Wildcard Rules Caching For SDN筆記

目錄

• 基本概念
• 三個Rules Caching算法
• 一個Cache Replacement的思路
• 總結及實現

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基本概念

一、packet classification

http://blog.csdn.net/u013480581/article/details/54173059

The process of categorizing packets into “flows” in an Internet router is called packet classification.

網包分類（packet classification）能夠依據多域網包包頭（packet header）信息對網絡流量進行細粒度的分類。就是packet怎麼匹配到rule的過程。

TCAM的優勢衆所周知，但是也存在缺陷：

• TCAM容量有限
• TCAM不能快速更新規則

解決TCAM問題：

• packet classification compression：包分類壓縮，在存儲之前合併rule，得到smaller packet
  classification
• rules distribution along traffic route：在cache之前，重新規劃rule ，簡化 packet
  classification policy

• rules caching：

  • TCAM容量限制：兩種switch，①TCAM（存儲popluar rule）快速匹配；②sofeware switch（存儲cache miss）容量大，快速更新。→怎樣區分popular和miss規則→需要規則放置→涉及規則依賴問題
  • TCAM不能快速更新規則：怎樣規則替換→ 引出規則替換

二、規則依賴

基本概念：

• 網包P（Packet）。網包p包含的d個域的網包包頭
• 搜索空間S（Search Space）。網包在d個域空 間所有可能的取值構成搜索空間。一個5維的包頭域：S=
  [0,322 -1]X[0,322 -1]X[0,162 -1]X[0,162 -1]X[0,82 -1]
• 分類規則R(Rule)。規則優先級（priority）r.pri ;和規則決策 （action）r.act
• cover_set：（重要概念）基於覆蓋集，是依賴cost大幅減小，是實現規則可以緩存的基礎。
  
  解釋規則依賴：
• 如圖（a）或（b），R1和R2規則有重疊部分，具有依賴關係，且R1的優先級高於R2，即R2依賴於R1。若只將R2存儲進TCAM，而不存儲R1，packet本應該匹配R1，則導致匹配錯誤。
• 如圖（c），若存儲R6，根據依賴關係，則必須存儲R4、R2、R1。通過cover-set可以創造新的規則R6*（R6*.act：to_ss），並將R4、R2、R1放入sofeware switch。

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Rules Caching Algorithms

貪心算法的思路

• cover-set caching algorithm
• layer-by-layer rules caching algorithm(LLRC)Yen-Cheng Chuo
• new rules caching algorithm(NRC)Zhenge Jia

TCAMsize=3   ICV=weight/cost    ACV:累積貢獻值

cover-set caching algorithm

找最大的個人貢獻值（ICV）

LLRC算法1

關鍵：怎麼求每個節點的ACV

eg1：以R9開始爲例

eg2 ：以R7開始爲例

LLRC算法2

NRC算法

打破了LLRC算法層與層之間的限制，在候選隊列中選擇最大的ACV

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規則替換算法（RCR）

• Temporal locality：時間局部性是指如果一個規則與當前的流量相匹配，那麼該規則將很快再次匹配。
• Spatial locality：空間局部性是指在短時間內，交通集中於某一塊空間。

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Rules Caching Algorithms總結

• cover_set算法：相比較，利用ICV遍歷導致cost成本很高
• LLRC:reduce the cover-set
  overhead，但是侷限於層與層之間。時間複雜度o(T*N^2)高，但是可以得到全局ACV。
• NRC:時間複雜度o(N^2)，但是隻能得到局部DAG圖的ACV。並且cost沒有做到動態更新。

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引用：

• Gupta P, McKeown N. Algorithms for packet classification[J]. IEEE Network, 2001, 15(2): 24-32.
• Katta N, Alipourfard O, Rexford J, et al. Rule-Caching Algorithms for Software-Defined Networks[R]. Technical report, Princeton University, 2014.
• Sheu J P, Chuo Y C. Wildcard Rules Caching and Cache Replacement Algorithms in Software-Defined Networking[J]. IEEE Transactions on Network & Service Management, 2016, 13(1):19-29.
• Jia Z. Wildcard Rules Caching Algorithm in Software-Define Networkings[J].