PPP协议在高性能IPv6路由器中的应用

随着在高速路由器和核心交换机上POS技术的广泛应用,PPP协议的使用也越来越广泛,其作为二层协议运行在POS口上,与微码和驱动共同支撑POS板的正常运行,以实现数据报文的快速转发。在高性能IPv6路由器中,PPP协议不但要实现将IPv4报文封装转发,同样也要实现对IPv6报文的封装转发,这就要用到PPP中关于IPv6的技术和相关协议。IPv6CP就是PPP协议中协商IPv6的控制协议,并在开源的TCP／IP—Kame协议栈中实现了PPP对IPv6包的转发。     

BAR-BGP:基于备份通告和恢复转发的可靠域间路由

Internet逐渐成为通信基础设施,而BGP协议通过触发缓慢的反应式收敛过程应对网络拓扑和策略的变化,大量测量表明收敛过程中瞬时不可达以及环路造成很高的报文丢失率,难以支持延迟、中断敏感的应用.BAR-BGP采用了将预获取备份地址与反应式动态计算路径结合的方法以应对瞬时失效带来的转发中断.通告备份AS以较低的开销获得瞬时失效后可将报文封装转发到可行中继节点;在收敛过程中使用失效根源信息消除环路;并当无备份AS可用时,采用恢复转发模式进一步降低转发中断.通过使用Internet-like拓扑模拟实验证明了BAR-BGP有效避免收敛过程的瞬时失效与转发中断,增强网络可靠性.     

一种支持高速IPv6转发的路由器体系结构FIS

本文提出了一种在交换网络中执行转发操作的路由器体系结构,采用多个低速且具有独立转发和交换功能的转发交换结点FSN,组成多级流水线结构,以流水的方式执行报文转发和交换。本文对FIS中实现IPv6转发的关键技术—IPv6转发表的分解、转发表到FSN结点的映射、IPv6转发引擎的设计及报文调度算法进行了深入的研究,并基于FIS体系结构提出了易于硬件实现的IPv6查找机制和基于Hash老化的报文调度算法,为下一步FIS原型系统的实现提供了切实可行的方案。     

无线多跳网络中基于限期约束的报文转发策略研究

针对有损及存在突发链路的无线多跳网络中的实时报文转发问题进行了研究,目标是尽量提高各报文在限期前到达目的地的概率。假设信道实时状态无法获得,但可以利用真实报文传输的成功率和失败率做出估计,将报文转发问题看成是一个部分可观测马尔科夫决策过程,并获得了可以实现在线报文转发概率最大化的最优转发策略。另外,为了降低实现复杂度,文中还通过利用最大体积内切椭球获得了近似解。仿真实验也验证了本文方案的有效性。     

针对ICMP报文处理问题的IPSec协议改进方案

IPSec应用在通道模式下时，对原始IP数据报另外封装了一个外部通道IP头(其中的源、目的地址分别指向实施IPSec的起始、终止端点的地址)，导致报文传输途中的路由器对其封装的IP数据报所产生的ICMP差错报文不能在因特网上进行正确转发。该问题是一个难解决的问题，目前暂无成熟可行的方案。针对此问题，本文提出两种对IPSec协议进行改进的方案，均能保证在不影响原有IPSec实施效率的前提下，解决该难题。     

嵌套NEMO中的路由优化方案研究

针对嵌套NEMO中存在的乒乓路由和数据包多层封装问题进行深入分析,提出一种嵌套NEMO的优化方案,改变NEMO中传统的MR嵌套转发报文的做法,使得MR的HA能够将发送到MR的数据直接重定向到整个嵌套NEMO所连接的外地网络,减少了嵌套的次数,并使得小范围的切换更新报文能控制在NEMO内部,减少了切换时延。分析表明,与NEMO基本支持协议相比,方案有效地解决了NEMO路由优化问题,提高了数据包的传输效率。     

基于多协议单通道处理的超高速转发引擎设计

基于IPv6、MPLS的新兴业务不断承载到IP网,要求路由器转发引擎同时支持IPv4、IPv6、MPLS报文的线速转发。出于简化处理设计的考虑,常规的实现方法是在FPGA中对不同协议类型的报文建立各自的处理通道,浪费了大量的芯片内部逻辑和存储资源。该文从节省FPGA资源的角度出发,提出了一种对IPv4、IPv6、MPLS报文采用单通道处理机制的转发引擎设计方案。分析表明,该方案支持10Gbps混和报文的线速转发。     

基于分类报文概念的报文转发存贮器的分配管理

报文存贮转发式计算机网络的节点机像一个面积有限的商店,顾客只有挤进商店才能得到服务,同样,输入报文只有进入有限的存贮空间才能被转发。这种报文存贮转发空间叫报文转发的存贮存贮器,SFM(Store and Forward Memory)。不合理的分配管理SFM不但使SFM利用率低,而且使网络流控制失效。本文首先建立一个节点机队列模型,然后阐述SFM分配与流控制关系。基于这个模型和分类报文概念,本文系统地描述了多种SFM分配方案,并从流控制角度说明它们的特点。这样做不但有利于工程设计,而且便于SFM分配方案的进一步研究。对于网络中流通的信息块,本文使用“报文”一词,而不是“报文分组”、“包”、“帧”等术语。     

超高速转发引擎的多协议报文处理机制

随着IP网上各种业务的不断增加,要求转发引擎同时支持IPv4、IPv6、组播、MPLS多种协议报文的转发,传统的路由器无法支持此项功能。为使转发引擎支持多协议报文处理,提出一种采用单通道进行多协议报头处理与多表并行查表处理相结合的多协议报文处理机制,该机制极大地节省了以往处理方式对芯片逻辑和存储资源所造成的浪费,分析表明该设计方案保持线速转发能力。     

IP路由查找和报文分类模型研究

IP路由查找和报文分类作为路由器转发能力和提供高性能区分服务能力的关键因素,是当前路由器转发性能乃至整个网络性能的主要瓶颈。文章以IP路由查找和报文分类问题为研究对象,从空间几何的角度探究其本质,建立了相应数学模型MDCM,并以此为基础,讨论了各类搜索算法在IP路由查找和报文分类问题求解的优缺点,为研究和设计高性能的IP路由查找和报文分类算法提供重要指导。     

途中无重组的隧道MTU机制研究

隧道已经在互联网中大量部署。隧道通信中两次端到端通信及途中封装及解封装的特点,会导致隧道出口出现重组现象。分析了隧道中重组的具体代价,表明重组极大地影响着隧道转发性能。对现有隧道MTU问题解决方案进行了研究,提出了在隧道入口实施的SFCT（SRC Fragment Completely for Tunnel）模型和FATE（Fragment in Advance on Tunnel Entry）模型来规避隧道中的重组,并给出了主要类型隧道中MTU问题的方案选择策略。模拟实验验证了其可用性及较好的性能。     

BA-BGP:一种基于备份AS通告的域间路由协议

BGP协议通过触发全局、反应式收敛应对网络拓扑和策略变化,然而由于其收敛时间过长、收敛过程中大量AS经历不可达、环路,造成大量转发中断,难以支持VoIP、远程医疗等关键业务的应用。本文提出了一种基于备份AS通告的新型域间路由协议BA-BGP,在不影响BGP协议动态性的基础上,通过在更新报文中增加备份AS属性,使AS节点可以获取到达目标的备份AS地址,当节点面临瞬时失效时可将报文封装转发到与备份AS关联的路径,从而降低了转发中断。大量模拟实验证明,通过采用具有互联网特征的拓扑以及广泛采用的BGP策略,BA-BGP有效降低了链路失效引起的瞬时失效率与转发中断时间,增强了网络可靠性。     

跨域BGP／MPLSVPN在高性能路由器中的实现

提出在高性能路由器中跨域边界网关协议（BGP）／多协议标签交换（MPLS）虚拟专用网（VPN）的高效实现方法。结合协议规范,将转发与控制分离,主控负责对标记的分发与管理,转发引擎实现对MPLS分组的封装与转发。通过在控制层面对标记信息进行预处理,避免VPN业务分组在转发过程中的递归查找问题,使硬件转发数据包仅需一次查表,实现数据包的线速转发。     

软件定义网络中协同存储数据面快速转发

针对利用具备存储能力的网内节点进行协同存储需依据周边缓存状态快速转发数据包的问题,提出了一种数据面快速转发方法。该方法采用在交换机内对每一端口维护两个布隆过滤器（BF）的方式,实现在数据面对于周边缓存状态的维护;同时扩展了协议无感知转发指令,该指令直接查询BF,依据所查询结果,采用优化的转发流程转发数据包,实现依据周边缓存状态的快速转发。实验结果表明:依据控制器所维护状态进行转发在输入速率为80 Kb/s即达到性能瓶颈,而所提方法可在111 Mb/s时线速转发数据包,且转发效率略优于协议无感知转发原本的直接转发指令;所采用的BF维护的方式内存开销最多仅为流表项维护周边缓存状态方式内存开销的20%。在具备存储能力的软件定义网络（SDN）中,采用所提方法可在数据面维护周边缓存状态,提升协同存储依据周边缓存状态转发数据包的效率。     

节点度估计和静态博弈转发策略的Ad Hoc网络路由协议

针对Ad Hoc网络路由发现过程中广播路由请求分组导致的广播风暴问题，提出了一种基于节点度估计和静态博弈转发策略的Ad Hoc网络路由协议NGRP.NGRP考虑边界影响，采用分段函数的思想将网络场景分为中心、边和角区域，分别估算网络中节点在不同区域的节点度，避免了周期性广播Hello消息获取节点度导致的开销；NGRP路由请求分组的转发采用静态博弈转发策略，利用节点度估算参与转发路由请求分组的节点数量，将转发和不转发作为策略集合，设计效益函数，通过纳什均衡获得节点转发路由请求分组的转发概率，从而减少了路由请求分组广播过程中产生的大量的冗余、竞争和冲突，提高了路由发现过程中路由请求分组的广播效率.运用NS-2对协议的性能进行大量的仿真，结果表明：NGRP的分组投递率、路由开销、MAC层路由开销和吞吐率这4项指标明显优于AODV+FDG，AODV with Hello和AODV without Hello协议.     

基于演化博弈论的移动Ad Hoc网络中继协作机制

从演化博弈论的角度,提出一种能有效激励无线Ad Hoc网络节点参与数据分组中继协作的纳什均衡策略:G-TFT(Generous Tit for Tat).以节点中继的分组数与所需的能量开销为均衡点,建立了中继协作过程的单阶段博弈模型G,验证了节点的自私性动机,将G扩展为基于时闻序列、策略可转换的演化博弈R,并根据R的纳什均衡提出了协作激励策略G-TFT.仿真结果表明.通过调整宽容因子g,G-TFT能有效地激励节点参与中继协作.     

MPSSF:一种低失序的缓存转发移动切换方案

全IP无线移动网络的微移动协议在无线接入网采用快速切换技术降低移动切换时延，同时采用了数据包缓存转发技术来解决切换过程中的丢包。多流转发方案存在较多的失序，使上层的TCP协议不适当地启动拥塞控制机制而降低吞吐量。单流转发方案虽然没有失序，但是会占用较多的网络资源并增加数据包的时延。提出一种多径单流转发方案MPSSF，较好地解决了移动切换过程中数据包的丢失与失序问题，同时网络资源消耗以及数据包时延也比单流转发方案显著减小。网络模拟实验表明，MPSSF在移动切换时避免了数据包失序，保持了TCP的拥塞窗口，对TCP性能的改善效果优于多流转发方案及单流转发方案。     

协议无关的数据中心网络源路由机制研究

传统数据中心网络已经不能满足当前大规模网络和云计算架构的需求, 传统数据中心网络的路由策略会导致转发单元的臃肿; 同时当规模增大时传统网络中的拓扑管理策略也不再适用. 协议无感知转发技术是软件定义网络中转发平面的一种创新技术. 本文结合源路由和协议无感知转发技术, 提出两种数据中心网络的关键技术: 首先, 设计一种协议无关的源路由机制, 从而简化转发单元; 其次, 提出一种主机和控制器间协作的拓扑管理算法, 从而减少探测包的冗余. 最后, 本文在数据中心网络中实现了以上技术, 实验结果表明本文提出的源路由机制可以有效降低转发单元的流表规模, 拓扑管理策略可以极大地减少探测包的冗余.     

一种基于部分网络编码的无线网络机会路由算法

结合机会路由和网络编码两项新技术各自的优势,提出了一种新的基于部分网络编码的机会路由算法(Opportunistic Routing Algorithm for Wireless Network Based on Partial Network Coding,ORAPNC)。为了避免数据包分叉传输,同时利于执行转发节点间协调机制,ORAPNC首先以期望传输次数作为路由度量建立一条固定路由,并将候选转发节点集中在这条固定路径附近;为了充分减小网络中的冗余数据包,ORAPNC采用一种新的转发节点间协调机制(Forwarding Nodes Coordination Mechanism,FNCM)来实现每跳的数据包传输。仿真结果表明,与其他相关路由协议相比较,ORAPNC可以有效提高网络吞吐量,减小目的节点解出原始数据包的平均时延。     

基于IXP2400与TCAM设计和实现vpls的一种方法

vpls利用任意点到任意点的透明的全连结将地理上分散的节点连在一起,通过运营商的网络给用户提供一个类似于LAN的服务。基于分层和并行处理的思想,该文采用intelIXP2400网络处理器实现vpls,把数据平台与控制平台分开。intel2400网络处理器内部的IntelXScalecore处理器负责转发的控制;而用Intel2400内部的微引擎进行数据包的转发。并且为了提高转发时查表的速度用TCAM作为转发表的存储介质。