摘要
软件定义网络(SoftwareDefinedNetwork，SDN)中数据平面需依照控制平面下发的流表完成数据转发，流表便成为了SDN中重要的数据，直接影响着整个网络功能的运行。本文在了解现有的流表查找算法和组织结构的基础上，针对静态查表算法如何在SDN动态环境下快速更新、多核交换机如何解决流表查询与更新之间的冲突以及流表在面临网络故障发生时如何快速恢复等问题，开展了基于多核平台的SDN交换机流表关键技术研究，主要研究成果和贡献如下: (1)针对SDN动态更新场景，对静态查表结构进行了设计，提出了多核平台下动态流表更新模型。模型中采用批量更新机制实现了多次流表更新只需重建一次查找树的操作，从而提升流表更新性能;同时设计共享流表并对流表进行状态区分，使得交换机分别在不同状态上的共享流表中进行更新和查找操作，保证了多核间查表的一致性。 (2)为了验证模型提出的有效性，将该模型应用于自研软件POF交换机SEASW中，进行了相关功能性验证与性能的评估测试。测试结果表明模型的功能实现正常，解决了多核间流表的更新与查找冲突的问题。在性能方面，当更新表项总数高达50，000条时，每条表项的平均更新时间较原静态查表的更新方式提升了约17倍，证明了该模型满足SDN交换机对流表较高的更新性能要求。 (3)针对流表在故障发生时的快速恢复问题，提出了主动式的流表双备份机制。采用流表快照的热备份和超时时间无限制的常驻流表冷备份结合的方式，根据故障发生时南向连接是否发生改变，选用不同的备份机制进行故障恢复。实验证明了双备份机制的有效性，其中热备份的平均恢复时延为常数时间，约为17.7ms，冷备份恢复800条表项时，只需要5ms左右的时间，满足了运营商对网络恢复时延的基本需求，在快速故障恢复和降低备份资源开销上也均有一定优势。 (4)针对本文研究内容在SDN交换机中进行总体设计，阐明各个关键技术在SDN交换机中应用时的内在联系，总结了包含本文关键技术应用在内的整个SDN交换机流表系统的架构和工作流程。
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