王莅晟,伊 鹏,谷允捷,江逸茗

(中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 信息技术研究所,郑州 450002)

0 概述

软件定义网络(Software-Defined Network,SDN)作为未来最有可能取代传统网络的新型网络体系结构之一,在近几年得到了广泛的应用研究[1-3]。软件定义网络采用了数控分离的机制,相对于传统网络架构,拥有控制逻辑集中、开放可编程、细粒度流管控的优势。

软件定义网络的控制平面通过OpenFlow[4]协议掌握数据平面的全局拓扑,当系统中到达一条新流时,交换机首先会在已存储的流表项中查找是否有匹配条目,如果存在与该流匹配的流表项,则根据流表项对新流进行转发。如果没有匹配条目,则数据平面的交换机将元数据与新流前128 MB的内容封装成Packet-In消息通过OpenFlow代理(OpenFlow Agent,OFA)向上传递给控制平面,控制平面对路由进行计算后通过下放流表的方式在沿途交换机上安装相应转发规则,新流根据流表中的转发规则进行转发,下放的流表均安装在三态内容寻址存储器(Ternary Content Addressable Memory,TCAM)[5]中。

在软件定义网络中,TCAM模块负责流表项的更新、存储和查找工作,然而由于TCAM并非专为OpenFlow交换机设计,其具有成本高、功耗大、容量小、流表更新操作速率较慢等缺陷,导致数据包下行链路存在性能瓶颈问题,基于Pica8交换机[6]测出的TCAM流表安装速率仅为每秒200条,相比早期控制平面,单个NOX[7]控制器达到了每秒30 000条处理速度,在使用并行的Maestro控制器[8]下甚至达到每秒600 000条的请求处理速度,每秒200条的流安装速率很容易出现流表安装速率跟不上控制器处理速率,进而出现下行控制链路拥塞以及流请求无法得到及时传输,严重影响通信质量的情况。……