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基于ForCES的控制平面冗余备份的研究与实现

2020-11-22阅读(959)

基于ForCES的控制平面冗余备份的研究与实现

论文摘要

随着互联网用户数和网络流量的指数级数增长以及网络新技术和应用的不断出现，人们对网络性能和服务的要求越来越高，对路由器的可扩展性和可用性提出了更高要求。在这种情况下，学术界渐渐把目光投向下一代互联网的研究和建设上来。其中，新的网络协议和路由器体系结构作为网络技术的核心成为研究的重点。在目前已经提出的众多新的设计思想和研究方向中，转发与控制分离的思想是其中之一。 本课题以973“新一代互联网体系结构理论研究”为背景，重点研究下一代互联网结构——ForCES(Forwarding and Control Element Sepration)。 本文致力于研究ForCES中控制平面的协同。将ForCES控制平面协同形式划分为控制平面分布以及控制平面冗余备份。 针对ForCES控制平面的分布，本文将控制平面分布类型划分为：按协议进程划分、按CE与FE连接划分、按CE与路由域连接划分；在提高了控制平面性能方面提出了改进路由算法、按路由域划分CE的分布连接方式。 针对ForCES控制平面的冗余备份，本文分析了HSRP、VRRP协议和平稳重启等技术，将ForCES控制平面冗余备份类型划分为：冷状态备份、控制报文复制、平稳重启和协议同步。为了避免主控制单元和备控制单元间的状态不同步而导致主备切换后路由抖动，本文提出了一种主控制单元和备控制单元完全同步的协议同步冗余备份模型。该模型首先建立主备控制单元的初始同步，将转发平面发送重定向报文复制给主备各控制单元，然后通过消息同步验证机制达到主备控制单元间协议同步。分析了协议同步冗余备份实现的关键技术，同时制定了适合于该模型的主备协同选举协议。分析心跳时间设定与错误检测后主备切换时间和路由抖动之间的关系。 为了验证协议同步冗余备份模型的可行性和可用性，在结构灵活、开放可扩展的通用路由器体系结构—OpenRouter的软件集群路由器中实现了OSPF协议同步冗余备份。实现中采用心跳机制作为错误检测，桥接同步模块为同步机制，并修改zebra中OSPF协议代码实现。 最后对OSPF协议同步冗余备份模型进行了协议一致性测试、主备切换测试、路由抖动检验，测试结果验证了模型的协议一致性并且可以避免路由抖动。

论文目录

  • 图目录
  • 表目录
  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • §1.1 研究背景
  • §1.1.1 传统路由器面临的挑战
  • §1.1.2 控制平面和转发平面分离
  • §1.2 课题研究内容及成果
  • §1.3 论文结构
  • 第二章 ForCES体系结构简介
  • §2.1 相关协议及草案
  • §2.1.1 协议及草案简介
  • §2.1.2 ForCES相关术语
  • §2.2 ForCES的体系结构
  • §2.2.1 ForCES框架
  • §2.2.2 ForCES设计相关因素
  • §2.3 ForCES控制平面的结构
  • §2.3.1 基本的控制结构
  • §2.3.2 与ForCES协议和FE模型的关联
  • §2.4 对传统路由器体系结构的影响
  • §2.4.1 路由器的三个平面
  • §2.4.2 对转发平面的影响
  • §2.4.3 对控制平面的影响
  • §2.4.4 对管理平面的影响
  • §2.5 路由器冗余备份技术
  • §2.5.1 平稳重启
  • §2.5.2 冗余备份协议
  • §2.6 集群技术的应用
  • §2.7 本章小结
  • 第三章 控制平面的分布
  • §3.1 控制平面分布类型划分
  • §3.1.1 分布类型划分
  • §3.1.2 分布类型的组合
  • §3.2 OSPF协议分布
  • §3.2.1 并行的加速比
  • §3.2.2 OSPF协议内部任务
  • §3.2.3 改进OSPF路由算法
  • §3.2.4 按路由域划分CE的分布
  • §3.3 本章小结
  • 第四章 路由协议冗余备份
  • §4.1 路由协议备份的分类
  • §4.2 路由抖动问题
  • §4.3 协议同步冗余备份关键技术
  • §4.3.1 同步协议状态
  • §4.3.2 底层支持不间断转发
  • §4.3.3 故障检测及处理
  • §4.3.4 节点重新加入
  • §4.4 协议同步路由抖动分析
  • §4.5 主备协同选举协议
  • §4.6 本章小结
  • 第五章 OSPF冗余备份的实现
  • §5.1 OpenRouter体系结构模型
  • §5.2 系统结构
  • §5.3 OSPF冗余备份协议同步分析
  • §5.4 系统运行各阶段
  • §5.5 各模块的实现
  • §5.5.1 桥接同步模块
  • §5.5.2 心跳检测模块
  • §5.5.3 同步数据传送模块
  • §5.6 本章小结
  • 第六章 测试
  • §6.1 测试指标和测试案例
  • §6.2 测试结果
  • 第七章 结束语
  • §7.1 全文工作总结
  • §7.2 下一步工作展望
  • 致谢
  • 攻读硕士学位期间发表的论文
  • 参考文献

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