分布式IPv6路由器转发系统设计与实现

为了实施下一代互联网络，需要实现IPv6协议的高性能路由器．转发系统负责路由器的核心功能——IPv6分组的转发，提出了一种分布式高性能IPv6路由器的转发系统的设计和实现方案，包括分布式的IPv6分组转发机制，用于板间IPv6分组传递的分布式分组缓冲管理机制，基于分布式的结构实现的IPv6核心协议，以及用于转发系统的协议数据和配置信息管理的分布式控制消息通信机制．该系统已经在国家“八六三”重大科技项目“高性能IPv6路由器”上得到实现和应用．     

转发控制分离的IPv6路由器控制体系结构研究

路由器体系结构是决定路由器性能和功能的主导因素。一方面,路由器的功能需求越来越复杂;另一方面,为了满足转发性能需求,普遍采用硬件进行转发。为此,转发控制分离成为一种全新的路由器体系结构。本文在研究分析转发控制分离体系结构的基础上,提出了一种针对IPv6的转发控制分离路由器控制体系结构,并重点研究了转发与控制制分离后所带来的问题,最后设计和实现了一个原型系统。     

基于组播的分布式路由器转发表快速同步

控制平面与数据平面的转发表同步问题是影响分布式路由器可靠性与可扩展性的重要因素。通过分析分布式路由器的结构特点及各功能实体的逻辑关系,提出一种基于组播的分布式路由器转发表快速同步方法(RIMcast),并进行了总体设计。理论与仿真分析表明,RIMcast方法对于多块分布式路由器接口板具有良好的时延特性。     

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。     

分布式组播路由器存储与转发优化模型

组播路由器传统存储方式存在存储空间的严重浪费,内部高速交换网络在转发数据包时存在数据包严重冗余。针对传统方法中存在的问题,提出了优化存储转发模型。该优化模型通过存储优化降低存储空间的消耗;通过重构组播路由转发项与转发策略以减少数据包内部交换的次数。实验分析与比较证明了其具有较好的存储性能与转发性能,减轻了内部交换网络的负担,减少了组播数据包转发时延,显著提升了路由器的有效性。     

一种基于并行处理的IPv6组播包高速转发实现方法

总结PIM-SM协议要求的IPv6组播包转发处理流程，并在可靠性不变的前提下改进了该流程。提出了一种IPv6组播包高速转发实现的平台结构-分布式并行多处理器交换结构和一种基于并行处理的IPv6组播包高速转发实现方法——高速组播包并行转发处理方法。     

高性能IPv6转发引擎的FPGA实现

高速转发引擎是高性能IPv6路由器的关键技术,文章设计了一种IPv6高速转发引擎的硬件结构,编写了硬件结构的VerilogHDL模型,进行了仿真和逻辑综合,并成功用XILINX的FGPA对转发引擎进行了验证。测试结果表明,该文设计的转发引擎的结构正确,可以达到2.5G端口线速转发,满足了设计要求。     

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。     

基于混合式分级流标签的IPv6组播通信

IPv6网络协议引入流标签概念,在路由器转发提供QoS支持。针对IPv6多媒体组播通信的需要,提出一种混合式流标签分级定义方案实现IPv6组播通信的QoS支持,在IPv6实验网上进行多媒体组播通信模拟测试,结果表明该方案能够提供满意的QoS支持。     

基于并行处理的PIM—SM注册消息高速转发方法

在国家863重大课题"大规模接入汇聚路由器(ACR)"设计PIM-SM(Protocol Independent Muhicast-Sparse Mode)组播路由协议的分布式实现中,针对现有处理PIM-SM协议控制报文中的注册消息(Register message)的方法会引起路由器控制平面与数据处理平面交互信息量过大,并且消耗路由器处理负载最多的缺点,提出一种基于并行处理的高速转发方法,该方法便于直接在转发引擎以硬件实现,在不影响线速转发组播数据的前提下,无需将组播数据上报路由器主控平面,减少了两平面交互的数据量,缩短了组播报文在路由器内部的处理时间,能够达到更好的组播数据转发性能.     

MPFS: A truly scalable router architecture for next generation Internet

A new generation architecture of IP routers called massive parallel forwarding and switching （MPFS） is proposed, which is totally different from modern routers. The basic idea of MPFS is mapping complicated forwarding process into multilevel scalable switch fabric so as to implement packet forwarding in a pipelining and distributed way. This processing mechanism is named forwarding in switching （FIS）. By interconnecting multi-stage, lower speed components, called forwarding and switching nodes （FSN）, MPFS achieves better scalability in forwarding and switching performance just like MPP. We put emphasis upon IPv6 lookup problem in MPFS and propose a method for partitioning IPv6 FIB and mapping them to switch fabric. Simulation and computation results suggest that MPFS routers can support line-speed forwarding with a million of IPv6 prefixes at 40 Gbps. We also propose an implementation of 160 Tbps core router based on MPFS architecture at last.     

分段存储的CAM+SRAM高速IPv6路由查找方案

为了提高路由查找的速度,路由器的转发单元目前大多采用基于CAM的硬件解决方案。论文针对IPv6路由器的特性,设计并实现了一种分段存储的“CAM+SRAM”高速路由查找机制,有效地解决了单块CAM容量不足、无法满足地址位较宽的IPv6分组路由查找的缺点。该方案已经用于国家“863”重点项目“IPv6路由器”中,取得了良好的效果。     

一种新型IPv6路由器控制平面的设计与实现

转发与控制分离体系结构将路由器严格划分为控制和转发两个层面,具有开发成本低、系统可扩展性强、可靠性高等优点。文章介绍了一种基于转发与控制分离设计思想的IPv6路由器,给出了控制平面软件模块设计,包括路由子系统、内核协议栈、OpenRouter Master、OpenRouter Agent等模块。     

Optimal State Allocation for Multicast Communications With Explicit Multicast Forwarding

In this paper, we propose a scalable and adaptive multicast forwarding mechanism based on explicit multicast (Xcast). This mechanism optimizes the allocation of forwarding states in routers and can be used to improve the scalability of traditional IP multicast and source-specific multicast. Compared with previous work, our mechanism needs fewer routers in a multicast tree to store forwarding states and therefore leads to a more balanced distribution of forwarding states among routers. We focus on two problems and formulate each of them as an optimization problem. The first problem, referred to as minstate, minimizes the total number of routers that store forwarding states in a multicast tree. The second problem, referred to as balancestate, minimizes the maximum number of forwarding states stored in a router for all multicast groups, which is proved to be an NP-hard problem. We design a distributed algorithm that obtains the optimal solution to the first problem and propose an approximation algorithm for the second problem. We also prove that the approach adopted by most existing works to allocate forwarding states in the branching routers of a multicast tree is a special case of our mechanism. The simulation results show that the forwarding state allocation provided by previous work is concentrated on the backbone routers in the Internet, which may cause the scalability problem. In contrast, our mechanism can balance forwarding states stored among routers and reduce the number of routers that store the forwarding states for a multicast tree.     

IPv6组播技术

介绍了IPv6中组播的相关概念和基本原理，并简要说明了组播路由器的配置和编程实现。