基于输出端包保序的交换网络架构研究

发布时间：2017-08-07 18:27

  本文关键词：基于输出端包保序的交换网络架构研究

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【摘要】：由于互联网的快速普及和各类数据业务的飞速发展,核心骨干网络中的交换节点需要交换的流量越来越大。Crossbar结构、共享缓存结构等传统的单级交换结构,由于其可扩展性差已经不能满足大容量交换的要求。为了设计大容量可扩展的交换设备,业界主要使用多级交换结构。多级交换结构中的Clos结构凭借其良好的可扩展性能,成为了高速大容量交换的首选结构。本文首先简要介绍了各种类型的交换结构,之后根据当前交换系统的发展要求,提出了基于输出端包保序的交换架构。该交换架构采用三级缓存型(Memory-Memory-Memory,MMM)Clos网络。为了解决中间级缓存带来的信元乱序问题,本文采用控制乱序程度,在最后的输出级进行信元排序和包保序的方法。控制乱序程度主要有两种手段:第一,采用令牌调度,减少去往同一个输出端口的不同数据流在交换结构中的冲突概率,第二,采用动态路由和链路级的负载均衡机制,将流量均摊到不同模块中从而降低了交换单元内冲突的概率。实现包保序的方法是为每个数据流设置期望值,只有完整接收的与期望值相同的数据包才能进行包重组。如果等待重组的时间超过了特定等待门限,就认为数据包中的信元部分丢失,需要更新期望值来重组下一个数据包。为了保证整个交换系统的可靠性和容错能力,本文为该交换架构设计了流量控制机制和链路故障下基于捆绑连接的负载均衡方案。流量控制机制可以在网络出现拥塞时降低进入到交换架构的流量。而链路故障下基于捆绑连接的负载均衡方案可以根据当前的链路条数来动态调节输入流量。最后,采用OPNET仿真软件对输出端包保序交换架构进行了仿真建模,对系统的多个方面进行仿真验证。仿真结果表明基于输出端包保序交换架构具有较好的时延特性,可以在不同流量不同包长下稳定工作。虽然信元丢失会给交换架构的性能带来一定的影响,但是可以通过流控等机制让系统快速地恢复到正常状态。另外本文提出的链路故障下的负载均衡方案可以有效地平衡链路和平面的流量,让系统可以更加稳定和有效地工作。
【关键词】：Clos 令牌调度 负载均衡 动态路由 包保序
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN915.05
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-16
• 第一章 绪论16-21
• 1.1 研究背景16
• 1.2 高性能路由器组成16-17
• 1.3 交换结构研究现状和发展趋势17-19
• 1.4 论文的主要工作19-21
• 1.4.1 研究内容与意义19-20
• 1.4.2 本文的结构20-21
• 第二章 交换结构简介21-30
• 2.1 单级交换结构21-24
• 2.1.1 共享总线交换结构21-22
• 2.1.2 共享缓存交换结构22
• 2.1.3 Crossbar结构22-24
• 2.2 多级交换结构24-29
• 2.2.1 Banyan结构25-26
• 2.2.2 Clos结构26-29
• 2.2.3 多级多平面交换结构29
• 2.3 本章小结29-30
• 第三章 基于输出端包保序的交换网络总体架构设计30-50
• 3.1 基于输出端包保序的交换网络整体架构30-34
• 3.1.1 设计背景与设计目标30-31
• 3.1.2 方案概述31-34
• 3.1.2.1 方案选择31-33
• 3.1.2.2 方案概述33-34
• 3.2 FAP总体架构34-41
• 3.2.1 IM35-37
• 3.2.1.1 入口流量管理模块35-36
• 3.2.1.2 信元发送模块36-37
• 3.2.1.3 路由处理模块37
• 3.2.2 OM37-41
• 3.2.2.1 信元接收模块38-41
• 3.2.2.2 出口流量管理模块41
• 3.3 CM总体架构41-46
• 3.3.1 数据信元传输模块43-45
• 3.3.2 控制信元传输模块45
• 3.3.3 路由处理模块45-46
• 3.4 拓扑结构46-49
• 3.4.1 单级拓扑结构46-47
• 3.4.2 多级拓扑结构47-49
• 3.5 本章小节49-50
• 第四章 基于输出端包保序的交换架构功能设计50-62
• 4.1 令牌调度方案50-52
• 4.2 流控方案52-58
• 4.2.1 LCFC流控52-54
• 4.2.2 UCFC流控54-56
• 4.2.3 MCFC流控56-58
• 4.2.4 PGCFC流控58
• 4.3 链路故障下基于Bundle连接的负载均衡方案58-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第五章 基于输出端包保序交换架构仿真验证62-88
• 5.1 仿真建模设计62-67
• 5.1.1 FAP节点建模62-63
• 5.1.2 CM节点建模63-64
• 5.1.3 规模化网络拓扑自动生成方法64-67
• 5.2 仿真结果分析67-87
• 5.2.1 交换架构性能测试69-83
• 5.2.1.1 不同流量下交换架构性能测试69-72
• 5.2.1.2 不同包长下交换架构性能测试72-76
• 5.2.1.3 混合业务下交换架构性能测试76-77
• 5.2.1.4 信元丢失对交换架构性能的影响77-82
• 5.2.1.5 仿真分析82-83
• 5.2.2 链路故障下的基于Bundle连接的负载均衡测试83-87
• 5.2.2.1 三种负载均衡方案的功能测试83-84
• 5.2.2.2 三种负载均衡方案的性能测试84-87
• 5.3 本章小节87-88
• 第六章 总结与展望88-90
• 6.1 本文小结88
• 6.2 工作展望88-90
• 致谢90-91
• 参考文献91-93
• 攻读硕士期间取得的成果93-94

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

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2 徐宁;网络高性能交换结构及调度算法研究[D];华中科技大学;2013年

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本文编号：636112