一种路由表分布式存储转发架构及其查找算法

面向路由器FIS(Forwarding In Switch, FIS)处理机制,提出了一种基于路由表分布式存储的多级流水并行查找架构,采用多个低速的具有独立转发和交换功能的转发交换结点FSN(Forwarding and Switching Node)构成多级流水线,针对IPv6最长匹配前缀的查找需求,设计了一种基于前缀范围的二分查找算法PSB-BS(Prefix Scope Based Binary Search)：将IPv6转发表组织为分层结构,每一层对应不同长度范围的前缀信息,采用二分查找策略对子树层进行搜索,通过构建非对称二分查找树实现了转发表在FSN结点的分布式存储并能有效降低存储开销及IP查找复杂度.仿真结果表明,与目前Cisco商业路由器广泛采用的树位图算法相比,PSB-BS算法显著降低了存储及访存开销.     

命名数据网络中Sub/Pub 模式仿真实验研究

在 Linux 环境下,基于 Mini-ndn 仿真平台并利用 Python,设计并实现了命名数据网络(NDN) 分级命名路由仿真实验,研究了 Subscriber 和 Publisher 在一对一、一对多、多对一和多对多通信情况下, interest 包请求和 data 包响应问题,实验结果对 NDN 中的 Subscriber/Publisher 交互过程、结构化数据命名规则、interest 包在 NDN 路由器中的 CS 查找、PIT 处理和 FIB 转发等过程, 以及 data 包响应过程有了更直观的认识, 为 NDN 路由和转发理论研究提供实际参考依据．     

可编程路由器的虚拟化技术研究

可编程虚拟化路由器作为构建未来网络试验床的核心设备,在针对未来网络的体系架构以及相关协议、算法的性能进行评估和实验验证时将发挥关键作用.分析了可编程虚拟化路由器基本概念及其特性,对可编程路由器的整体框架结构进行了划分,并对各个层次结构的功能进行了详细描述.给出了一种基于NetFPGA的可编程虚拟化路由器的设计方案,并对路由器的虚拟化技术进行了研究论述.     

基于可编程硬件的虚拟路由器控制平面

网络虚拟化是研究网络实验平台的一种重要和有效的技术。为了实现高性能的虚拟路由器并解决现有虚拟路由器转发速率低和隔离性不好的缺陷,该文提出了一种基于可编程硬件的高性能虚拟路由器的设计思路及其控制平面的详细设计和实现。该虚拟路由器以主机虚拟化和VLAN作为隔离技术,可编程硬件负责转发。控制平面通过主机控制软件、虚拟机路由协议软件和虚拟机包处理软件来实现有效的控制。结果表明:该设计具有高度的隔离性,并且转发速率可以达到线速。     

命名数据网络中的一种双模式转发模型

命名数据网络(named data networking,NDN)是为了解决当前IP网络中因存在大量重复冗余传输所造成的流量爆炸问题而提出的一种新型网络架构.NDN的网内缓存机制极大地提升了网络资源的利用效率,对于传统的端到端业务来说却略显支持性不足.针对于这一问题,提出了一种NDN网络中的双模式转发模型.该模型对内容分发类业务采用传统的NDN转发机制进行转发处理;对端到端业务,采用定长的标签交换代替变长的名字查找来加速转发,并且不再进行缓存操作.基于ndnSIM的仿真结果表明,相较于传统NDN的单一转发机制,使用该转发模型后有效地节省了内容缓存的空间,同时端到端业务的响应时间减小了约37％.     

高性能安全路由器BW7000的设计与实现

高性能和安全是计算机网络研究的两个主要问题。路由器在保证转发性能的前提下提供网络安全保护已经成为当前的研究热点。文章介绍了在完成国家"八六三"计划重大课题"高性能安全路由器"的过程中解决的若干关键技术问题。高性能安全路由器BW7000基于自主设计的高性能路由器操作系统HEROS。为保证高性能的路由转发,设计实现了基于RAM的高性能路由查找算法;为支持服务质量控制和安全管理,设计实现了基于无冲突HashTrie树的分组分类算法和基于反馈的分布式分组调度算法;为保证网络安全,提出了基于分布式密钥管理的路由器安     

快速的IP路由查找算法

下一代路由器的一个主要设计问题是IP查找机制。对于每一个接受的信息包,路由器在地址查找过程中需执行一次最长前缀匹配操作,以此决定下一个转发站点。目前,这一过程由软件完成并且已成为路由器性能的一个主要瓶颈。因此,我建议使用一种快速的IP查找机制,其中的转发表足够小可存储在SRAM（静态随机存储器）中,并且费用非常低。通过管道技术它也能用硬件来实现。通过使用我们建议的方法,一个大的、拥有45000路由前缀的路由表可以被压缩成大小大约为430千字节的转发表。在最坏的情况下,一次查询的存储器访问的次数是三次。当通过管道技术实现时,所建议的机制能达到每次存储器访问完成一次路由查询。对于目前10纳秒的静态随机存储器,这个机制提供大约每秒1亿次的路由查询。此外,查询速度可以通过存储器访问速度的加速线性提升。     

分布式路由器中的路由管理模型

高性能分布式路由器中 ,路由管理必须面对两个技术难点 :1)实现高性能的路由查找算法 ;2 )实现主从路由表同步。该文提出一种分布式的路由管理模型 ,给出了这两个技术难点的解决方案。模型实现了路径压缩 Trie树和TCAM硬件相配合的路由查找算法 ,采用了自主设计的过滤算法对路由信息进行过滤 ,并应用 Zebra协议兼容 IPv4和 IPv6路由协议。模型可支持 2 .5 Gb/s接口的分组转发以及 2 0 0 0条 /s的路由更新速度。目前该模型已在国家“八六三”重大攻关项目——“核心路由器”中得到实现     

基于改进型MBF的命名数据网PIT存储结构研究

命名数据网(named data networking,NDN)是一种新型的未来网络架构,以解决当今TCP/IP(transmissioncontrol protocol/internet protocol)网络面临的问题.NDN路由器的转发平面采用了一个新的数据结构待定Interest表(pending interest table,PIT),用于记录所有待定兴趣包的转发信息,并根据此信息正确地转发返回的数据包.因此,设计一个高效的PIT存储结构对提高转发性能具有重要的作用.结合Bitmap提出一种改进的数据结构B-MBF(bitmap-mapping bloom filter),该结构采用一个哈希函数实现多次哈希映射以提高检索速度,并利用Bitmap实现元素内存单元的地址偏移量的动态分配.同时,在此基础上提出PIT存储结构B-MaPIT,通过管理多个动态存储空间实现片外存储消耗随元素数量改变而改变.通过仿真实验与现有PIT结构进行了性能对比,结果表明B-MaPIT在存储消耗、数据表构建速度、吞吐量方面具有更优秀的性能表现.     

命名数据网络中VIP转发方案的性能优化

命名数据网络(named data networking,NDN)是信息中心网络(information centric network,ICN)的一个典型实例,是未来网络一种可能的架构.为优化NDN的转发性能,要求转发平面能根据不同的网络环境自适应地调整转发策略、选出最优的转发接口.“虚拟兴趣分组”(virtual interest packet,VIP)架构是一种基于NDN的联合动态转发与缓存的网络架构,通过VIP架构对转发方案进行了性能优化.VIP架构的转发方案使用了背压算法,该算法在网络处于轻负载状态时时延较大,为此引入偏差函数进行优化.为检测优化效果,对原始VIP架构和优化后的VIP架构的转发性能进行了仿真实验对比.实验结果显示,优化后的转发方案相比原方案在转发时延上有一定降低.且由于偏差函数的引入不会增加原转发方案的时间复杂度,因此提出的方法可以优化VIP转发方案的性能.     

基于三层交换的IP VPN系统设计

对现有的IP VPN的三种互连方案进行讨论，并指出了这三种方案的主要缺点是：硬件成本较高，集中讨论了有关虚拟路由器的概念、协议、功能及虚拟路由器的IP VPN构建方案，重点讨论了使用虚拟路由器连接和实现IPVPN的三种方案，第二层的虚拟路由器到虚拟路由器的连接方案、多个虚拟路由器聚合到一个虚拟路由器上的方案、多个骨干网的聚合虚拟路由器到聚合虚拟路由器连接方案。     

面向片上网络延迟优化的直通路径预构机制

针对维序路由模式下报文传输时表现出的空间局部性,提出了一种适用于报文直向通信优化传输的直通路径预构(SFRP)路由器结构.通过在路由器内部输入端口N,S,E,W分别静态地预构一条连接其直向通信输出端口的开关直通路径,结合适当的重用以及中断机制,以期实现后续的报文在满足匹配条件的情况下可直接利用开关直通路径进行报文的传输,进而旁通开关分配流水站,降低报文传输延迟.合成通信负载下的模拟结果表明,SFRP路由器在报文注入率饱和前较BASE, BASE_LR, BASE_LR_SPC和PSEUDO_CIRCUIT等四种路由器结构均可获得非常明显的性能提升,其性能提升最大可达到59%, 46%, 25.6%和9.5%.真实应用负载下的模拟结果表明,SFRP路由器与PSEUDO_CIRCUIT路由器的平均延迟相当,但较其他几种路由器结构可分别获得57%, 45%和21%的性能提升.     

基于可用带宽的PIMSM设计与实现

提出一种基于可用带宽的PIMSM组播路由设计方案,该方案采用带宽测量模块和基于可用带宽的OSPF单播路由模块,并与硬件转发引擎结合,在高速宽带路由器上实现基于可用带宽的PIMSM组播数据包的线速转发．测试结果显示组播路由器能自动根据网络实时可用带宽状况选择最佳可用带宽路径路由,有效提高网络吞吐量．