集群路由器關鍵技術研究.pdf

1、隨著光網(wǎng)絡的發(fā)展以及IPv6網(wǎng)絡的逐漸部署，網(wǎng)絡接口的速度越來越高，路由器處理報文的速度也必須隨之更快。對于40G的接口，每個報文的路由器處理時間只有8ns，這在目前的技術條件很難使用單處理器達到。目前高速路由器廣泛使用的是分布式處理結構，它對每個網(wǎng)絡接口卡配備一個轉發(fā)引擎，各自獨立處理本地流量。這樣一方面實際流量大的接口的處理可能能力不夠，另一方面實際流量低的接口可能處理能力過剩。本文提出了一種新的路由器結構（集群路由器結構），它使用

2、分布式的物理結構連接多個路由器，在節(jié)點間分擔流量以提高效率；并采用開放的抽象平臺，能支持異構節(jié)點的協(xié)作和系統(tǒng)擴展。對于集群路由器面臨的問題，本文依次從軟件平臺、負載模型、負載均衡、路由查找等方面展開研究。用排隊論的理論分析了適合集群路由器的負載模型和負載均衡算法，分析了保持系統(tǒng)多路徑延時平均的方式，并對分析結果使用OPNet仿真工具進行了仿真驗證。論文還分析了影響路由器查找表更新速度的關鍵因素，提出了受控前綴擴展的路由查找算法，并使用真

3、實的IPv6路由表對算法進行了驗證。論文首先提出了一種分層抽象的路由器平臺結構，它可以適應目前廣泛采用的分布式處理結構的路由器，也可以適應集群路由器。該結構能為異構平臺上路由器應用提供統(tǒng)一的抽象環(huán)境，將不同的路由器組合為有機的整體。通過引入虛擬設備將分布的物理結構屏蔽，從而不影響各成員路由器原有的結構，因此支持功能、性能和結構的擴展。文中詳細設計了各個層次的功能，并在Linux操作系統(tǒng)下的PC上開發(fā)了部分功能，成功的將三臺PC通過以太網(wǎng)

4、連接為一臺集群路由器，完全未改變Linux系統(tǒng)自帶的轉發(fā)功能，證明該了平臺具有實際意義，并且是可實現(xiàn)的。根據(jù)集群路由器內(nèi)部的數(shù)據(jù)流模式，提出了“比例分擔”和“并行分擔”這兩種集群路由器負載模型。論文還通過對兩個隊列的調(diào)度的研究和仿真，得到了隊列公平的調(diào)度比例計算公式，保證了本地流量和分擔流量能公平的得到路由處理，以及負載經(jīng)過不同節(jié)點時的延時相同。通過仿真證明在“比例分擔”負載模型下，集群路由器能夠公平的對過載流量進行分擔，且各節(jié)點對本地

5、流量和分擔流量的調(diào)度能將兩隊列延時差異限制在8﹪以內(nèi)，進而保證了所有路徑的延時相同。論文基于限制處理路徑的最大延時，提出了自適應動態(tài)分配的負載均衡算法，解決了集群路由器“比例分擔”負載模型中的處理能力共享和負載均衡的特殊問題，保證了各個集群節(jié)點可以延時公平的分擔負載。論文還引入計次傳遞機制，避免負載均衡中可能出現(xiàn)的誤判和減少丟包現(xiàn)象；采用改進延時特性的LFDRR調(diào)度算法，并與VOQ結合，以保證均衡結果的公平實施。最后通過仿真證明，使用動

6、態(tài)分配的負載策略能夠保證以最小的分擔量均衡突發(fā)過載流量，并將延時差異控制在設定的范圍內(nèi)。論文最后分析了現(xiàn)有的IPv4和IPv6路由查找算法，并根據(jù)IPv6地址的分布、使用、分配等新特點，以及集群路由器快速更新要求，提出了分段受控前綴擴展的PCPE算法。從內(nèi)存使用、查找速度、更新速度等方面綜合仿真，表明該算法相對PartitionedPrefix算法能在保持查找速度幾乎不變的同時提高更新速度。解決了目前的高速路由器查找算法無法快速更新，以