CN108600107A - 一种可自定义内容字段的流匹配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用户可自定义内容字段的流匹配方法，首先网络用户自主定制流匹配用的数据流格式；将自定义的数据流格式上报至控制平面；根据自定义的数据流格式中第一张流表中的匹配字段，将该匹配字段与待匹配数据流中的对应字段进行匹配；依据MAC头中的协议类型区分数据流类型，经过区分的数据流转送至对应的流表组进行进一步的匹配；若匹配成功，则所述交换设备对匹配成功的数据流进行转发、跳转流表、上报控制平面或深度解析操作；若匹配失败，则对匹配失败的数据流进行上报或丢弃操作。上述方法在兼容现有网络的同时具有良好的灵活性与可扩展性，能够极大的拓宽网络研究人员的设计思路，对于未来互联网的研究具有重要意义。

Description

一种可自定义内容字段的流匹配方法

技术领域

本发明涉及数据流匹配技术领域，尤其涉及一种用户可自定义内容字段的流匹配方法。

背景技术

目前，数据流匹配机制是互联网研究领域的关键点，流匹配需要依据数据流中所包含的信息确定数据流的目的地址，确定数据流的出口以及下一跳地址。现有互联网设计之初并没有考虑到互联网发展如此迅速，特别没有考虑到网络内容爆炸式的增长，这导致了当前的互联网呈现出一种“沙漏”的样式，网络上层内容日益增多，网络下层技术日新月异，而网络传输则成为制约网络发展的瓶颈。如今，互联网发展面临着可扩展性差、移动性差、安全性差、资源利用率低等诸多问题，网络传输无法满足海量、高效、高速、泛在等新型应用的传输需求。因此，近年来世界各国相继开展了未来网络体系理论的研究。在所有未来互联网的研究中，以控制转发分离为特点的分层互联网架构成为研究热点，在此网络架构下，互联网被分为控制平面和转发平面，控制平面对网络进行管理和控制，实现资源的适配、转发的规划；转发平面实现网络转发、存储等基本功能。

现有技术中，在该网络架构下的流匹配和转发机制使用的依旧是传统网络中的最长前缀匹配规则，匹配字段也仅限于IPv4协议所定义的数据流字段以及MAC协议所规定的字段，当前模式对现有的IP网络有很好的兼容性，可以平滑的完成网络过渡。但是当前模式却成为制约未来互联网研究发展的“瓶颈”，在设计未来互联网的过程中，研究人员必须考虑传统IP协议的限制，这极大的制约了研究人员的研究思路，由此可见，现有数据流匹配机制由于其各方面的局限性无法满足未来互联网对流匹配机制的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种用户可自定义内容字段的流匹配方法，该方法在兼容现有网络的同时具有良好的灵活性与可扩展性，能够极大的拓宽网络研究人员的设计思路，对于未来互联网的研究具有重要意义。

一种用户可自定义内容字段的流匹配方法，所述方法包括：

网络用户自主定制流匹配用的数据流格式；其中，所述数据流格式包括流表、流表组、匹配规则和转发规则；

将自定义的数据流格式上报至控制平面，由所述控制平面根据自定义的数据流格式进行服务部署；

根据自定义的数据流格式中第一张流表中的匹配字段，将该匹配字段与待匹配数据流中的对应字段进行匹配；

在匹配成功后，待匹配数据流进入交换设备，并依据MAC头中的协议类型区分数据流类型，经过区分的数据流转送至对应的流表组进行进一步的匹配；

若匹配成功，则所述交换设备按照自定义数据流格式中的匹配规则和转发规则对匹配成功的数据流进行转发、跳转流表、上报控制平面或深度解析操作；

若匹配失败，则按照所述流表中Miss项的行为和描述对匹配失败的数据流进行上报或丢弃操作。

所述流表包括匹配字段、时间字段、行为字段、描述字段、记录字段和优先级字段五部分，其中：

所述匹配字段为由一组M和N所确定的可变字段，其中M为匹配字段所处数据包报头的起始比特位置，N为匹配字段长度；

时间字段表示匹配条目存在的剩余时间；

行为字段描述数据流匹配成功之后的操作；

描述字段记录数据流类型以及数据流服务类型；

优先级字段描述匹配条目的匹配顺序；

记录字段用以记载该匹配条目的历史匹配记录。

所述流表组由多个针对相同类型服务或者数据流的流表组成，待匹配数据流在匹配过程中能在流表组内进行流表的跳转用以匹配不同字段。

所述依据MAC头中的协议类型区分数据流类型，具体包括：

根据MAC层协议中的协议类型将数据流区分为IPv4数据流、IPv6数据流和自定义数据流；

进一步的，将IPv4数据流送至IPv4流表组；将IPv6数据流送至IPv6流表组；将自定义数据流送至自定义流表组。

所述流表中Miss项的行为和描述可以统配所有数据流且优先级最低；

所述Miss项的行为由所述控制平面指定。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述方法在兼容现有网络的同时具有良好的灵活性与可扩展性，能够极大的拓宽网络研究人员的设计思路，对于未来互联网的研究具有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例所提供用户可自定义内容字段的流匹配方法流程示意图；

图2为本发明所举实例中网络用户自定义的数据包格式结构示意图；

图3为本发明所举实例中IPv4数据包进入流表组之后的检验匹配过程；

图4为本发明实施例所提供的IPv4数据流目的匹配过程示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例所提供用户可自定义内容字段的流匹配方法流程示意图，所述方法包括：

步骤1、网络用户自主定制流匹配用的数据流格式；

在该步骤中，所述数据流格式包括流表、流表组、匹配规则和转发规则；

所述流表包括匹配字段、时间字段、行为字段、描述字段、记录字段和优先级字段五部分，其中：

所述匹配字段为由一组M和N所确定的可变字段，其中M为匹配字段所处数据包报头的起始比特位置，N为匹配字段长度；

时间字段表示匹配条目存在的剩余时间；

行为字段描述数据流匹配成功之后的操作；

描述字段记录数据流类型以及数据流服务类型；

优先级字段描述匹配条目的匹配顺序；

记录字段用以记载该匹配条目的历史匹配记录。

所述流表组由多个针对相同类型服务或者数据流的流表组成，待匹配数据流在匹配过程中能在流表组内进行流表的跳转用以匹配不同字段。具体来说，流表组可以由其支持的数据流类型进行划分，对相同数据类型的数据流进行匹配；也可以由其支持的服务类型进行划分，对相同服务类型的数据流进行匹配。用户可以通过设计针对某类服务或者某类型数据流的数据流对支持该种类型服务或者数据流的流表进行修改。

如图2所示为本发明所举实例中网络用户自定义的数据包格式结构示意图，图2中每格代表数据包的一个字段，数据包所有的字段数目并不固定，可以根据用户需求进行自主定义，图中M、N、J等参数表示数据包每个字段的起始与终结位置，数据包格式由这些参数进行表示，网络用户定义在数据包格式之后，将图中所示M、N、J等参数上报给控制平面，在上报过程中需要对每个字段的含义进行描述，在上报数据包格式的同时，需要上报对应的服务需求，便于控制平面制定该种数据流或者服务的流匹配转发规则。

步骤2、将自定义的数据流格式上报至控制平面，由所述控制平面根据自定义的数据流格式进行服务部署；

步骤3、根据自定义的数据流格式中第一张流表中的匹配字段，将该匹配字段与待匹配数据流中的对应字段进行匹配；

步骤4、在匹配成功后，待匹配数据流进入交换设备，并依据MAC头中的协议类型区分数据流类型，经过区分的数据流转送至对应的流表组进行进一步的匹配；

在该步骤中，所述依据MAC头中的协议类型区分数据流类型，具体包括：

根据MAC层协议中的协议类型将数据流区分为IPv4数据流、IPv6数据流和自定义数据流；进一步的，将IPv4数据流送至IPv4流表组；将IPv6数据流送至IPv6流表组；将自定义数据流送至自定义流表组。

这里，IPv4流表由IPv4协议中所规定的字段组成，所有IPv4流表组成IPv4流表组，举例来说，对于IPv4数据流的匹配，匹配字段可做如下定义：

<0，4>表示数据包版本号；<4，4>表示包头长度；<8，8>表示数据流服务类型；<16，16>表示单个数据包长度；<32，16>表示数据包标识；<48，3>表示数据包标志；<51，13>表示数据包片偏移；<64，8>表示数据包生存时间；<72，8>表示数据包协议号；<80，16>表示数据包首部校验和；<96；32>表示数据包源地址；<128，32>表示数据包目的地址；<160，->表示数据包扩展报头与负载数据，如需使用可由用户自主定义。

IPv6流表由IPv6协议中所规定的字段组成，所有IPv6流表组成IPv6流表组，举例来说，对于IPv6数据流的匹配，匹配字段需要做如下定义：

<0，4>表示数据包版本号；<4，8>表示数据流优先级；<12，20>表示数据流标签；<32，16>表示数据包有效负荷长度；<48，8>表示数据流下一个报头；<56，8>表示数据包跳数限制；<64，128>表示数据包源地址；<192，128>表示数据包目的地址；<320，->表示数据包扩展报头与负载数据，如需使用可由用户自主定义。

步骤5、若匹配成功，则所述交换设备按照自定义数据流格式中的匹配规则和转发规则对匹配成功的数据流进行转发、跳转流表、上报控制平面或深度解析操作；

步骤6、若匹配失败，则按照所述流表中Miss项的行为和描述对匹配失败的数据流进行上报或丢弃操作。

具体实现中，所述流表中Miss项的行为和描述可以统配所有数据流且优先级最低；

所述Miss项的行为由所述控制平面指定，用户可以依据需求修改miss项的行为。

另外，在流表组匹配的过程中采用多级流表的方式进行匹配，一张流表中最多含有数据包中的一个字段，在多级流表的匹配过程中，从匹配优先级低的流表开始匹配，并且流表的跳转只能从低级别的流表跳转至高级别的流表。

在上述匹配机制下，网络用户可以完全根据开发需求对数据流、服务和匹配转发策略进行重新设计，不需要考虑现有网络对于开发新网络服务机制的限制。

下面以具体的实例对IPv4数据流匹配转发的详细过程进行描述：

数据包到达交换设备之后，经过MAC包头中协议类型的区分，IPv4数据流被送至IPv4流表组进行匹配，IPv4流表组中每一张流表匹配相同的字段，流表组由多张流表组成。

在匹配过程中，首先对IPv4数据包的有效性进行检验匹配，如图3所示为本发明所举实例中IPv4数据包进入流表组之后的检验匹配过程，具体包括：

首先对数据包包头生存时间进行匹配检测，即对数据包第64位到第71位进行检测，如果生存时间超过预先设定的生存时间将数据包丢弃，反之将数据包生存时间加一，然后进行下一步匹配；

然后对IP首部检验和进行检测，即对数据包第80位到第95位进行检验匹配；这里，所述IP首部检验和检测在生存时间检验之后，所述生存时间流表中的行为是将包头传递至首部检验和检验程序，并将数据包中第80位到第95位记录在首部检验和流表中；

计算程序将计算结果返回，在检验和流表中进行匹配，如果匹配失败将数据包丢弃，反之将数据包送至目的地址流表进行目的地址匹配，并将首部检验流表清空。对数据包目的地址匹配，即对数据包第96位到第127位进行匹配，并决定数据包下一跳目的地址。

具体实现中，利用IP地址的聚合性，本实施例设计的目的地址流表由多级流表组成，匹配过程中采用逐级匹配的方式，如图4所示为本发明实施例所提供的IPv4数据流目的匹配过程示意图，具体包括：

将相同前缀的IP地址聚合表示，如图4中的流表2所示，将四个IP地址在流表2中表示为一个IP前缀，将其作为匹配字段，匹配成功之后跳转流表；

以192.168.154.8为例，在流表2匹配192.168.X.X，匹配成功之后跳转至流表3；

在流表3中匹配154.X字段，匹配成功之后跳转至流表4；

在流表4中匹配最后一个字段8，匹配成功之后的行为是从Eth5端口转发；

至此，本实施例中一个完整的IPv4数据包匹配转发过程结束。

另外，在IPv4数据包匹配过程中还可以选择性的对数据包进行筛选过滤，具体包括：

在匹配目的地址之前或者匹配目的地址之后进行筛选过滤，如需执行筛选过程，需定义筛选规则，设计筛选流表，修改筛选流表前后流表中行为；

所述筛选过滤规则可以依据IPv4数据包中的字段，包括：源地址，标识，偏移；所述筛选过滤规则也可以由网络管理者根据网络管理需要，对数据流内容进行规则制定；

所述筛选流表的制定需要按照本实施例所设计的流表形式进行设计，匹配域字段与行为字段均由开发者自行定义，所述需要修改的行为为流表的跳转以及应用程序的调用等行为。

综上所述，本发明实施例所提供的匹配方法将固定字段的匹配转变为可变字段的匹配，在兼容现有网络的同时具有良好的灵活性与可扩展性；将网络中的数据流与服务类型进行绑定，使网络具有高度的可控可管性；使用多级流表的设计，能够极大的减少流条目的查询时间；上述流匹配机制能够极大的拓宽网络研究人员的设计思路，对于未来互联网的研究具有重要意义。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种用户可自定义内容字段的流匹配方法，其特征在于，所述方法包括：

网络用户自主定制流匹配用的数据流格式；其中，所述数据流格式包括流表、流表组、匹配规则和转发规则；

将自定义的数据流格式上报至控制平面，由所述控制平面根据自定义的数据流格式进行服务部署；

根据自定义的数据流格式中第一张流表中的匹配字段，将该匹配字段与待匹配数据流中的对应字段进行匹配；

在匹配成功后，待匹配数据流进入交换设备，并依据MAC头中的协议类型区分数据流类型，经过区分的数据流转送至对应的流表组进行进一步的匹配；

若匹配成功，则所述交换设备按照自定义数据流格式中的匹配规则和转发规则对匹配成功的数据流进行转发、跳转流表、上报控制平面或深度解析操作；

若匹配失败，则按照所述流表中Miss项的行为和描述对匹配失败的数据流进行上报或丢弃操作。

2.根据权利要求1所述用户可自定义内容字段的流匹配方法，其特征在于，所述流表包括匹配字段、时间字段、行为字段、描述字段、记录字段和优先级字段五部分，其中：

所述匹配字段为由一组M和N所确定的可变字段，其中M为匹配字段所处数据包报头的起始比特位置，N为匹配字段长度；

时间字段表示匹配条目存在的剩余时间；

行为字段描述数据流匹配成功之后的操作；

描述字段记录数据流类型以及数据流服务类型；

优先级字段描述匹配条目的匹配顺序；

记录字段用以记载该匹配条目的历史匹配记录。

3.根据权利要求1所述用户可自定义内容字段的流匹配方法，其特征在于，所述流表组由多个针对相同类型服务或者数据流的流表组成，待匹配数据流在匹配过程中能在流表组内进行流表的跳转用以匹配不同字段。

4.根据权利要求1所述用户可自定义内容字段的流匹配方法，其特征在于，所述依据MAC头中的协议类型区分数据流类型，具体包括：

根据MAC层协议中的协议类型将数据流区分为IPv4数据流、IPv6数据流和自定义数据流；

进一步的，将IPv4数据流送至IPv4流表组；将IPv6数据流送至IPv6流表组；将自定义数据流送至自定义流表组。

5.根据权利要求1所述用户可自定义内容字段的流匹配方法，其特征在于，

所述流表中Miss项的行为和描述可以统配所有数据流且优先级最低；

所述Miss项的行为由所述控制平面指定。