弹性协议可定制的网络数据平面结构及其映射算法-论文.pdf

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1、第36卷第7期电子与信息学报Vl0l_36NO．72014年7月JournalofElectronics＆InformationTechnologyJu1．2014弹性协议可定制的网络数据平面结构及其映射算法刘中金李勇苏厉金德鹏曾烈光(清华大学电子工程系北京100084)摘要：随着网络功能的不断扩展，新型网络协议的不断涌现，这些协议中的数据包具有新的格式定义，需要网络设备能够支持相应的解析和查找。软件定义网络(SoftwareDefinedNetworking，SDN)基于流表的转发设计使得网络的创新变得简单，但是仍然难以支持任意协议的可编程解析和处理。该文联合考虑数据包的解析和查找过程，提

2、出一种支持协议弹性定制的数据包查找硬件结构，通过比特粒度的解析和基于元操作的查找过程，使得任意协议能够在硬件结构上得到处理；此外，该文针对所提硬件结构提出一种基于多叉树的映射算法，将用户定制协议映射到硬件处理流水线和查找表中。通过实际的FPGA部署验证了所提结构能够支持多种协议的灵活定制，在硬件中的处理速度可以达到390Gbps，与已有方案相比，其硬件资源利用率有明显降低。该结构对未来的软件定义网络的数据平面设计有重要的意义。关键词：软件定义网络；可编程；协议定制；多叉树；映射算法中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009—5896(2014)07．1713—07DOI：10．3

3、724／SP．J．1146．2013．01151DesignontheElasticProtocolCustomizableDataPlaneandItsMappingAlgorithmLiuZhong-jinLiYongSuLiJinDe—pengZengLie-guang(DepartmentofElectronicEngineering，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)Abstract：Alongwiththegrowingexpansionofnetworkfunctionsandcontinuousemergingofnewprotoc

4、ols，thenovelpackettypesandprocessingrequirementsareestablishedintheseprotocols．TheSoftwareDefinedNetworking(SDN)makesthenetworkinnovationsimplerbasedontheprogrammableflowtable．However，itisstilldificultfortheSDNtosupportthearbitraryprotocolprocessing．Thispapertakesintoaccounttheparsingandlookupproce

5、duretogether，andproposesahardwarestructurethatcouldsupportelasticcustomizationofthearbitraryprotocols．Bytransformingtheprotocolprocessingprocedureintoamultibranchedtree，userscanarbitrarilydefinetheirownparsingandlookupprocessing，whichismappedintoahardwarepipeline．TheprototypeonFPGAplatformshowsitsf

6、lexibilityincustomizingprotocols．Thepacketprocessingspeedcanachieve390Gbpsinhardwareandthehardwareresourceutilizationissignificantlyreducedcomparedtotheexistingscheme．TheproposedarchitectureisquitemeaningfulforthedataplanedesignoftheSDN．Keywords：SoftwareDefinedNetworking(SDN)；Programmable；Protocolc

7、ustomization；Multi—branchedtree；Mappingalgorithm1引言义面向新的应用而不再适应网络设备的处理能力，如文献f1，2i等，使得现有的网络设备难以处理这类随着互联网的迅猛发展，传统的网络协议难以数据包。另一方面，为了满足VPN加密或数据中心适应用户不断增长的需求，因此网络需要不断创新网络互连等需求，协议的嵌套也变得十分常见，如以满足这些需求，新的体系结构和网络协议随之