基于网络处理器的路由交换方案

网络处理器是新一代网络设备的核心器件，基于网络处理器的路由器交换机开发是一个热点。由于ASIC和通用CPU各自的局限无法满足日益增长的网络流量和业务的需求，从而出现了网络处理器，网络处理器一般是由通用处理器作为控制CPU，多个转发引擎并行处理分组以隐藏访问I／O设备的延时，并通过协处理器来加速路由查找、CRC计算等功能。通过分析网络处理器的体系结构并依据当前网络处理器发展的实际情况提出了几种基于网络处理器设计的路由交换系统方案，并分析了各种方案的特点及应用场合。     

基于网络处理器的路由交换方案

网络处理器是新一代网络设备的核心器件,基于网络处理器的路由器交换机开发是一个热点.由于ASIC和通用CPU各自的局限无法满足日益增长的网络流量和业务的需求,从而出现了网络处理器,网络处理器一般是由通用处理器作为控制CPU,多个转发引擎并行处理分组以隐藏访问I/O设备的延时,并通过协处理器来加速路由查找、CRC计算等功能.通过分析网络处理器的体系结构并依据当前网络处理器发展的实际情况提出了几种基于网络处理器设计的路由交换系统方案,并分析了各种方案的特点及应用场合.     

Trie树路由查找算法在网络处理器中的实现

Trie树数据结构的实现方法灵活,所需存储器空间小,是实现高速路由查找和分组转发的理想选择。为满足10 Gb/s线速度网络处理器中微引擎的设计要求,提出一种基于最优平衡、多层存储的Trie树路由查找算法。建立一种平衡的压缩树结构,将该树中相邻的多层节点压缩到一个存储节点中。通过构造特定的数据存储结构来减小树的搜索深度,以空间换取时间,从而提高路由查找速度和分组转发效率。在网络处理器的查找微引擎设计中实现Trie路由查找算法,实验结果表明,单个微引擎的查找速度为4.4 Mb/s,能达到节省存储空间、提高查找效率的效果。     

基于网络处理器的源地址路由的研究与实现

本文主要阐述了一种基于网络处理器的源地址路由解决方案。该方案在对路由器性能影响微小的情况下,实现大容量报文的转发能力,是一种行之有效的方案。     

一种基于网络处理器加速的策略路由网关

本文针对目前园区网的情况,根据基于策略的网络管理思想,设计了基于网络处理器的策略路由网关的系统结构,实现基于源地址的策略路由功能.通过对网络数据包的源地址分析,识别用户类型,并根据用户类型进行相关的数据包的操作.最后,在IXA Workbench模拟器中进行了性能的实验验证.     

基于动态混合查找的WSN自适应路由算法

针对无线传感器网络(WSN)需动态调整路由请求域的问题,提出一种基于动态混合查找的WSN自适应路由算法。该算法依据路由查找的返回状态,以圆柱形路由请求域的半径作为调整参数,利用折半查找和指数查找相结合的方法对路由请求域进行动态自适应调整。仿真结果表明,该算法在数据包投递率、路由开销和数据包平均时延上的性能均优于AODVjr路由算法。     

基于软件定义数据中心网络的节能路由算法

由于数据中心网络是云计算和下一代网络技术的平台和基础设施,日益增长的网络数据在满足用户需求的同时,也大幅增加了数据中心的能耗.许多针对数据中心网络的节能策略被提出,多数采用硬件与软件相结合的策略来完成节能模型的设计.为了进一步降低能耗,从网络负载均衡和节能路由设计的角度提出了一种新的节能路由算法,其基本思想是首先对负载均衡进行量化分析,然后提出带宽限定的负载均衡与节能相结合的节能路由算法,充分考虑到网络整体的可达性和可靠性.该算法为数据中心节能提供了一种新的视角.通过与传统的节能路由作比较,验证了该算法能够在保证较高网络可靠性的同时能耗较低.通过对实验数据的分析和解释得到了若干有益的结论,为进一步的研究工作奠定了基础.     

基于网络处理器IXP1200的路由查找功能的微码实现

介绍了网络处理器基本特点,以及如何基于Intel IXP1200网络处理器采用微码实现路由表的路由查找功能.路由查找功能采用Intel提供的TRIE表结构,实现32位IP地址最长前缀匹配算法.     

Hash算法在网络处理器中的实现

提出一种应用于网络处理器的Hash算法,通过建立新型查找表的结构和构造两级Hash函数,能够有效地解决Hash冲突的问题。描述Hash表的软件建立流程和硬件查找过程,在Hash查找的基础上,给出硬件表项的学习过程和老化方法,简化表项的更新操作。针对不同的应用,建立不同类型的Hash表,合理地利用内外部存储资源,兼顾了存储资源和处理速度的平衡。实验结果表明,该算法对各种查找表中不同的表项数目和关键词长度均具有较好的兼容性,成功查找的平均长度为2,减少了存储器的访存次数,其单个微引擎的查找速度高达25Mb/s,能够满足网络处理器接口处理带宽20Gb/s的要求。     

网络路由环路检测算法研究

路由器是计算机通信网的核心设备，路由器根据路由表完成网络路由功能，如果路由器的路由配置不正确，或者由于其他原因导致网络从出现路由环境，将严重影响网络的正常通信和运行。因此，监测网络中是否存在路由环路具有重要意义，本文提出了基于网络配置管理系统来检测网络路由环路的算法，并在实践中得到了应用。     

众核处理器的流水线紧耦合指令循环缓存设计

能效比是未来高性能计算机需要解决的重要问题.众核处理器作为高性能计算机的重要实现手段,其微结构的优化设计对能效比提升尤为关键.提出了1种面向众核处理器的流水线紧耦合的指令循环缓存设计,以较小的L0指令缓存提供更加高能效的指令取指.作为体系结构研究同硬件可实现性紧密结合的1次尝试,设计始终考虑了硬件实现代价这一关键约束.为了控制L0指令缓存对流水线性能的影响,指令缓存采用了循环出口预取技术,以此保证指令缓存提供的低功耗的指令取指能够最终转化为流水线能效比的提升.在gem5模拟器上实现了对指令循环缓存的模拟.对SPEC2006的测试结果表明,在不影响流水线性能的前提下,设计的典型配置可以减少27%的指令取指功耗以及31.5%的流水线前段部件动态功耗.     

Cell处理器上的软件Cache研究

为了提高Cell处理器对共享数据访问的性能,本文设计并实现了一个能够支持释放一致性存储模型的软件Cache。实验结果表明,该软件Cache能够大大缩短SPE对系统主存中共享数据的访问时间开销,提高Cell处理器上OpenMP程序的并行性能。     

DSR协议的路由缓存策略

分析移动自组网动态源路由(DSR)协议路由缓存中存在的问题及其对DSR协议性能的影响。针对DSR路由缓存中失效路由导致该协议性能下降的问题,在DSR协议中引入AODV协议的局部连接性管理机制,提出可以主动发现过期路由的DSR(DSR-SRAD)协议,阐述其设计思想和实现细节。采用网络仿真软件NS2测试DSR-SRAD, DSR和AODV,结果表明DSR-SRAD协议的分组传送成功率较高,其平均端到端延迟和路由控制开销较小。     

基于缓存价值的命名数据网络缓存优化策略

为了解决当前命名数据网络（Named Data Network）中的传统缓存决定策略如LCE (Leave Copy Everywhere)、LCD (Leave Copy Down)、Prob (Copy with Probability)中存在的由于路由器缓存利用不合理导致的路由器缓存命中率过低,及满足用户请求所需跳数过多导致的时延过大等问题,提出一种基于缓存价值的缓存策略。该策略结合兴趣包路由跳数与所请求数据包大小,以及兴趣包所经过路由节点缓存情况,计算数据包缓存价值,由此将数据包缓存在合适的节点,以提高缓存命中率。在此基础上考虑下游节点的过滤效应,提出相对于传统缓存替换策略LRU、LFU的基于动态缓存价值的缓存替换策略,以进一步提高缓存命中率。经过大量仿真对比实验,验证了本文提出算法的有效性及可用性。     

容错前置处理机和网络交换机实例分析

本文重点分析了分别用作计算机网络通信节点机的前置处理机和网络交换机的两个容错计算机的体系结构和组成等方面的容错特性。这些典型范例对于计算机通信网（计算机网络）中网络通信节点机的容错设计具有良好的参考价值。     

一种基于磁盘介质的网络存储系统缓存

随着计算规模越来越大,网络存储系统应用领域越来越广泛,对网络存储系统I/O性能要求也越来越高.在存储系统高负载的情况下,采用低速介质在客户机和网络存储系统的I/O路径上作为数据缓存也变得具有实际的意义.设计并实现了一种基于磁盘介质的存储系统块一级的缓存原型D-Cache.采用两级结构对磁盘缓存进行管理,并提出了相应的基于块一级的两级缓存管理算法.该管理算法有效地解决了因磁盘介质响应速度慢而带来的磁盘缓存管理难题,并通过位图的使用消除了磁盘缓存写Miss时的Copy on Write开销.原型系统的测试结果表明,在存储服务器高负载的情况下,缓存系统能够有效地提高系统的整体性能.     

网络处理器负载均衡算法综述

本文针对网络处理器中多个处理单元的负载均衡方法展开了讨论,详细介绍了多种负载均衡方法,给出了网络处理器负载均衡的特点和性能度量标准,提出了该领域进一步研究方向和基本思路.对同类研究有一定的帮助.     

基于低能耗与高缓存命中并存的缓存替换算法

近年来无线传感器被广泛地利用在各个领域,与之相关的优化节能研究也层出不穷.作为信息共享、分发关键技术的缓存技术节能研究成为了研究热点之一.从缓存替换算法的角度对缓存技术节能进行研究,先对已有的缓存替换算法进行比较分析,在继承二分法思想以及无线传感器网络中缓存替换策略的研究思想的基础上,整合基于低能耗和高缓存命中的两种替换算法,构建出兼顾低能耗和高缓存命中双目标的缓存替换算法.最后通过仿真验证该算法在平均延迟时间、能量消耗以及缓存命中三个方面均有不同程度的提升.