基于Linux的路由器操作系统及E1接口软件设计与实现

发布时间：2017-07-06 22:07

  本文关键词：基于Linux的路由器操作系统及E1接口软件设计与实现

  更多相关文章： 路由器 Linux内核 操作系统 自主可控 E1驱动

【摘要】：路由器作为连接Internet的枢纽,承担着互联网中几乎所有数据包的路由转发,路由器的安全对于国家的信息安全有着举足轻重的影响,因此拥有完全自主可控的路由器对于国家信息安全和保障人民生产生活正常进行有着重大意义。基于与国内某知名网络设备商的协作项目,研制国产自主可控路由器,用于专用网络的互连。本文主要研究内容包括两个方面:其一是分析了接入路由器的功能需求,并阐述了选择Linux内核作为路由器操作系统核心的理论依据。在Linux内核基础上,通过软件集成实现了路由器操作系统,并将该操作系统应用于网络设备商的硬件平台上;其二是进行E1接口驱动设计与实现。最后对操作系统和E1驱动程序进行了大量的设备级和系统级测试,验证了操作系统和E1驱动的正确性和实用性。本文是在Linux操作系统的基础上,利用其开源特性,将Linux内核打造成接入路由器的操作系统。本文首先分析了接入路由器应该满足的需求:路由转发、软件工作环境、系统管理需求、网络服务需求、协议栈需求、路由协议需求以及安全功能需求七个方面。随后从Linux开源特性、软件优势以及协议栈三个方面阐述了选择Linux作为路由器操作系统核心的理论依据,重点阐述了Linux内核支持路由转发。本文将所有的功能需求分成两类:其中一类需求是Linux内核本身已经支持的,需要在编译内核之前对内核进行配置,开启相应的选项;另一类需求是Linux内核并不支持的,需要第三方的功能软件来满足。对于第二类功能,对每一项功能需求进行软件适配,对比分析所有能满足该需求的软件,筛选出最佳软件进行安装,将所有被筛选出来的软件集成于经过选配的Linux内核中。完成了路由器操作系统之后,对每一项功能进行测试,验证所有的需求得到满足。最后对路由器的路由转发性能进行测试,包括了时延、吞吐率和丢包率。为了拓展路由器的应用场景,使其能够接入到广域网络,路由器提供了E1接口。本文的另一项工作就是设计实现E1接口在Linux操作系统下的驱动程序,使得路由器能够支持使用E1接口进行数据输入和输出。本文是基于E1驱动需求分析及已有硬件环境设计了E1驱动框架结构,将E1驱动分成了控制通道和数据通道两个部分,分别详细阐述了控制通道和数据通道的设计过程。按照E1驱动的功能需求和设计架构,从控制通道和数据通道两个方面实现了E1驱动,给出了实现过程中一些关键函数的实现流程,并对一些值得注意的细节问题作出讨论。将已完成的E1驱动软件编译安装到实现好的路由器操作系统中,通过对路由器E1接口的测试,验证了E1接口软件的正确性。论文完成的路由器操作系统以及设计实现的E1驱动程序已经被应用到设备商的接入路由器上,并已经投入商用。
【关键词】：路由器 Linux内核 操作系统 自主可控 E1驱动
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP316.81;TP393.05
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 缩略词表15-17
• 第一章 绪论17-21
• 1.1 研究背景及意义17
• 1.2 国内外研究现状17-19
• 1.3 研究内容与目标19
• 1.4 本文组织机构19-21
• 第二章 基础技术综述21-27
• 2.1 Linux概述21
• 2.2 路由器概述21-23
• 2.2.1 路由器分类22
• 2.2.2 路由表22-23
• 2.2.3 路由器工作原理23
• 2.3 E1接口概述23-24
• 2.3.1 E1帧结构23-24
• 2.3.2 E1的PCM编码形式24
• 2.3.3 E1接口特性24
• 2.3.4 E1使用方法24
• 2.4 Linux操作系统设备驱动程序概述24-26
• 2.4.1 字符设备25
• 2.4.2 块设备25
• 2.4.3 网络设备25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章 基于Linux内核的路由器操作系统27-60
• 3.1 路由器操作系统功能需求分析27-32
• 3.1.1 路由转发27
• 3.1.2 软件工作环境27-28
• 3.1.3 系统管理需求28
• 3.1.4 网络服务需求28-29
• 3.1.5 协议栈需求29-30
• 3.1.6 路由协议需求30
• 3.1.7 安全功能需求30-32
• 3.2 与现有路由器操作系统比较32-33
• 3.2.1 路由器操作系统现状32
• 3.2.2 与现有路由器操作系统比较32-33
• 3.3 Linux作路由器操作系统核心的理论依据分析33-39
• 3.3.1 Linux开源特性33-34
• 3.3.2 Linux的软件优势34
• 3.3.3 Linux内核协议栈支持路由转发34-39
• 3.4 满足路由器功能需求的软件适配与集成39-45
• 3.4.1 满足功能需求的软件适配39-42
• 3.4.2 软件集成42-45
• 3.5 路由器操作系统功能测试45-55
• 3.5.1 telnet测试46-47
• 3.5.2 IPv4协议栈测试47-51
• 3.5.3 静态路由测试51-52
• 3.5.4 OSPF路由协议测试52-55
• 3.6 路由器性能测试55-59
• 3.7 本章小结59-60
• 第四章 E1接口驱动软件设计与实现60-81
• 4.1 E1驱动软件需求分析60-62
• 4.1.1 控制通道61-62
• 4.1.2 数据通道62
• 4.2 E1驱动软件设计62-67
• 4.2.1 控制通道设计64-65
• 4.2.2 数据通道设计65-67
• 4.3 E1驱动软件实现67-77
• 4.3.1 底层读写命令67-68
• 4.3.2 子卡初始化68-71
• 4.3.3 控制子卡71-72
• 4.3.4 数据输入和输出72-77
• 4.4 E1驱动软件测试77-79
• 4.5 本章小结79-81
• 第五章 总结与展望81-83
• 5.1 论文工作总结81
• 5.2 未来工作展望81-83
• 致谢83-84
• 参考文献84-86
• 攻读硕士学位期间研究成果86-87

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本文编号：527950