基於FIS的路由器體系結構關鍵技術研究

《基於FIS的路由器體系結構關鍵技術研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由戴藝擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於FIS的路由器體系結構關鍵技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：戴藝
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

Internet網路流量、規模和套用的快速發展對網際網路核心路由器設計提出了重大挑戰。隨著光纖傳輸頻寬和入網主機數目的日益增長，路由器交換容量及連線埠密度難以適應網路流量的增長需求；隨著網路規模的急劇擴張尤其是多宿主技術的廣泛套用，路由器轉發能力難以適應FIB（Forwarding Information Base）表容量的指數級增長。現有路由器包含轉發和交換兩個連續的處理階段，它們在硬體實現上是分離的，報文轉發與交換的串列執行不利於路由器並行性的開發。本課題原創性地提出一種同時開發轉發與交換平行度的報文處理機制FIS（Forwarding In Switch），並深入研究其設計實現中的關鍵技術，主要包括：基於FIS處理機制的新型路由器體系結構、FIB表的分解與均衡映射、IPv6獨立轉發機制、自給交換調度算法等。本課題的研究為未來低成本的轉發交換可擴展的核心路由器設計奠定堅實的理論和技術基礎。

結題摘要

Internet網路流量、 規模和套用的快速發展對網際網路核心路由器設計提出了重大挑戰：路由器交換容量及連線埠密度難以適應網路流量的增長需求；隨著網路規模的急劇擴張尤其是多宿主技術的廣泛套用，路由器轉發能力難以適應FIB表容量的指數級增長。本課題原創性地提出一種同時開發轉發與交換平行度的報文處理機制FIS（Forwarding In Switch），對FIS實現關鍵技術展開了深入的研究，主要包括：基於FIS處理機制的新型路由器體系結構；基於片上網路的轉發交換單元互連通信技術；FIS功耗評估模型與能耗調整機制；IPv6獨立轉發機制、自給交換調度算法等方面。在基於FIS處理機制的新型路由器體系結構方面，首先提出了一種基於FIS的多級轉發和交換架構，針對該架構設計了FIB表分解與均衡映射算法、分散式IPv6獨立轉發算法，實現了FIB表的分散式存儲與轉發，報文轉發與交換操作的流水執行。進一步提出一種基於FSN集群的FIS體系結構，提出了多維可擴展FSN互連拓撲結構、層次化路由、FSN多級路由表前綴聚合等關鍵技術，該體系結構解決了多級流水轉發與交換架構由於體系結構上的固有缺陷導致的FIB表分布不均衡、報文亂序、可擴展性差等問題。為實現線速轉發與交換，需要在單個晶片內集成多個FSN，在基於片上網路的轉發交換單元互連通信技術方面，提出一種基於置換網路的單周期高性能無緩衝片上網路；在FSN互連通信可靠性設計方面，提出了一種可容錯多播機制、一種自動請求重傳與前向糾錯相混合的容錯流控策略，基於強化學習的可重構容錯偏轉路由算法等多項關鍵技術，發表了多篇SCI。在FIS能耗分析方面，建立了FIS多級映射路由查找結構的功耗模型，提出了基於多分支樹的路由表動態映射算法，仿真結果表明FIS機制可將路由查表中存儲開銷降低為傳統FBS（Forwarding Before Switching）機制的50%，並且可節省查表過程中30%的能耗。在FSN轉發交換關鍵技術方面，提出了基於CAM和TCAM實現的可擴展並行IPv6 路由查找算法、基於前綴範圍表示的IPv6獨立查找算法，具有易更新、並行度高、FIB容量易擴展等優勢；一種基於區域均等的自給交換調度算法，可獲得100%吞吐率並能夠保證報文的順序。上述研究可以為未來低成本的轉發交換可擴展的核心路由器設計奠定堅實的理論和技術基礎，具有重要的理論意義和套用價值。