面向集群路由器的分布式BGP协议路由同步机制的研究与实现

论文摘要

集群结构的路由器由于其自身的分布式特点,在支持网络端口密度、报文转发能力、控制平面计算能力以及设备生命周期等方面具有强大的优势,具有非常广阔的发展空间。但现有集群路由器中BGP协议的实现仍然沿用单进程或者单线程方式,没有真正实现软件意义上的可扩展性。因此为了应对BGP协议面临的性能挑战和满足下一代互联网的需求,研究如何实现集群路由器环境下BGP协议分布式处理,具有重要的实际意义和广阔的应用前景。本文在分析开源路由协议软件Quagga BGPD实现结构的基础上,基于集群路由器体系结构下的分布计算模式,参与设计了基于集群结构的分布式BGP协议模型,深入研究了BGP路由器的规模可扩展性、分布式的路由存储和并行计算以及BGP会话迁移等关键问题。本文重点对内部通信模块和路由同步模块进行了设计,并提出了基于UDP的可靠广播和单播通信机制,实现了分布式BGP路由器实体间的高效可靠通信,保证了分布式BGP全局最优路由视图在转发平面和外部协议行为上与BGP协议规范的一致性,完成了分布式BGP原型系统的编码和测试。本文的上述工作对在核心路由器中设计与实现更高性能的BGP协议具有重要的参考价值,同时为分布式BGP路由协议在商用高端集群路由器中的实际应用提供了详细的参考设计和丰富有力的试验数据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 集群路由器简介
• 1.1.2 边界网关协议（BGP）面临的性能问题
• 1.2 相关研究
• 1.2.1 集群路由器控制平面的并行技术研究
• 1.2.2 TCP 协议并行实现技术
• 1.2.3 OSPF 协议并行实现技术
• 1.3 本文工作
• 第二章 传统BGP 协议软件结构
• 2.1 BGP 协议简介
• 2.2 Quagga 的BGP 协议实现
• 2.2.1 Quagga 开源路由协议简介
• 2.2.2 Quagga BGP 协议软件实现结构
• 2.3 本章小结
• 第三章 分布式BGP 协议模型及软件实现结构
• 3.1 设计与实现中主要关键技术的说明
• 3.2 实现中所要解决的关键技术
• 3.2.1 BGP 邻居动态划分方法
• 3.2.2 负载调度管理器的选择及负载均衡策略
• 3.2.3 邻居会话迁移
• 3.2.4 故障恢复机制
• 3.2.5 分布式的路由存储和并行计算
• 3.2.6 集群环境下的BGP 视图一致性
• 3.2.7 BGP 路由器的规模可扩展性
• 3.3 分布式BGP 协议软件实现结构
• 3.4 本章小结
• 第四章 内部通信模块的设计与实现
• 4.1 内部通信模块在分布式BGP 协议中的地位与作用
• 4.2 内部通信模块的实现框架
• 4.3 内部通信模块实现中的关键技术
• 4.3.1 内部通讯报文格式
• 4.3.2 结点状态机的实现
• 4.3.3 可靠报文传输机制设计
• 4.3.4 内部通信处理流程
• 4.3.5 对上层模块的服务接口
• 4.4 本章小结
• 第五章 路由同步模块的设计与实现
• 5.1 路由同步模块的作用
• 5.2 路由同步模块的实现方案
• 5.2.1 对内部路由同步过程的优化
• 5.2.2 对内部路由同步信息的简化
• 5.2.3 BGP 结点间路由同步过程
• 5.3 路由同步模块实现
• 5.3.1 发送路由同步报文
• 5.3.2 接收路由同步报文
• 5.3.3 关键数据结构分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 性能测试与分析
• 6.1 测试平台
• 6.2 性能测试
• 6.2.1 可靠广播通信性能测试
• 6.2.2 可扩展性测试
• 6.2.3 加速比分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结及展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果