线路速率缓存的重端口交换机方案及行为分析

伴随着世界经济的快速发展,我国国内的经济形势也在日新月异的发生着变化,而网络的出现和更新更是无时无刻不在影响着我们的生活,同时,人们对网络存在的要求也逐渐变得更高.在因特网中的交换机,也就是所说的路由器现如今面临着两种挑战,一种是高交换速率的挑战,一种是联网服务质量（QOS）的挑战.高交换速率的挑战需要交换机/路由器尽可能的通过链路速率进行工作,联网服务质量（QOS）需要要求交换机/路由器可以完全仿效输出队列（OQ/outputqueuing）交换机的方式行为.到目前为止,联合输入输出队列（CIOQ/combined input-output queuing）的设计方案与交换机/路由器的不同,它需要交换机/路由器的内部速率加速到原有的2倍.为了满足这种技术的要求,重端口交换机（DPS/duplicated ports switch）的并行技术设计方案应运而生.这套方案有效证明了仿照交换机输出队列（OQ）的行为,以2为端口重数的必要充分性,并且这套方案的使用交换机/路由器可以工作在输入链路速率上,它的行为同交换机/路由器（OQ）的行为是等价的.     

基于有界延迟的光缓存队列模型研究

为了解决光分组在核心节点处的竞争问题,提出一种基于有界延迟的光缓存队列模型。在缓存容量有限的基础上,采用有界延迟机制,当分组到达时计算它的延迟,若延迟没有超过预设值,就将它放入缓冲区,否则丢弃分组。仿真结果表明,该模型能够降低光分组缓存时延,有效避免光分组在交换输出端的竞争,提高光缓存器性能,展示出不同于传统光缓存队列的一些特点。     

一种支持变长分组的CIOQ交换结构

在分析了组合输入输出排队结构的基础上,对传统CIOQ(Combined Input—Output Queued)的输出队列进行扩展和在内部交换结构中采用并行传送的方式,实现了交换调度的分布式操作和内部无加速的CIOQ交换;又通过将输出队列的状态信息反压到输入端和在输出端采取基于整包调度的算法,实现了对变长分组的交换,减小了定长信元交换中分组切割和重组的开销。     

URED:一种基于用户的缓存管理算法

宽带接入是当前热点问题,用户的流量管理是其实现的一个重要方面。根据宽带接入的需要,在分析现有缓存管理算法的基础上,提出了URED基于用户的缓存管理算法,这种算法采用虚拟用户队列和实际业务队列管理分组,将用户流状态引入到分组丢弃概率计算中,在用户区分的粒度上提供了用户流的管理并保证了业务流服务质量。通过分析和仿真,证明了URED算法的性能,比现有缓存管理算法更适合于接入路由器的要求。     

线路速率缓存的重端口交换机方案及行为分析

现今Internet中的交换机/路由器面临着高交换速率和提供QoS保证的双重挑战.前者要求交换机/路由器的缓冲存储器尽可能地以链路速率工作,后者要求交换机能够完全模仿OQ(output queuing)交换机的行为.而目前的CIOQ(combined input-output queuing)设计方案需要交换机内部加速2倍.提出了采用并行技术的重端口交换机(duplicated ports switch,简称DPS)设计方案.该方案可以使交换机工作于输入链路的速率且其行为与OQ交换机的行为等价,并证明了为完全模仿OQ交换机行为,端口重数为2是充分必要的.     

控制时延的主动队列管理算法

针对现有的主动队列管理(AQM)算法造成的队列时延无法满足VoIP、音视频等流媒体传输需求的问题,提出一种直接控制队列时延的主动队列管理算法——DCQA。该算法使用PID控制器计算路由器缓存的数据包丢弃概率,用其对即将进入缓存排队的数据包做丢包判断并采取相应动作,以控制队列时延在期望值以下。实验仿真了3种网络环境下DCQA的性能,链路利用率分别是99.93%、99.88%和99.95%。并且,队列时延分别有50.45%、51.59%、52.4%被控制在期望值以下,比CoDel算法分别提高了3.6%、40.53%、50.69%。实验结果表明,DCQA在不同的网络环境中都可以获得较高的链路利用率,而且控制队列时延的能力优于CoDel算法,适用于流媒体的传输。     

控制时延的主动队列管理算法

针对现有的主动队列管理(AQM)算法造成的队列时延无法满足VoIP、音视频等流媒体传输需求的问题,提出一种直接控制队列时延的主动队列管理算法--DCQA。该算法使用PID控制器计算路由器缓存的数据包丢弃概率,用其对即将进入缓存排队的数据包做丢包判断并采取相应动作,以控制队列时延在期望值以下。实验仿真了3种网络环境下DCQA的性能,链路利用率分别是99.93%、99.88%和99.95%。并且,队列时延分别有50.45%、51.59%、52.4%被控制在期望值以下,比CoDel算法分别提高了3.6%、40.53%、50.69%。实验结果表明,DCQA在不同的网络环境中都可以获得较高的链路利用率,而且控制队列时延的能力优于CoDel算法,适用于流媒体的传输。     

路由器缓存大小设置策略的研究综述

首先介绍了路由器缓存大小设置问题的研究进展,重点讨论了基于TCP协议模型的5种典型的缓存设置方法,通过分析和比较得出基于不同的假设前提的缓存设置方法适应于不同的网络环境;并进一步研究了影响缓存需求的几个主要因素,着重分析了各种TCP协议、队列管理机制与路由器缓存大小设置策略的相互影响,并指出在"-3前复杂时变网络特征下需要采用根据网络状态动态调节阅值的缓存设置方法.     

交叉流水线多队列缓冲报文转发技术

IP报文封装为链路帧是路由器设计必不可少的技术。提出了一种通用的多通道报文封装和转发的处理器结构．利用FPGA内部存储资源,采用流水线和多队列缓存区相结合,显著提高了小报文线速转发和突发流量传输的性能。     

支持多优先级分组交换调度算法研究及其调度器设计

输入缓存交换结构的特点是缓存器和交换结构的运行速率与端口速率相等、实现容易,但存在队头阻塞。如果采用虚拟输出排队方法和适当的分组调度算法可予以消除,使吞吐率达到100%。文章首先研究讨论了并行迭代匹配算法,滑动迭代匹配调度算法的基本原理、迭代仲裁步骤及其硬件实现;对高速分组交换调度算法的性能进行了分析比较。然后给出了在高速输入队列交换机中实现多优先级调度算法的调度器设计与实现方案。经设计实现证明高速分组交换调度算法不仅硬件实现简单,而且具有良好的特性。     

虚拟输入队列与队列管理算法的公平性

提出了具有不同接入带宽用户共享上行链路时的公平性问题——基于用户的公平性，根据队列管理算法(如早期随机检测和队尾丢弃等)在这种应用场合的公平性缺陷中引入了虚拟输入队列的概念——在路由器的上行输出接口上为每一个输入接口维护一个逻辑队列，以逻辑队列为主体应用队列管理算法。对虚拟输入队列的结构和实现进行了详细描述，并给出了针对虚拟输入队列的调度算法。仿真结果表明，在队列管理策略上引入虚拟输入队列，不仅能够达到原有的拥塞控制效果，解决基于流的公平性问题，同时能够提供较好的基于用户的公平性。     

基于QPID-AVQ的组播拥塞控制机制

针对现有多媒体组播拥塞控制协议的不足,提出基于QPID虚拟队列管理的组播拥塞控制机制QPID-MCC。QPID-MCC在瓶颈路由器中采用QPID-AVQ队列管理策略,结合显式拥塞指示(ECN),按照一定的概率标记新到分组。接收端依据标记概率计算期望的TCP友好速率。发送端依据接收端的反馈信息并结合多媒体的最小带宽需求调整发送速率。仿真结果表明,QPID-MCC具有平滑稳定的发送速率、较好的公平性和较快的拥塞响应速度,并能满足最小带宽要求,保证多媒体业务的服务质量。     

一种提高TCP与UDP数据流公平性的拥塞控制机制

在UDP业务流逐步占据大部分网络带宽的情况下,如何在网络层对UDP包进行拥塞控制显得尤为重要。在网络拥塞时,由于UDP包本身缺乏反馈机制,将会产生严重的丢包或者UDP抢占TCP带宽的现象。文中提出了基于网络层的发送端缓冲队列管理的拥塞控制机制,可以均衡TCP和UDP的带宽使用,同时通过对路由器ICMP网络拥塞报文的处理,建立了高效的流量调节策略,并进行了网络仿真实验。实验结果表明,基于该机制的拥塞控制可以有效改善网络不同业务流带宽使用的不公平性。     

Dynamic queue level control of TCP/RED systems in AQM routers

One main TCP congestion control objective is, by dynamically adjusting the source window size according to the router queue level, to stabilize the buffer queue length at a given target, thereby achieving predictable queueing delay, reducing packet loss and maximizing link utilization. One difficulty therein is the TCP acknowledging actions will experience a time delay from the router to the source in a TCP system. In this paper, a time-delay control theory is applied to analyze the mechanism of packet-dropping at router and the window-updating in TCP source in TCP congestion control for a TCP/RED dynamic model. We then derive explicit conditions under which the TCP/RED system is asymptotically stable in terms of the instantaneous queue. We discuss the convergence of the buffer queue lengths in the routers. Our results suggest that, if the network parameters satisfy certain conditions, the TCP/RED system is stable and its queue length can converge to any target. We illustrate the theoretical results using ns2 simulations and demonstrate that the network can achieve good performance and converge to the arbitrary target queues.     

基于多核处理器的无锁零拷贝数据包转发框架

为突破高速软件路由器转发路径中存储访问方面的性能瓶颈,分析PacketShader和Netmap2个软件路由器的转发结构和存在的问题,设计一个基于多核处理器的零拷贝包转发框架MapRouter。采用零拷贝技术去除包转发路径中的包拷贝,并借助并发无锁队列设计一个适合多端口间数据包零拷贝转发的包缓冲区管理方案。将高度优化的包I／O驱动、包缓冲区回收机制、无锁队列实现等一系列优化措施相结合,以提高转发速度。实验结果表明,对于不包括IP路由表查找的最小转发,MapRouter在模拟的两端VI路由器上可以达到i0Gb／s的转发速度,与PacketShader和Netmap相比,其转发速度更高、CPU利用率更低。     

一种基于路由器队列法则的增加SRED算法

主动队列管理是网络拥塞控制的主要研究方向.作为一种典型的主动队列管理算法,SRED采用一种负载相关的概率来丢弃报文,使得路由器队列长度处于一个较低的稳定值,从而获得相对稳定的网络延时.但SRED算法在设计初始丢弃概率函数时不能保证函数曲线的平稳过渡,这将导致路由器队列长度不稳定以及不必要地丢弃报文.引入路由器队列法则,对SRED算法的缺陷进行了理论分析,在此基础上设计了一种增强的SRED算法:E-SRED.仿真实验验证了E-SRED算法在保持路由器队列稳定性以及使队列快速收敛方面对SRED算法都有一定的提高.     

区分服务中每跳行为的一种实现方案

区分服务体系结构 (简称DiffServ) ,作为一种互联网服务质量的解决方案 ,具有较好的可扩展性和健壮性。DiffServ中 ,其每跳行为 (PHB)的实现是关键。该文提出的PHB实现方案主要包括 :①采用类似最大队长和最小分配共享的DiffServ缓冲分配策略 ,进行队列间的缓冲区分配 ;②选用交错方式的RIOC策略进行队列管理 ;③使用一种新的调度算法———PRI/FWRR ,来进行队列调度。并通过计算机仿真说明 ,该方案能够满足DiffServ中各类PHB的特性要求     

小缓存对网络实时业务的影响

论述基于TCP协议模型的各种骨干路由器缓存容量研究成果。针对网络实时视频业务的发展,研究小缓存对网络实时视频流的影响,总结小缓存存在的不足,利用网络仿真工具NS2分析小缓存对网络性能的影响。实验结果表明,当链路利用率较低时,小缓存能够满足实时业务的性能要求。     

一种短流优先的公平带宽分配机制

提出一种短流优先的公平带宽分配机制FPIP(fair PIP).通过区别处理短流和长流的报文,FPIP能够将带宽优先分配给短流,然后将剩余的带宽在长流之间公平分配.此外,FPIP采用主动队列管理机制AQM(active queue management)检测拥塞并控制队列长度.仿真结果表明,FPIP在保证公平性、控制队列长度、减小Web流的响应时间等方面具有良好的性能.