ovs源码阅读--元组空间搜索算法

yearsj

关于TTS(元组空间搜索算法)的详细介绍可以参考OVS+DPDK Datapath 包分类技术这篇文章,本文只对该篇博客进行简单的介绍,其中案例和部分图片来自于OVS+DPDK Datapath 包分类技术

TTS算法主要组成部分

Rule : 单条的包过滤规则+动作

以下为具体的例子:

1 Rule #1: ip_src=192.168.0.0/16 ip_dst=0/0 protocol=0/0 port_src=0/0 port_dst=0/0
2 Rule #2: ip_src=0/0 ip_dst=23.23.233.0/24 protocol=6/8(TCP) port_src=0/0 port_dst=23/16 
3 Rule #3: ip_src=0/0 ip_dst=11.11.233.0/24 protocol=17/8(UDP) port_dst=0/0 port_dst=4789/16
4 Rule #4: ip_src=10.10.0.0/16 ip_dst=0/0 protocol=0/0 port_src=0/0 port_dst=0/0

可以看到一个rule中有多个字段,每个字段的形式为 :字段值/掩码前缀

Tuple : 使用相同的匹配字段+每个匹配字段都使用相同的掩码长度

以下为具体的例子:

1 Tuple #1: ip_src_mask=16 ip_dst_mask=0 protocol_mask=0 port_src_mask=0 port_dst_mask=0
2 Tuple #2: ip_src_mask=0 ip_dst_mask=24 protocol_mask=8 port_src_mask=0 port_dst_mask=16

tuple是将有相同规则的rule进行合并,例如上述rule #1和rule #4可以看成是同一个tuple #1,因为其每个字段的掩码都相同,所以tuple有如下特点:

  1. 使用相同的匹配字段
  2. 每个匹配字段都使用相同的掩码长度

Key:用于hash

以Tuple #2中的Rule #2为例说明一下,首先用tuple的掩码去rule中的各个字段值,丢弃tuple不关心的位,得到:

ip_src=_ ip_dst=23.23.233 protocol=6 port_src=_ port_dst=23

然后把这些位拼接起来,就是哈希表的key,转换为二进制如下:

key = 0001 0111(23) 0001 0111(23) 1110 1001(233) 0000 0110(6) 0000 0000 0001 0111(23)

最后,用这个key去做散列,即是哈希表的索引

匹配过程

  • 所有的rule都被分成了多个tuple,并存储在相应tuple下的哈希表中
  • 当要对一个包进行匹配时,将遍历这多个tuple下的哈希表,一个一个查过去,查出所有匹配成功的结果,然后按一定策略在匹配结果中选出最优的一个。

下面以ovs中具体的事例进行说明:

  1. 首先添加一个rule #1,该rule创建的过程中会创建对应的掩码(mask FF.FF.FF.00),也就是TTS中的Tuple,然后rule与mask进行与操作生成key,通过key进行散列得到一个索引值,最终将该rule #1加入到hash表HT 1对应的索引中

img

可以看到,同一个哈希表中的mask都是相同的,也就是说每一个tuple对应一个表
  1. 接下来收到一个包packet #1,如下图所示,该包查找的过程中,会与所有的hash表进行匹配,由于目前只有一个表HT 1,所以该包会与HT 1对应的mask进行与运算,对其结果进行散列后查到对应表中的结果

img

  1. 同步骤1,此时又来了一个rule #2,按照同样的步骤,创建一个新的表HT 2

img

  1. 收到另一个包Packet #2,同步骤2进行查找,首先与HT 1对应的mask进行匹配查找,无法找到结果

img

然后与HT 2对应的mask进行查找,查询到对应的结果

img

通过上述步骤可以看出来,TTS中的时间复杂度与Tuple的数量相关,如果Tuple的数量越多,则耗费的时间越长,当Tuple的数量==表项的数量,此时等同于挨个遍历所有的表项

OVS与TTS

上一篇博文中,其中Megaflow Cache的实现就是采用了TTS,在如下图中,每个megaflow cache的表项对应TTS中的rule2401853394-5b7d444466240_articlex

具体的实现结构如下图,在最新的ovs中采用的是Mircroflow cache和Megaflow Cache结合的方式,其中可以看到Megaflow Cache是通过链表的形式进行组合的,sw_flow_mask结构体相当于是mask(TTS中的tuple),sw_flow结构体相当于是rule,其中Microflow cache中存放的是上次访问的sw_flow_mask索引,具体的流程会在接下来的博客进行详细的介绍。

流表查询_gaitubao_com_watermark

参考资料

OVS+DPDK Datapath 包分类技术

作者:yearsj
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