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可扩展路由器大规模路由管理研究

作　者: 陈文龙
导　师: 杨扬
学　校: 北京科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 可扩展路由器路由分发分解存储组播转发
分类号: TP393.05
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
下　载: 77次
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内容摘要

人类社会各种行为越来越与高速发展的互联网密不可分。路由器，正是互联网中最主要的支撑设备。随着互联网规模的不断发展及网络运营需求的变化，可扩展体系结构将成为下一代高端路由器的发展方向。目前，已有大量的研究工作围绕可扩展路由器展开，主要集中在分布式路由计算、高性能可扩展互连结构等方面，并取得了显著成果。然而，随着互联网的发展，核心路由器需要支持的路由表容量越来越大，而可扩展路由器中线卡数量较多，路由系统的大规模路由管理面临着一些难题。本文通过对路由分发、转发表分解存储、新型组播转发模型等问题的分析，研究如何提高可扩展路由器的大规模路由管理性能。通过对现有路由分发方法及可扩展路由体系进行分析，设计了树型并行路由分发模型(TPRD)。模型将可扩展路由器所有板卡构造成一棵不平衡的分发树，路由从树根向叶子并行层层传递。研究了该模型板卡路由分发速度及负载均衡状况，并设计了模型实现算法及实施步骤。本文设计了一种新型的转发表分解存储模型(DSF)，它依据IP前缀的前若干bit位实现线卡对转发表的分解存储，并只带来极少的冗余存储。DSF的改进方案：EDSF，更可使各线卡非常均衡地完成分解存储。分解存储模型缓解了FIB表项急剧增长问题的解决压力，同时大大节省了硬件资源。通过优化数据层和协议控制层的处理流程，设计了组播转发项优化存储模型来提高存储性能。同时，设计了两级组播转发模型，通过少量的存储代价及逻辑处理，给组播转发带来了转发时延缩小、板间带宽占用减少等多方面的性能提高。本文研究实现了可扩展路由器的系统支撑平台，并以BitEngine12K路由器为节点平台完成了可扩展路由器原型系统的搭建。基于原型系统，设计完成了重要实验，验证了本文各项研究工作。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-11
插图清单  11-13
附表清单  13-14
1 引言  14-23
  1.1 研究背景和意义  14-16
  1.2 本文的研究内容  16-19
  1.3 论文主要贡献  19-21
  1.4 本文的组织结构  21-23
2 可扩展路由器相关研究踪述  23-49
  2.1 可扩展路由器概述  23-32
    2.1.1 路由器功能模型  23-24
    2.1.2 路由器体系结构发展  24-28
    2.1.3 产业界状况  28-31
    2.1.4 可扩展路由器功能特点  31-32
  2.2 可扩展路由器关键技术概述  32-41
    2.2.1 新型可扩展路由器模型  32-35
    2.2.2 分布式路由协议控制  35-37
    2.2.3 ForCES  37-38
    2.2.4 可重构体系结构  38-39
    2.2.5 高速交换结构  39-40
    2.2.6 可扩展路由器操作系统平台  40-41
  2.3 路由管理技术  41-47
    2.3.1 路由同步  41-43
    2.3.2 转发表存储与查找  43-46
    2.3.3 组播路由实施  46-47
  2.4 本文的可扩展路由器模型  47-48
  2.5 本章小结  48-49
3 并行路由分发模型  49-60
  3.1 路由分发方法分析  50-51
  3.2 TPRD模型  51-54
  3.3 算法实现  54-56
  3.4 性能评价  56-59
    3.4.1 基于NS2的实验分析  57-58
    3.4.2 基于原型系统的实验  58-59
  3.5 本章小节  59-60
4 FIB表分解存储  60-79
  4.1 DSF模型设计  61-63
  4.2 虚拟路由及数据转发  63-65
  4.3 实施设计  65-71
    4.3.1 线卡设计  65-66
    4.3.2 算法设计  66-68
    4.3.3 存储分析  68-69
    4.3.4 模型实施相关考虑  69-71
  4.4 EDSF模型  71-76
  4.5 实验及性能分析  76-78
  4.6 本章小节  78-79
5 面向PIM-SM的新型组播转发模型  79-97
  5.1 PIM-SM协议分析  79-83
  5.2 两级组播转发  83-92
    5.2.1 FAI模型分析  84-85
    5.2.2 两级转发模型  85-88
    5.2.3 组播转发项优化存储  88-90
    5.2.4 TLMF模型性能分析  90-92
  5.3 方案实现  92-94
  5.4 实验及分析  94-96
  5.5 本章小节  96-97
6 支撑平台及原型系统  97-116
  6.1 节点管理  99-105
    6.1.1 Hello报文  100-101
    6.1.2 SNode/BSNode选举及节点状态机  101-103
    6.1.3 邻居状态机  103-105
  6.2 多协议族分布式路由管理  105-108
  6.3 分布式SOCKET  108-110
  6.4 原型系统及实验  110-114
  6.5 本章小节  114-116
7 总结及后续研究计划  116-120
  7.1 全文内容及结论总结  116-117
  7.2 后续研究问题  117-120
参考文献  120-127
作者简历及在学研究成果  127-130
学位论文数据集  130

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