OpenRouter体系结构中转发单元协同协议的研究与实现

论文摘要

随着网络规模和复杂性的不断增加，传统路由器体系结构面临越来越多的挑战，无法满足新一代互联网在控制开放性、功能可扩展性、规模可伸缩性、系统可用性等方面的诸多要求。通过分析已有的主动网络、可编程网络、开放控制网络等技术，我们提出了一种结构灵活、开放可扩展的通用路由器体系结构模型——OpenRouter。 本文着力研究了OpenRouter模型中转发平面的协同问题，首先讨论一种集中式的协同策略，然后提出了一种分布式转发单元协同协议(DCP，Distributed Cooperation Protocol)：通过邻居发现和维护机制解决了转发单元的动态加入／离开的问题；改进传统的路径矢量算法来解决转发平面拓扑信息的传递和内部寻径的问题；并为全局范围的集中控制和报文调度提供了必要的手段。 为了验证分布式转发单元协同协议的可行性和可用性，我们在基于OpenRouter体系结构的软件集群路由器(SCR，Software Cluster Router)中实现了分布式转发单元协同协议；并通过扩展传统的TCP／IP协议栈设计了内部转发引擎(IFE，Inner Forwarding Engine)，它根据分布式转发单元协同协议计算得到的内部转发路径来进行数据报文在集群路由器内部的选路和单映象转发，并负责报文的重定向处理和多路径负载均衡。 最后，根据问题的需求和网络互联设备测试基准，我们设计了测试案例对软件集群路由器进行了评测和分析，测试结果证明分布式转发单元协同协议和内部转发引擎能够较好地解决OpenRouter模型中的转发平面协同和报文内部转发问题。

论文目录

• 图目录
• 表目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1.1 课题研究背景
• §1.2 课题研究的目的和思路
• §1.3 课题研究的内容和意义
• §1.4 本文的工作及论文的组织
• 第二章 相关研究
• §2.1 路由器体系结构的发展
• §2.2 集群路由器技术
• §2.3 可扩展的软件路由器
• §2.4 开放控制、ForCES及NPForum
• §2.5 本章小节
• 第三章 OpenRouter模型中转发单元协同技术研究
• §3.1 OpenRouter体系结构模型
• §3.2 OpenRouter模型中转发平面协同问题
• §3.3 集中式协同策略
• 3.3.1 邻居关系发现和维护
• 3.3.2 拓扑合并和转发路径计算
• 3.3.3 集中协同策略示例
• §3.4 分布式协同策略
• 3.4.1 邻居关系发现及维护机制
• 3.4.2 路径信息更新及撤销机制
• 3.4.3 内部路径选路计算机制
• 3.4.4 控制和反馈机制
• 3.4.5 内部转发示例
• §3.5 本章小节
• 第四章 分布式转发单元协同协议的设计与实现
• §4.1 协议消息格式
• 4.1.1 统一消息头格式
• 4.1.2 消息负载格式
• §4.2 协议实现框架
• §4.3 协议实现关键技术
• 4.3.1 协议处理主模块
• 4.3.2 消息收发模块
• 4.3.3 内连接口及邻接表管理模块
• 4.3.4 内部路径信息表管理模块
• 4.3.5 定时器处理模块
• §4.4 本章小节
• 第五章 内部转发引擎的设计与实现
• §5.1 内部转发引擎设计
• §5.2 内部转发引擎实现关键技术
• 5.2.1 内核模块装载／卸载及Netfilter函数挂载
• 5.2.2 内部路径选路表iPST管理
• 5.2.3 虚拟内连接口抽象及报文内部转发
• 5.2.4 内外接口映射
• 5.2.5 报文重定向机制
• 5.2.6 多路径选路
• §5.3 本章小节
• 第六章 系统评测及分析
• §6.1 测试环境与测试案例
• §6.2 系统评测结果
• 第七章 总结
• §7.1 全文工作总结
• §7.2 工作展望
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文
• 攻读硕士期间参加的科研项目
• 参考文献