论文题目: 路由协议并行处理技术研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 计算机科学与技术
作者: 张晓哲
导师: 卢锡城
关键词: 集群路由器,路由软件,随机回报网,并行处理模型
文献来源: 国防科学技术大学
发表年度: 2005
论文摘要: 传统的核心路由器是构建整个Internet核心网络的重要设施。由于其自身硬件体系结构、路由操作系统以及协议软件结构的固有限制，组成的核心网络无法满足下一代互联网的多方面需求。集群结构的路由器在支持网络端口密度、报文转发能力、控制平面计算能力以及设备生命周期等方面具有强大的优势，存在着非常广阔的发展空间，将会成为构建下一代互联网络的基石。路由器软件系统功能的复杂化、路由协议需要存储和计算的路由信息数量的超线性增长、各种网络应用的迅速出现，使得核心路由器单处理器控制平面的计算能力很难满足未来需求。研究路由软件系统以及关键协议软件，如何充分利用集群路由器控制平面分布式的计算资源和存储资源来满足下一代互联网的需求，既具有挑战性又具有重要实际意义。 Internet规模的迅速扩张，造成域间路由标准的BGP协议面临性能挑战，而现有集群路由器中BGP协议的实现仍然沿用单进程或者单线程方式，没有真正实现软件意义上的可扩展性。为了充分利用集群路由器的分布式计算资源，集群软件系统将路由协议模块分布在各个路由节点上并行执行。这些路由协议在运行过程中会与邻接路由器交换路由信息，不断地更新各个路由节点的本地报文转发表，造成节点报文转发表之间的不一致。集群路由器要求每个路由节点必须具有完全相同的报文转发表映像，因此保证各个路由节点转发表的一致性，是集群路由器软件系统的重要问题。 本文的主要工作围绕着BGP协议的并行实现技术和集群路由器报文转发表一致性维护问题展开。首先使用随机回报Petri网建立了BGP协议的性能模型，为预测不同协议配置和负载情况下BGP协议的性能提供了理论基础；之后基于集群路由器分布式控制平面的特点，研究了BGP协议的并行实现问题；最后针对集群路由器报文转发表一致性维护问题，研究了IP层报文转发表在路由节点间的分布式存储及转发表一致性维护技术。本文的主要成果和创新包括以下几个方面： 1．建立了BGP协议的随机回报Petri网性能模型，能够反映出不同协议配置情况和不同路由更新报文到达率对BGP协议处理性能的影响。性能模型的建立为分析不同负载条件下和协议配置情况下，BGP协议的行为、处理能力、对控制平面CPU资源的消耗提供了理论基础，对研究Internet域间路由问题、指导BGP路由协议模块的设计实现也具有重要意义。 2．基于集群路由器分布式控制平面的特点以及目前BGP协议存在的问题，提出了一种全新的BGP协议并行处理模型和路由存储、计算任务的划分算法。整个模型由BGP实体集合及C-BGP协议两部分组成，其中BGP实体作为模型的基本功能模块，可以驻留在集群路由器各个路由节点的控制平面上，执行路由更新计算和路由信息存储任务。划分算法以BGP邻居会话作为基本的划分单位，将邻居会话分配到多个BGP实体上并行执行，充分利用集群路由器的多处理器资源来加速协议运行，提高了BGP协议的处理性
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
§1.1 课题研究背景
1.1.1 POP融合促进集群路由器的发展
1.1.2 路由器软件系统功能的复杂化
1.1.3 关键路由协议面临性能和可扩展性的挑战
§1.2 集群路由器软件系统研究中面临的关键问题
§1.3 本文的工作
§1.4 本文的结构
第二章 相关研究现状
§2.1 已有的集群路由器系统
2.1.1 多机柜互联的商用集群路由器
2.1.2 基于通用PC的集群路由器系统
2.1.3 现有集群路由器体系结构的特点
§2.2 集群路由器控制平面软件系统
2.2.1 中央集中控制模式
2.2.2 分布式并行处理模式
§2.3 路由协议的并行实现技术
2.3.1 协议功能卸载技术
2.3.2 协议的并行计算技术
第三章 基于随机回报Petri网的BGP协议性能模型与性能评价
§3.1 引言
§3.2 相关工作
§3.3 BGP协议简介
§3.4 路由更新处理模型
3.4.1 基本路由更新处理模型
3.4.2 模型化简
§3.5 BGP协议的性能模型
3.5.1 支持多邻居会话的BGP协议性能模型
3.5.2 模型精化设计
§3.6 性能评价
3.6.1 对实际系统的性能度量
3.6.2 模型求解与分析
§3.7 小结
第四章 BGP协议的并行处理模型及关键算法
§4.1 BGP并行处理技术研究
4.1.1 BGP协议的功能下载
4.1.2 BGP协议的并行路由计算算法
4.1.3 对上述BGP并行处理技术的比较
§4.2 基于Agent的BGP并行处理模型
4.2.1 BGP协议实体
4.2.2 C-BGP协议
§4.3 并行处理模型的特点分析
4.3.1 提高BGP协议的可靠性
4.3.2 协议的多维可扩展
4.3.3 简化BGP网络设计降低维护成本
§4.4 BGP协议的并行路由计算算法
4.4.1 算法选择依据
4.4.2 BGP邻居会话的划分算法
4.4.3 内部路由视图一致性维护
§4.5 BGP并行处理模型性能评价
4.5.1 BGP实体的功能分析
4.5.2 BGP Agent实体的Petri网性能模型
4.5.3 模型求解与分析
§4.6 小结
第五章 多路由协议并行中的转发表同步机制研究
§5.1 问题提出
§5.2 相关工作
5.2.1 广播更新方式
5.2.2 全冗余备份方式
§5.3 AREF路由同步机制
§5.4 AREF同步机制性能分析
5.4.1 前提假设与符号定义
5.4.2 存储性能分析
5.4.3 路由变化时的同步开销
§5.5 小结
第六章 基于抖动优化的转发表同步算法
§6.1 问题提出
§6.2 算法的基本思想
§6.3 符号定义
§6.4 算法描述
§6.5 性能评价
§6.6 小结
第七章 总结与未来工作
致谢
论文发表情况
参考文献
发布时间: 2006-09-22
参考文献
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