单芯片网络交换机的QoS设计与实现

论文摘要

计算机网络自诞生之日起,就不断吸收新的技术、提供新的服务,以期能够更好地为用户提供服务。随着网络应用的日渐丰富,网络服务的用户数量也在急剧增加。与此同时,网络应用的复杂度及所需的通信数据量也大大增加了。由于这些因素的共同作用,网络的带宽资源变得极其珍贵,甚至已经不能满足现有的应用需求。事实上,网络应用对通信带宽的巨大需求与现有网络所能提供的有限带宽资源之间将是一对长期存在的矛盾。作为有效地应对该矛盾一项措施,人们引入了QoS技术。网络的QoS包含两种经典的模型,即Intserv和Diffserv模型,两者各有优缺点,分别适用于不同的应用领域。网络QoS模型的实现有赖于网络节点设备对于该模型的支持,为此,必须在每个节点设备中,提供相应模型的具体实现。网络交换机作为网络的核心设备,显然需要支持QoS服务。本文就描述了基于Diffserv模型的以太网交换机的QoS功能设计与实现。与此同时,随着微电子技术的发展,芯片集成度不断提高,以往需要几个芯片才能实现的功能,如今仅通过一个芯片就可以实现。这种单芯片设计方案相对于传统的多芯片设计有很多优势,比如成本低、速度快、系统开发更为容易等。本文所研究的网络交换机就是基于这种单芯片方案设计的。本文描述了基于目前的单芯片方案交换机的QoS功能的设计与实现。首先研究了QoS服务产生的背景及QoS技术的理论基础,之后研究了Diffserv模型中用到的关键技术。接着,本文对基于单芯片设计方案的交换机进行了研究并且与传统的多方案设计做了对比。然后本文着重研究了基于单芯片设计的网络交换机的QoS功能的设计及其实现,并提出了基于QoS技术的网络安全设计。最后,本文研究了QoS功能的测试方法及测试结果,这些测试结果表明系统达到了预期的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 网络的发展
• 1.1.2 QoS技术的发展
• 1.2 本文研究内容
• 1.3 本文组织结构
• 第二章 QoS理论基础
• 2.1 各种业务的QoS需求分析
• 2.1.1 IP语音业务
• 2.1.2 视频业务
• 2.1.3 数据业务
• 2.1.4 控制流量
• 2.2 Intserv模型
• 2.2.1 Intserv模型体系结构
• 2.2.2 资源预留协议（RSVP）
• 2.3 Diffserv模型
• 2.4 两种模型比较与组合
• 2.4.1 Intserv模型与Diffserv模型比较
• 2.4.2 两者的组合
• 2.5 区分服务关键技术的研究
• 2.5.1 分类器Classification)和标记器（Marking）
• 2.5.2 整治器（Policing）
• 2.5.3 整形器（Shaping）
• 2.5.4 拥塞管理工具（Congestion-Management Tools）
• 2.5.5 拥塞避免工具（Congestion-Avoidance Tools）
• 第三章 以太网交换机结构设计研究
• 3.1 多芯片交换机及其结构
• 3.2 单芯片交换机及其结构
• 3.3 两种类型的比较及在设计方面的异同
• 3.4 交换模块
• 3.5 单芯片交换机的软件设计
• 第四章 Diffserv功能设计与实现
• 4.1 以太网交换机的QoS
• 4.1.1 QoS属性标记
• 4.1.2 数据流整治
• 4.1.3 QoS策略应用
• 4.1.4 更改QoS属性
• 4.2 QoS的进程及驱动程序
• 4.3 Diffserv功能实现
• 4.3.1 Diffserv提供的服务
• 4.3.2 Diffserv的驱动程序
• 4.3.3 Diffserv程序设计
• 第五章 CoS功能设计与实现
• 5.1 CoS提供的服务
• 5.2 CoS的驱动程序
• 5.3 CoS程序设计
• 5.4 安全方面的改进
• 5.4.1 CPU端口
• 5.4.2 基于CPU端口的安全设计
• 第六章 QoS功能测试
• 6.1 测试环境
• 6.2 功能测试
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢