多執行緒邊界網關協定並行結構設計與最佳化方法研究

《多執行緒邊界網關協定並行結構設計與最佳化方法研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由高蕾擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：多執行緒邊界網關協定並行結構設計與最佳化方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：高蕾
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

隨著網際網路規模快速增長及網路套用大量湧現，核心路由器中邊界網關協定（BGP協定）正面臨著性能、可擴展性、可用性等方面的嚴峻挑戰。多核技術提供了豐富的計算資源，維持了存儲一致性視圖，在核心路由器中引入多核技術，為進一步提升BGP協定處理效率提供了重要技術途徑，但仍面臨著多執行緒BGP協定並行結構設計與最佳化方面的許多關鍵理論與技術問題亟待解決。本項目將面向下一代網際網路域間路由系統，圍繞多執行緒BGP協定並行結構設計與最佳化關鍵技術展開研究，主要包括：多執行緒BGP協定並行處理模型、多執行緒BGP協定並行結構、多執行緒BGP協定多維可擴展性最佳化技術、基於故障檢測與恢復的多執行緒BGP協定高可用性最佳化技術等；基於理論研究成果，設計並實現多執行緒BGP協定並行處理原型系統。本項目的研究成果將為未來我國高性能網際網路路由協定的設計與實現奠定堅實的理論和技術基礎，具有重大的理論與現實意義。

結題摘要

隨著網際網路規模快速增長及網路套用大量湧現，核心路由器中BGP 協定正面臨著性能、可擴展性、可用性等方面的嚴峻挑戰。多核技術提供了豐富的計算資源，維持了存儲一致性視圖，在核心路由器中引入多核技術，為進一步提升 BGP 協定處理效率提供了重要技術途徑，但仍面臨著多執行緒 BGP 協定並行結構設計與最佳化方面的許多關鍵理論與技術問題亟待解決。本項目圍繞多執行緒 BGP 協定並行結構設計與最佳化關鍵技術展開研究，主要包括多執行緒 BGP 協定並行處理模型、多執行緒 BGP 協定並行結構、多執行緒 BGP 協定多維可擴展性最佳化技術、基於故障檢測與恢復的多執行緒 BGP 協定高可用性最佳化技術等方面。在多執行緒BGP協定並行處理模型和多執行緒BGP協定並行結構研究方面，提出了面向數據並行的多執行緒BGP協定並行處理模型與實現結構，採用基於Profile性能分析方法構建了並行處理模型，通過量化分析評估了並行處理模型中的性能瓶頸段來指導多執行緒BGP並行結構的設計與最佳化；繼而研究了基於負載均衡的鄰居會話分配機制，實現了面向鄰居會話的多執行緒BGP協定數據並行處理結構，並對該結構的正確性、加速比以及關鍵性能指標進行了模擬驗證與分析，實驗結果顯示加速效果明顯、結構設計簡單且可擴展性良好。在多維可擴展性最佳化技術方面，先後提出高效路由表並行訪問技術、無阻塞執行緒間路由通告技術、自適應負載均衡方法，極大降低了多執行緒並發訪問帶來的執行緒間路由表、路由通告共享佇列等資源的競爭，並通過統計各執行緒上的路由更新前綴數量來動態重組各執行緒上處理的鄰居會話，將負載較重的鄰居會話分布在不同執行緒上處理，採用負載遷移方法實現了執行緒間自適應負載均衡；提出路由器交叉開關調度技術，特別考慮了網路突發流量特性對調度算法的影響，提高了路由器中交叉開關的吞吐率和傳輸效率。在基於故障檢測與恢復的高可用性最佳化方面，先後提出了多執行緒BGP協定故障快速恢複方法和網路延遲動態變化特性分析方法，運用時間序列模型分析方法對Internet端端延遲動態變化趨勢進行深入分析，進而通過BFD協定來快速檢測鏈路故障，採取動態路由產生算法來生成備份路徑，並利用故障前預生成備份路徑與故障發生後重新計算生成備份路徑兩種方式相結合，最大程度地避免播報路由更新報文來獲得備份路徑。本項目的研究成果為未來我國高性能網際網路路由協定的設計與實現奠定堅實的理論和技術基礎，具有重大的理論與現實意義。