路由器中若干技术问题研究-信号与信息处理专业毕业论文

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1、北京邮电大学博士学位论文路由器中若干技术问题研究姓名：张勇申请学位级别：博士专业：信号与信息处理指导教师：雷振明20030701北京邮电大学博士学位论文摘要受以下一些因素的驱动，路由器需要不断提高其所能提供的系统容量和端口速率：(1)个人计算机处理能力的不断增强和局域网技术的迅猛发展使得广域网成为互联网容量进一步提高的主要瓶颈。(2)传输技术得到了迅猛发展，WDM和DWDM技术将单根光纤的可利用传输带宽提高到Tbps级。路由器中各种功能的实现通常需要依赖查表、交换、报文缓冲和队列调度等操作，这些操作的性能主要受可以利用的存储器带宽限制，由于存储器带宽的增长

2、严重滞后于摩尔定律的增长速度，因此路由器成为互联网容量进一步扩充的主要瓶颈。而提高路由器容量的主要方法就是采用特定的结构或者算法提高这些基本操作的性能。本文主要研究了路由器中的如下功能：1．统计功能本文首先研究了统计功能的分类，在此基础上，研究了不同统计功能的可能实现结构。对于大容量高速统计需求，Stanford大学的DevavratShah提出了一种基于LCF—CMA算法的解决方案，该方案采用了存储器层次结构的思路，但存在实现难度过高的缺点，在对这种方案介绍的基础上，本文提出了一种更加有效的解决方案SI—CMA，这种方案实现简单，可以方便的在FPGA或者

3、ASIC中实现，且实现成本远远低于基于LCF—ClVIA算法的结构，本文对这种方案的性能进行了深入研究。2．口查表报文转发是路由器需要完成的主要功能之一。报文到达后，以报文的目的口地址作为索引，查找转发表，得到报文对应的下～跳输出端口，这个过程被称为口查表(DLookup)。本文在对P查表所需的最长前缀匹配查表介绍的基础上，提出了衡量口查表解决方案是否优越需要考虑的主要方面。在此基础上，总结了主要的基于软件的口查表解决方案，基于硬件的碑查表解决方案，基于TCAM的m查表解决方案的实现结构、相关算法、优缺点、应用范围等问题，并提出了两种新的m查表解决思路。J

4、匕京邮电大学博士学位论文3．基于流的报文分类随着因特网的发展，人们对于业务质量的需求不断提高，导致越来越多的网络设备逐渐或部分采用基于流的报文处理方法：首先对到达的报文进行分类，然后根据分类结果进行相应的调度、处理、统计、流控。本文在分析已有的基于流的报文分类结构的基础上，提出了基于硬件哈希表的报文分类结构。并进行了如下的创新工作：(1)从理论分析和仿真两个方面研究了均匀映射和非均匀映射两种情况下的哈希查表性能规律，以指导基于硬件哈希表的报文分类结构及算法的选择。(2)就硬件哈希查表应用中的新流加入失败问题，提出了两种结构，可以将新流加入失败概率降低到忽略

5、不计的程度，并具有实现简单、成本低的优点。(3)分析了几种大容量硬件哈希表实现结构，提出了一种基于DRAM的多级硬件哈希表结构，并对其静态查表性能和动态查表性能进行了深入研究，具有一定的理论和实用价值。(4)提出了一种新颖的硬件哈希表压缩方法，可以有效降低构建硬件哈希表所需的存储器空间，提高报文分类性能，并对其性能进行了深入研究。(5)对于在具有接纳控制系统中采用CAM表进行报文分类，提出了一种新颖的结构和对应的算法，可以大大压缩所需CAM表的容量，并对其性能进行了深入研究。(6)就哈希映射的均衡性问题，提出了哈希映射均衡度的概念，并对基于取模运算的哈希映

6、射均衡性进行了深入的研究。砉；笤i暴N,da器统计功能IP查表基于流的报文分类哈希北京邮电大学博士学位论文ABSTRACTDrivenbythefollowingfactors，therouterneedstoimproveitssystemcapacityandlinkspeed：(1)theimprovementintheprocessingcapacityofpersonalcomputerandtherapiddevelopmentofethemettechnologywidenthegapbetweenWANandLANandmakeLANthe

7、bottleneckoftheinteractforfurtherdevelopment．(2)Thetransmissiontechnologyhasimproveddramatically．WDMandDWDMtechnologyhaveraisedthebandwidthavailableinasinglefiberbeyond1Tbps．Themainfi．mctionsintherouterdependontheoperationssuchastablelookup，switching，packetbufferingandqueueschedul

8、ing，etc．Theperformanceoftheseoper