基于NP的高端路由器流量控制方案的研究与实现

论文摘要

随着网络技术的快速发展,互联网中传输的视频、音频等业务流急剧增加,网络流量日趋扩大,这些都对路由器的性能提出了更高的要求,而如何合理的解决高端路由器的拥塞问题成为提高路由器性能的关键因素。传统网络设备的处理能力不能满足互联网数据流快速传输的发展需求。而基于NP的分布式高端路由器采用专门针对网络应用领域所设计的具有可编程,高扩展和快速数据报文处理能力的网络处理器和交换芯片相结合的系统架构提高了整个系统的硬件处理能力,这就为通过软硬结合的方式来解决分布式高端路由器内部的流量控制问题提供了可能。本文主要以NP路由器和相关的流控算法为基础,分析了传统拥塞处理方案的不足,并研究通过软硬结合的方式来合理的解决高端路由器内部的拥塞问题。首先,本文以分布式高端路由器为切入,深入研究和分析分布式高端路由器的设计原理和特点,以及NP的功能特点,特别是数据报文的处理流程和数据流的流向部分。并且深入研究分析了RED、WRED、srTCM、trTCM、漏桶和令牌桶算法、队列管理算法和队列调度算法等常用的流控处理算法。接着分析了基于NP的分布式高端路由器中可能出现的拥塞点,并根据分布式路由器的系统架构和设计原理,结合NP的功能特点和常用的流量处理算法,提出了带内流控和带外流控相结合的基于NP的高端路由器的流量控制方案。然后对本文提出的流量处理方案中的关键技术：TM拓扑结构、OAM帧消息、带内流控帧消息、带外流控帧消息、WRED机制、测量机制、WFQ机制和counter分配方案进行了设计,并阐述了实现的关键步骤和关键算法。最后,对本文实现的基于NP的分布式高端路由器的流量控制方案进行测试及验证。并且测试结果表明,本文提出的方案不但合理的解决了高端路由器的内部拥塞问题,而且解决了交换芯片在服务质量和端到端的流量控制方面存在的不足,实现了路由器的线速转发,同时提高了路由器的整体性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 本文的研究背景
• 1.2 本文的研究意义
• 1.3 本文的主要研究内容及组织结构
• 第2章 NP路由器及流控技术研究
• 2.1 路由器系统结构分析
• 2.2 网络处理器
• 2.2.1 网络处理器的定义
• 2.2.2 网络处理器的特性
• 2.2.3 网络处理器的基本结构
• 2.2.4 网络处理器数据流分析
• 2.3 流量分类算法
• 2.4 流量监管与整形算法
• 2.4.1 流量监管
• 2.4.2 流量整形
• 2.4.4 漏桶算法
• 2.5 流量标记算法
• 2.5.1 SrTCM算法
• 2.5.2 TrTCM算法
• 2.6 队列管理算法
• 2.6.1 RED算法
• 2.6.2 WRED算法
• 2.7 队列调度算法
• 第3章 系统流量控制方案设计
• 3.1 常见拥塞研究
• 3.1.1 拥塞的产生
• 3.1.2 拥塞的影响
• 3.1.3 拥塞的基本对策
• 3.2 系统架构设计
• 3.3 系统拥塞处理方案设计
• 3.3.1 系统拥塞分析
• 3.3.2 传统的拥塞解决方案
• 3.3.3 本系统拥塞解决方案
• 3.4 线卡流控方案设计
• 3.4.1 线卡流控架构设计
• 3.4.2 TM拓扑结构设计
• 3.4.3 TM流控方式设计
• 3.5 卡间流控通信设计
• 第4章 系统流量控制方案实现
• 4.1 带内流量控制
• 4.1.1 带内流控原理
• 4.1.2 带内TM拓扑结构设计
• 4.1.3 目的线卡输出端口拥塞处理
• 4.1.4 交换芯片内部拥塞处理
• 4.2 带外流量控制
• 4.2.1 带外流控原理
• 4.2.2 带外TM拓扑结构设计
• 4.2.3 交换芯片输出端口队列拥塞处理
• 4.2.4 NP接收端口拥塞处理
• 4.3 微码处理流程
• 4.4 驱动程序设计
• 第5章 测试分析
• 5.1 系统测试环境
• 5.2 系统功能测试
• 5.2.1 目的线卡输出端口拥塞测试
• 5.2.2 交换芯片输出端口队列拥塞测试
• 5.2.3 交换芯片内部拥塞测试
• 5.2.4 NP接收端口拥塞测试
• 5.3 系统性能测试
• 5.3.1 吞吐量测试
• 5.3.2 时延测试
• 5.3.3 时延与吞吐率关系测试
• 5.4 测试结论
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间主要研究成果