刘建华, 王勇[1]2005年在《基于网络处理器的可编程路由器技术研究》文中进行了进一步梳理网络处理器是一种可编程处理器,用于高效的处理网络中的数据流。网络处理器具有广泛的用途,基于网络处理器的路由器同使用通用处理器的路由器和使用专用集成电路的路由器相比,既具有快速的特点又具有灵活性的特点。
陈宝钢[2]2003年在《基于网络处理器的可编程路由器技术研究》文中指出网络处理器是一种可编程处理器，用于高效的处理网络中的数据流。网络处理器具有广泛的用途，基于网络处理器的路由器同使用通用处理器的路由器和使用专用集成电路的路由器相比，既具有快速的特点又具有灵活性的特点。 IXP系列网络处理器是Intel公司的产品。IXP1200网络处理器是IXP系列的第一代网络处理器产品。IXP1200芯片主要由一个Strongarm处理器、六个微引擎、SRAM单元、SDRAM单元、PCI总线接口单元、IX总线接口单元组成。每个微引擎各有四个硬件线程，并且线程之间以轮转方式实行非抢占式的硬件线程仲裁交换。利用各硬件线程之间的并行性，IXP1200芯片隐藏了存储器操作所带来的延迟。在微引擎中的包的接收和转发是通过利用IX总线接口单元的接收状态机和转发状态机来完成的。 VERA是美国普林斯顿大学计算机科学系网络工程研究所在研究如何利用IXP系列的网络处理器构建路由器的实践基础上提出的一种策略。VERA把路由器分为叁个部分：路由器抽象、分布式操作系统、硬件抽象。路由器抽象主要是为了能实现路由器功能的扩充，硬件抽象的主要作用是给上层提供一个和设备无关的接口，分布式路由操作系统的作用是为了给把路由器抽象和硬件抽象联系在一起的转发功能提供一个执行环境。在VERA中，分层处理和透明动态代码装入的思想是很重要的。分层处理主要是为了能在底层实现线速处理而同时在高层又能以足够的周期来处理需要占用大量处理时间的数据流。透明动态代码装入是基于网络处理器的路由器的灵活性的集中体现，它能实现动态地更换网络处理器中执行的代码。 在本文中所描述的IXP1200多端口处理平台实现的是对以太网类型的包进行接收、处理和转发。本文只描述了一个使用IXP1200构建的16端口处理平台的实现过程。它利用网络处理器的多线程和并行性来实现高效的16端口接收和转发。在整个接收处理过程中对SOP包(帧的第一个MP包)，中间的MP包，和EOP包(最后的MP包)有不同的处理。转发过程由转发调度线程和转发填充线程共同完成。转发调度线程主要是完成转发任务的分配，而转发填充线程主要是完成将在SDRAM中的数据复制到转发缓冲区中，由转发状态机将其发送到端口中发送出去。转发的MP包也分为SOP，中间的MP包，和EOP包叁种情况而有不同的处理。
王琳[3]2015年在《高性能路由器流量管理策略的研究与实现》文中研究表明当前,互联网的飞速发展也相应地提高了网络中传输的各种业务对服务质量的要求,如何提高这些业务端到端的服务质量是一个值得研究的问题。而网络设备中的流量管理性能的高低可直接影响到网络中用户业务的服务质量,即QoS。这是本文的研究背景和意义。首先,本文研究了高性能路由器的技术架构,包括分布式高性能路由器的硬件系统架构、软件系统架构和各个平面之间的关系,进而研究了网络处理器的特点以及结构和基于网络处理器的数据平面系统结构。然后,本文从网络的实际出发,对QoS流量管理和控制技术进行了研究,在几种QoS服务模型中,着重研究了区分服务模型下QoS关键技术,包括流分类、流量检测和标记、拥塞避免、队列调度算法以及流量整形。由于普通的QoS服务无法满足运营商对业务和用户更精细化的需求,进而对层次化QoS原理及关键技术进行了研究。其次,在研究了QoS流量管理技术原理的基础之上,本文重点研究了基于网络处理器的高性能路由器的流量管理方案的设计。本文在高性能路由器的硬件平台之上进行研究,首先对网络处理器芯片特点和流量管理模块进行了研究,对QoS流量管理模块进行系统设计,然后在高性能路由器的驱动平台上,设计基于网络处理器的流量管理具体方案,包括QoS关键技术模块和层次化QoS模块的的设计,并提出一种动态的层次化QoS方案。最后,对本文所提出的基于网络处理器的高性能路由器流量管理方案进行测试验证。测试结果表明,本文所提出的流量管理方案不但可以解决设备拥塞问题,还可满足用户和业务对服务质量的需求,提升了路由器的整体性能。
时向泉[4]2007年在《高性能路由器中NP并行处理及拥塞控制机制研究》文中研究指明新型的网络应用和协议以及高速发展的链路带宽在可扩展性和高性能报文转发方面对路由器提出了更高的要求。传统路由器却不能完全满足上述要求,基于网络处理器的高性能路由器由于同时具有高性能、高灵活性和高可扩展性而受到关注,成为研究的热点。基于网络处理器的高性能路由器的性能主要取决于如下叁个方面:1)选用的网络处理器的性能;2)路由器转发系统的网络处理器组织和使用方式;3)所采用的相关服务质量控制算法。对上述叁个方面展开研究,对于提高基于网络处理器的高性能路由器的综合性能具有重要意义。本文对上述叁个方面进行了研究,主要内容包括:与网络处理器本身性能密切相关的多线程并行性能研究、并行网络处理器组成的高速转发子系统之间的负载均衡算法的研究以及适用于网络处理器的拥塞控制机制的研究。研究内容对于指导基于网络处理器的高性能路由器的设计发挥了重要作用。网络处理器的性能对路由器性能具有重要影响,而网络处理器性能主要取决于其采用的并行机制。本文提出了网络处理器并行性能模型NP~3M和多线程并行处理的时间模型;对NP~3M模型中的多线程停顿特性和切换开销因素进行了研究,并通过实验对模型及相关结论进行了验证,研究分析结论直接用于指导“863计划”重点课题的网络处理器微码设计和提高微码软件的处理效率。网络处理器间的并行数据处理是提高路由器性能的有效途径之一。本文针对多网络处理器并行处理产生的负载均衡、报文保序等问题开展研究,提出并设计了面向报文流量特征的多网络处理器动态负载均衡算法D-IHDA,在该算法中引入了极大流的动态判定机制和针对不同流量特征的报文定义了映射表项更新概率算法。提出了适用于汇聚网络处理器模型的流控算法思想,引入了二次分发机制以提高系统的性能,进一步降低报文丢弃率。实验表明,与相关算法相比,D-IHDA算法具有更好的扩展性,更低的报文丢失率和更好负载均衡度。服务质量控制算法对路由器的性能具有重要作用。本文通过对网络处理器处理数据报文的流程分析,归纳提出了多阶段拥塞控制模型,为解决每个阶段的拥塞控制机制之间互相孤立的问题,提出了一个多阶段资源感应拥塞控制机制CC-AMR,该机制可以综合利用多个资源信息来进行网络处理器的缓冲管理和拥塞避免,并直接应用于“863计划”重点课题,提高了路由器的性能。针对缩短队列平均长度和减少抖动问题,本文综合研究了流输入速率和缓冲占有率的关系,提出了一个基于输入速率和缓冲占用率的缓冲管理算法A-SARED。与RED和SARED相比,A-SARED具有较小平均队列长度和更平缓队列抖动特性的同时,具有更高的吞吐率。针对传统机制对区分服务支持的不足,设计了面向区分服务的缓冲管理与报文调度机制CCAAQM及其具体实现算法。模拟实验证明,CCAAQM机制能够在网络节点为需要可靠保证的流应用提供区分服务。
胡光武, 华婷, 姚姜源[5]2011年在《可编程路由器技术研究》文中进行了进一步梳理可编程路由器是一种能从功能上分解成若干组件与接口,并能通过配置和与编程,实现灵活而动态地部署新服务、新协议和减轻网络管理负担的路由设备.本文调研了可编程路由器相关研究工作;讨论了可编程路由器与传统路由器、可扩展路由器、主动网络节点、可重构路由器的区别;重点说明了可编程路由器的架构及其数据路径的可编程性;同时也对可编程路由器的平台重构、网络管理及创新应用等方面进行了考察,最后对工作进行了总结并讨论了未来可能的研究方向.
王宝生[6]2005年在《一种新型路由器体系结构及其实现技术研究》文中研究说明路由器是互联网基础设施的重要组成部分，网络的快速发展对路由器性能和功能要求不断提高，路由器体系结构如何适应技术和应用发展的需求，成为了网络领域的研究热点。近年来，虽然研究人员先后提出了主动网络、可编程网络、开放控制式路由器、软件可扩展路由器和面向用户控制的路由器等多种路由器体系结构，但从总体上讲，路由器体系结构技术进展仍不能适应网络技术的快速发展和网络规模不断扩大，在控制开放性、功能可扩展性、规模可伸缩性、系统可用性和应用感知性等方面仍面临诸多挑战。 论文针对当前路由器体系结构，尤其是路由器控制体系结构面临的问题进行了深入的研究，分析了ForCES、SoftRouter、NPForum、P1520、RCP等相关体系结构的特点，从规模、性能、控制、服务和应用感知等多维开放可扩展的理念出发，提出了一个结构灵活、开放可扩展的通用路由器体系结构—OpenRouter模型。OpenRouter模型将路由器划分为转发实体(FE)和控制实体(CE)，其中控制实体又可以进一步垂直划分为控制服务层和操作服务层。OpenRouter模型的开放性特点来自于控制实体与转发实体之间、控制服务层与操作服务层之间、控制服务层与外部应用之间定义的叁个层次的开放可编程接口。OpenRouter模型将这叁个层次的编程接口分别定义为控制接口(C-API)、编程接口(P-API)和用户接口(U-API)：C-API是一个分离控制协议，它使得路由器的控制功能完全独立于路由器交换功能，增强了路由器控制的伸缩性和灵活性；P-API能有效提高网络控制协议开发的通用性和灵活性；U-APl支持上层用户应用与网络控制协议之间的交互，实现应用对网络的主动控制和感知。同时，我们还分别在多个控制实体之间以及多个转发实体之间定义了叁个对等层协同机制，有效支持OpenRouter模型的多维可扩展，它们分别是：控制服务协同协议(CSCP)、控制实体协同协议(CECP)和转发实体协同协议(FECP)。基于这叁个协同协议，OpenRouter模型能支持控制协议在多控制实体间的分布并行处理、多控制实体间的协同和冗余备份，以及由多个转发实体构成的转发集群功能。 OpenRouter模型中，对等层协同机制是实现可扩展性的关键。本文主要研究了FE之间的转发实体协同协议和CE之间的控制实体协同协议的关键算法及协同策略。转发实体协同协议的核心是如何动态构造转发实体集群内部的转发路径。针对小规模的转发集群和大规模的转发集群这两种典型环境，本文分别提出了集中路径构造算法CPCA和分布路径构造算法DPCA，有效解决了转发集群内部拓扑发现与路径构造问题。根据CE间的控制实体协同协议的控制实体和转发实体实现差异，以及控制协同策略实现难度的不同，我们提出了四种控制协同策略CSB、RSGR、CPD与CPS，以及协同选举协议CSP，动态协商CE角色并完成故障角色转换。 路由器控制和转发分离的开放编程接口，增加了路由器体系结构的灵活性，但同时也造成控制平面的路由信息库与转发平面报文转发表之间的路由不一致问题。本文首先给出
汤庆新[7]2010年在《开放式构件化可重构路由器硬件构件研究与实现》文中认为在当前互联网向电信、广电、数据“叁网融合”的下一代新型网络体系演化的背景下,网络业务,尤其是视频业务的快速增长,给现有的网络体系带来了巨大的压力。在光传输技术较好地解决了链路带宽问题后,以路由器为代表的网络节点的灵活性和性能成为提高整个网络的服务质量的瓶颈。如何在提高路由器灵活性的同时保持其高性能,成为亟待解决的问题。863重大专项“新一代高可信网络”中“开放式构件化通用路由器研制”和“可重构路由器构件组研制”课题提出,开放式构件化可重构路由器可有效解决目前主流路由器存在的结构固定、灵活性不足等缺陷。在深入分析构件技术及新型路由器体系结构的基础上,本文针对面向开放式构件化可重构路由器的硬件构件模型、硬件构件支持环境及其重构机制展开研究并给出了解决方案,并设计实现了部分硬件构件。本文的主要工作和贡献有:1)在参考软件构件研究成果的基础上,结合硬件自身性能敏感、资源受限等特点,提出了一种面向开放式构件化可重构路由器的硬件构件模型。该模型从功能、资源占用、内部结构和性能等四个方面对硬件构件进行形式化描述,为实际开发硬件构件奠定了理论基础。2)针对硬件构件如何支持路由器重构的问题,对硬件构件的支持环境及重构机制进行了研究:通过对比分析,选择在性能保证、接口设计、第叁方开发等方面具有优势的SRAM型FPGA作为硬件构件的实现平台;给出了构件库的功能和组成结构;提出了基于功能、性能及资源占用等多方面因素的硬件构件搜索流程;分类讨论了硬件构件的工作模式和加载方法;分析了在硬件构件基础上完成路由器重构的分级重构机制;描述了硬件构件的应用场景。3)依据本文提出的硬件构件模型,完成了构件化多级交换网络的设计与实现,该交换网络主要由可重构逻辑单元(RLU)和核心交换单元(CSU)组成,多个RLU和CSU可组成多种拓扑的可扩展交换网络,实现吞吐率的可配置和交换网络的规模扩展;完成了构件化QoS机制所需的拥塞控制构件、业务识别构件、流量控制构件的设计与实现,通过加载不同硬件构件的网表文件,实现多种网络协议的分类、流量控制及拥塞控制等QoS机制以支持多种类型的报文转发。
郑安枕, 王伟明[8]2006年在《支持ForCES的分布式IP路由器技术研究》文中研究说明从组成路由器的控制件和转发件两类基本模块来看,下一代的IP路由器需要做很大的改进。文章提出了一种分布式的模块化的路由器架构,讨论了控制件和转发件的实现机制,给出了Linux下的具体实现,并在最后构建了基于网络处理器的分离模块路由器。
梁军学[9]2014年在《未来互联网试验平台若干关键技术研究》文中指出现有的网络架构已难以满足未来互联网发展的需求,迫切需要技术创新来推动发展。但是,任何新技术在部署和应用前,都必须经过严格的测试和验证。构建大规模的、真实的、可控的试验平台不仅是未来互联网研究的基础,也是对未来互联网本身探索和研究的一种途径。本文在深入调研未来互联网试验平台的发展现状的基础上,针对现有试验平台在基础设施共享、试验生命周期管理和网络可编程性存在的问题,综合运用云计算、语义网、软件定义网络等先进理论和技术,从体系架构、描述语言和可编程虚拟网络服务叁个方面研究了未来互联网试验平台的关键技术,并初步完成了原型实现和应用验证。具体而言,本文的贡献与创新之处包括如下几个方面：1.对国内外未来互联网试验平台进行了广泛深入调研,梳理了未来互联网试验平台的发展现状。在调研分析的基础上,对试验平台进行了系统归纳和分类,总结了现有试验平台存在的问题,并结合未来互联网技术的发展,探讨了未来互联网试验平台建设的发展趋势。2.针对试验平台中试验服务与试验资源深度耦合,不同试验平台之间资源难以共享的问题,提出并设计了“试验即服务”的试验平台概念模型和基于基础设施云的技术架构。首先在分析平台功能、用户需求和底层设施特点的基础上,确定了平台设计的架构原则。然后借鉴云计算“一切皆服务”的思想,提出了“试验即服务”的概念模型。最后从技术实现的角度,提出了基于基础设施云的技术架构,并设计了其关键组件。3.针对试验平台缺乏统一试验描述语言,难以实现试验的描述、组织、实施与回放等试验生命周期管理的问题,提出并设计了分层可演进的试验描述语言和基于试验描述语言的试验生命周期管理自动化机制。首先根据试验生命周期管理自动化的需求,提出了试验描述语言的设计原则。然后利用本体论和Web语义相关理论,提出并设计了一种分层可演进的未来互联网试验描述语言框架和实现方案。最后,基于所提出的试验描述语言框架,提出并设计了一种试验生命周期管理自动化机制。4.针对传统网络试验平台难以进行新型网络协议等新技术验证的问题,提出了可编程虚拟网络服务PVN模型,并采用基于OpenFlow的软件定义网络技术,设计了一种灵活高效的PVN实现机制。首先扩展了现有云服务的概念,提出了可编程虚拟网络服务的模型。然后按照软件定义网络的逻辑架构,改进了现有基础设施云的网络架构。最后提出并设计了基于软件定义网络的可编程虚拟网络服务系统,并针对传统技术在虚拟网络隔离中扩展性和性能上的不足,提出了一种基于MAC的可编程虚拟网络隔离机制。5.根据本文所提出的系统架构、试验描述语言和可编程虚拟网络服务实现机制,利用现有的云平台和OpenFlow技术,设计实现了一个可编程虚拟网络试验平台原型ProViNet,并进行了系统测试和试验验证。
易大为[10]2016年在《面向NP-5网络处理器的多链路负载均衡系统的设计与实现》文中研究说明如今,互联网飞速发展,人们与网络的关系日益紧密,生活中处处有互联网的存在。相关技术也是飞速发展,变化的很快。对于互联网服务供应商来说,他们使用的网络设备除了要求有高性能,能转发大量的数据报文,同时还要求设备具有一定的灵活性,能够适应网络技术的飞速发展,网络处理器同时兼顾性能与灵活性两个方面,用网络处理器作为高端的路由器的转发引擎已经成为了主流。路由器的核心功能是转发数据报文,高端设备对于转发的性能、规格与可靠性有很高的要求,多链路负载均衡技术同时提高转发的规格与可靠性,消除了一些来自链路层技术的制约。使得发往一个目的地的报文能够超出一条链路的带宽的限制,最多能使用这多条链路的总带宽来进行报文转发。本文实现了以EZchip公司的NP-5网络处理器作为转发引擎的路由器中的多链路负载均衡系统,包括两种多链路技术,一是等价路由,二是由链路聚合形成的聚合接口,在高端的路由器上实现了当存在多可用链路的情况下,利用这些可用链路,进行负载均衡的转发。同时还实现了用不同带宽的链路转发报文时按照带宽比分配流量,使得路由器能用于更多的场景。本文将系统分为两个大的模块,NP驱动模块维护表项,数据报文转发模块处理报文。利用NP-5芯片提供的NP-5芯片的操作接口与NP-5芯片的开发工具,实现了将控制信息下刷置NP-5芯片之中,然后用表项指导对报文的转发处理。使用modulo-n hash算法作为负载均衡算法,该算法很简单,算法开销比较小,同时算法以“流”为最小粒度进行负载均衡,并且算法的表现比较好,分担的比较均匀。最后对系统进行测试,最后的测试结果表明系统满足预期的功能性和非功能性的要求,符合最初的设计目标。
参考文献：
[1]. 基于网络处理器的可编程路由器技术研究[J]. 刘建华, 王勇. 微计算机信息. 2005
[2]. 基于网络处理器的可编程路由器技术研究[D]. 陈宝钢. 中国人民解放军信息工程大学. 2003
[3]. 高性能路由器流量管理策略的研究与实现[D]. 王琳. 武汉邮电科学研究院. 2015
[4]. 高性能路由器中NP并行处理及拥塞控制机制研究[D]. 时向泉. 国防科学技术大学. 2007
[5]. 可编程路由器技术研究[J]. 胡光武, 华婷, 姚姜源. 小型微型计算机系统. 2011
[6]. 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
[7]. 开放式构件化可重构路由器硬件构件研究与实现[D]. 汤庆新. 国防科学技术大学. 2010
[8]. 支持ForCES的分布式IP路由器技术研究[J]. 郑安枕, 王伟明. 计算机时代. 2006
[9]. 未来互联网试验平台若干关键技术研究[D]. 梁军学. 北京邮电大学. 2014
[10]. 面向NP-5网络处理器的多链路负载均衡系统的设计与实现[D]. 易大为. 哈尔滨工业大学. 2016
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