CN105591909A - 提高报文转发性能的方法以及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种提高报文转发性能的方法以及装置，其中该方法包括：接收到报文后，根据所述报文的匹配信息在快转信息表项中进行匹配；若所述报文未命中所述快转信息表项，将所述报文与所述SDN转发设备预存的多级流表进行匹配；当所述报文命中所述多级流表的多个流表项时，将所述报文的匹配信息以及所述多个流表项的动作集合添加至所述快转信息表项中。本发明可大幅提高了报文的转发速率。

Description

提高报文转发性能的方法以及装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种提高报文转发性能的方法以及装置。
背景技术
流表(Flow-Table)是OpenFlow转发的基础，流表可串联为多级流表，每级流表由多个流表项组成。
如图1所示，当SDN转发设备上存在多级流表时，会出现有的流表项的匹配项为五元组的至少一项，那么，匹配上该流表项的报文流中的非首报文可以按照多级流表中匹配到的快转流表项进行快转处理；有的流表项的匹配域不是五元组的任意一项或组合，该报文则可以按照多级流表中匹配到的普通流表进行普转处理。
然而，在多级流表存在的情况下，由于报文需要在快转流表和普通流表之间不断切换匹配，即：如图1中需要多次匹配快转流表，进而导致SDN转发设备的转发性能受限。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种提高报文转发性能的方法以及装置。
本发明提供一种提高报文转发性能的方法，应用于开放流SDN转发设备，其中该方法包括：
接收到报文后，根据所述报文的匹配信息在快转信息表项中进行匹配；
若所述报文未命中所述快转信息表项，将所述报文与所述SDN转发设备预存的多级流表进行匹配；
当所述报文命中所述多级流表的多个流表项时，将所述报文的匹配信息以及所述多个流表项的动作集合添加至所述快转信息表项中。
本发明还提供一种提高报文转发性能的装置，应用于SDN转发设备，该装置包括：
第一匹配单元，用于接收到报文后，根据所述报文的匹配信息在快转信息表项中进行匹配；
第二匹配单元，用于在所述报文未命中所述快转信息表项时，将所述报文与所述SDN转发设备预存的多级流表进行匹配；
添加单元，用于当所述报文命中所述多级流表的多个流表项时，将所述报文的匹配信息以及所述多个流表项的动作集合添加至所述快转信息表项中。
本发明提供的提高报文转发性能的方法以及装置，当根据接收的报文的匹配信息未命中预存的快转信息表项时，将报文与OpenFlow设备预存的多级流表进行匹配，并在该报文命中所述多级流表的多个流表项时，将报文的匹配信息以及多个流表项的动作集合添加至所述快转信息表项中，以使后续接收到与该报文为同一条报文流的非首报文时，可根据该快转信息表项中的动作集合处理非首报文，无需再次将非首报文与多级流表依次进行匹配，进而大幅提高了报文的处理效率。
附图说明
图1是本发明现有技术中一种报文多级流表处理流程示意图；
图2是本发明实施例中一种提高报文转发性能的方法应用场景示意图；
图3是本发明实施例中一种提高报文转发性能的方法流程示意图；
图4是本发明实施例中一种提高报文转发性能的装置的逻辑结构示意图；
图5是本发明实施例中提高报文转发性能的装置所在SDN转发设备的硬件架构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图对本申请方案做进一步的详细说明。
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种提高报文转发性能的方法以及装置。
图2示出了本发明提供的提高报文转发性能的方法所应用的网络环境示意图，该网络环境可以是SDN(SoftwareDefinedNetwork，软件定义网络)环境等，包括控制器200以及多个SDN转发设备Ra201、Rb202。
请参考图3，为本发明提供的提高报文转发性能的方法的处理流程示意图，该提高报文转发性能的方法可应用于SDN转发设备，该SDN转发设备可以是OpenFlow路由器、OpenFlow交换机等OpenFlow设备，以SDN转发设备为OpenFlow设备为例，该提高报文转发性能的方法包括以下步骤：
步骤301，接收到报文后，根据所述报文的匹配信息在快转信息表项中进行匹配；
本发明实施例中的控制器与具有多级流表的OpenFlow设备建立OpenFlow连接之后，控制器可以通过向OpenFlow设备下发流表能力集请求报文(例如，Table-feature-request报文)的方式来获取OpenFlow设备的各个流表的流表能力。
该流表能力用于表征OpenFlow设备的流表是否具有快转(快速转发)的能力，若流表具有快转的能力，说明该流表为快转流表，若流表不具有快转的能力，说明该流表为普通流表。
OpenFlow设备在接收到控制器下发的Table-feature-request报文后，将自身的各个流表是否具有快转能力的情况发送至控制器，以使控制器可以区分OpenFlow设备的各个流表是快转流表还是普通流表。
控制器根据获取的OpenFlow设备的各流表是否具有快转能力的情况对OpenFlow设备的各流表进行标记，即：将具有快转能力的流表标记为快转流表，将不具有快转能力的流表标记为普通流表(也可以仅对快转流表进行标记)。
在控制器需要对OpenFlow设备下发流表项时，若所要下发的流表项的匹配域为五元组信息的至少一项，可以根据事先获取的各流表的流表能力将该流表项下发至OpenFlow设备的快转流表中；若所要下发的流表项的匹配域为五元组信息的至少一项以及其他匹配信息，或者所要下发的流表项的匹配域不包括五元组信息的任意一项，根据事先获取的各流表的流表能力将该流表项下发至OpenFlow设备的普通流表中。
相应地，在OpenFlow设备接收到控制器下发的流表项后，则可以将匹配域为五元组信息的至少一项的流表项添加至多级流表的快转流表中；将匹配域为五元组信息的至少一项以及其他匹配信息，或者匹配域不包括五元组信息的任意一项的流表项添加至多级流表的普通流表中。
本发明实施例提供的具有多级流表的OpenFlow设备在接收到报文后，首先获取该报文五元组信息，并将该五元组信息根据哈希算法进行计算，得到该五元组信息哈希值。之后，将该五元组信息哈希值作为报文的匹配信息与预存的快转信息表项进行匹配，查找快转信息表项中是否具有与该报文的五元组信息哈希值对应的快转信息。
其中，该快转信息表项可以是快转cache表项，该快转信息表项中的快转信息为OpenFlow设备在接收到首报文后，根据首报文所匹配的多个流表项中的动作信息和/或流表项ID组成的动作集合，以及与该首报文的匹配信息(五元组信息哈希值)生成的对应关系信息。
步骤302，若所述报文未命中所述快转信息表项，将所述报文与所述OpenFlow设备预存的多级流表进行匹配；
若在快转信息表项中未匹配到具有与该报文五元组信息哈希值对应的快转信息，即：该报文未命中该快转信息表项，说明该报文为首报文，可以将该报文依次与该OpenFlow设备预存的多级流表进行匹配。
步骤303，当所述报文命中所述多级流表的多个流表项时，将所述报文的匹配信息以及所述多个流表项的动作集合添加至所述快转信息表项中。
在报文命中OpenFlow设备的多个流表中的多个流表项时，依次判断该报文命中的流表项是快转流表中的流表项，还是普通流表中的流表项，即：在该报文所命中的流表项中的匹配域是五元组信息的至少一项时，确定该报文所命中的流表项是快转流表中的快转流表项；在该报文所命中的流表项中的匹配域是五元组信息的至少一项以及其他匹配信息，或者不包括五元组信息的任意一项时，可以确定该报文所命中的流表项是普通流表中的普通流表项。
在该报文命中的流表项是快转流表中的快转流表项时，获取快转流表项中的动作信息，将该动作信息添加至快转信息表项中的动作域中。在该报文命中的流表项是普通流表中的普通流表项时，获取被命中的普通流表项的流表项ID，将该流表项ID添加至快转信息表项中的动作域中。该流表项ID为可以索引到某个流表的某条流表项的索引信息，例如多级流表中的第一个流表的第一条流表项的流表项ID可以是：Table1-Flow-entry1。
对于在接收的报文命中OpenFlow设备多个流表的多个流表项的情况，在将快转流表项中的动作信息或者普通流表项的流表项ID添加至快转信息表项中的动作域中时，可以按照报文所命中的流表项的顺序依次将所命中的流表项的动作信息或者流表项ID添加至快转信息表项中的动作域中。
在匹配完所有的流表项后，将依次添加至快转信息表项中的动作域中的动作信息和/或流表项ID作为该快转信息中的动作集合。
并且，将该报文的五元组信息根据哈希算法计算后得到的五元组信息哈希值(报文的匹配信息)添加至该快速转发表项中与该动作域对应的匹配域，以使后续在接收到与该报文为同一条报文流的非首报文(与首报文的五元组信息一致的报文)时，可以根据该快转信息表项中动作域的动作集合处理接收到的非首报文，无需再次进行对非首报文进行多级流表的匹配。
另外，在步骤301中根据报文的匹配信息在快转信息表项中进行匹配后，若该报文命中了快转信息表项，可以确定该报文为非首报文，则按照该非首报文所命中的快转信息表项中对应的动作集合处理该非首报文，避免了对非首报文再次进行多级流表的多次匹配，进而大幅提高报文的转发效率。
具体在对命中快转信息表项的非首报文根据动作集合中的动作信息或者流表项ID进行处理时，若所执行的处理动作为动作集合中的动作信息，可以按照动作信息相应处理该报文，若所执行的处理动作为动作集合中的流表项ID，则将该非首报文根据该流表项ID进一步匹配与该流表项ID对应的流表项，并执行与该流表项ID对应的流表项中对应的动作信息。
以下结合图2对本发明进行进一步地举例说明。
假设，具有多级流表的OpenFlow设备Ra201预存的流表为：Table1、Table2以及Table3，其中Table1以及Table2为快转流表，Table3为普通流表。Table1以及Table2的所有流表项的匹配域均为五元组信息的至少一项，而Table3的所有流表项的匹配域则为五元组信息的任意项以及其他的匹配信息，或者，不包括五元组信息的任意项。如表1、2、3所示：
流表项ID 匹配信息 动作信息
Table1-Flow-entry1 源IP：10.10.10.10 Remark dscp23
Table1-flow-entry2 目的IP：20.20.20.20 Clear-Actions
表1
流表项ID 匹配信息 动作信息
Table2-Flow-entry1 目的IP：11.11.11.11 Write-MetaData
Table2-flow-entry2 源IP：21.21.21.21 Write-Actions
表2
流表项ID 匹配信息 动作信息
Table3-Flow-entry1 Dscp(23) OutPut(GE1/0/1)
Table3-flow-entry2 源端口号10、Dscp(23) OutPut(GE1/0/2)
表3
表1示出了快转流表Table1的流表项，表2示出了快转流表Table2的流表项、表3示出了普通流表Table3的流表项，仅是为进一步理解本发明的示例，并不用于限制本发明实施例中各流表项的具体内容。
假设，本发明实施例中预存的快转信息表项如表4所示：
表4
表4示出了快转信息表项，仅是为进一步理解本发明的示例，并不用于限制本发明实施例中快转信息表项的具体内容。
在Ra201接收到报文后，首先获取该报文的五元组信息，并将该五元组信息按照哈希算法进行计算后得到该五元组信息哈希值，假设，该报文的五元组信息为：源IP为10.10.10.10、目的IP为11.11.11.11、源端口号为10、目的端口号为11、协议号为3，将该五元组信息按照哈希算法得到的哈希值为ZZZZZZZ，那么首先将该五元组信息哈希值ZZZZZZZ在快转信息表(表4)中进行匹配，如表4所示，该五元组信息哈希值ZZZZZZZ并不能命中该快转信息表项，那么可以将该报文依次与OpenFlow设备Ra201预存的多级流表(表1、表2、表3)进行匹配。
将该报文依次与Ra201预存的表1、表2、表3进行匹配可知，该报文的源IP地址10.10.10.10命中了Table1的流表项Table1-Flow-entry1，那么获取流表项Table1-Flow-entry1中的动作信息“Remarkdscp23”，由于该流表项Table1为快转流表，因此，可以将该动作信息“Remarkdscp23”添加至快转信息表项对应的动作域中。接着，根据该动作信息“Remarkdscp23”处理该报文。此时的快转信息表项可以如表5所示：
表5
之后，将该报文在Table2(表2)中进行匹配，根据匹配结果可知，该报文的目的IP11.11.11.11命中了Table2的流表项Table2-Flow-entry1，那么获取流表项Table2-Flow-entry1中的动作信息“Write-MetaData”，由于该流表Table2为快转流表，因此，将该动作信息“Write-MetaData”添加至快转信息表项对应的动作域中，接着，根据该动作信息“Write-MetaData”处理该报文。此时的快转信息表项可以如表6所示：
表6
接着，在Table3(表3)中继续对该报文进行匹配。假设，该报文命中Table3(表3)的流表项Table3-Flow-entry1，由于该流表项Table3是普通流表，那么可以将该报文命中的流表项的TableID“Table3-Flow-entry1”添加至快转信息表项对应的动作域中，并根据Table3-Flow-entry1对应的动作信息“OutPut(GE1/0/1)”处理该报文。此时的快转信息表项可以如表7所示：
表7
在将该报文与Ra201预存的多级流表(表1、表2、表3)全部进行匹配后，添加至匹配域的动作信息“Remarkdscp23”、“Write-MetaData”以及流表项ID“Table3-flowentry2”则是该报文的动作集合。之后，将该报文的五元组信息哈希值ZZZZZZZ作为匹配信息添加至与该动作集合对应的匹配域中，此时的快转信息表项可以如表8所示：
表8
表5、表6、表7、表8示出了更新过程中的快转信息表项，仅是为进一步理解本发明的示例，并不用于限制本发明实施例更新过程中的快转信息表项的具体内容。
这样一来，该快转信息表项中即保存有与五元组信息“源IP为10.10.10.10、目的IP为11.11.11.11、源端口号为10、目的端口号为11、协议号为3”对应的完整的快转信息。后续OpenFlow设备Ra201再接收到五元组信息为：源IP为10.10.10.10、目的IP为11.11.11.11、源端口号为10、目的端口号为11、协议号为3的报文时，可根据将该报文的五元组信息按照哈希算法进行计算，得到该报文的五元组信息哈希值ZZZZZZZ，并将该五元组信息哈希值ZZZZZZZ与快转信息表项进行匹配。
此时，由于快转信息表项中记录有与五元组信息哈希值ZZZZZZZ对应的动作集合，那么OpenFlow设备Ra201即可以根据该动作集合中的动作信息依次对该报文进行处理，无需再次将该报文与多级流表依次进行匹配。
在Ra201根据该动作集合中的动作信息依次对该报文进行处理时，可以首先按照快转流表Table1的动作信息对报文进行Remarkdscp23处理，接着按照快转流表Table2的动作信息对报文进行Write-MetaData处理，之后，在根据Table3的动作信息进行处理时，由于Table3为普通流表，快转信息表项中仅保存有Table3的流表项ID，未保存与Table3的流表项Table3-Flow-entry1对应的动作信息，那么可以将该报文按照流表项ID“Table3-flowentry2”的指示进一步匹配Table3中Table3-flowentry2的流表项，并在命中Table3-flowentry2的流表项后，根据Table3-flowentry2的流表项对应的动作信息“OutPut(GE1/0/1)”处理该报文。
综上所述，本发明提供的提高报文转发性能的方法，当根据接收的报文的匹配信息未命中预存的快转信息表项时，将报文与OpenFlow设备预存的多级流表进行匹配，并在该报文命中所述多级流表的多个流表项时，将报文的匹配信息以及多个流表项的动作集合添加至所述快转信息表项中，以使后续接收到与该报文为同一条报文流的非首报文时，可根据该快转信息表项中的动作集合处理非首报文，无需再次将非首报文与多级流表依次进行匹配，进而大幅提高了报文的处理效率。
本发明还提供一种提高报文转发性能的装置，图4为该提高报文转发性能的装置的结构示意图，该装置可以应用于OpenFlow设备，该提高报文转发性能的装置可以包括第一匹配单元401、第二匹配单元402以及添加单元403，其中：
第一匹配单元401，用于接收到报文后，根据所述报文的匹配信息在快转信息表项中进行匹配；
第二匹配单元402，用于在所述报文未命中所述快转信息表项时，将所述报文与所述OpenFlow设备预存的多级流表进行匹配；
添加单元403，用于当所述报文命中所述多级流表的多个流表项时，将所述报文的匹配信息以及所述多个流表项的动作集合添加至所述快转信息表项中。
进一步地，所述装置还包括处理单元404，用于根据所述报文的匹配信息在快转信息表项中进行匹配后，若所述报文命中所述快转信息表项，根据所述报文命中的快转信息表项中对应的动作集合处理所述报文。
进一步地，所述多级流表包括快转流表以及普通流表，所述添加单元403还用于接收控制器下发的流表项；将控制器下发的匹配域为五元组信息的至少一项的流表项添加至所述多级流表的快转流表中；将控制器下发的匹配域为五元组信息的至少一项以及其他匹配信息的流表项，或者控制器下发的匹配域不包括五元组信息的任意一项的流表项添加至所述多级流表的普通流表中。
进一步地，所述装置还包括获取单元405，用于将所述报文与所述OpenFlow设备预存的多级流表进行匹配后，若所述报文命中了所述快转流表中的快转流表项，获取被命中的快转流表项中的动作信息；在所述报文命中了所述普通流表中的普通流表项时，获取被命中的普通流表项中的流表项ID；将所述动作信息以及所述流表项ID作为所述动作集合。
进一步地，所述报文的匹配信息包括对所述报文的五元组信息按照哈希算法进行计算后得到的五元组信息哈希值，所述添加单元403具体用于将所述五元组信息哈希值以及所述动作集合的对应关系添加至所述快转信息表项中。
本发明应用于OpenFlow设备的提高报文转发性能的装置在具体的处理流程中可以与上述提高报文转发性能的方法的处理流程一致，在此不再赘述。
上述装置可以通过软件实现，也可以通过硬件实现，本发明提高报文转发性能的装置所在网络设备的硬件架构示意图均可参考图5所示，其基本硬件环境包括中央处理器CPU、转发芯片、存储器以及其他硬件，其中存储器件中包括机器可读指令，CPU读取并执行机器可读指令执行图4中各单元的功能。
从以上各种方法和装置的实施方式中可以看出，本发明实施例提供的提高报文转发性能的方法以及装置，当根据接收的报文的匹配信息未命中预存的快转信息表项时，将报文与OpenFlow设备预存的多级流表进行匹配，并在该报文命中所述多级流表的多个流表项时，将报文的匹配信息以及多个流表项的动作集合添加至所述快转信息表项中，以使后续接收到与该报文为同一条报文流的非首报文时，可根据该快转信息表项中的动作集合处理非首报文，无需再次将非首报文与多级流表依次进行匹配，进而大幅提高了报文的处理效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种提高报文转发性能的方法，应用于开放流SDN转发设备，其特征在于，所述方法包括：
接收到报文后，根据所述报文的匹配信息在快转信息表项中进行匹配；
若所述报文未命中所述快转信息表项，将所述报文与所述SDN转发设备预存的多级流表进行匹配；
当所述报文命中所述多级流表的多个流表项时，将所述报文的匹配信息以及所述多个流表项的动作集合添加至所述快转信息表项中。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述报文的匹配信息在快转信息表项中进行匹配后，若所述报文命中所述快转信息表项，根据所述报文命中的快转信息表项中对应的动作集合处理所述报文。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多级流表包括快转流表以及普通流表，所述方法还包括：
接收控制器下发的流表项；
将控制器下发的匹配域为五元组信息的至少一项的流表项添加至所述多级流表的快转流表中；
将控制器下发的匹配域为五元组信息的至少一项以及其他匹配信息的流表项，或者控制器下发的匹配域不包括五元组信息的任意一项的流表项添加至所述多级流表的普通流表中。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述报文与所述SDN转发设备预存的多级流表进行匹配后，所述方法还包括：
在所述报文命中了所述快转流表中的快转流表项时，获取被命中的快转流表项中的动作信息；
在所述报文命中了所述普通流表中的普通流表项时，获取被命中的普通流表项中的流表项ID；
将所述动作信息以及所述流表项ID作为所述动作集合。
5.如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述报文的匹配信息包括对所述报文的五元组信息按照哈希算法进行计算后得到的五元组信息哈希值，所述将所述报文的匹配信息以及所述多个流表项的动作集合添加至所述快转信息表项中具体包括：
将所述五元组信息哈希值以及所述动作集合的对应关系添加至所述快转信息表项中。
6.一种提高报文转发性能的装置，应用于开放流SDN转发设备，其特征在于，所述装置包括：
第一匹配单元，用于接收到报文后，根据所述报文的匹配信息在快转信息表项中进行匹配；
第二匹配单元，用于在所述报文未命中所述快转信息表项时，将所述报文与所述SDN转发设备预存的多级流表进行匹配；
添加单元，用于当所述报文命中所述多级流表的多个流表项时，将所述报文的匹配信息以及所述多个流表项的动作集合添加至所述快转信息表项中。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
处理单元，用于根据所述报文的匹配信息在快转信息表项中进行匹配后，若所述报文命中所述快转信息表项，根据所述报文命中的快转信息表项中对应的动作集合处理所述报文。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述多级流表包括快转流表以及普通流表，所述添加单元还用于：
接收控制器下发的流表项；
将控制器下发的匹配域为五元组信息的至少一项的流表项添加至所述多级流表的快转流表中；
将控制器下发的匹配域为五元组信息的至少一项以及其他匹配信息的流表项，或者控制器下发的匹配域不包括五元组信息的任意一项的流表项添加至所述多级流表的普通流表中。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
获取单元，用于将所述报文与所述SDN转发设备预存的多级流表进行匹配后，若所述报文命中了所述快转流表中的快转流表项，获取被命中的快转流表项中的动作信息；在所述报文命中了所述普通流表中的普通流表项时，获取被命中的普通流表项中的流表项ID；将所述动作信息以及所述流表项ID作为所述动作集合。
10.如权利要求6或9所述的装置，其特征在于，所述报文的匹配信息包括对所述报文的五元组信息按照哈希算法进行计算后得到的五元组信息哈希值，所述添加单元具体用于：
将所述五元组信息哈希值以及所述动作集合的对应关系添加至所述快转信息表项中。
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