根据端口标签80和报文头部信息查询流表获取流行为，直至报文能够按照流行为以某种方式转发出去。如此，报文在第一级流表中的流表中查找时，如果没有匹配任何流，可以在下一个流表中继续匹配，而且入端口号可以携带到下一个流表。如果不进行内部环回，一般无法实现编辑报文后进入下一级流表，或者不能支持所有的匹配字段。

值得一提的是，第二级流表中的流行为，不会再出现内部环回的情况，这是由控制器添加的流所保证的。

本发明具体实施方式中，还增加了报文编辑的逻辑，具体地，该方法还包括：在报文发往第二级流表前对所述报文进行编辑、或者在第二级流表中对报文进行编辑。

S4、根据所述流行为相应地处理所述报文。

参图3所示，具体地，本实施方式中，所述步骤S4具体包括：

若所述流行为为“送到物理口”，则获取报文的编辑动作（步骤44），并根据该编辑动作对报文进行编辑（步骤45），然后从相应的物理口转发出去（步骤46）；

若所述流行为为“封装并转发到控制器”（CONTROLLER）或“转发给本地网络线”（LOCAL），则将报文发送至CPU处理（步骤42）；

若所述流行为为“从入端口发出”，则对于第一级流表，将报文从相应的入物理端口转发出去；对于第二级流表，则将报文从内部端口对应的物理口转发出去；其中，若报文需要转发到多个物理口，则将报文复制多次，并分别从所述多个物理口转发出去。

对于需要发送到第二级流表的报文，其第二级流表中还可以获取报文的编辑动作（步骤44），并根据该编辑动作对报文进行编辑（步骤45），然后从相应的物理口转发出去（步骤46）。

优选地，本发明实施例中，所述第一级流表、第二级流表可共用处理逻辑，所述处理逻辑包括解析报文、获取端口信息、查流表、获取行为、编辑报文、转发报文。

此外，在本发明的具体实施例中，若某一流表中，匹配到一条流后，可以先转发到其他物理口，最后再继续转入下一个流表；抑或，某一流表中，匹配到一条流后，可以先编辑报文，再转入下一级流表；抑或，某一流表中，匹配到一条流后，可以编辑报文，然后从多个物理口转发出去。

每一级流表支持所有的Layer2，Layer3，Layer4层匹配字段，但是也可以根据流表的不同功能选择不同的匹配域，节省芯片资源，提高流表数目，每一级都可以有较全的报文编辑动作。此外，在其他实施方式中，每一级流表还可都支持流的统计，具体地，请参表2，计数器可以针对每张表、每个流维护，用来统计流量的一些信息，例如活动表项、查找次数、发送包数等。

接下来，请参图4所示，本发明具体实施方式中，一种通过芯片环回实现Openflow两级流表的系统，其包括如下单元：

报文解析单元101，用于接收并解析报文，获取包头信息及报文入端口的标签信息；

流查找单元102，用于根据所述包头信息及标签信息在第一级流表中进行查找，以匹配相对应的流行为；

报文处理单元104，用于根据所述流行为相应地处理所述报文；

其中，该系统还包括一行为判断单元103，其用于：判断所述流行为是否为“发往第二级流表”，若是，则为所述报文入端口10映射一个内部端口20，并将该报文在所述入端口10及相对应的内部端口20间进行环回，并在报文环回后，端口20作为入端口，通过所述报文解析单元101解析报文并查找第一级流表，以匹配相对应的流行为，再将该流行为发送至所述报文处理单元104；若否，则直接将所述流行为发送至所述报文处理单元104。

在本发明某些实施例中，该系统还用于：在报文发往第二级流表前对所述报文进行编辑、或者在第二级流表中对报文进行编辑。

在本发明某些实施例中，所述第一级流表、第二级流表均支持流的统计。

在本发明某些实施例中，所述第一级流表、第二级流表可共用处理逻辑，所述处理逻辑包括解析报文、获取端口信息、查流表、获取行为、编辑报文、转发报文。此外，两级流表同时存在于TCAM中，通过流的不同的端口标签域区分所属的流表，第一级流表对应物理口的标签域，第二级流表对应内部端口的标签域。

在本发明某些实施例中，所述报文处理单元具体用于：若所述流行为为“送到物理口”，则获取报文的编辑动作，并根据该编辑动作对报文进行编辑，然后从相应的物理口转发出去；若所述流行为为“封装并转发到控制器”或“转发给本地网络线”，则将报文发送至CPU处理；若所述流行为为“从入端口发出”，则对于第一级流表，将报文从相应的入物理端口转发出去；对于第二级流表，则将报文从内部端口对应的物理口转发出去；其中，若报文需要转发到多个物理口，则将报文复制多次，并分别从所述多个物理口转发出去。

需要指明的是，本发明提供的有关通过芯片环回实现Openflow两级流表的系统或者装置实施例的具体运作方式、具体技术特征、功能、效果等，可参考上文描述的相关通过芯片环回实现Openflow两级流表的方法实施例，在此发明人不再予以赘述。

综上所述，本发明通过构建Openflow的两级流表，乃至多级流表，在保持原有芯片成本的基础上，增加了流条目的数目，且支持更多的流行为，并且两级流表之间通过为第一级流表的入端口映射一个第二级流表的内部端口，并在环回后通过端口映射携带入端口信息，从而实现逻辑简单的流表定向，易于实现。其他方案实现的多级流表，一般流表定向的顺序是固定的，不能随意指定，比如，不能流表1->流表3，流表2->流表1，而本发明用不同的内部端口号和标签域来表示不同流表，可以实现任意流表间的定向，并且，本发明在每次定向前都可以编辑报文。本发明可以充分利用以太网交换芯片高带宽、低成本的优势，实现多级openflow流表，同时，每一级流表拥有较全的匹配字段、较多的流行为，或者根据流表功能选择部分匹配字段，节省芯片资源，提高流的数目。

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 (9)

1.一种通过芯片环回实现Openflow两级流表的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1、接收并解析报文，获取包头信息及报文入端口的标签信息；

S2、根据所述包头信息及标签信息在第一级流表中进行查找，以匹配相对应的流行为；

S3、判断所述流行为是否为“发往第二级流表”，若是，则为所述报文入端口映射一个内部端口，并通过芯片的环回通道将报文送到芯片的入口，此时内部端口作为入端口，再次解析报文并根据再次解析获取的包头信息和所述内部端口的标签信息在第二级流表中进行查找，匹配相对应的流行为，再执行步骤S4；若否，则直接执行步骤S4；

S4、根据所述流行为相应地处理所述报文；

其中，两级流表同时存在于TCAM中，通过流的不同的端口标签域区分所属的流表，第一级流表对应物理口的标签域，第二级流表对应内部端口的标签域。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：在报文发往第二级流表前对所述报文进行编辑、或者在第二级流表中对报文进行编辑。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一级流表、第二级流表均支持流的统计。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一级流表、第二级流表可共用处理逻辑，所述处理逻辑包括解析报文、获取端口信息、查流表、获取行为、编辑报文、转发报文。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：

若所述流行为为“送到物理口”，则获取报文的编辑动作，并根据该编辑动作对报文进行编辑，然后从相应的物理口转发出去；

若所述流行为为“封装并转发到控制器”或“转发给本地网络线”，则将报文发送至CPU处理；

若所述流行为为“从入端口发出”，则对于第一级流表，将报文从相应的入物理端口转发出去；对于第二级流表，则将报文从内部端口对应的物理口转发出去；

其中，若报文需要转发到多个物理口，则将报文复制多次，并分别从所述多个物理口转发出去。

6.一种通过芯片环回实现Openflow两级流表的系统，其特征在于，该系统包括：

报文解析单元，用于接收并解析报文，获取包头信息及报文入端口的标签信息；

流查找单元，用于根据所述包头信息及标签信息在第一级流表中进行查找，以匹配相对应的流行为；

报文处理单元，用于根据所述流行为相应地处理所述报文；

其中，该系统还包括一行为判断单元，其用于：判断所述流行为是否为“发往第二级流表”，若是，则为所述报文入端口映射一个内部端口，并通过芯片的环回通道将报文送到芯片的入口，此时内部端口作为入端口，再次解析报文并根据再次解析获取的包头信息和所述内部端口的标签信息在第二级流表中进行查找，匹配相对应的流行为，再将该流行为发送至所述报文处理单元；若否，则直接将所述流行为发送至所述报文处理单元；

两级流表同时存在于TCAM中，通过流的不同的端口标签域区分所属的流表，第一级流表对应物理口的标签域，第二级流表对应内部端口的标签域。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，该系统还用于：在报文发往第二级流表前对所述报文进行编辑、或者在第二级流表中对报文进行编辑。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一级流表、第二级流表均支持流的统计，所述第一级流表、第二级流表可共用处理逻辑，所述处理逻辑包括解析报文、获取端口信息、查流表、获取行为、编辑报文、转发报文。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述报文处理单元具体用于：

若所述流行为为“送到物理口”，则获取报文的编辑动作，并根据该编辑动作对报文进行编辑，然后从相应的物理口转发出去；

若所述流行为为“封装并转发到控制器”或“转发给本地网络线”，则将报文发送至CPU处理；

若所述流行为为“从入端口发出”，则对于第一级流表，将报文从相应的入物理端口转发出去；对于第二级流表，则将报文从内部端口对应的物理口转发出去；

其中，若报文需要转发到多个物理口，则将报文复制多次，并分别从所述多个物理口转发出去。