本發(fā)明涉及FPGA(Field-Programmable Gate Array現(xiàn)場可編程門陣列)領(lǐng)域，涉及以太接入網(wǎng)領(lǐng)域,提出了一種基于FPGA實現(xiàn)的大批量流表老化的高效的方法。

背景技術(shù)：

在以太接入網(wǎng)通常需要對流進行管理,這里的流是指在某一段持續(xù)的時間內(nèi)，具有相同五元組元素的一組連續(xù)的報文序列。流具有從建立到結(jié)束的完整生命周期。流管理是指在流建立到結(jié)束(即流老化)的整個生命周期中，對該流的報文進行計數(shù)、轉(zhuǎn)發(fā)和丟棄的操作。

流管理的處理流程及流表結(jié)構(gòu)如圖1、2所示，圖2中的N表示桶深。流表項內(nèi)容如表1、2所示。流表老化的方式有兩種：刷新流老化和非刷新流老化。刷新流老化是指從最后一個報文開始，該流在指定老化時間內(nèi)沒有被采集到而被自動老化，這種老化稱為刷新流老化；非刷新流老化是指從建立流的第一個報文開始計算時間，超過設(shè)定時間后被老化，這種老化稱為非刷新老化。本發(fā)明主要針對非刷新老化。

表1：HASH桶表項：

表2HASH節(jié)點表項

通常的流表老化機制都是通過遍歷當前表項所在hash桶直到遍歷完所有表項，是單一表項操作的。但當流表項數(shù)量特別龐大(上千萬條流),老化精度又比較高(幾秒)的應(yīng)用場景下，使用單一表項老化的方式使得老化效率非常低。假設(shè)流表項數(shù)量為3000萬，老化精度為1s，存儲流表的內(nèi)存(DDR3-1600SDRAM)的讀寫操作延時為27.5ns，內(nèi)存讀寫時鐘頻率為200MHz，完成單個表項老化需要兩周期(讀hash桶+讀hash節(jié)點)，若使用單一表項的方式進行老化，完成3000萬條流表可以使用25bit位寬的hash桶，假設(shè)內(nèi)存只用于老化操作，則完 成一次遍歷需要3200萬*(27.5ns+5ns)+3000萬*(27.5ns+5ns)＝2s的時間，老化精度無法達到1s，并且老化操作占用的內(nèi)存過多，留給建流、查表等內(nèi)存操作的比例就非常少，使得整個流管理效率非常低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種提高大批量網(wǎng)絡(luò)流表老化效率的方法及裝置。

本發(fā)明對原有系統(tǒng)硬件不做任何改變，完成老化效率的提高；其特征在于應(yīng)用可編程邏輯器件的現(xiàn)有資源，實現(xiàn)流表的高速老化。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種提高大批量網(wǎng)絡(luò)流表老化效率的方法，其特征在于，對網(wǎng)絡(luò)流表進行分批老化，對于每一批讀取的N個桶，其步驟為：

1)將該批hash桶中的有效指針存到指針FIFO中；當該批hash桶讀取結(jié)束時，進行步驟2)；

2)從內(nèi)存中查找指針FIFO中指向的hash節(jié)點，然后根據(jù)配置的老化時間判斷該hash節(jié)點是否需要老化，若需要老化，則對該hash節(jié)點進行老化并將該hash節(jié)點中的下一個指針標志有效的hash節(jié)點指針存入指針FIFO中；

3)判斷當前指針FIFO是否為空，如果不為空，則進行步驟2)。

進一步的，采用可編程邏輯器FPGA對網(wǎng)絡(luò)流表進行分批老化；根據(jù)FPGA的內(nèi)存操作時延T和FPGA的存儲FIFO的深度D確定每批hash桶個數(shù)N。

進一步的，內(nèi)存操作時延T＝C*1/F；其中，F(xiàn)為FPGA的內(nèi)存控制器讀寫時鐘頻率，C為老化內(nèi)存讀時延周期數(shù)。

進一步的，N>T*F1，其中，F(xiàn)1為FPGA的時鐘頻率。

進一步的，N＜D-P，P表示FIFO的余量。

一種提高大批量網(wǎng)絡(luò)流表老化效率的裝置，其特征在于，包括流老化模塊和流老化配置模塊；其中，流老化配置模塊，用于配置網(wǎng)絡(luò)流表老化時間以及每批讀取的hash桶個數(shù)N；流老化模塊，用于根據(jù)配置的hash桶個數(shù)N分批讀取并緩存網(wǎng)絡(luò)流表的hash桶；以及將hash桶中的有效指針存到指針FIFO中；以及從內(nèi)存中查找指針FIFO中指向的hash節(jié)點，然后根據(jù)配置的老化時間判斷該hash節(jié)點是否需要老化，若需要老化，則對該hash節(jié)點進行老化并將該hash節(jié)點中的下一個指針標志有效的hash節(jié)點指針存入指針FIFO中，直至當前指針FIFO是否為空。

本發(fā)明流程如圖3所示，包括：

a.分多次完成所有流表的老化，每次小批量讀取hash桶并老化hash桶下一個指針有效的有效hash節(jié)點。

根據(jù)FPGA的內(nèi)存操作時延T和FPGA的存儲FIFO的深度D確定每批hash桶個數(shù)N。假設(shè)內(nèi)存控制器讀寫時鐘頻率為F，老化內(nèi)存讀時延周期數(shù)C，則T＝C*1/F；一次小批量老化時間只有大于內(nèi)存讀延時，才能避免等待，提高老化內(nèi)存利用率。假設(shè)邏輯處理時鐘頻率為F1，則N>T*F1。

假設(shè)FPGA內(nèi)部FIFO深度D，則N＜D-P，P表示FIFO的余量，用于反壓的處理。

假設(shè)所有流表的hash桶總深度為M，則按HASH值大小順序小批量刷新hash桶的次數(shù)為[M/N]+1。

b.讀取hash桶的有效節(jié)點地址存到FIFO中，一次批量讀取hash桶結(jié)束時，從FIFO中讀節(jié)點地址并從內(nèi)存中查找hash節(jié)點，將hash節(jié)點的流建立時間與當前時間對比，若時間差大于等于配置的老化時間，即當前hash節(jié)點需要老化，則刪除該hash節(jié)點，若當前hash節(jié)點不需要老化則結(jié)束。

c.對于有hash沖突的場景，即不同的流有相同的hash值，同一條hash桶下掛了多個hash節(jié)點的場景，只需在b處理過程中判斷有效hash節(jié)點中的下一個節(jié)點指針是否有效，若有效，則說明有hash沖突，把沖突節(jié)點的地址存入沖突FIFO，等上一批節(jié)點處理結(jié)束從沖突FIFO中讀取沖突節(jié)點地址并從內(nèi)存中查找沖突節(jié)點。

d.在每次小批量老化間隙可以進行流管理處理的建流，流查找等操作，實現(xiàn)分時復用內(nèi)存，提高內(nèi)存的利用率。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果：

本發(fā)明基于FPGA實現(xiàn)，分多次完成大批量流表的老化，每次完成小批量hash桶的老化，使用pipeline模式，抵消了內(nèi)存操作結(jié)果等待時間，提高了老化性能，降低了老化的內(nèi)存占用率。同時在每次小批量老化的間隙可進行建流，查表等操作，最大限度利用內(nèi)存，提高流管理的性能。

附圖說明

圖1為流管理處理流程圖；

圖2為流表結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明流表老化的處理流程圖；

圖4為本發(fā)明裝置功能結(jié)構(gòu)整體示意圖；

圖5為單次老化的流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，進一步詳細描述本發(fā)明的實施例：

如圖4所示，本發(fā)明的整個裝置模塊，由多個子功能模塊構(gòu)成，其中包括

MIG_APP模塊：內(nèi)存控制器，由FPGA內(nèi)部的IP core提供。

flow_aging模塊：流老化模塊。批量讀取內(nèi)存流表信息，將有效流表結(jié)果存在FIFO(先入先出隊列)里，再從FIFO里讀取流表節(jié)點內(nèi)容，根據(jù)節(jié)點的建立時間和老化時間進行老化處理，根據(jù)節(jié)點的下一個指針是否有效判斷是否有hash沖突，對沖突節(jié)點進行重復相同的老化處理。

aging_dbg模塊：流老化配置模塊。PowerPC通過RGMII接口與FPGA相連，全局靜態(tài)配置流表老化時間，小批量刷新個數(shù)等信息。

大批量的hash桶和hash節(jié)點存在內(nèi)存sdram中，小批量讀取的hash桶和hash節(jié)點結(jié)果存于FPGA內(nèi)部的FIFO中，然后根據(jù)FIFO中存儲的小批量hash桶和hash節(jié)點的結(jié)果內(nèi)容(hash鏈指針是否有效，是否有hash沖突，是否到老化時間)決定是否需要進行多次操作。

以hash沖突為2的流表老化為例，其時間維度的老化模塊流程為：

1、從內(nèi)存讀取N(假設(shè)N＝1000)個hash桶；

2、把返回的hash桶的有效指針存入指針FIFO，無效指針丟棄；

3、在讀完1000個hash桶時，指針FIFO若非空，讀取指針FIFO，同時從內(nèi)存SDRAM中讀取當前指針FIFO確定的有效hash節(jié)點；

指針FIFO若為空，則說明此次批量讀取的hash桶下沒有有效節(jié)點，等待下一次的批量讀取。

4、比較返回的有效hash節(jié)點的建立時間和FPGA邏輯內(nèi)部的計時器內(nèi)容，若時間差大于或等于老化時間，說明該節(jié)點需被老化，把待老化節(jié)點內(nèi)容存入節(jié)點FIFO；若時間差小于老化時間，說明當前節(jié)點無需老化，進入步驟5；同時如果節(jié)點的下一個指針標志有效，說明有hash沖突，把沖突節(jié)點指針存入指針FIFO。指針是指節(jié)點地址。

5、若指針FIFO為非空(hash沖突的指針)，重復步驟3，4，即將沖突節(jié)點作為有效節(jié)點進行處理，沖突節(jié)點的時間達到老化時間，就將其刪除；若指針FIFO為空，判斷節(jié)點FIFO，若非空，則轉(zhuǎn)到步驟6；若節(jié)點FIFO為空，則此次批量老化結(jié)束，等待下一次的批量處理。

6、刪除待老化的節(jié)點：即通過寫節(jié)點把hash桶或hash節(jié)點中的有效指針置0。

圖5中的T1表示單次刷新沒有hash沖突，并且節(jié)點不到老化時間情況下的刷新所需時間；

T2表示hash沖突為2，節(jié)點無需老化的刷新時間；

T3表示hash沖突為2，節(jié)點需要老化的刷新時間。