一种软件定义交换机流表优化管理方法与流程

本发明涉及软件定义网络，具体涉及一种软件定义交换机流表优化管理方法。

背景技术：

1、在软件定义网络（sdn）中，网络控制器生成的控制策略最终会被转换成一系列的流转发规则，这些规则用于实现网络的控制策略。相较于传统网络，sdn网络采用更多的字段来定义流规则，而不仅限于目的mac地址和ip前缀。例如，在openflow规范v1.1.0中，使用了15个字段来定义流规则，包括mac地址、ip地址、tcp/udp端口号和mpls等等。通过这些字段，流表可以精细地定义复杂的粒度规则，从而实现更灵活和可定制的网络控制策略。

2、然而，存储mac地址只需要48bits位，而存储15个字段需要356bits位。这意味着能够存在于交换机中的流表项数量将减少为以前的1/7。此外，细粒度的流量控制要求减少可聚合的流表规则，从而增加了流表的数量。特别是当使用tcp/ip端口作为匹配规则时，所需的流表数量更多。换句话说，为了实现精细的流量控制规则，流表项的占用空间将增加，流表的数量也将大大增加。然而，由于成本、功耗和芯片大小等原因，交换机上的tcam空间是有限的。因此，需要设计一种在tcam限制下高效利用流表的方案。

3、另外，作为一种公共基础设施，网络通常会同时承载多个用户、多种类型的业务。设备会为这些去向不同目的地、或者来自不同应用的业务安装相应的转发处理规则，实现数据的正确处理。因此，随着网络规模的扩大和网络流的增加，在单个交换机上可能需要安装的规则会非常多，甚至对流表项的需求量将超过流表的容量。另一方面，在一些设备中，多条规则可能拥有相同的“action”（如：相同的下一跳)；不同规则的匹配域也可能出现重叠甚至覆盖。在这样的情形中，设备中的流表规则可能存在冗余信息。如果能将一些规则聚合，就可以有效的减少流表的大小。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种软件定义交换机流表优化管理方法，对流表进行优化管理，以提高流表的使用效率。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

3、一种软件定义交换机流表优化管理方法，包括以下步骤：

4、s1：构建软件定义网络，包括软件定义交换机和网络控制器，所述网络控制器用于控制所有软件定义交换机组成的一个域；

5、s2：网络控制器根据控制策略生成流表，所述流表包含多个流表项，每个流表项包括匹配域m、动作指令a和流表项在流表中的优先级z；

6、s3：网络控制器利用通配符合并具有相似匹配条件流表项，将多个流表项合并为一个通用的流表项实现流表的压缩；

7、s4：网络控制器根据流表中定义的匹配条件来查找最合适的流表项，然后根据相应的动作指令将数据包转发给域中的软件定义交换机；

8、s5：软件定义交换机通过tcam表接收流表项，接收到一个流表项时，网络控制器为当前流表项计算最优超时时间，将计算出的最优超时时间通过openflow协议栈发送给软件定义交换机；

9、s6：在所述最优超时时间后软件定义交换机删除tcam表的当前流表项，tcam表新建下一个进入的流表项；

10、所述计算最优超时时间的步骤包括：

11、s501：假设流表项的流持续时间服从参数为的指数分布，计算流被截断的次数z和超时时间与流真实时间的差值w的数学期望；

12、s502：假设流量到达事件服从参数为的poisson分布，构建m/g/c/c排队模型，计算新到的流由于流表已满而被阻塞的概率；

13、s503：根据所述流被截断的次数的数学期望和所述新到的流由于流表已满而被阻塞的概率构建关于最优超时时间的闭合表达式，求出所述最优超时时间的最优解。

14、进一步地，所述步骤s501包括：

15、假设流表项的流持续时间服从参数为的指数分布，其分布函数表示为：；

16、计算流被截断的次数z的数学期望：，其中，t表示超时值；

17、计算超时时间与流真实时间的差值w的数学期望：，其中t表示超时值；

18、根据实际网络进行估计得到参数的值。

19、进一步地，所述步骤s502包括：

20、假设流量到达事件服从参数为的poisson分布，根据排队论，系统为一个m/g/c/c系统；

21、计算新到的第 i个流由于流表已满而被阻塞的概率为：

22、

23、其中， c表示tcam流表的容量，，t表示超时值；

24、根据实际网络进行估计得到参数的值。

25、进一步地，步骤s3的具体过程包括：将所有具有非前缀规则匹配域的流表项划分为具有前缀规则的流表项子块，根据前缀规则对每个流表项子块内的规则分别进行聚合，合并具有相似匹配条件流表项。

26、本发明的有益效果是：

27、本发明主要通过对流表项的超时时间进行合理设置和对流表进行压缩实现流表的优化管理，在指定阻塞率容忍范围和流被截断的次数容忍范围的情况下，可求得超时时间的合理设置范围，从而优化流表的利用率；本发明基于增量聚合方法对流表项进行压缩，进一步提高了交换机流表容量，从而提升流量转发能力。

28、本发明通过改进软件定义交换机中流表的管理和优化效率技术，利用先进的算法和策略，对流表进行动态调整和更新，以适应不断变化的网络环境和需求，可以在软件定义网络中实现更高效的网络流量转发和控制策略的实施。通过精细的流表规则定义和优化，可以提高网络性能、降低延迟，并提供更灵活和可定制的网络控制能力。此外，该技术还可以减少流表冗余和资源浪费，提高网络管理的效率和可扩展性。

技术特征：

1.一种软件定义交换机流表优化管理方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种软件定义交换机流表优化管理方法，其特征在于：所述步骤s501包括：

3.根据权利要求2所述的一种软件定义交换机流表优化管理方法，其特征在于：所述步骤s502包括：

4.根据权利要求2所述的一种软件定义交换机流表优化管理方法，其特征在于：步骤s3的具体过程包括：将所有具有非前缀规则匹配域的流表项划分为具有前缀规则的流表项子块，根据前缀规则对每个流表项子块内的规则分别进行聚合，合并具有相似匹配条件流表项。

技术总结本发明公开了一种软件定义交换机流表优化管理方法，涉及软件定义网络技术领域，包括步骤：构建软件定义网络，包括软件定义交换机和网络控制器；网络控制器根据控制策略生成流表，所述流表包含多个流表项；网络控制器利用通配符合并具有相似匹配条件流表项；软件定义交换机通过TCAM表接收流表项，接收到一个流表项时，网络控制器为当前流表项计算最优超时时间，将计算出的最优超时时间通过OpenFlow协议栈发送给软件定义交换机；在所述最优超时时间后软件定义交换机删除TCAM表的当前流表项，TCAM表新建下一个进入的流表项。本发明通过对流表项的超时时间进行合理设置和对流表进行压缩实现了流表的优化管理，减少了流表冗余和资源浪费，提高了网络管理的效率。技术研发人员：陈松,毛晓兵受保护的技术使用者：四川更元科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/23