高速网络测量中交换机Sketch的拆分传输和分析端重构优化方法研究

作     者：韦忠祥 

作者单位：中国科学技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：田野

授予年度：2023年

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：网络测量 Sketch 带内网络遥测 Sketchlet 硬件可编程交换机 

摘      要：在如今超大规模的高速网络中,基于sketch的测量方法是一种有效的网络测量方式。但是,为了将部署在交换机上的sketch传送到分析端,通常需要在交换机与分析端之间建立专用的带外信道,或者将sketch压缩后传送,这会降低查询准确度。所以基于带内网络遥测(In-band Network Telemetry,INT),LightGuardian 首先提出了“在交换机拆分sketch为sketchlet,在分析端收集sketchlet重构sketch的方法。然而,在该方法中sketchlet只是简单地由sketch某一列的bucket组成,从而导致sketchlet的比特效率过低,重构sketch存在过多无效和过期的数据,最终致使对重构sketch的查询不够准确。为提高对重构sketch的查询准确度,必须要解决如何对交换机sketch进行高效地拆分和重构,以及如何选择有价值的sketch bucket组成sketchlet两大问题。为此,本文提出了新颖的交换机sketch拆分传输和分析端重构优化方法,它具有以下三个贡献:第一,本文设计了新型的scatter sketchlet,它由交换机选择一定范围内的有价值的bucket组成,能够更有效地传输测量数据。基于scatter sketchlet,本文优化了相应的sketch重构方法;第二,本文提出了轻量级的数据结构bitmap和cookie,它们可以追踪sketch bucket的“有效性和“新鲜度,之后本文结合这两个数据结构设计了高效的bucket选择算法;第三,本文基于真实的硬件可编程交换机实现了提出的算法,提高了实用性。最后,本文通过充分的理论分析说明了该方法的高效性,同时搭建了实验床,并在真实网络流量驱动下进行实验验证,结果表明提出的方法能够减少60%的重构sketch测量误差,而且只降低了小于0.36%的交换机转发速率。