基于向量地址的数据中心网络数据面模型的研究

软件定义网络（Software Defined Network, SDN）是目前构建数据中心网络的一个研究热点,SDN可满足数据中心的集中管控、虚拟机部署与迁移等需求。但实现SDN优势的最大难题在于流量超大规模的优化问题,采用三态内容寻找存储器（TCAM）存储和查找流表带来了数据中心扩展性、成本和能耗的问题。为此,提出一种基于向量交换的数据中心数据面模型,即VADC(Vector Address Data Center),以一种源路由地址——向量地址（Vector Address,VA）作为数据包交换标签,VA定义了完整的通信路径。根据VA即可完成数据转发操作。VADC具有如下优点：（1）数据转发过程不再需要查表操作,交换机不必引入TCAM进行流表操作,解决了数据中心扩展性问题,交换机的复杂度和成本大幅度降低;（2）VADC简化了流的建立过程,新数据流建立时,无需下载流表至交换机,其消耗的控制信令数量约减少73%;（3）设计并实现了基于NetFPGA平台的VADC交换机,实验结果表明VADC交换机的硬件资源消耗约是OpenFlow交换机的28%。     

基于网络编码的多信源组播通信系统

本文首先介绍网络编码理论的基本概念,回顾了近年来网络编码的研究动态。接着在使用NetFPGA开发平台的基础上,提出网络编码组播通信系统及其整体设计方案。由于本系统的主要功能是由硬件实现,所以和传统组播通信网络相比,具有时延小,没有了调度和排队时间,使得网络中链路负载更均衡,体现出了网络编码的优势。     

60 GHz无线收发实验平台的探究

详细介绍了一种60 GHz无线收发实验平台设计方案,由改进后的NI USRP(收发模块)、NetFPGA(数据处理模块)和PC(主控模块)组成,NI USRP与NetFPGA通过吉比特网口连接,NetFPGA依靠PCI与PC连接,实验平台工作在Linux系统上,并辅以LabVIEW做编程和测试分析,能实现1 Gbit/s以上的理论传输速率.该实验平台方案的收发模块和数据处理模块均可编程,Linux通过PCI对数据流进行捕获、分类、限速等操作,整个平台具有较好的开放性和拓展性,为进一步研究60 GHz通信中的信道建模、时隙分析、多址接入算法等问题提供了便利.     

面向深度分组检测的高速数据分组解析结构

提出了一种面向深度分组检测的高速数据分组解析结构BiPPCS（bidirectional packet parsing architecture for content security）。结构采用内容萃取树描述协议的耦合关系从而提高了数据分组解析的灵活性;利用硬件双向并行流水线提升了数据分组解析的处理速率;通过使用节点映射算法来均衡各级流水线上的节点数目优化存储空间;分析和仿真显示BiPPCS在处理速率、空间利用率等方面能取得较好的均衡。     

基于NetFPGA的网络数据流量采集器

为解决基于软件的流量采集方法无法在高速网络环境下准确测量的问题,提出了一种基于NetFPGA的网络数据流量采集器,以达到实时在线的流量统计和采集功能。该系统采用模块化的架构设计,通过硬件实现功能的方式提高网络测量精度。实验结果表明,该系统能准确统计出网络中93%以上流量。     

支持业务需求灵活定制的多态路由系统

传统僵化单一的路由机制已经无法适应未来多样化的业务需求和各种新型网络体系结构的试验与部署。针对此问题,本文基于路由功能与业务需求自适配的思想提出了多态路由模型,并设计实现了多态路由原型系统。该系统通过虚拟化技术以及灵活可编程的数据平面结构,实现了同构和异构网络中多种路由协议的共存,完成了基于路由服务描述的路由协议个性化定制和数据平面的多表选择查询与转发处理。最后,基于NetFPGA-10G平台设计实现了多态路由原型系统。相较于现有路由试验系统,多态路由系统在实现路由协议定制化及异构网络共存的同时,更好地保证了业务的服务质量,具有更高的转发速率以及可扩展性。     

源端控制的OpenFlow数据面

为了实现流表的多元快速查找,OpenFlow交换机一般采用TCAM存储和查找流表,从而带来了扩展性、成本和能耗的问题。尽管可以采取流表压缩、引入RAM存储器等方法,但仍无法彻底解决使用TCAM造成的局限性。针对这个问题提出了源端控制的OpenFlow数据面模型,即SCOF（source-controlled OpenFlow）。它以一种源路由地址—向量地址（VA）作为数据分组的交换标签,VA完全定义了通信路径。SCOF的数据转发设备是向量交换机,它不需要存储和查找流表,只根据VA即可完成数据分组转发。SCOF模型降低了交换机硬件复杂度,简化了流表更新过程,克服了OpenFlow的扩展性问题。     

快速自适应调频机制及其在NetFPGA上的实现

降低网络设备能耗已经成为当前研究的热点.文中,作者设计了一种能够实时适应流量变化的动态自适应频率调整方法FASS,它能根据处理模块的负载,实时地调整模块的工作频率,从而有效降低模块的能耗.同时,作者通过修改NetFPGA的参考路由器设计,将FASS添加到数据包处理模块中来验证FASS的性能.马尔可夫模型分析结果和实际实验的测试结果表明,在仅增加可容忍的延迟的情况下,FASS在多种不同的负载情况下,都能有效地降低模块功耗.另外,作者的工作说明FASS可以应用于实际的物理设备中以实现节能.     

基于NetFPGA虚拟路由器的路由表下发与更新机制研究

基于NetFPGA硬件平台设计的可编程虚拟化路由器,为提高其可编程性和灵活性将控制平面与数据平面进行分离,导致二个平面难以正常进行数据传输。通过对控制平面的接口进行设置,对OpenVZ虚拟路由实例中Zebra路由协议软件计算出来的路由表进行提取,并下发给底层NetFPGA来完成交互。本文就如何将路由表提取出来进行了研究,提出了对Zebra路由协议软件进行二次开发,增加路由表定时更新输出的功能解决方案。该方案基于Zebra面向对象设计思想,复用其通用接口,设计相应数据结构和函数,增加线程来处理通过Rip、Ospf或Bgp计算得到的路由表。     

一种新的高速报文解析结构研究

随着新协议的不断涌现和网络速率的迅猛增长,报文解析结构在解析灵活度和解析速率上面临挑战。该文结合流水线设计和二叉trie树查表思想,提出一种应用于路由转发的报文协议解析结构(Parsing Pipeline Architecture for Forwarding, PPAF),通过构建协议二叉trie树来支持报文协议解析的灵活度,利用硬件多级流水查表提升报文协议解析处理速率,采用节点映射算法解决协议二叉trie树节点到流水线映射过程中存储资源不均衡的问题。基于NetFPGA平台的仿真结果表明,相对于现有的高速解析结构,PPAF在处理速率和资源占用上取得较好的均衡的同时,能够提供基于接口的独立灵活解析能力。