集群路由器体系结构及其关键技术的研究

论文题目: 集群路由器体系结构及其关键技术的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 计算机科学与技术

作者: 管剑波

导师: 卢锡城

关键词: 集群路由器,体系结构,可扩展交换网络,报文路由算法,聚合交换

文献来源: 国防科学技术大学

发表年度: 2005

论文摘要: Internet的网络流量、网络规模和上层应用的快速发展对新一代高性能路由器的性能、规模、功能、可扩展性、可用性和可管理性等方面提出了更高的要求。目前路由器体系结构可扩展性和可用性差，难以满足互联网发展对新一代高性能路由器的需求。集群路由器是由多个可独立运行的路由节点通过某种互连方式组合构成的规模可扩展的单映像路由器，是实现新一代高性能路由器的有效途径，具有广阔的发展空间。 目前集群路由器由可扩展交换网络连接的大量路由转发单元组成，其中交换网络的结构和性能对集群路由器的各方面特性影响很大。本文在比较多种可扩展交换网络的基础上，提出3D Torus结构比较适用于集群路由器的设计，并针对3DTorus网络中现有路由算法的不足，提出一种基于维序的多路径路由算法DMR(Dimension-order-based Multi-path Routing)。 以可扩展多级交换网络为核心的集群路由器需要专用的路由转发节点，扩展的灵活性差。针对这一不足，本文提出了异构型集群路由器HCR(Heterogeneous Cluster-based Router)模型，在HCR中，规模不同、性能不同甚至是实现结构也不同的路由器均可通过标准的接口和协议互连成为规模可伸缩、具有单一管理映象的路由系统。本文详细阐述了HCR体系结构模型及实现可行性，并对该模型中的若干关键技术及其研究思路进行了探讨，特别是对HCR转发平面中多交换网络聚合技术进行了深入研究，提出了KILB交换调度思想及加权KILB算法。 受国家973重点基础研究发展计划项目“新一代互联网路由与交换理论”(No.2003CB314802)和国家自然科学基金项目“新一代网络体系结构模型与超高速网络交换路由研究”(No.90104001)资助，论文重点对可扩展交换网络、基于3D Torus交换网络的路由算法、新型集群路由器体系结构模型以及多个交换实体聚合等问题进行了深入研究，获得了很好的进展，主要研究成果及创新包括以下几个方面： 1．对可扩展交换网络结构及路由算法进行了研究。以性能、规模、可扩展性、容错能力和实现复杂度等指标作为衡量标准，通过分析比较，建立了3D Torus交换网络的模型，在分析链路负载特性的基础上，提出一种支持多路径负载均衡和报文保序的，基于维序的多路径路由算法DMR(Dimension-order-based Multi-path Routing)。模拟表明，DMR算法可在获得良好性能的同时保持同一流中报文的顺序。 2．提出基于标准化互连接口以及集群协议的异构型集群路由器模型HCR(Heterogeneous Cluster-based Router)。通过对模型的实现可行性分析，提出了异构交换单元聚合，路由计算／控制单元聚合和单映象保持等关键问题。 3．提出HCR中异构路由器间标准的互连接口及协议框架，使得HCR内部路由器间数据和控制信息能够得到正确而高效交换。

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图表目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.1.1 新一代互联网的多维可扩展特性

1.1.2 高性能路由器面临的挑战

1.1.3 对新一代高性能路由器的需求

1.2 集群路由器

1.2.1 目前路由器体系结构

1.2.2 集群路由器体系结构

1.2.3 集群路由器体系结构的优点

1.3 本文的研究内容和创新点

1.4 本文的组织结构

第二章 相关研究工作

2.1 高性能路由器体系结构

2.1.1 高性能路由器体系结构的发展

2.1.2 高性能路由器体系结构发展的趋势

2.2 网络处理器与路由查找技术

2.2.1 网络处理器技术

2.2.2 路由查找技术

2.3 高速交换技术

2.3.1 单级交换结构

2.3.2 两级交换结构

2.3.3 多级交换结构

2.4 集群路由器

2.4.1 各厂商推出的集群路由器产品

2.4.2 各研究机构的软件集群路由器研究项目

2.5 现有研究工作的不足

第三章 3D Torus交换网络中的报文路由算法

3.1 3D Torus交换网络模型及特点分析

3.2 基于维序的多路径路由算法 DMR

3.2.1 关键数据结构

3.2.2 算法描述

3.2.3 性能模拟与分析

3.2.3.1 模拟环境

3.2.3.2 模拟参数

3.2.3.3 模拟实验结果及分析

3.3 DMR算法的实现

3.4 本章小结

第四章 基于开放接口的异构型集群路由器

4.1 异构型集群路由器体系结构的提出

4.2 实现异构型集群路由器的标准基础

4.2.1 转发件和控制件分离

4.2.2 NPForum的标准化工作

4.2.3 未来的模块化路由器结构

4.3 基于开放接口的异构型集群路由器

4.3.1 异构型集群路由器 HCR

4.3.2 路由器集群协议 RCP

4.3.3 构建异构型集群路由器 HCR的可行性

4.4 HCR中的关键技术

4.4.1 异构路由器节点的透明互连

4.4.2 HCR集群内部的拓扑发现

4.4.3 集群路由器的统一视图维护

4.4.4 路由协议的功能分布及转发表同步

4.4.5 转发平面的聚合交换技术

4.4.6 HCR关键技术总结

4.5 本章小结

第五章 异构型集群路由器中的聚合交换技术

5.1 聚合交换技术概述

5.2 异构路由器标准互连接口及协议

5.2.1 异构路由器节点间的标准互连接口及协议框架

5.2.2 标准互连接口及协议的实现

5.3 集群路由器内部链路拥塞分析

5.4 KILB交换调度思想及算法

5.4.1 KILB交换调度思想

5.4.2 基于 KILB的交换网络调度算法

5.4.2.1 严格 KILB调度算法

5.4.2.2 加权 KILB调度算法

5.4.2.3 算法模拟与性能分析

5.5 本章小结

第六章 结束语

6.1 论文的主要贡献

6.2 未来进一步的工作

致谢

攻读博士学位期间发表的论文

攻读博士学位期间申请的专利

攻读博士学位期间参加的科研工作和科技竞赛

参考文献表

发布时间: 2006-09-22

参考文献

• [1].可重构虚拟化路由器体系结构及关键技术研究[D]. 马世聪.国防科学技术大学2016
• [2].一种新型路由器体系结构及其实现技术研究[D]. 王宝生.国防科学技术大学2005
• [3].可信移动计算环境体系结构及关键技术研究[D]. 余鹏飞.华中科技大学2010
• [4].认知可重构的高效能Web服务体系结构研究[D]. 张帆.解放军信息工程大学2013
• [5].C~4ISR体系结构服务视图建模描述与分析方法研究[D]. 王磊.国防科学技术大学2011
• [6].单层用户数据交换平台体系结构研究[D]. 窦军.西南交通大学2011
• [7].新型蜜网体系结构及告警聚类的关键技术研究[D]. 胥小波.北京邮电大学2012
• [8].互联网体系结构应用适应性评估方法研究[D]. 朱敏.清华大学2014
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相关论文

• [1].并行路由器体系结构及其关键技术研究[D]. 戴艺.国防科学技术大学2008
• [2].高速边缘路由器IPSec体系结构及关键技术的研究[D]. 荣霓.国防科学技术大学2005
• [3].高速路由器的数据转发技术研究[D]. 吴卫东.华中科技大学2005
• [4].T比特高性能路由器QoS实现机制研究[D]. 刘勤让.中国人民解放军信息工程大学2004
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