基于网络处理器的传输控制模型、算法及实现

论文摘要

Internet的飞速发展要求网络传输设备不但要达到极高的速度,还必须具有很高的灵活性以支持不断涌现的网络服务。传统的基于ASIC或软件的方案无法同时满足这两个要求,而新兴的网络处理器则是实现高速、灵活的传输控制的良好平台。本文基于网络处理器对高速网络传输控制中的QoS控制和安全控制两个关键问题进行研究,既包含对模型和算法的理论研究,也在网络处理器上进行了实现。具体内容和贡献如下:在QoS控制研究方面,提出了一种适用于网络处理器的综合队列管理算法。算法能够同时实现不同服务类的分组丢失率和排队时延成比例控制,具有O（1）的时间复杂度,并且避免了除法运算和排序操作,易于在网络处理器上实现。基于Intel IXP2400网络处理器平台的实验结果表明,算法在有效实现比例区分服务的同时达到了千兆线速。高速分组分类是多数网络传输控制系统的必需模块,本文提出了一种多维分组分类算法（称作AM-Trie,Asymmetrical Multi-bit Trie）和一种空间复杂度最优的启发式分类字段分段算法。AM-Trie算法具有搜索速度快,并行性、可扩展性良好的特点,特别适合网络处理器多硬件线程多内核的特点。该算法在IXP2800网络处理器上达到了10Gbps的线速。未来的Internet将有越来越多的移动设备,这将加快蠕虫病毒的传播速度。经过对移动网络和蠕虫传播特性的深入研究,提出了蠕虫在移动网络上的传播模型,给出了蠕虫快速消亡的临界条件。通过大量的实验验证了蠕虫传播模型和临界条件的正确性,基于对模型的分析给出了防治蠕虫的有效方法。在蠕虫传播模型研究的基础上,设计了基于网络处理器的反蠕虫过滤器算法,并对反蠕虫系统的参数选择进行了讨论。算法采用并行Bloom filter对分组内容进行扫描,充分利用了网络处理器并行处理的优点。基于IXP2400实现的反蠕虫过滤器平均吞吐率超过500Mbps。使用Blaster蠕虫进行实测的结果证明了反蠕虫过滤器的稳定性和有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究问题的提出
• 1.2 选题的背景及意义
• 1.3 本文研究的主要内容和主要贡献
• 1.4 论文的组织
• 第2章 相关工作及网络传输控制体系结构研究
• 2.1 网络处理器综述
• 2.2 网络传输控制综述
• 2.3 基于网络处理器的传输控制系统体系结构研究
• 第3章 适合于网络处理器的综合队列管理
• 3.1 引言
• 3.2 算法的基本思想
• 3.3 算法描述
• 3.4 性能评价以及与相关工作的比较
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于网络处理器的高速并行分组分类算法
• 4.1 引言
• 4.2 网络处理器与分组分类相关的特点
• 4.3 AM-TRIE 分类算法描述
• 4.4 AM-TRIE 每一层宽度的选择
• 4.5 基于网络处理器的层级式分组过滤结构及性能测量与分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 移动网络中蠕虫病毒的传播模型
• 5.1 引言
• 5.2 相关工作
• 5.3 蠕虫在移动网络上传播的WSMN 模型
• 5.4 实验与性能评价
• 5.5 本章小结
• 第6章 基于网络处理器的千兆以太网反蠕虫过滤器
• 6.1 引言
• 6.2 蠕虫病毒及其检测方法介绍
• 6.3 反蠕虫过滤器的算法及设计
• 6.4 实验及性能评价
• 6.5 进一步的研究工作
• 6.6 本章小结
• 第7章 总结
• 7.1 主要研究工作总结
• 7.2 进一步的研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果