基于IXP2400网络处理器的MPLS转发的研究和设计

论文摘要

本文以作者参与的国家973项目“高速网络信息的获取与监控”的研究工作为基础,结合实际的研发经验,讨论了MPLS的相关理论和技术,IXP2400网络处理器的硬件体系结构及软件开发技术,基于IXP2400的MPLS转发技术。多协议标记交换（MPLS）和网络处理器都是当前高速网的核心技术。MPLS是将网络的第二层交换和第三层路由结合起来的一种L2/L3集成数据传输技术,在数据包转发、流量控制、QoS支持等几个方面对IP网络进行了重要扩展。网络处理器是专门针对网络数据处理需求而优化设计的可编程硬件,它在具备高速处理能力的同时,又不乏高度的灵活性。在MPLS网络体系结构中,入口标记边缘路由器（入口LER）接收、传送未标记包,划分转发等价类（FEC）,执行FTN（FEC到下一跳标记转发条目）转发;标记交换路由器（LSR）和出口LER接收、传送标记包,执行ILM（入口标记映射）转发。在对MPLS和IXP2400研究的基础上,本文提出了一种基于IXP2400的MPLS转发设计模型,给出了详细的设计方案,着重分析了数据转发部分的有关实现细节,进行部分微码实现。本文采用6元组对FEC的分类,将分类从原IP转发中独立出来,相对容易实现对传统路由器的升级。MPLS转发包含FTN转发和ILM转发模块,它们都支持MPLS中的标记栈操作和RFC3443（在MPLS中的TTL处理）的TTL处理规则。本设计的网络处理速度达到OC-48（2.5Gbps）,如果将网络处理器升级到IXP2800,可以处理OC-192（10Gbps）的速度,因此,可以满足当前高速增长的网络速度需求。

论文目录

第一章引言

1.1 研究背景

1.2 MPLS

1.2.1 MPLS的发展

1.2.1.1 ATM和IP的结合

1.2.1.2 第三层交换

1.2.1.3 MPLS的建立

1.2.2 MPLS的优点

1.2.3 MPLS发展面临的问题

1.2.4 MPLS的应用

1.3 网络处理器

1.3.1 网络处理器的产生

1.3.2 网络处理器的技术优势

1.3.3 网络处理器的应用

1.4 利用IXP2400实现MPLS的优势

1.5 论文主要工作及意义

1.6 论文组织结构

第二章 MPLS分析

2.1 MPLS概述

2.2 基本概念

2.2.1 标记

2.2.2 标记栈

2.2.3 转发等价类

2.2.4 MPLS网络中的路由器

2.2.5 标记的合并和聚合

2.3 MPLS的体系结构

2.4 LSR的体系结构

2.5 MPLS的标记技术

2.5.1 标记的封装

2.5.2 标记的结构

2.5.3 标记分配

2.5.4 标记分发

2.5.5 标记分发协议

2.5.6 标记交换路径

2.5.7 建立标记交换路径

2.5.8 标记空间

2.5.9 标记转发算法

2.5.10 MPLS的标记转发说明

2.5.10.1 相关概念

2.5.10.2 标记转发操作

2.5.11 倒数第二跳弹出

2.5.12 MPLS的环路控制

2.5.13 层次MPLS网络中的TTL处理

2.6 本章小结

第三章 IXP2400网络处理器分析

3.1 引言

3.2 IXP2400网络处理器概述

3.2.1 硬件体系结构

3.2.2 软件开发

3.3 IXP2400编程相关技术

3.3.1 IXP2400微引擎中多线程实现的有关技术

3.3.1.1 硬件支持

3.3.1.2 软件编程

3.3.1.3 调度循环

3.3.2 缓冲区链接

3.3.3 哈希单元

3.4 本章小结

第四章基于IXP2400网络处理器的MPLS转发的研究和设计

4.1 实现目标

4.2 基于IXP2400网络处理器的MPLS转发设计方案

4.2.1 MPLS转发设计功能模块框图

4.2.2 双芯片上的系统资源分配

4.3 各功能模块介绍

4.3.1 数据包接收模块

4.3.2 转发处理模块组

4.3.2.1 转发处理模块组的构成

4.3.2.2 数据包解除封装和分类模块

4.3.2.3 ILM转发模块

4.3.2.4 六元组分类模块

4.3.2.5 FTN转发模块

4.3.2.6 IP转发模块

4.3.3 入口芯片队列管理模块

4.3.4 入口芯片队列调度模块

4.3.5 CSIX传送模块

4.3.6 出口芯片模块介绍

第五章总结和展望

参考文献

致谢

附录A 数据包接收模块流程图

附录B入口芯片队列管理模块流程图

附录C入口芯片队列调度模块流程图

附录D CSIX传送模块流程图

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