可編程路由器的可編程技術(shù)研究與應(yīng)用.pdf

1、當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)高速發(fā)展，傳統(tǒng)TCP/IP體系結(jié)構(gòu)開始面對(duì)可擴(kuò)展性、動(dòng)態(tài)性和安全可控性等難題的挑戰(zhàn)。由此引發(fā)了未來互聯(lián)網(wǎng)的研究熱潮，研究者開始設(shè)計(jì)未來互聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)、協(xié)議、算法，以期解決目前互聯(lián)網(wǎng)所遇到的難題。在未來網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)中，傳統(tǒng)路由器的特點(diǎn)不能滿足驗(yàn)證協(xié)議算法的需求，可編程路由器的概念因此被提出，并設(shè)計(jì)應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)的驗(yàn)證。
　　 國(guó)內(nèi)外諸多研究機(jī)構(gòu)研究未來互聯(lián)網(wǎng)的同時(shí)，針對(duì)可編程路由器提出并設(shè)計(jì)了各自的方案，可編

2、程路由器也因此具備多種特性，如可編程性、虛擬化、高效管理等。本文的研究工作在國(guó)家973項(xiàng)目“未來互聯(lián)網(wǎng)性能評(píng)估與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的資助下完成。本文針對(duì)未來網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)中如何有效驗(yàn)證新協(xié)議、新算法的問題，采用數(shù)據(jù)流分析與模塊化設(shè)計(jì)的方法，研究轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制、擴(kuò)展機(jī)制等可編程技術(shù)，并基于NetFPGA平臺(tái)進(jìn)行了應(yīng)用設(shè)計(jì)。論文的主要工作和成果包含以下幾個(gè)方面:
　　 1)針對(duì)如何折中處理性能與兼容未知協(xié)議的問題，采用控制平面與數(shù)據(jù)平面相分離的方式，

3、將控制平面基于Linux軟件實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)平面基于NetFPGA實(shí)現(xiàn)。將大部分?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)交由硬件處理，邏輯復(fù)雜的操作交由軟件實(shí)現(xiàn)。此平臺(tái)的選用，能從根本上提供一個(gè)高速、易重構(gòu)的環(huán)境，而轉(zhuǎn)發(fā)與控制的分離也從基礎(chǔ)上保證了路由器的處理性能與靈活的擴(kuò)展能力。
　　 2)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)是路由器的重要功能，針對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制研究可編程技術(shù)，使其能夠兼容多種協(xié)議數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。以傳統(tǒng)IP轉(zhuǎn)發(fā)流程為基礎(chǔ)對(duì)查表轉(zhuǎn)發(fā)流程進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)映射轉(zhuǎn)發(fā)表MFIB，使用精確匹配

4、方式只需進(jìn)行一次查表過程。保證效率的同時(shí)提高了系統(tǒng)的兼容性。同時(shí)，針對(duì)擴(kuò)展機(jī)制研究可編程技術(shù)，在控制平面擴(kuò)展協(xié)議算法計(jì)算MFIB表，采用功能模塊化加命令注冊(cè)的方式，使得路由器在管理控制及路由計(jì)算上具備良好的擴(kuò)展特性。
　　 3)從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度去分析基于NetFPGA的可編程路由器，設(shè)計(jì)其運(yùn)行流程，將研究的可編程技術(shù)在控制平面與數(shù)據(jù)平面進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，從具體模塊的角度分析了兩種機(jī)制的應(yīng)用。最后搭建真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行核心模塊的測(cè)試，以及整