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《华中科技大学》 2005年
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集群路由器关键技术研究

余鑫  
【摘要】:随着光网络的发展以及IPv6 网络的逐渐部署,网络接口的速度越来越高,路由器处理报文的速度也必须随之更快。对于40G 的接口,每个报文的路由器处理时间只有8ns,这在目前的技术条件很难使用单处理器达到。目前高速路由器广泛使用的是分布式处理结构,它对每个网络接口卡配备一个转发引擎,各自独立处理本地流量。这样一方面实际流量大的接口的处理可能能力不够,另一方面实际流量低的接口可能处理能力过剩。本文提出了一种新的路由器结构(集群路由器结构),它使用分布式的物理结构连接多个路由器,在节点间分担流量以提高效率; 并采用开放的抽象平台,能支持异构节点的协作和系统扩展。 对于集群路由器面临的问题,本文依次从软件平台、负载模型、负载均衡、路由查找等方面展开研究。用排队论的理论分析了适合集群路由器的负载模型和负载均衡算法,分析了保持系统多路径延时平均的方式,并对分析结果使用OPNet 仿真工具进行了仿真验证。论文还分析了影响路由器查找表更新速度的关键因素,提出了受控前缀扩展的路由查找算法,并使用真实的IPv6 路由表对算法进行了验证。 论文首先提出了一种分层抽象的路由器平台结构,它可以适应目前广泛采用的分布式处理结构的路由器,也可以适应集群路由器。该结构能为异构平台上路由器应用提供统一的抽象环境,将不同的路由器组合为有机的整体。通过引入虚拟设备将分布的物理结构屏蔽,从而不影响各成员路由器原有的结构,因此支持功能、性能和结构的扩展。文中详细设计了各个层次的功能,并在Linux 操作系统下的PC 上开发了部分功能,成功的将三台PC 通过以太网连接为一台集群路由器,完全未改变Linux 系统自带的转发功能,证明该了平台具有实际意义,并且是可实现的。 根据集群路由器内部的数据流模式,提出了“比例分担”和“并行分担”这两种集群路由器负载模型。论文还通过对两个队列的调度的研究和仿真,得到了队列公平的调度比例计算公式,保证了本地流量和分担流量能公平的得到路由处理,以及负载经过不同节点时的延时相同。通过仿真证明在“比例分担”负载模型下,集群路由器能够公平的对过载流量进行分担,且各节点对本地流量和分担流量的调度能将两队列延时差异限制在8%以内,进而保证了所有路径的延时相同。 论文基于限制处理路径的最大延时,提出了自适应动态分配的负载均衡算法,解决了集群路由器“比例分担”负载模型中的处理能力共享和负载均衡的特殊问题,保证了各个集群节点可以延时公平的分担负载。论文还引入计次传递机制,避免负载均衡中可
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TN915.05

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 张小平;刘振华;赵有健;关洪涛;;可扩展路由器[J];软件学报;2008年06期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 涂青云;应急通信中应急调度分发模块的研究与设计[D];北京邮电大学;2011年
2 金建武;模块化分布式路由器管理平面研究与实现[D];北京邮电大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前9条
1 吴剑,陈修环,徐明伟,徐恪;高性能安全路由器中快速路由查找算法的研究与实现[J];电子学报;2000年S1期
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8 徐恪,吴建平,江勇,徐明伟;通用路由器软件体系结构研究综述[J];小型微型计算机系统;2001年04期
9 李金库,张德运,张勇;Linux IP路由查找算法研究[J];小型微型计算机系统;2001年09期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 时培昕,雷振明;基于流的队列管理和队列调度的研究[J];重庆邮电学院学报(自然科学版);2004年01期
2 刘艳玲;徐昌彪;范俐伽;;路由器中的拥塞控制技术研究[J];重庆工学院学报(自然科学版);2007年03期
3 廖恬瑜,涂晓东,黄协;高速路由查找算法的研究[J];电子科技大学学报;2004年06期
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7 杨琴;兰巨龙;王雨;;EMD 10G线路接口卡的硬件设计与实现[J];电子技术应用;2008年07期
8 彭元喜,唐玉华,龚正虎;基于压缩NH表的高速IP路由查找算法的研究[J];电子学报;2002年02期
9 邬海涛,王重钢,隆克平,程时端;一种新的基于GPS的分组公平调度器[J];电子学报;2002年04期
10 陈秀忠,李忠诚,闵应骅;一种新的语音流队列管理调度机制[J];电子学报;2004年05期
中国重要会议论文全文数据库 前5条
1 张治洲;郑康锋;;一种高效的网络处理器资源访问算法[A];第十三届中国科协年会第11分会场-中国智慧城市论坛论文集[C];2011年
2 苗建松;丁炜;;改进的TCAM路由更新方法与实现[A];2006年全国开放式分布与并行计算学术会议论文集(二)[C];2006年
3 赵品华;陈明;;HSDPA系统中一种新的分组调度算法[A];江苏省通信学会2004年学术年会论文集[C];2004年
4 贾连兴;陈四军;郑合锋;韩世刚;;一种基于宽带无线通信系统的上行无线资源分配算法[A];中国通信学会第五届学术年会论文集[C];2008年
5 李军;宋安;史春光;刘少阳;;一种适用于异构网络互联的拥塞控制技术[A];第七届中国通信学会学术年会论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 廖青;基于IEEE 802.16e的无线接口业务调度算法的研究[D];北京邮电大学;2010年
2 王敏;基于图像的工业控制网络调度与协议的研究[D];天津大学;2011年
3 张伟华;基于千兆以太网的光电经纬仪分布式实时通讯系统的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2011年
4 张会彬;光传送网的资源优化和约束路由关键技术研究[D];北京邮电大学;2011年
5 陈尚兵;IP网络中拥塞控制和可扩展组播路由研究[D];浙江大学;2003年
6 杨帆;分组调度算法及接入允许控制算法研究[D];西安电子科技大学;2002年
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8 王振兴;NGI高性能路由器转发处理算法与实现[D];南京理工大学;2004年
9 胡晓峰;并行路由器体系结构若干关键技术研究[D];国防科学技术大学;2004年
10 王凯东;宽带卫星网络关键技术研究[D];西安电子科技大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 高莹;哈希表和多比特Trie树相结合的IPv6路由查找算法的研究[D];郑州大学;2010年
2 毛影;树型结构的应用与平衡查找树的研究[D];江西师范大学;2010年
3 麻敏觉;Ad Hoc网络中基于MAC层的路由设计与实现[D];浙江大学;2011年
4 吴方;基于Click且保障QoS的通用模块化软件路由器的设计与实现[D];电子科技大学;2011年
5 郭玲丽;基于多分支trie的快速路由查找算法[D];西安电子科技大学;2009年
6 黎石磊;AFDX调度算法研究及其在飞行仿真系统中的应用[D];西安电子科技大学;2011年
7 杨树清;基于IEEE802.16e的QoS机制的研究及仿真[D];西北大学;2011年
8 张志伟;一种基于GPS模型调度算法的研究[D];吉林大学;2011年
9 石凯;基于click系统的应急通信数据分发平台的研究与实现[D];北京邮电大学;2011年
10 宗希鹏;自适应业务分级转发控制技术研究及实现[D];北京邮电大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 向金海,罗静,张友纯;路由器技术及其发展趋势[J];电气电子教学学报;2002年06期
2 张雪丽;;应急通信标准化和技术热点分析[J];电信网技术;2007年11期
3 徐景皓;曹丰文;;从传统软件路由器向高性能线速路由器的跨越[J];电子工程师;2006年08期
4 符强,常义林;网络管理系统中路由器管理模块的实现方法[J];电子科技;2002年01期
5 龚正虎;傅彬;卢泽新;;软件集群路由器体系结构的研究[J];国防科技大学学报;2006年03期
6 封或泰;;卫星在应急通信中作用非凡[J];国际太空;2008年06期
7 余鑫,黄本雄,阮加勇,柳郁松;一种分布式路由器抽象平台[J];计算机工程;2005年21期
8 范晓勃,林闯,吴建平,徐恪;分布式路由器的性能模型与分析[J];计算机学报;1999年11期
9 徐恪,吴建平,喻中超,徐明伟;面向路由器的分布式实时操作系统HEROS[J];清华大学学报(自然科学版);2002年01期
10 梁志勇,徐恪,吴建平,徐明伟;分布式路由器中的路由管理模型[J];清华大学学报(自然科学版);2003年04期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 王宝生;一种新型路由器体系结构及其实现技术研究[D];国防科学技术大学;2005年
2 管剑波;集群路由器体系结构及其关键技术的研究[D];国防科学技术大学;2005年
3 张晓哲;路由协议并行处理技术研究[D];国防科学技术大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 饶珊;分布式并行路由器负载均衡与容错技术的研究与实现[D];电子科技大学;2005年
2 李伦伊;一种分布式路由器中间件结构及其负载均衡研究[D];华中科技大学;2005年
3 傅彬;集群路由器软件结点平台的实现技术研究[D];国防科学技术大学;2005年
4 张卫莉;基于SNMP网络性能管理的设计与实现[D];北京邮电大学;2009年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 涂珊;;数据挖掘技术在路由选择中的应用研究[J];长沙铁道学院学报(社会科学版);2009年03期
2 徐明伟;江学智;陈文龙;;路由器分布式控制研究综述[J];电子学报;2010年08期
3 彭来献;恽姿;赵文栋;田畅;;一种基于最长队列预测的CICQ交换结构调度算法[J];电子与信息学报;2010年06期
4 张小平;段武清;李孟涵;赵有健;;采用高维路由节点构建直连式可扩展路由器[J];计算机研究与发展;2013年01期
5 李坤丽;张大方;关洪涛;谢高岗;;虚拟路由器管控平面的设计与实现[J];计算机工程;2014年05期
6 江学智;徐明伟;;可扩展路由器并行路由计算模型[J];清华大学学报(自然科学版);2011年07期
7 黄慧群;刘勤让;卜佑军;张风雨;;交换结构中的可重构缓存机制[J];通信学报;2012年10期
8 刘晓锋;赵有健;吴亚娟;;Multi-log_2N交换网络的性能分析模型及控制算法[J];软件学报;2013年03期
9 兰巨龙;程东年;胡宇翔;;可重构信息通信基础网络体系研究[J];通信学报;2014年01期
10 王月平;陆建德;王源;;基于嵌入式Linux的SOHO路由器设计与实现[J];微计算机信息;2009年35期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 杨光辉;可扩展路由器交换网络容错性能优化研究[D];清华大学;2011年
2 王亚刚;IP路由器系统芯片关键技术研究[D];西安电子科技大学;2012年
3 袁博;基于可重构技术的网络节点节能问题关键技术研究[D];解放军信息工程大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 胡丹;ForCES通道中组播与事务管理研究[D];浙江工商大学;2011年
2 孔德飞;中央空调远程维护网络系统的硬件设计[D];华南理工大学;2011年
3 郭强;面向服务的分布式路由平台体系架构研究[D];山东大学;2010年
4 虞文苑;ForCES架构网络件的开放可重组TML的研究与实现[D];浙江工商大学;2010年
5 王艳秋;应急物流系统风险因素识别与评价研究[D];长沙理工大学;2012年
6 刘红;物流通道的应急可靠性评价研究[D];长沙理工大学;2012年
7 顾磊;路由系统数据同步模块的设计与实现[D];南京大学;2012年
8 余城;ForCES路由器流量模型及流控相关技术研究[D];浙江工商大学;2012年
9 李晓祥;ForCES路由器通道内可靠组播拥塞控制机制研究[D];浙江工商大学;2012年
10 李晓霞;一种用于片上网络交换结构的动态优先级算法[D];西安电子科技大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 张尧学,王晓春,陈桦;基于RSVP的QoS参数控制报文设计与实现[J];电子学报;2000年02期
2 吴剑,陈修环,徐明伟,徐恪;高性能安全路由器中快速路由查找算法的研究与实现[J];电子学报;2000年S1期
3 王重钢,隆克平,龚向阳,程时端;一种增强的速率比例调度器[J];电子学报;2001年07期
4 彭元喜,龚正虎;基于LSOT的高速IP路由查找算法[J];计算机学报;2002年01期
5 马洪军,张尧学,陈桦;主动式路由器操作系统TH-AOSR的设计与实现[J];软件学报;1999年06期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王意洁,戴葵,胡守仁;一种通用有效的神经网络映射算法[J];国防科技大学学报;1994年04期
2 昌月楼,阳国贵;无共享并行数据库中结点故障对策[J];计算机工程;1995年S1期
3 张知一;敏感的网络分段[J];个人电脑;1998年04期
4 殷庆纵;负载均衡控制器UC3907[J];电子技术;1999年03期
5 李正华;Internet的负载均衡[J];微型电脑应用;1999年11期
6 高文;Nortel Networks和Ipivot联合开发服务器交换技术——适于商业Web应用的负载均衡产品强化电子商务应用[J];计算机与网络;1999年08期
7 陈四清;陈蜀宇;何中市;杨晓帆;陈廷槐;;关于多总线结构的最大总线容错度[J];计算机科学;1999年03期
8 ;世纪互联推IDC增值服务[J];每周电脑报;2000年28期
9 丁原,刘玉树,朱天焕;利用IP转发技术在集群服务器中实现负载均衡[J];北京理工大学学报;2001年03期
10 杨和东;基于LVS的网站服务器群的负载均衡[J];现代图书情报技术;2001年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李立新;徐开勇;田勇;李福林;;INTEL网络处理器IXP2400应用分析[A];第十九次全国计算机安全学术交流会论文集[C];2004年
2 马婕;蒋青;唐伦;陈前斌;;用多代理联盟解决泛在网络的负载均衡[A];2009年全国无线电应用与管理学术会议论文集[C];2009年
3 黄海月;;基于负载均衡的无线Mesh骨干网接入算法[A];2009年研究生学术交流会通信与信息技术论文集[C];2009年
4 赵立芳;马向南;;WLAN中双链路负载均衡的研究与应用[A];中国通信学会第六届学术年会论文集(下)[C];2009年
5 季磊;谭庆平;;一种针对CDN系统的负载均衡解决方案[A];第二十二届中国数据库学术会议论文集(技术报告篇)[C];2005年
6 刘丽景;程国建;吴文海;;多智能体遗传算法在云计算负载均衡中的应用[A];第十二届中国青年信息与管理学者大会论文集[C];2010年
7 陈明;王振武;;基于.NET Remoting技术的分布式构件库模型[A];2007年全国开放式分布与并行计算机学术会议论文集(上册)[C];2007年
8 卢光军;陆佩忠;;一种基于集群计算的软件无线电接收系统实现[A];2008年全国开放式分布与并行计算机学术会议论文集(下册)[C];2008年
9 史军晖;程良伦;;EASNS:一种能量敏感、负载均衡的感知节点调度算法[A];中国自动化学会中南六省(区)2010年第28届年会·论文集[C];2010年
10 张香云;邱勇;晏伟成;;无线局域网负载均衡的研究[A];2011全国无线及移动通信学术大会论文集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;负载均衡让宝钢网络不再中断[N];网络世界;2007年
2 何支涛;牵手:反垃圾、Web防御、负载均衡[N];网络世界;2008年
3 于开年 张国才 史韶惠;路由器实现线路负载均衡[N];网络世界;2002年
4 本报记者 边歆;随需而变 创新不止[N];网络世界;2009年
5 本报记者 张旭军;博科负载均衡新品的四大优势[N];网络世界;2010年
6 河北省沙河市二十冶高中 于江波;负载均衡[N];中国电脑教育报;2004年
7 Linux OpenLab 测试工程师 赵建军;实现四台服务器的负载均衡[N];中国计算机报;2001年
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9 新疆财经学院 孙彬;负载均衡的电子商务技术[N];新疆科技报(汉);2001年
10 吕松华;Array推出AppVelocity 3500应用交换机[N];大众科技报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴和生;云计算环境中多核多进程负载均衡技术的研究与应用[D];南京大学;2013年
2 王小海;常数度P2P系统负载均衡与拓扑优化技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
3 张泽华;云计算联盟建模及实现的关键技术研究[D];云南大学;2010年
4 杨际祥;并行与分布式计算负载均衡问题研究[D];大连理工大学;2012年
5 赵力强;公用无线局域网关键技术的研究[D];西安电子科技大学;2003年
6 王盼成;嵌入空间数据库的地图服务及Web地图服务集群技术研究[D];中国科学院研究生院(遥感应用研究所);2004年
7 杨云;基于TCP/IP的QoS路由算法的研究[D];南京理工大学;2003年
8 李双庆;Web服务器集群技术研究[D];重庆大学;2003年
9 王燕琳;基于QoS约束的多播路由问题研究[D];天津大学;2004年
10 胡晓峰;并行路由器体系结构若干关键技术研究[D];国防科学技术大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 冯青峰;基于Java RMI的分布对象负载均衡研究与实现[D];西安电子科技大学;2002年
2 黄登玺;基于负载均衡的防病毒防火墙的设计和实现[D];中国科学院研究生院(软件研究所);2002年
3 李莉;图书馆类网站建设的若干技术问题研究[D];华中师范大学;2004年
4 潘传志;远程虚拟实验信息平台负载均衡研究[D];华中科技大学;2004年
5 张普;网络计算机服务器集群的设计研究[D];中国科学院研究生院(软件研究所);2005年
6 林水城;期货交易系统平台中负载均衡与灾难备份的研究与实现[D];浙江大学;2006年
7 缪剑斌;基于LVS的高可用负载均衡集群系统的设计与实现[D];北京邮电大学;2010年
8 胡利军;Web集群服务器的负载均衡和性能优化[D];北京邮电大学;2010年
9 周顺;面向Web Service的负载均衡策略研究[D];湖南大学;2010年
10 李巧玲;基于负载均衡的网格任务调度算法的研究[D];武汉理工大学;2011年
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