T比特路由器上PIM-SM协议实现研究

论文摘要

PIM-SM是目前应用最为广泛的域内组播路由协议,具有强大的数据分发功能,是我们研发的T比特路由器主要实现的组播路由协议,其转发性能将直接影响T比特路由器对高质量组播业务的支持。通常的PIM-SM组播实现方式,难以符合T比特路由器体系结构的特点和满足互联网日益增加的组播数据流量所需的转发性能以及组播应用的实时性要求。为了实现自主知识产权,提高PIM-SM组播转发性能,针对T比特路由器主控与转发相分离的系统结构,本文提出了一种分布式的PIM-SM实现方案。该方案的核心思想是将PIM-SM控制平面和数据平面功能分离,数据平面功能利用TCAM+FPGA的硬件方式实现以达到快速数据转发的目的,控制平面功能由软件在主控完成,数据平面和控制平面之间通过高速内部网络进行通信。经过实际的测试表明,该方案在保证协议功能一致性的前提下,能够大大提高组播数据转发性能,使得数据达到10G接口的线速转发能力,满足了T比特路由器对高性能组播的要求,是一种高效可行的PIM-SM组播实现方案。文章主要包括以下内容: 根据T比特路由器控制与转发分离的结构特点和对PIM-SM协议的实现要求,提出了一种分布式的PIM-SM组播实现方案,并分析了该方案在实现中需要解决的两个关键问题:如何实现高速数据转发和如何保证平面间路由的一致性; 提出了基于TCAM+FPGA方式的高速数据转发方案,从实现方式、转发表格式和查表转发算法等方面进行了详细的研究和设计,并分析了该方式下实现数据线速转发的可行性,提出了查表优化实现思路; 分析了PIM-SM平面一致性问题,提出了在T比特路由器平台下利用消息机制解决平面一致性问题的方案。并针对数据驱动报文可能引发的系统负载过重的问题,研究和提出了限速算法,针对算法做了可行性分析; 描述了PIM-SM在T比特路由器上的详细实现方案,并从协议一致性和转发性能方面对实现方案进行了测试,证明了该方案的可行性和高效性,并分析了存在的问题,提出了改进意见和未来的工作方向;

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1.1 课题背景和意义
• §1.2 本文工作和创新
• §1.3 论文结构
• 第二章 分布式PIM-SM实现结构
• §2.1 T比特路由器对PIM-SM的实现要求
• §2.2 PIM-SM分布式实现设计
• §2.3 PIM-SM实现关键问题分析
• §2.4 本章小结
• 第三章 PIM-SM高速转发研究
• §3.1 TCAM+FPGA转发方式
• §3.2 硬件转发难点分析
• §3.3 转发表格式和转发算法的设计
• §3.4 线速转发可行性分析
• §3.5 本章小结
• 第四章 PIM-SM平面一致性问题
• §4.1 平面一致性问题概述
• §4.2 采用消息机制实现平面一致性
• §4.3 限速算法的引入
• §4.4 限速算法可行性分析
• §4.5 本章小结
• 第五章 PIM-SM在T比特路由器上的实现和验证
• §5.1 控制平面实现
• §5.2 数据平面实现
• §5.3 平面间通信实现
• §5.4 对双协议栈的支持
• §5.5 测试方案及结果分析
• §5.6 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间撰写的论文