CN114760237B - 一种基于tcam表的多级流表构建方法 - Google Patents

一种基于tcam表的多级流表构建方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于TCAM表的多级流表构建方法，包括以下步骤：S1、将多级流表分类存储在多级流表的存储单元中，得到报文数据；S2、根据报文数据，触发多级流表的存储单元中的多级流表分配至TCAM表；本发明将存储流表的存储空间分为两部分：多级流表的存储单元和TCAM表，先将多级流表存储在多级流表的存储单元中，再通过触发方式去将多级流表的存储单元中的多级流表分配至TCAM表中，大大节省了TCAM表资源，同时增加了多级流表的存储容量。

Description

一种基于TCAM表的多级流表构建方法
技术领域
本发明涉及通信领域，具体涉及一种基于TCAM表的多级流表构建方法。
背景技术
数据通信在过去的几年里经历了爆炸式的增长，这种增长逐渐暴露了传统数据网络的不足。SDN(SoftwareDefinedNetwork)就是在这种背景下，为解决传统交换或基于路由的网络部署的瓶颈问题而发展起来的。根据SDN的概念，网络可以实现可编程，而管理员可以基于应用程序对网络编制程序。对于SDN方案来说，其中绝大多数都可以通过OpenFlow协议解决。
现有的OpenFlow交换机流表管理大部分是通过TCAM(Ternary ContentAddressable Memory)表来实现的。TCAM是一种三态内容寻址存储器，主要用于快速查找ACL、路由等表项。TCAM表内所有条目都可以并行访问，所以无论表内有多少条数目，性能都不会减弱。但是TCAM支持的流表数目取决于流表匹配字段的长度和TCAM表自身的内存大小。TCAM存储容量越大需要的成本越高，所以只能在容量恒定的情况下，进行匹配字段的优化。
现有的做法主要是通过将一个TCAM划分为多个逻辑表，不同的逻辑表匹配不同的字段，从而提高TCAM表支持的最大流表数目。如分为入口流表、入口控制流表、报文转发流表、出口控制流表和出口流表在内的五级流表等诸如此类的做法。
现有技术方案通过划分逻辑表的方式，一定程度上增加了TCAM表存储流表的数量。但是存在TCAM资源不足，导致流表存储空间不足的问题。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于TCAM表的多级流表构建方法解决了TCAM资源不足，导致流表存储空间不足的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于TCAM表的多级流表构建方法，包括以下步骤：
S1、将多级流表分类存储在多级流表的存储单元中，得到报文数据；
S2、根据报文数据，触发多级流表的存储单元中的多级流表分配至TCAM表。
进一步地，所述步骤S1包括以下分步骤：
S11、根据OpenFlow协议标准的40个匹配字段，建立引用计数的存储单元和多级流表的存储单元；
S12、通过OpenFlow控制器下发多级流表；
S13、根据多级流表指令类型和引用计数的存储单元，对多级流表分配多级流表的存储单元、从多级流表的存储单元中删除多级流表，以及对多级流表的存储单元中存储的多级流表进行修改，得到报文数据。
进一步地，所述步骤S13中根据多级流表指令类型和引用计数的存储单元，对多级流表分配多级流表的存储单元方法，得到报文数据包括以下分步骤：
A1、若多级流表的指令类型为添加指令，执行步骤A2至步骤A5；
A2、获取多级流表中的匹配字段；
A3、根据匹配字段查询引用计数的存储单元中的引用计数表；
A4、判断查询到的引用计数表的引用计数是否为0，若是，则得到所述匹配字段对应的报文数据，并将查询到的引用计数表的引用计数自加1，并跳转至步骤A2，直到多级流表中所有匹配字段查询完，若否，则将查询到的引用计数表的引用计数自加1，并跳转至步骤A2，直到多级流表中所有匹配字段查询完；
A5、将多级流表根据不同的TABLE ID分类存储到多级流表的存储单元中。
进一步地，所述步骤S13中根据多级流表指令类型和引用计数的存储单元，从多级流表的存储单元中删除多级流表方法包括以下分步骤：
B1、若多级流表的指令类型为删除指令，执行步骤B2至步骤B5；
B2、获取多级流表中的匹配字段；
B3、根据匹配字段查询引用计数的存储单元中的引用计数表；
B4、将查询到的引用计数表中引用计数减少1；
B5、判断经步骤B4后，引用计数表的引用计数是否为0，若是，则将发送匹配字段对应的报文数据的内容删除，并将多级流表从多级流表的存储单元中删除，若否，则跳转至步骤B2，直到多级流表中的匹配字段查询完。
进一步地，所述步骤S13中根据多级流表指令类型和引用计数的存储单元，对多级流表的存储单元中存储的多级流表进行修改方法包括以下分步骤：
C1、若多级流表的指令类型为修改指令，执行步骤C2至步骤C5；
C2、根据多级流表的TABLE ID，判断多级流表的存储单元中是否存在与TABLE ID匹配的历史多级流表，若是，则删除多级流表的存储单元中历史的多级流表，并将多级流表添加到多级流表的存储单元中，若否，则将新的多级流表添加到多级流表的存储单元中。
进一步地，所述步骤S2包括以下分步骤：
S21、将报文数据送入OpenFlow流水线；
S22、判断进入OpenFlow流水线中的报文数据是否符合TABLE ID 0的规则，若是，则跳转至步骤S23，若否，将报文数据丢弃，等待新的报文数据，并跳转至步骤S21；
S23、对报文数据进行解析，并根据解析内容在TABLE ID 0表中查找TABLE ID 0表中字段是否与多级流表中的第i级流表字段匹配，若是，则跳转至步骤S24，若否，则丢弃多级流表，等待新的报文数据，并跳转至步骤S21，其中，i的初始值为1；
S24、根据第i级流表的动作，找到对应的TABLE表；
S25、判断对应的TABLE表中是否存在与第i级流表匹配的字段，若是，得到待分配的第i级流表，并跳转至步骤S26，若否，则丢弃多级流表，等待新的报文数据，并跳转至步骤S21；
S26、将i自加1，跳转至步骤S24，直到多级流表中每一级流表匹配完，得到多个待分配的流表；
S27、根据多个待分配的流表的字段和流表动作，将多个待分配的流表分到到TCAM表。
综上，本发明的有益效果为：
1、本发明将存储流表的存储空间分为两部分：多级流表的存储单元和TCAM表，先将多级流表存储在多级流表的存储单元中，再通过触发方式去将多级流表的存储单元中的多级流表分配至TCAM表中，大大节省了TCAM表资源，同时增加了多级流表的存储容量。
2、本发明将对于分配至TCAM表的多级流表进行定时监控，在一定时间内没有对应的数据流量的多级流表，将自动回收多级流表占用的TCAM表资源，高效利用TCAM表资源。
3、本发明在步骤S27中多个待分配的流表下发时，可根据TCAM表中的存储资源，存储流表，无需按固定匹配方式匹配流表字段，实现各流表进行优化组合，减少冗余流表，灵活匹配各个字段。
附图说明
图1为一种基于TCAM表的多级流表构建方法的流程图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，一种基于TCAM表的多级流表构建方法，包括以下步骤：
S1、将多级流表分类存储在多级流表的存储单元中，得到报文数据；
所述步骤S1包括以下分步骤：
S11、根据OpenFlow协议标准的40个匹配字段，建立引用计数的存储单元和多级流表的存储单元；
S12、通过OpenFlow控制器下发多级流表；
S13、根据多级流表指令类型和引用计数的存储单元，对多级流表分配多级流表的存储单元、从多级流表的存储单元中删除多级流表，以及对多级流表的存储单元中存储的多级流表进行修改，得到报文数据。
所述步骤S13中根据多级流表指令类型和引用计数的存储单元，对多级流表分配多级流表的存储单元方法，得到报文数据包括以下分步骤：
A1、若多级流表的指令类型为添加指令，执行步骤A2至步骤A5；
A2、获取多级流表中的匹配字段；
A3、根据匹配字段查询引用计数的存储单元中的引用计数表；
A4、判断查询到的引用计数表的引用计数是否为0，若是，则得到所述匹配字段对应的报文数据，并将查询到的引用计数表的引用计数自加1，并跳转至步骤A2，直到多级流表中所有匹配字段查询完，若否，则将查询到的引用计数表的引用计数自加1，并跳转至步骤A2，直到多级流表中所有匹配字段查询完；
A5、将多级流表根据不同的TABLE ID分类存储到多级流表的存储单元中。
所述步骤S13中根据多级流表指令类型和引用计数的存储单元，从多级流表的存储单元中删除多级流表方法包括以下分步骤：
B1、若多级流表的指令类型为删除指令，执行步骤B2至步骤B5；
B2、获取多级流表中的匹配字段；
B3、根据匹配字段查询引用计数的存储单元中的引用计数表；
B4、将查询到的引用计数表中引用计数减少1；
B5、判断经步骤B4后，引用计数表的引用计数是否为0，若是，则将发送匹配字段对应的报文数据的内容删除，并将多级流表从多级流表的存储单元中删除，若否，则跳转至步骤B2，直到多级流表中的匹配字段查询完。
所述步骤S13中根据多级流表指令类型和引用计数的存储单元，对多级流表的存储单元中存储的多级流表进行修改方法包括以下分步骤：
C1、若多级流表的指令类型为修改指令，执行步骤C2至步骤C5；
C2、根据多级流表的TABLE ID，判断多级流表的存储单元中是否存在与TABLE ID匹配的历史多级流表，若是，则删除多级流表的存储单元中历史的多级流表，并将多级流表添加到多级流表的存储单元中，若否，则将新的多级流表添加到多级流表的存储单元中。
S2、根据报文数据，触发多级流表的存储单元中的多级流表分配至TCAM表。
所述步骤S2包括以下分步骤：
S21、将报文数据送入OpenFlow流水线；
S22、判断进入OpenFlow流水线中的报文数据是否符合TABLE ID 0的规则，若是，则跳转至步骤S23，若否，将报文数据丢弃，等待新的报文数据，并跳转至步骤S21；
S23、对报文数据进行解析，并根据解析内容在TABLE ID 0表中查找TABLE ID 0表中字段是否与多级流表中的第i级流表字段匹配，若是，则跳转至步骤S24，若否，则丢弃多级流表，等待新的报文数据，并跳转至步骤S21，其中，i的初始值为1；
S24、根据第i级流表的动作，找到对应的TABLE表；
S25、判断对应的TABLE表中是否存在与第i级流表匹配的字段，若是，得到待分配的第i级流表，并跳转至步骤S26，若否，则丢弃多级流表，等待新的报文数据，并跳转至步骤S21；
在本实施例中，步骤S22、S23和S25中丢弃时，可设置定时机制，设置丢弃时间来删除数据。
S26、将i自加1，跳转至步骤S24，直到多级流表中每一级流表匹配完，得到多个待分配的流表；
S27、根据多个待分配的流表的字段和流表动作，将多个待分配的流表分到到TCAM表。
在本实施例中，步骤S27中在分配流表时，设置超时机制，在超过设定时间后，删除流表。

Claims (1)

1.一种基于TCAM表的多级流表构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将多级流表分类存储在多级流表的存储单元中，得到报文数据；
所述步骤S1包括以下分步骤：
S11、根据OpenFlow协议标准的40个匹配字段，建立引用计数的存储单元和多级流表的存储单元；
S12、通过OpenFlow控制器下发多级流表；
S13、根据多级流表指令类型和引用计数的存储单元，对多级流表分配多级流表的存储单元、从多级流表的存储单元中删除多级流表，以及对多级流表的存储单元中存储的多级流表进行修改，得到报文数据；
所述步骤S13中根据多级流表指令类型和引用计数的存储单元，从多级流表的存储单元中删除多级流表方法包括以下分步骤：
B1、若多级流表的指令类型为删除指令，执行步骤B2至步骤B5；
B2、获取多级流表中的匹配字段；
B3、根据匹配字段查询引用计数的存储单元中的引用计数表；
B4、将查询到的引用计数表中引用计数减少1；
B5、判断经步骤B4后，引用计数表的引用计数是否为0，若是，则将发送匹配字段对应的报文数据的内容删除，并将多级流表从多级流表的存储单元中删除，若否，则跳转至步骤B2，直到多级流表中的匹配字段查询完；
所述步骤S13中根据多级流表指令类型和引用计数的存储单元，对多级流表分配多级流表的存储单元方法，得到报文数据包括以下分步骤：
A1、若多级流表的指令类型为添加指令，执行步骤A2至步骤A5；
A2、获取多级流表中的匹配字段；
A3、根据匹配字段查询引用计数的存储单元中的引用计数表；
A4、判断查询到的引用计数表的引用计数是否为0，若是，则得到所述匹配字段对应的报文数据，并将查询到的引用计数表的引用计数自加1，并跳转至步骤A2，直到多级流表中所有匹配字段查询完，若否，则将查询到的引用计数表的引用计数自加1，并跳转至步骤A2，直到多级流表中所有匹配字段查询完；
A5、将多级流表根据不同的TABLE ID分类存储到多级流表的存储单元中；
所述步骤S13中根据多级流表指令类型和引用计数的存储单元，对多级流表的存储单元中存储的多级流表进行修改方法包括以下分步骤：
C1、若多级流表的指令类型为修改指令，执行步骤C2至步骤C5；
C2、根据多级流表的TABLE ID，判断多级流表的存储单元中是否存在与TABLE ID匹配的历史多级流表，若是，则删除多级流表的存储单元中历史的多级流表，并将多级流表添加到多级流表的存储单元中，若否，则将新的多级流表添加到多级流表的存储单元中；
S2、根据报文数据，触发多级流表的存储单元中的多级流表分配至TCAM表；
所述步骤S2包括以下分步骤：
S21、将报文数据送入OpenFlow流水线；
S22、判断进入OpenFlow流水线中的报文数据是否符合TABLE ID 0的规则，若是，则跳转至步骤S23，若否，将报文数据丢弃，等待新的报文数据，并跳转至步骤S21；
S23、对报文数据进行解析，并根据解析内容在TABLE ID 0表中查找TABLE ID 0表中字段是否与多级流表中的第i级流表字段匹配，若是，则跳转至步骤S24，若否，则丢失该报文数据以及该报文数据所产生的数据信息，等待新的报文数据，并跳转至步骤S21，其中，i的初始值为1；
S24、根据第i级流表的动作，找到对应的TABLE表；
S25、判断对应的TABLE表中是否存在与第i级流表匹配的字段，若是，得到待分配的第i级流表，并跳转至步骤S26，若否，则丢失该报文数据以及该报文数据所产生的数据信息，等待新的报文数据，并跳转至步骤S21；
S26、将i自加1，跳转至步骤S24，直到多级流表中每一级流表匹配完，得到多个待分配的流表；
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