高性能路由器中存储体系结构的研究

发布时间：2019-11-16 00:17

【摘要】：存储和转发是路由器的两大基本功能，存储作为其中之一一直备受关注。然而随着网络的发展，路由器的存储体系结构也产生出很多亟待解决的问题，如路由器的功耗控制问题、高带宽接入的设计问题以及在未来互联网中如何更好地设计存储体系结构以保证服务质量的问题。本论文对高性能路由器中存储体系结构的设计做了深入的研究，取得如下成果： 1.提出了一种可同时降低业务量管理器芯片峰值功耗和平均功耗的低功耗存储体系结构。本论文利用业务量管理器芯片的片内存储器实现了一个小容量的支持每流队列管理的片内缓存，利用片外存储器实现了一个支持每类队列管理的片外缓存。当网络不拥塞时，业务量管理器芯片使用片内缓存，禁用片外缓存以降低功耗；当网络发生拥塞时，业务量管理器芯片启用片外缓存以降低丢包率。由于在实际的网络中拥塞发生的并不频繁，因此业务量管理器芯片在绝大多数时间都使用片内缓存，功耗比一直使用片外缓存的方案有明显降低。软件仿真和硬件实验表明，配置有低功耗存储体系结构的业务量管理器芯片的峰值功耗和平均功耗分别降低了27.9%和37.5%。不仅如此，，该体系结构的片内逻辑开销和存储资源开销都低于传统的业务量管理器芯片。 2.提出了一种可用于业务量管理器芯片的并行化调度器及其存储体系结构。本论文首次将多线程处理方式引入业务量管理器芯片，在其内部部署多个线程共享存储器。软件仿真实验表明，利用支持4个线程的并行化方案实现的业务量管理器芯片，其所能支持的带宽可以提高3倍，存储开销、逻辑开销和存储器使用数量比部署4个单线程业务量管理器芯片的方案分别降低了7.1%、36.2%和75%。 3.提出了一种可用于名字标记网络路由器的分布式存储体系结构。通过修改名字标记网络对Interest包的处理机制，路由器中每个线卡可以单独维护存储体系结构。本论文还为每块线卡提出了一种硬件上易于实现的存储体系结构。分析结果显示，优化型分布式存储体系结构的处理能力最高可以达到原始分布式存储体系结构的N倍（N为线卡数量），在缓存同样多种类的网络包时，优化型分布式存储体系结构的存储资源开销只有原始分布式存储体系结构的1/N；而且其吞吐率可以达到集中式存储体系结构的N倍。软件仿真实验结果表明，优化型分布式存储体系结构的每个线卡中的存储模块索引信息表的吞吐率可以达到50Mpps。
【图文】：

路由器线卡物理结构示意图

IP路由器线卡功能结构示意图
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP333

【共引文献】

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本文编号：2561557