基于DPDK的數(shù)據(jù)包查表技術(shù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模發(fā)生了快速的增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器的數(shù)量可能是數(shù)萬臺(tái)甚至數(shù)十萬臺(tái)。巨大而又復(fù)雜的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)將會(huì)使得路由表的規(guī)模變的很大。SDN技術(shù)的快速發(fā)展，OpenFlow流表中的匹配域越來越越多，不同匹配域之間的組合使得OpenFlow流表的流表項(xiàng)發(fā)生爆炸式的增長(zhǎng)。另一方面網(wǎng)絡(luò)速率的迅速增加，單位時(shí)間到達(dá)交換設(shè)備的數(shù)據(jù)包變多，數(shù)據(jù)包必須被及時(shí)的處理和轉(zhuǎn)發(fā)。
　　面對(duì)如此之大的表項(xiàng)數(shù)目，如

2、果使用TCAM來存儲(chǔ)，存儲(chǔ)成本會(huì)大大的增加，而且功耗也比較大，實(shí)現(xiàn)查表算法也不夠靈活。如果使用軟件查表又會(huì)面臨 linux系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)包的開銷問題，這些開銷包括中斷處理、上下文切換、數(shù)據(jù)拷貝等，這會(huì)嚴(yán)重影響快速處理數(shù)據(jù)包的能力。
　　而本文設(shè)計(jì)了一種軟硬結(jié)合的數(shù)據(jù)包查找方案，此方案將占用內(nèi)存較大的查表部分由軟件實(shí)現(xiàn)，降低了成本。且硬件只傳送用于查表的數(shù)據(jù)包包頭給軟件，可以減少軟硬件之間的PCIe的寬帶利用率。
　　本文的主要

3、工作包括三個(gè)部分：1.基于 DPDK的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)現(xiàn)。在 DPDK中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包查找的優(yōu)勢(shì)在于我們可以利用它的用戶空間輪詢模式驅(qū)動(dòng)、大頁內(nèi)存、CPU affinity等特性來提升數(shù)據(jù)包的處理速度。2.Cuckoo hash表的實(shí)現(xiàn)。Cuckoo hash表具有內(nèi)存利用率高，O(1)的查找時(shí)間優(yōu)點(diǎn)，本文通過對(duì)比和分析基于細(xì)粒度鎖實(shí)現(xiàn)的Cuckoo hash算法和基于計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)的Cuckoo hash算法，最終采用了基于計(jì)數(shù)器的Cuckoo

4、hash算法，并針對(duì)這個(gè)算法進(jìn)行了兩個(gè)優(yōu)化：1)通過添加tag字段來加速哈希桶的匹配速度。2)移位路徑搜索方式的優(yōu)化提升了插入性能，減少了插入對(duì)讀的影響。3.為了解決單流表過度膨脹，OpenFlow采用了多級(jí)流表。這里我們利用OpenFlow多級(jí)流表的思想，采用多個(gè)邏輯表，每個(gè)邏輯表負(fù)責(zé)不同的匹配域，再將不同的邏輯表分配到不同的邏輯核，不同的邏輯核負(fù)責(zé)不同匹配域的匹配，在數(shù)據(jù)包流過來的時(shí)候，形成流水線查找。并對(duì)多級(jí)查找進(jìn)行了兩個(gè)優(yōu)化來提