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T比特高性能路由器QoS实现机制研究

刘勤让  
【摘要】:随着IP网上承载业务的多样化,以及光传输网络带宽的飞速发展,IP骨干网络正在从G比特级速度向T比特级过渡。由于光纤传输和电子工艺发展速度的不均衡性,作为网络节点的核心路由器正在成为网络演进的瓶颈。因此开发T比特级交换容量具有丰富QoS支持的高性能路由器已经成为网络技术领域研究的热点。 本文以T比特高性能路由器中QoS实现机制的研究为课题目标,并结合“十五”计划国家863重大课题《可扩展到T比特的高性能IPv4/v6路由器基础平台及实验系统》,基于网络计算理论,对网络节点中时延和时延抖动等QoS性能的影响因素进行了初步的分析;在研究各种QoS技术的基础上,试图找出一种比较不同QoS技术对网络引入代价的方法;结合我们课题中采用的变长分组交换结构,并通过引入分布式思想,提出了顺序分布式改进补偿轮询调度算法(SDMCRR)和满足T比特路由器需求的并行分布式改进补偿轮询调度算法(PDMCRR);研究了DiffServ结构对队列管理机制的要求,提出了一种基于优先级的多门限随机早期探测(MTRED);最后通过T比特路由器QoS实现的需求,提出了输入侧基于输出端口VOQ排队和输出侧基于优先级排队的两级调度QoS实现结构,并给出了该结构下T比特高性能路由器的QoS实现方案。 本文的创新和贡献主要包括以下几点: 提出了一种基于域的IP QoS分类方法,实现对各种QoS技术的代价分析,从而为各种QoS技术的可行性分析提供理论指导。 归纳网络计算理论的基础上,提出了可以实现对IntServ和DiffServ参考服务模型中网络节点QoS性能分析的三种分析模型。 提出了一种支持变长分组调度和分布式实现的顺序分布式改进补偿轮询调度算法SDMCRR。 针对网络节点各输入端口到达业务的不对称性,提出了一种在不对称流量模式下提高吞吐量的双向轮询的SDMCRR调度结构。 分析T比特路由器多端口交换的特点,改造SDMCRR调度算法中的输入端口顺序轮询结构为端口间并行、单端口流水线的并行分布式补偿调度算法PDMCRR。并通过分析证明该算法可以满足T比特路由器中10Gbps端口最短40字节报文的调度需求。 提出了PDMCRR调度算法的工程实现结构,对各个关键部分给出了详细的分析和设计。 理论分析了PDMCRR调度算法的时间复杂度和公平性,并通过在NS仿真实验中与其他调度算法比较,验证了该算法具有良好的公平性和时延特性。


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