高性能業(yè)務(wù)路由器系統(tǒng)軟件研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、目前,基于互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求和種類與日俱增。隨著互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)擴(kuò)展到視頻(如IPTV)、音頻(如Voice over IP)和虛擬專用網(wǎng)等應(yīng)用,這就要求路由器不僅僅能夠完成傳統(tǒng)的盡力而為轉(zhuǎn)發(fā),而且需要實(shí)現(xiàn)對多業(yè)務(wù)的有效承載。而位于網(wǎng)絡(luò)匯聚層的高性能業(yè)務(wù)路由器是用戶業(yè)務(wù)和服務(wù)提供商的接入控制點(diǎn),是下一代互聯(lián)網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)有效業(yè)務(wù)控制和區(qū)分的核心設(shè)備。由于其在下一代互聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)鍵位置,業(yè)務(wù)路由器需要具備可擴(kuò)展性和高可靠性,以應(yīng)付網(wǎng)絡(luò)中各種流量和應(yīng)用的需

2、求。此外,它應(yīng)能夠根據(jù)策略實(shí)現(xiàn)動態(tài)資源分配,以滿足不同業(yè)務(wù)的資源需求。 業(yè)務(wù)路由器的軟件體系結(jié)構(gòu)決定了其靈活性和可擴(kuò)展性。以往研究多基于PC架構(gòu),缺乏對實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)處理器系統(tǒng)的研究,不具備通用性和可操作性。在對具體硬件平臺抽象的基礎(chǔ)上,提出了一種用于業(yè)務(wù)路由器的可擴(kuò)展路由軟件系統(tǒng)架構(gòu)(EROS-可擴(kuò)展路由器操作系統(tǒng))?;谀K化和層次化的結(jié)構(gòu),提出了軟件轉(zhuǎn)發(fā)引擎(SFE)對底層硬件轉(zhuǎn)發(fā)引擎(如網(wǎng)絡(luò)處理器)進(jìn)行了屏蔽。EROS可應(yīng)用

3、于基于不同的網(wǎng)絡(luò)處理器的業(yè)務(wù)路由器平臺,解決了軟件系統(tǒng)的跨平臺要求。EROS中給出了一種分布式可靠通信機(jī)制(RCMS),結(jié)合了可靠組播和基于TCP Socket單播的機(jī)制,能夠滿足業(yè)務(wù)路由器內(nèi)部通信對可靠性的要求。 轉(zhuǎn)發(fā)處理是業(yè)務(wù)路由器數(shù)據(jù)平面的非常重要和復(fù)雜的問題。在分析了現(xiàn)有查找和分類技術(shù)基礎(chǔ)上,提出一種基于策略流的轉(zhuǎn)發(fā)方式。和傳統(tǒng)的基于分組的轉(zhuǎn)發(fā)方式不同,策略流轉(zhuǎn)發(fā)只需要對流的首分組進(jìn)行復(fù)雜的分類和查找操作,并生成全局唯一

4、的流ID,而對該流的后續(xù)分組采用基于流ID的精確匹配即可。該機(jī)制優(yōu)點(diǎn)在于能夠提高轉(zhuǎn)發(fā)速率并具備業(yè)務(wù)的可擴(kuò)展性,并兼顧IPv4和IPv6網(wǎng)絡(luò)的需求。通過建模分析了影響策略流轉(zhuǎn)發(fā)性能的關(guān)鍵因素,給出了一種加權(quán)LRU算法用于流規(guī)則替換,并比較了用于流匹配的各種哈希查找算法。 故障恢復(fù)是軟件系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。通過基于連續(xù)馬爾可夫鏈的數(shù)學(xué)模型,系統(tǒng)地分析了現(xiàn)有故障恢復(fù)策略,并對其進(jìn)行了數(shù)值分析。分析表明,現(xiàn)有機(jī)制無法適用于不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

5、場景?;诖?,提出了一種基于自適應(yīng)的故障恢復(fù)機(jī)制,該機(jī)制可用根據(jù)場景動態(tài)選擇恢復(fù)方式。實(shí)驗(yàn)表明,該機(jī)制能夠提高系統(tǒng)的可用性,且導(dǎo)致的系統(tǒng)開銷較小,是一種合理且有效的故障恢復(fù)策略。 帶寬分配算法決定了業(yè)務(wù)路由器軟件對資源分配是否有效。目前,帶寬分配多基于區(qū)分服務(wù)和盡力轉(zhuǎn)發(fā)模型。在分析IP網(wǎng)絡(luò)中的帶寬分配的模型的基礎(chǔ)上,基于業(yè)務(wù)路由器的需求提出了一種通用的基于收入值的通用帶寬分配模型。該模型以最優(yōu)化收入值為約束條件進(jìn)行動態(tài)資源分配,

6、具備物理平臺的無關(guān)性,有一定的理論創(chuàng)新性。從理論上證明了RBA問題與背包問題的等效,并將基于收入值的帶寬分配(RBA)問題劃分為靈活的RBA問題(FRBA)和嚴(yán)格的RBA(SRBA)問題,并證明了其與背包問題的等效。在貪婪算法的基礎(chǔ)上,分別給出了ASRBA和AFRBA算法對SRBA和FRBA問題進(jìn)行求解。實(shí)驗(yàn)表明,算法能夠有效地對RBA問題進(jìn)行求解,并能在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)完成。 在交換容量為128Gbps的業(yè)務(wù)路由器原型平臺上實(shí)現(xiàn)并

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