两级负载平衡交换机关键技术研究

论文摘要

随着Internet 业务的持续高速增长,T 比特级路由器技术成为业界研发的重点之一。为了满足T 比特级路由器大容量、易扩张、高度可靠的性能要求,需要在其核心关键技术――交换结构上有所突破。最近,提出了一种负载平衡交换机,该交换机易于扩展同时也能满足时延、吞吐量保证。负载平衡交换机包括两级交换结构,第一级交换结构起着平衡负载的作用,连接输入和中间输入,将到来的分组均匀散布到各个中间输入中;第二级交换结构具有交换的功能,它连接中间输入和输出,将分组发送到输出端口。负载平衡交换机不需要使用集中式的调度器,因此在保证具有良好的交换性能的同时十分便于扩展,为网络工程师所推崇。在本文中,作者首先介绍了负载平衡交换机的基本结构,并详细分析了它的交换性能。由于当前的路由器要求交换结构具有快速的重构时间,因此这里介绍了可以将负载平衡交换机的两级结构应用于没有重构的单级光交换机中。同时还简述了目前负载平衡交换机实现的各项关键技术。另外,针对网络内不同业务的服务质量要求,在负载平衡交换机中应采用优先级排队的机制。当前对于负载平衡交换机的研究大都处于无优先级的业务模型下,本文将优先级机制引入负载平衡交换机中,分析了采用抢占策略时的各优先级的吞吐量和平均时延,仿真结果证明了理论分析的正确性。同时,负载平衡交换机的一个关键问题在于同一流的分组由于在负载平衡交换机内部路径不同,可能会发生乱序的情况。本文提出了一种在两级负载平衡交换机中保证分组顺序到达的满帧填充算法,该算法具有良好的交换特性,同时也是一种分布式算法,各个端口可以独立地进行操作。接着我们提出了仿真试验方案,并具体描述了在OPNET 平台上所搭建的仿真模型。最后总结了作者对于负载平衡交换机的研究工作,并讨论了今后的研究方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 下一代路由器研发的意义
• 1.3 当前核心路由器存在的问题和发展方向
• 1.4 路由器交换结构概述
• 1.5 本文课题的来源和研究的内容
• 第二章 负载平衡交换机综述
• 2.1 负载平衡交换机的基本结构
• 2.1.1 假定说明
• 2.1.2 虚通道流控制技术
• 2.1.2.1 虚通道问题的提出
• 2.1.2.2 虚通道的构造
• 2.1.3 负载平衡交换机模型
• 2.2 负载平衡交换机交换性能分析
• 2.2.1 负载平衡交换机吞吐量分析
• 2.2.1.1 负载平衡交换机提供10096吞吐量条件
• 2.2.1.2 负载平衡交换机提供10096吞吐量证明
• 2.2.2 负载平衡交换机时延分析
• 2.2.2.1 均匀分布业务模型时延分析
• 2.2.2.2 均匀突发业务模型时延分析
• 2.2.2.3 仿真结果
• 2.3 负载平衡交换机的实现
• 2.3.1 负载平衡交换机关键问题描述
• 2.3.1.1 光交换结构上的实现
• 2.3.1.2 分组重排序
• 2.3.1.3 容错性
• 2.3.2 负载平衡交换机Mesh 结构
• 2.3.3 100TB/s 负载平衡交换机实例
• 2.4 负载平衡交换机总结
• 第三章 多优先级的负载平衡交换机性能分析
• 3.1 多优先级机制下的负载平衡交换机模型
• 3.1.1 输入队列的优先级策略
• 3.1.2 中间输入队列的优先级策略
• 3.2 多优先级机制下吞吐量和时延的分析
• 3.2.1 吞吐量分析
• 3.2.2 时延分析
• 3.3 计算机仿真结果分析
• 3.4 结论
• 第四章 负载平衡交换机分组有序到达算法
• 4.1 分组有序到达描述
• 4.1.1 互连网业务中分组乱序的影响
• 4.1.2 分组有序通过负载平衡交换机算法介绍
• 4.2 帧均匀散布算法（UFS）
• 4.2.1 UFS 算法描述
• 4.2.2 UFS 算法特点
• 4.3 满帧有序算法（FOFF）
• 4.3.1 FOFF 算法描述
• 4.3.1.1 输入部分
• 4.3.1.2 中间输入部分
• 4.3.1.3 输出部分
• 4.3.2 FOFF 算法特点
• 4.4 满帧填充算法（FFS）
• 4.4.1 FFS 算法描述
• 4.4.1.1 输入部分
• 4.4.1.2 中间输入部分
• 4.4.1.3 输出部分
• 4.4.2 FFS 算法特点
• 4.5 计算机仿真结果分析
• 4.6 结论
• 第五章 仿真模块设计与实现
• 5.1 概述
• 5.2 仿真模型设计方案总体描述
• 5.3 仿真节点的工作流程与模块设计
• 5.3.1 输入节点
• 5.3.2 交换级节点
• 5.3.3 中间输入节点
• 5.3.4 输出节点
• 5.3.5 记录节点
• 5.4 仿真模块的应用描述
• 第六章 全文总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历