高性能交换与调度仿真平台的设计与实现

仿真实验已成为交换结构和调度策略性能评价的重要手段,而目前存在的交换结构与调度策略的仿真软件在可继承性与可扩展性方面还存在缺陷.基于Crossbar交换结构,建立数学模型,引入系统级设计方法,采用面向对象技术,设计并实现了用于研究交换结构和调度策略的仿真平台——SPES(switching performance evaluation system).该平台集成了输入排队、输出排队、联合输入输出排队、联合输入交叉点排队等多种交换结构以及相应调度策略.设计上实现了业务流、交换结构和调度策略三者之间的分离,具有良好的可继承、可扩展特性.用户通过与仿真平台之间的简单交互,完成模块的添加与仿真环境参数的配置,在支持变长业务、区分服务质量模型和多交换平面仿真方面具有良好的特性.通过简单扩展。该平台还可以实现网络级性能仿真.最后给出了基于该平台,在CICQ(combined input and crosspoint queuing)交换结构下,对所提出的支持DiffServ模型的分布式调度策略DS(DiffServ supporting algorithm)在不同业务流模型下的性能测试结果,并与输入、输出排队交换结构进行了比较,展示了DS良好的性能,验证了仿真平台的合理性.     

支持QoS的异构并行交换结构研究

不同类型的交换结构具有不同的交换性能。为此,提出一种支持QoS的异构并行交换结构(HPSA),该结构支持3种类型的业务：保障带宽(GB)业务,保障时延(GD)业务和保障丢包(GL)业务。各业务通过HPSA的不同类型平面被交换,从而实现对各类业务的QoS支持。仿真结果表明,HPSA中的GB业务带宽性能、GD业务时延性能及GL业务丢包率性能,均优于它们在基于iSLIP算法的IQ交换结构和基本PPS结构中的性能。     

一种支持DiffServ模型的CICQ调度策略

结合大规模接入汇聚路由器需要对不同汇聚业务流进行不同的处理这一实际需求,基于CICQ交换结构,该文给出了一种支持DiffServ模型的调度策略(DS),该算法以“节点行为”方式对业务流进行调度。和以往算法相比,DS采取了分布式的控制策略,并且具有较低的时间复杂度,工程上更易实现。仿真结果表明,DS不仅能够为EF和AF业务提供带宽保证,而且具有良好的时延性能。     

一种基于多粒度特征的软件多样性评估方法

针对现有软件多样性评估方法普遍采用单一特征,无法准确表征软件特性进而导致评估准确度较低的问题,提出了一种基于多粒度特征的软件多样性评估方法。该方法从程序的指令、函数、基本块、二进制文件4个粒度进行分析,首先通过小素数乘积法、动态权重分配等算法获取不同粒度的差异度特征,然后根据差异度分析该粒度的多样性,进而探讨多样化技术的有效性。实验部分采用GNU核心程序集,对指令替换、控制流平坦、伪控制流、NOP插入等7种软件多样化方法进行了综合评估,分析了不同软件多样化方法对不同粒度的特征带来的差异程度和多样性,验证了评估算法的适用性。实验结果表明,该评估方法能够从纵向和横向两个方向对软件多样化方法的有效性进行准确评估,对后续多样化技术的研究具有参考价值。     

高性能并行分组交换结构的研究

随着高速宽带通信网络的发展,网络设备的交换能力正成为制约现代网络发展的主要瓶颈之一.并行交换结构能够极大提升网络设备的交换能力,使网络设备拥有更高的交换容量和交换速率,以支持更多的网络业务.本文从交换结构模型的角度较深入的研究了高速路由器调度算法,并在基于参考交换结构和库存论原理对并行分组交换(PPS)结构稳定工作进行定义的基础上,分别分析了无输入缓存PPS和带输入缓存PPS稳定工作的充要条件.     

基于CAM的10Gbps线卡地址表维护方案的设计

结合国家“863”计划重大专项T比特高性能路由器的研制，提出了基于 CAM的10Gbps线路接口卡地址表维护的设计方案，论证了该设计方案的合理性，并给出了线路接口卡地址表维护算法。实验测试的数据结果表明，这种方案满足了T比特路由器10Gbps线卡的要求。     

矢量数据包处理加速的动态防护系统设计与实现

针对IP地址动态化防护技术引入额外开销而导致正常网络传输性能下降的问题,首次设计并实现了一种基于矢量数据包处理（Vector Packet Processing,VPP）加速的IP地址动态防护系统,在隐藏真实IP地址的同时增强了系统数据处理能力.首先,针对控制平面和数据平面处理逻辑不同,分别设计了快转发逻辑和慢转发逻辑,降低数据报文处理过程中的拷贝次数;其次,面向真实IP-虚假IP频繁映射,提出一种共享内存的高效的IP地址动态变换机制;再次,采用最优化和哈希链算法制定了IP跳变策略与虚假IP地址预分配机制,最小化系统性能损耗;最后,实验结果表明,系统能够有效抵御DoS攻击并将潜在的侦查攻击命中率控制在16%以下,在数据处理性能上也有明显的速度提升.     

一种支持单组播集成调度的并行分组交换结构*

针对已有基于单芯片交换结构的单组播集成调度算法在高速链路环境下无法在一个时隙内完成一次调度的问题,提出了一种支持单组播集成调度的并行分组交换结构UMSPPS（Uni-and multicast supported parallel packet switch）。通过动态地调整单播平面数和组播平面数,UMSPPS可以支持任意比例的单组播混合业务。仿真结果表明,在各种比例的单组播业务情况下,UMSPPS的时延总是低于FILM和f SCIA,并且具有最优的总体吞吐率。     

软件定义的内网动态防御系统设计与实现

当前,自带设备（BYOD）的兴起对传统基于边界的内网防护观念提出了新的挑战——内部不设防导致堡垒易从内部攻破.从扰乱攻击链的角度,本文提出了"隔离+动态"的防护方法,设计并实现了一种基于软件定义的内网动态防御系统.通过为内网终端分配虚拟IP地址空间,以隐藏各自的真实信息;并且将IP跳变和路径跳变结合起来,实现了更全方面的防护.结果表明,在正常网络应用不受影响的情况下,该系统能大幅降低网络侦察扫描的可用性,阻断网络窃听,提高攻击者实时攻击难度.     

LHFS-支持公平服务的CICQ混合调度策略

 针对现有联合输入交叉点排队交换结构(CICQ,Combined Input and Cross-point Queuing)调度策略无法提供基于"流"的服务质量保障,探讨了在CICQ交换结构实施基于流调度的可能性,提出一种能够为到达流提供公平服务的分层混合公平服务调度策略—LHFS(Layered and Hybrid Fair Scheduling).LHFS对每个输入、输出端口可独立地进行变长分组交换,其算法复杂度为O(1),具有良好可扩展特性.理论分析结果表明,LHFS能够为业务流提供时延上限和公平性保障.最后,基于SPES(Switching Performance Evaluation System)仿真系统对LHFS的性能进行了评估.