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一体化网络中快速转发与队列调度机制的设计与实现

作　者: 谭蔚翔
导　师: 张宏科
学　校: 北京交通大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 一体化网络服务质量队列调度快速转发
分类号: TN915
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 69次
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内容摘要

传统互联网采用以用户为中心,面向数据传输的设计思想,提供无保障的“尽力而为”的服务。这已经无法满足视频、语音等对服务质量(QoS,Qualityof Service)有特殊需求的业务。一体化可信网络与普适服务概念的提出,是为了在一种网络上支持多种服务,并解决可信、移动、服务质量等问题。本文的研究也是在这个背景下开展的。本文主要关注一体化网络服务质量保证体系数据平面的方案设计与实现。首先,分析了互联网中现有的服务质量保证机制的优缺点。接着在此基础上,针对一体化网络服务质量保证机制的需求,提出一种适合于一体化网络服务质量保证机制数据平面的实现方案。该方案包括了队列调度和快速转发等相关机制。第三,将设计方案在Linux平台上进行了编程实现。本文工作主要有以下几点:1)提出了一种利用Linux平台下通用的流量控制工具TC(Traffic Control)实现队列调度和整形功能的方法;2)提出了一种新的可支持QoS路由的快速转发方式的设计和实现方案;3)采用Linux开源内核协议栈,以动态加载的内核模块形式实现了快速转发与域内全局流标识DGFL(Domain Global Flow Label)标记功能;4)使用netlink套接口实现内核与外部的通信接口,便于与其它服务进程的交互协同。通过在原型系统上部署本方案,实际测试了队列调度和快速转发机制的功能和性能。结果表明:队列调度机制实现了对网络资源的预留;快速转发机制的处理时延大约为12us,支持QoS路由;系统可以在网络拥塞的情况下为数据流提供端到端的服务质量保证,满足一体化网络通信的服务质量需求。本方案的成功实施,为在一体化网络平台上对服务质量进行更深入的研究打下了较好的基础。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
1 引言  11-15
  1.1 研究背景与意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-14
  1.3 论文主要工作及结构  14-15
2 一体化网络简介  15-23
  2.1 一体化网络体系结构  15-17
    2.1.1 "网通层"结构模型  15-17
    2.1.2 分离映射机制  17
  2.2 一体化网络的基本通信过程  17-19
  2.3 一体化网络服务质量体系结构  19-20
  2.4 具有QoS保证的基本通信流程  20-23
3 快速转发与队列调度机制设计方案  23-38
  3.1 基础知识介绍  23-25
    3.1.1 流量控制(Traffic Control)简介  23-24
    3.1.2 TC实现流量控制的基本原理  24-25
  3.2 一体化网络QoS保证体系总体功能设计  25-26
  3.3 整形与队列调度功能设计  26-29
    3.3.1 队列调度功能设计  26-28
    3.3.2 整形功能设计  28-29
  3.4 DGFL标记与快速转发的总体功能分析与设计  29-33
  3.5 数据包处理流程设计  33-35
    3.5.1 DGFL标记数据包处理流程设计  33-34
    3.5.2 快速转发数据包处理流程设计  34-35
  3.6 外部接口协议设计  35-36
  3.7 快速转发路由方案设计  36-37
  3.8 小结  37-38
4 快速转发和队列调度机制的实现  38-65
  4.1 基础知识介绍  38-42
    4.1.1 Linux操作系统中的协议栈  38-40
    4.1.2 Linux内核模块  40-41
    4.1.3 Netlink套接口  41-42
  4.2 队列调度机制的实现  42-46
    4.2.1 初始化模块  42-43
    4.2.2 队列配置模块  43-45
    4.2.3 链表模块  45-46
  4.3 整形功能实现  46-49
    4.3.1 初始化模块  47
    4.3.2 队列配置模块  47-48
    4.3.3 链表模块  48-49
  4.4 快速转发功能实现  49-58
    4.4.1 用户层模块  49-50
    4.4.2 初始化与卸载功能模块  50-51
    4.4.3 内核与用户层接口模块  51-53
    4.4.4 快速查找转发功能模块  53-55
    4.4.5 转发表模块  55-57
    4.4.6 转发表与路由表交互模块  57
    4.4.7 定时器模块  57-58
  4.5 DGFL标记功能实现  58-64
    4.5.1 用户层模块  58-59
    4.5.2 初始化与卸载功能模块  59
    4.5.3 内核与用户层接口模块  59-60
    4.5.4 DGFL标记功能模块  60-62
    4.5.5 标记映射表模块  62-64
    4.5.6 定时器模块  64
  4.6 小结  64-65
5 系统测试  65-83
  5.1 测试环境  65-66
  5.2 配置功能测试  66-72
    5.2.1 队列调度配置测试  66-68
    5.2.2 整形配置测试  68
    5.2.3 DGFL标记配置测试  68-70
    5.2.4 快速转发配置测试  70-72
  5.3 数据包转发功能测试  72-75
    5.3.1 DGFL标记功能测试  73-74
    5.3.2 快速转发功能测试  74-75
  5.4 数据包转发性能测试  75-82
    5.4.1 处理时延测试  75-80
    5.4.2 整体性能测试  80-82
  5.5 小结  82-83
6 总结与展望  83-84
参考文献  84-86
作者简历  86-88
学位论文数据集  88

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