基于IXP2400网络处理器的MPLS转发的研究与设计

论文摘要

本论文课题来源于作者在港湾网络有限公司实习期间的实际项目。随着网络带宽需求的飞速增长以及多媒体通信技术的迅速发展,对位于各网络节点设备的性能提出了更高的要求,在要求更高吞吐量的同时,还要求网络设备能够很好的支持新的协议和应用。而早期基于通用CPU使用软件实现的设备虽然具有很好的灵活性,但其性能却不能得到很好的提高;于是出现了ASIC技术,采用硬件实现二、三层的处理,性能问题得到了很好的解决,然而开发成本高,缺乏灵活性,也没有很好的解决网络飞速发展带来的高性能和高灵活性要求;于是出现了网络处理器技术。该项目就是为解决上述问题而设计实现的一款基于IXP2400的网络处理器。该处理器定位于网络边缘路由器,以解决用户的最后一公里问题。本文在分析MPLS基本原理及IXP2400硬件架构和工作原理的基础上,充分利用了IXP2400提供的多线程机制、分立式总线结构及分布式缓存技术,设计了MPLS网络处理器的硬件框架及软件架构,并通过分析MPLS转发过程,设计了系统中所需的数据结构;在分析设计的基础上,实现了基于IXP2400网络处理器的MPLS转发平面各功能模块。目前该系统已在市场上得到了很好地应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 多协议标记交换
• 1.2.1 MPLS的发展
• 1.2.2 MPLS 的优点
• 1.2.3 MPLS 发展面临的问题
• 1.3 网络处理器
• 1.3.1 网络处理器的产生
• 1.3.2 利用 IXP2400 实现 MPLS 的优势
• 1.4 论文主要工作及意义
• 1.5 论文组织结构
• 第二章 MPLS协议分析
• 2.1 MPLS在网络层上的功能定位
• 2.2 MPLS 基本概念
• 2.3 MPLS网络体系结构
• 2.4 MPLS技术
• 2.4.1 MPLS头部格式
• 2.4.2 标签分配与管理
• 2.5 本章小节
• 第三章 IXP2400 网络处理器
• 3.1 IXP2400 硬件结构
• 3.1.1 微引擎
• 3.1.2 IXP2400 硬件结构对并行处理的支持
• 3.2 IXP2400 编程相关技术
• 3.2.1 IXA可移植性框架
• 3.2.2 微引擎的编程模型
• 3.2.3 串行数据流的处理问题
• 3.2.4 多线程技术
• 3.2.5 分布式缓存机制
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于IXP2400 的MPLS转发模块总体设计
• 4.1 系统目标
• 4.2 硬件架构设计
• 4.3 软件架构设计
• 4.4 系统资源分配
• 4.5 MPLS路由器转发过程分析
• 4.6 存储空间计算
• 4.7 调度循环机制
• 第五章 基于IXP2400 的MPLS转发模块的实现
• 5.1 系统数据结构与接口
• 5.1.1 缓冲区句柄和缓冲区描述符
• 5.1.2 数据结构之间的映射关系
• 5.1.3 缓冲区链表结构
• 5.2 MPLS网络处理器各功能模块介绍
• 5.2.1 数据包接收模块
• 5.2.2 转发处理模块
• 5.2.3 包封装模块
• 5.2.4 队列管理模块
• 5.2.5 队列调度模块
• 5.2.6 发送模块
• 5.2.7 系统性能测试
• 第六章 总结和展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 A 多个 buffer 链的接收流程图
• 附录 B 入口芯片队列管理流程图
• 附录 C 队列调动流程图
• 附录 D QM 消息处理模块流程图
• 附录 E 发送模块流程图