可编程数据平面技术综述

在软件定义网络中,可编程数据平面提供的编程能力是网络功能虚拟化的基石。可编程数据平面技术的核心是可编程能力与数据包处理性能。首先从数据平面的可编程性出发,探讨现有数据平面的数据包处理抽象。然后,分别对数据平面实施的目标平台与对应平台上的主要流表算法进行介绍,详细论述现有数据平面技术。最后,探讨了高性能数据平面技术存在的关键挑战。     

可编程网络数据平面技术进展

网络数据平面执行数据包处理转发,是网络性能的决定性因素之一。大带宽、低时延、可持续演进的网络基础设施需要构建高效可编程的网络数据平面。首先,介绍数据包处理转发模型,并以此为基础概述网络数据平面在性能与可编程性面临的关键挑战。然后,从数据包查找算法理论与软/硬件协同实现机制出发,详细论述其基本思路及关键核心技术进展以应对上述关键挑战。最后,探讨高效可编程数据平面的未来发展趋势与技术演进路线。     

一种基于数据平面可编程的软件定义网络报文转发验证机制

针对软件定义网络(SDN)中OpenFlow协议匹配字段固定且数量有限,数据流转发缺少有效的转发验证机制等问题,该文提出一种基于数据平面可编程的软件定义网络报文转发验证机制。通过为数据报文添加自定义密码标识,将P4转发设备加入基于OpenFlow的软件定义网络,在不影响数据流正常转发的基础上,对网络业务流精确控制和采样。控制器验证采样业务报文完整性,并针对异常报文下发流规则至OpenFlow转发设备,对恶意篡改、伪造等异常数据流进行转发控制。最后,构建基于开源BMv2的P4转发设备和基于OpenFlow的Open vSwitch转发设备的转发验证原型,并构建仿真网络进行实验。实验结果表明,该机制能够有效检测业务报文篡改、伪造等转发异常行为,与同类验证机制相比,在安全验证处理开销保持不变的情况下,能够实现更细粒度的业务流精确控制采样和更低的转发时延。

     

支持多个网络功能共存的可编程数据平面虚拟化

网络虚拟化允许多个虚拟网络在同一物理基础设施上共存,有利于未来网络技术的增量部署。然而,当前可编程数据平面提供独占的数据平面抽象难以同时支持多个网络功能,该文提出一种支持并行流水线的虚拟化可编程数据平面结构(Virtualized P4-based Programmable Data Plane architecture with Parallel Pipeline,VirtP6),允许在单个物理设备上运行多个相互隔离的网络功能。VirtP6改变了可编程数据平面的单一流水线结构,引入并行的多个数据包处理流水线,实现了可编程数据平面的虚拟化,并保证了不同虚拟网络功能之间的资源隔离、流量隔离和访问隔离。最后,针对VirtP6的虚拟化开销、隔离性、可扩展性、网络适用性能进行实验评估。实验结果显示,与HyperP4相比,VirtP6大大降低了虚拟化开销,将延迟减少了68%,吞吐量提高了75%,具有良好的隔离性和扩展性。     

面向全可编程网络数据平面的资源优化方法

现有数据平面无法在整体上支持网络功能的创新和演进,因此面向用户可编程的新型网络数据平面技术发展迅速.针对现有可编程数据平面硬件开销过大且缺乏资源优化的问题,从解析器、匹配表、动作执行器三个方面建立了资源开销模型,并分别提出了类型域合并、匹配域偏移量合并、"域-字"拆分合并映射等资源优化方法.基于NetFPGA的仿真结果表明,与现有机制相比,所提方法减小了38%左右的资源开销.     

基于可编程数据平面的南向协议研究

由于传统网络设备固化且依赖于物理基础设施,难以适应智能化网络的需求。为提高网络的智能化,开放网络的可编程能力,软件定义网络和可编程数据平面应运而生。文章介绍了软件定义网络、可编程数据平面,及其所对应的南向协议,包括OpenFlow协议及其所存在的问题,P4Runtime协议的优势。然后用Mininet软件搭建了网络仿真对P4Runtime的优势进行验证。仿真实验表明,在可编程数据平面协议无关的基础上,P4Runtime作为控制平面和数据平面之间的南向协议,提供了基于Python的交互式和脚本两种下流表方式,与SDN传统下流表方式相比具有更高的灵活性和扩展性,更易于管理人员对网络进行统一管理。为运营商、数据中心等应用场景提供了新的控制管理方案。     

一种支持网络功能演进的可重构数据平面

传统网络体系在安全、服务质量保证、流量调度等方面难以适应互联网的发展,而新型网络体系如SDN （Software Defined Networking）、NDN（Named Data Networking）等,由于路由器、交换机等传统网络设备电路固化,限制了新型网络功能的试验和部署。针对此问题,本文设计了支持网络功能演进的可重构数据平面（Reconfigurable Dataplane for network Function Evolution,RDFE）,通过插入用户配置单元的方式对数据包解析、匹配和处理过程进行编程,从而支持用户自定义的功能部署;其次,针对RDFE提出基于树型结构的解析映射和匹配映射算法,将用户定制功能映射到硬件结构中;最后,基于NetFPGA-10G板卡完成了RDFE的原型实现,与现有的Kangroo、EPC（Elastic Protocol Cus-tomizable）、LabelCast等方案相比具有更高的转发速率和更低的资源利用率。     

赛灵思为SDN实现可编程数据层功能

赛灵思公司近日宣布推出“软”定义网络（“Softly”Defined Networks）解决方案，将SDN网络的可编程能力和智能化功能从控制层扩展至数据层。     

面向安全协议的虚拟化可编程数据平面

随着网络安全技术的发展,越来越多网络安全协议出现,因此需要网络转发设备对网络安全协议提供支持.可编程数据平面由于其协议的无关性,能够实现安全协议的快速部署.但当前可编程数据平面存在包头多次解析、独占数据平面和密码算法实现难的问题.针对上述问题,该文提出一种面向安全协议的虚拟化可编程数据平面(VCP4),其通过引入描述头降低包头解析次数,提高包头解析效率.使用控制流队列生成器和动态映射表实现可编程数据平面的虚拟化,实现多租户下数据平面的隔离,解决独占数据平面问题.在VCP4的语言编译器中添加密码算法原语,实现密码算法可重用.最后针对VCP4资源利用率,虚拟化性能和安全协议性能进行实验评估,结果显示在实现功能的基础上带来较小的性能损失,且能降低50％的代码量.     

面向安全协议的虚拟化可编程数据平面

随着网络安全技术的发展,越来越多网络安全协议出现,因此需要网络转发设备对网络安全协议提供支持。可编程数据平面由于其协议的无关性,能够实现安全协议的快速部署。但当前可编程数据平面存在包头多次解析、独占数据平面和密码算法实现难的问题。针对上述问题,该文提出一种面向安全协议的虚拟化可编程数据平面(VCP4),其通过引入描述头降低包头解析次数,提高包头解析效率。使用控制流队列生成器和动态映射表实现可编程数据平面的虚拟化,实现多租户下数据平面的隔离,解决独占数据平面问题。在VCP4的语言编译器中添加密码算法原语,实现密码算法可重用。最后针对VCP4资源利用率,虚拟化性能和安全协议性能进行实验评估,结果显示在实现功能的基础上带来较小的性能损失,且能降低50%的代码量。

     

基于静态链表SCPI解析系统设计

针对传统的SCPI解释方式占用过多内存,制约了在嵌入式系统上的应用,文中设计了一种方便移植和扩展的SCPI语言解析方法。该种方法用静态链表的结构来保存SCPI命令集,通过这种方法建立的SCPI解析模块,占用内存少,且方便移植和扩展。利用文中方法设计的SCPI解析模块可方便应于各种智能程控仪器,并适用在嵌入式系统下工作。     

Programmable virtual network instantiation in IaaS cloud based on SDN

A possible approach to cope with the diversity of future networks is to set up multiple isolated virtual networks on top of a single shared physical substrate, and each virtual network is customized to some specific purposes. However, in the current realization of virtualized infrastructure, the OpenStack infrastructure as a service (IaaS) cloud, whose isolation and programmability are limited in terms of scalability and performance. To overcome these limitations, we propose a solution based on software defined networking (SDN) which is composed of a centralized server and distributed agents. The server has complete view of the whole network substrate, and is responsible for the installation and management of virtual network through the distributed agents. Each agent has the local view of the substrate node. They can manage the local resources, dispatch and filter the inner- programmable virtual network (PVN) traffic based on MAC isolation which is more scalable than virtual local area network (VLAN) and more efficient than GRE. Our prototype implementation shows that this architecture is feasible and provides a better compromise between flexibility and performance than the solo centralized and distributed solutions.     

基于SDN的全球专利申请分析

网络技术层出不穷,SDN是近几年涌现出的新技术,其核心技术OpenFlow通过将网络设备控制面与数据面分离开来,从而实现了网络流量的灵活控制,是下一代网络发展的趋势.随着对SDN研究的深入,也涌现出了越来越多的SDN相关专利申请.因此,基于DWPI数据库对涉及该技术的申请情况进行分析,各个公司可以在分析结果的基础上对公司的专利进行更合理的布局.     

基于SDN技术的移动核心网研究

对移动核心网的发展现状进行了分析,提出了一种基于SDN技术,可融合多种接入制式(2G、3G、LTE、WLAN等)的移动核心网网络架构,分析了新型移动核心网各个层面的功能。基于SDN技术的移动核心网在业务的灵活提供和快速部署、设备的建设和运维成本的降低方面具有很大的优势。     

基于SDN的链路故障恢复

网络的灾备与故障恢复作为网络安全的一部分,一直以来是人们关注的重点,传统网络缺少自动化的网络故障检测与恢复工具.SDN打破了传统网络设计理念,实现了控制平面和数据平面的分离,并开放了网络的可编程能力,从而提高了网络的灵活性和可管控性.通过SDN技术,自动化的网络故障恢复与检测成为了可能.设计了一种基于SDN的链路故障检测与自动化恢复方案,通过链路发现协议来获得全网拓扑,监控网络链路状态,并通过SDN的集中管控特性和可编程性实现链路故障快速检测和故障恢复.     

基于SDN与NFV的移动核心网演进

随着LTE接入技术的广泛部署,移动核心网在支撑移动通信业务快速发展的同时,也面临着爆炸式增长的数据流量和快速变化的业务模型的不断冲击。传统的移动核心网架构将难以满足未来移动通信实现海量数据高效转发的核心需求,对移动核心网演进方案的研究已经在业界展开。本文分析了移动核心网进一步演进的目标,并对基于SDN和NFV技术的移动核心网演进方向进行了分析。     

A Versatile High-speed Image Processing System Based on DSP and CPLD

In this paper, we present an optimized design method for high-speed embedded image processing system using 32 bit floating-point Digital Signal Processor （DSP） and Complex Programmable Logic Device （CPLD）. The DSP acts as the main processor of the system： executes digital image processing algorithms and operates other devices such as image sensor and CPLD. The CPLD is used to acquire images and achieve complex logic control of the whole system. Some key technologies are introduced to enhance the performance of our system. In particular, the use of DSP/BIOS tool to develop DSP applications makes our program run much more efficiently. As a result, this system can provide an excellent computing platform not only for executing complex image processing algorithms, but also for other digital signal processing or multi-channel data collection by choosing different sensors or Analog-to-Digital （A/D） converters.     

基于SDN的边缘网络控制技术及应用

详细分析了SDN对边缘网络的影响、基于SDN的边缘网络控制架构以及基于SDN的边缘网络控制技术,最后给出了基于SDN的边缘网络控制技术的应用场景及建议。