基于邻居会话划分的多线程并行BGP协议

论文摘要

BGP协议作为Internet域间路由协议的标准,伴随Internet规模的扩展和连接密度的增加,对BGP协议性能的要求也越来越高。对BGP协议性能的优化研究一直是提高路由速度的主要研究方向之一。多核处理器的出现和并行程序设计的发展为解决这一问题提供了新的途径。现在,串行程序设计对程序运行的速度,尤其是对于BGP协议这种经过长期发展的软件来说,能够带来的提升空间越来越小。并行随着多线程程序设计的优势越来越明显,加上处理器技术的不断发展,设计开发多线程并行BGP协议将成为BGP协议未来发展的必然选择。本文对BGP协议和并行程序设计技术进行分析和研究,讨论了现有路由协议并行处理技术的研究现状,结合quagga BGP协议实现,提出了基于功能划分和基于邻居会话划分两种BGP协议多线程并行模型。经过对比所提出的两种模型的实现难度和预期性能,选择了其中基于邻居会话划分的多线程并行BGP模型,结合quagga-0.99.9代码,设计并实现,取名为P-BGP协议。对实现过程中遇到的解耦合问题、存储空间和互斥锁的处理等问题进行了分析,提出了解决方法并实现。利用现有实验环境对原quagga BGP协议和P-BGP协议的一致性和性能进行了测试。根据测试结果将P-BGP协议与原quagga BGP协议的功能和性能进行比较,并对测试结果进行分析,找出与预期性能之间的差异等问题和原因,为进一步研究和优化做了准备。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 BGP 协议并行性研究现状
• 1.3 课题研究内容
• 1.4 论文结构
• 第二章 相关技术与研究工作
• 2.1 BGP 协议简介
• 2.1.1 BGP 协议工作流程
• 2.1.2 BGP 协议报文格式
• 2.1.3 BGP 协议有限状态机
• 2.2 并行处理技术介绍
• 2.2.1 OpenMP 并行程序设计
• 2.2.2 MPI 并行程序设计
• 2.2.3 POSIX 线程编程技术
• 2.3 路由协议并行处理技术研究
• 2.3.1 功能并行
• 2.3.2 数据并行
• 第三章 quagga BGP 协议的实现分析
• 3.1 quagga BGP 协议的实现
• 3.2 quagga BGP 协议实现的特点
• 3.3 quagga BGP 协议实现的工作流程
• 3.4 quagga BGP 协议实现的并行性分析
• 第四章 BGP 协议并行模型与设计
• 4.1 BGP 协议多线程并行模型
• 4.1.1 基于功能划分的BGP 多线程并行模型
• 4.1.2 基于邻居会话划分的BGP 多线程并行模型
• 4.2 多线程并行BGP 协议设计与实现
• 4.2.1 P-BGP 协议主要数据结构
• 4.2.2 P-BGP 主线程的设计与实现
• 4.2.3 P-BGP 从线程的设计与实现
• 第五章 P-BGP 协议实现的关键问题
• 5.1 解耦合问题
• 5.2 存储空间的变化
• 5.2.1 路由表变化
• 5.2.2 其他结构存储空间的变化
• 5.3 互斥访问过程中的锁机制
• 第六章 测试与分析
• 6.1 测试环境
• 6.2 一致性测试
• 6.3 性能测试
• 6.3.1 内存占用和 CPU 利用率
• 6.3.2 路由学习能力
• 6.3.3 ebgp 邻居切换速度
• 6.4 测试结果分析
• 第七章 结束语
• 7.1 论文取得成果
• 7.2 进一步的工作
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果