CN103401783A - 实现Openflow多级流表的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种实现Openflow多级流表的方法及装置，方法包括：接收并解析报文，获取报文属性，根据报文属性进行至少一级流表的顺序查找；在顺序查找的最后一级流表完成报文匹配后，判断是否做下一级流表的匹配，若是，则通过芯片环回通道将报文送入芯片内部预留的入端口，进行下一级流表的查找；若否，则直接根据匹配到的流行为对报文进行相应的处理。本发明通过将Openflow处理机制与环回机制相结合，一次环回做多级流表匹配，减少了报文环回次数，提高可利用带宽，实现Openflow多级流表匹配，加快了报文的查找速度，利于报文的转发，并且可以满足日益增长的网络应用的需求。

Description

实现Openflow多级流表的方法及装置

技术领域

本发明涉及网络通信领域，尤其是涉及一种通过环回及Openflow处理机制的结合实现Openflow多级流表查找匹配的方法及装置。

背景技术

Openflow是交换机进行转发策略控制的核心数据结构，Openflow交换机是整个Openflow网络的核心部件之一，主要管理数据层的转发。每个Openflow交换机都有一张流表，进行包查找和转发。进入交换机的数据包通过查询流表来获得转发的目的端口：Openflow交换机接收到数据包后，首先在本地的流表上查找转发目标端口，如果没有匹配，则把数据包转发给控制器(Controller)，由控制层决定转发端口。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，在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，为了提高系统的灵活性，往往通过TCAM(ternary contentaddressable memory)表的形式构建多级流表，但是在ASIC(ApplicationSpecific 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，而且该方法也只能实现有限级流表的查找，所以也无法满足日益增长的网络应用需求。因此，本申请人在发明专利申请号为2012104455399、名称为通过芯片环回实现Openflow两级流表的方法及系统中，提出了一种通过环回机制实现Openflow两级流表转发的方法。如图1所示，其根据接收到的报文信息在第一级流表中进行查找，以匹配相对应的流行为，然后判断所述流行为是否发往第二级流表，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，再根据所述流行为相应地处理所述报文；若否，则直接执行根据所述流行为处理所述报文。

上述方法虽然使得报文在Openflow中的查找匹配易于实现，然由于环回一次会占用一半的带宽，环回回来的报文也会占用信道带宽，若用该方法实现多级流表查找，就需要进行多次环回，环回次数越多，环回的报文占用带宽就越多，这样则会降低报文的查找速度而不利于报文的转发，因此该方法一般只适用于报文在两级流表中的查找，难以满足现今网络通信的发展需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种通过环回及顺序机制相结合的报文转发方法及装置，报文经至少两级的流表顺序查找匹配后，通过预留的内部环回通道进入芯片的入端口，实现Openflow多级流表查找。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种实现Openflow多级流表的方法，包括以下步骤：

第一步，接收并解析报文，获取报文属性，根据报文属性进行至少一级流表的顺序查找；

第二步，在顺序查找的最后一级流表完成报文匹配后，判断是否做下一级流表的匹配，若是，则通过芯片环回通道将报文送入芯片内部预留的入端口，进行下一级流表的查找；若否，则直接进入第三步；

第三步，根据匹配到的流行为对报文进行相应的处理。

优选地，所述报文属性包括地址信息，入口信息，包头信息及报文入端口的标签信息。

在顺序查找中，每级流表的处理逻辑相同：在每级流表中均先查找匹配相应的流行为，然后再判断所述流行为是否为进行下一级流表匹配，若是，则进行下一级流表的顺序匹配，若否，则直接进入上述第三步。

每级流表均支持流的统计。

所述流行为包括转发到所有出口，封装并转发给控制器，转发给本地网络栈，从入口发出，修改域。

本发明的另一目的还在于提供一种实现Openflow多级流表的装置，包括报文解析单元、顺序查找单元和报文处理单元，其中，报文解析单元用于对接收到的报文进行解析，以获取报文属性；顺序查找单元用于将报文按序进行流表匹配；所述报文处理单元用于根据流行为对报文进行相应的处理或通过环回通道将报文环回后继续进行下一级流表的匹配。

优选地，所述顺序查找单元包括复数个流查找单元和复数个行为判断单元，所述流查找单元用于在每级流表中进行报文的查找匹配，并得到相应的流行为；所述行为判断单元用于判断查找匹配的流行为是否为进行下一级流表匹配，若是，则进行下一级流表的顺序匹配或通过环回通道将报文环回后进行下一级流表的匹配，若否，则直接根据流行为对报文进行相应的处理。

所述报文属性包括地址信息，入口信息，包头信息及报文入端口的标签信息。

所述流行为包括转发到所有出口，封装并转发给控制器，转发给本地网络栈，从入口发出，修改域。

每级流表均支持流的统计。

本发明的有益效果是：本发明将环回机制与顺序匹配方式结合，报文按顺序匹配机制进行至少一级流表匹配后，再通过环回通道进行下一级流表的查找匹配，一次环回做多次流表匹配，降低了报文环回次数，减少了环回报文占用的带宽，提高了报文查找速度，易于实现报文转发；另外在控制芯片成本的基础上，可以适当增加芯片的硬件资源(如TCAM表)来增加顺序查找中的流表数，适用多级流表的查找匹配，易于满足网络通信的发展需求。

附图说明

图1是现有技术中通过环回实现Openflow两级流表的流程示意图；

图2是本发明通过环回与顺序机制的结合实现Openflow多级流表的流程示意图；

图3是本发明具体实施例中实现Openflow多级流表的流程示意图；

图4是本发明通过环回与顺序机制的结合实现Openflow多级流表处理装置的模块示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图2所示，本发明揭示了一种实现Openflow多级流表的方法，包括：接收并解析报文，获取报文属性，根据报文属性进行至少一级流表的顺序查找；在顺序查找的最后一级流表完成报文匹配后，判断是否做下一级流表的匹配，若是，则通过芯片环回通道将报文送入芯片内部预留的入端口，进行下一级流表的查找；若否，则直接根据匹配到的流行为对报文进行相应的处理。

具体来说，Openflow交换机接收报文后，解析得到报文属性，这些属性包括报文地址信息、入口信息、包头信息及报文入端口的标签信息。获取到报文属性后，开始根据报文属性按序匹配流表，按照优先级依次来匹配流表项，第一个被匹配的表项将会被使用即为匹配结果。一旦匹配成功，流表中对应的计数器将更新；如果没能找到匹配的表项，则将报文转发给控制器。在顺序查找中，每级流表的处理逻辑相同：均是在流表中进行报文的匹配查找后，根据查找匹配到的流行为，判断是否进行下一级流表匹配，若是，则继续进行下一级流表的匹配，若否，则执行匹配到的相应流行为。

下面以进行两级流表顺序查找匹配后，通过环回通道实现Openflow多级流表查找为例，介绍本发明的技术内容。如图3所示，Openflow交换机接收并解析报文之后，得到报文属性，根据报文属性在第一级流表中进行查找，根据匹配结果，判断匹配到的流行为是否为进行下一级流表匹配，若是，则继续进行下一级流表匹配，若否，则根据匹配到的流行为对报文进行相应的处理。在第二级流表中重复第一级流表的处理逻辑。在完成第一级流表和第二级流表匹配后，按照匹配结果，选择性通过芯片环回通道，进入芯片内部预留的入端口，报文则在完成环回后进行下一轮的流表匹配，或者完成顺序查找后直接处理在第一级和第二级流表中匹配到的流行为。

该实施例中一次环回可以实现四级流表匹配，以后每增加一次环回则增加两级查找流表数。当然，还可以通过增加硬件资源，增加顺序查找中的流表数，这样报文一次环回就可以进行多级顺序流表的查找匹配，减少了报文环回次数，可以满足日益增长的网络应用需求。

其中，多级流表中的每个流表都有相应的编号，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，每条流都可以有零个或多个行为，其中，Openflow标准中定义的流行为包括转发到所有出口，封装并转发给控制器，转发给本地网络栈，从入口发出，修改域，其中，转发到所有出口将报文转发到不包括入物理端口的所有出口，封装并转发给控制器将报文封装并转发给控制器，转发给本地网络栈将报文转发给本地网络栈，从入口发出将报文从入口发出；修改域为修改报文的包头内容。其他修改行为参照Openflow标准。

综上所述，本发明通过增加硬件资源来增加顺序查找中的流表数，并且结合报文环回，一方面增加了报文查找匹配的流表级，另一方面又减少了报文环回次数，从而减少了环回报文占用的带宽。在现有通过环回实现多级流表查找的方法中，假如需要实现3级流表查找，则需要进行两次报文环回，假设报文发送带宽为6兆，则两次环回所占用的带宽则为4兆，实际用于报文发送的带宽只有2兆，大大减慢了报文的查找及转发速度，而本发明中，假如顺序流表中的流表数为2，则报文只需进行一次环回即可实现报文3级查找，占用带宽为3兆，用于发送报文的带宽则为3兆，与进行两次环回的转发带宽相比，本发明顺序流表与环回查找方式的结合，减少了环回报文占用的带宽，而且也增加了查找的流表级数，能够满足日益增长的网络应用的需求。

本发明还揭示了一种实现Openflow多级流表的装置，包括报文解析单元，顺序查找单元和报文处理单元，其中，报文解析单元用于对接收到的报文进行解析，以获取报文属性，所述报文属性包括地址信息，入口信息，包头信息及报文入端口的标签信息。

所述顺序查找单元用于将报文按序进行流表匹配，包括复数个流查找单元和复数个行为判断单元，所述流查找单元用于在每级流表中进行报文的查找匹配，并得到相应的流行为；所述行为判断单元用于判断查找匹配的流行为是否为进行下一级流表匹配，若是，则进行下一级流表的顺序匹配或通过环回通道将报文环回后进行下一级流表的匹配，若否，则直接根据流行为对报文进行相应的处理。

在顺序查找的每级流表中均包括一个流查找单元和一个行为判断单元，每级流表的处理逻辑相同，且均支持流的统计。

所述报文处理单元用于根据流行为对报文进行相应的处理或通过环回通道将报文环回后继续进行下一级流表的匹配。

如图4所示，报文经芯片物理端口进入芯片内部的报文解析单元，经解析后得到报文属性。解析完成后的报文进入顺序查找单元，进行至少一级流表的匹配，根据流表优先级，按序进入顺序查找单元中的流查找单元和行为判断单元，根据行为判断单元中的判断结果，将报文送入报文处理单元中进行处理，或将报文送入下一级流表中的流查找单元进行流表查找，报文处理单元直接执行匹配到的流行为或经过环回通道将报文环回到芯片的入端口。

本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种实现Openflow多级流表的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，接收并解析报文，获取报文属性，根据报文属性进行至少一级流表的顺序查找；

第二步，在顺序查找的最后一级流表完成报文匹配后，判断是否做下一级流表的匹配，若是，则通过芯片环回通道将报文送入芯片内部预留的入端口，进行下一级流表的查找；若否，则直接进入第三步；

第三步，根据匹配到的流行为对报文进行相应的处理。

2.根据权利要求1所述的实现Openflow多级流表的方法，其特征在于，所述报文属性包括地址信息，入口信息，包头信息及报文入端口的标签信息。

3.根据权利要求1所述的实现Openflow多级流表的方法，其特征在于，在顺序查找中，每级流表的处理逻辑相同，所述处理逻辑为：在每级流表中均先查找匹配相应的流行为，然后再判断所述流行为是否为进行下一级流表匹配，若是，则进行下一级流表的顺序匹配，若否，则直接进入所述第三步。

4.根据权利要求1所述的实现Openflow多级流表的方法，其特征在于，每级流表均支持流的统计。

5.根据权利要求1所述的实现Openflow多级流表的方法，其特征在于，所述流行为包括转发到所有出口，封装并转发给控制器，转发给本地网络栈，从入口发出，修改域。

6.一种实现Openflow多级流表的装置，其特征在于，包括报文解析单元、顺序查找单元和报文处理单元，其中，报文解析单元用于对接收到的报文进行解析，以获取报文属性；顺序查找单元用于将报文按序进行流表匹配；所述报文处理单元用于根据流行为对报文进行相应的处理或通过环回通道将报文环回后继续进行下一级流表的匹配。

7.根据权利要求6所述的实现Openflow多级流表的装置，其特征在于，所述顺序查找单元包括复数个流查找单元和复数个行为判断单元，所述流查找单元用于在每级流表中进行报文的查找匹配，并得到相应的流行为；所述行为判断单元用于判断查找匹配的流行为是否为进行下一级流表匹配，若是，则进行下一级流表的顺序匹配或通过环回通道将报文环回后进行下一级流表的匹配，若否，则直接根据流行为对报文进行相应的处理。

8.根据权利要求6所述的实现Openflow多级流表的装置，其特征在于，所述报文属性包括地址信息，入口信息，包头信息及报文入端口的标签信息。

9.根据权利要求6所述的实现Openflow多级流表的装置，其特征在于，所述流行为包括转发到所有出口，封装并转发给控制器，转发给本地网络栈，从入口发出，修改域。

10.根据权利要求6所述的实现Openflow多级流表的装置，其特征在于，每级流表均支持流的统计。

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