【摘要】：存儲和轉(zhuǎn)發(fā)是路由器的兩大基本功能，存儲作為其中之一一直備受關(guān)注。然而隨著網(wǎng)絡的發(fā)展，路由器的存儲體系結(jié)構(gòu)也產(chǎn)生出很多亟待解決的問題，如路由器的功耗控制問題、高帶寬接入的設計問題以及在未來互聯(lián)網(wǎng)中如何更好地設計存儲體系結(jié)構(gòu)以保證服務質(zhì)量的問題。本論文對高性能路由器中存儲體系結(jié)構(gòu)的設計做了深入的研究，取得如下成果： 1.提出了一種可同時降低業(yè)務量管理器芯片峰值功耗和平均功耗的低功耗存儲體系結(jié)構(gòu)。本論文利用業(yè)務量管理器芯片的片內(nèi)存儲器實現(xiàn)了一個小容量的支持每流隊列管理的片內(nèi)緩存，利用片外存儲器實現(xiàn)了一個支持每類隊列管理的片外緩存。當網(wǎng)絡不擁塞時，業(yè)務量管理器芯片使用片內(nèi)緩存，禁用片外緩存以降低功耗；當網(wǎng)絡發(fā)生擁塞時，業(yè)務量管理器芯片啟用片外緩存以降低丟包率。由于在實際的網(wǎng)絡中擁塞發(fā)生的并不頻繁，因此業(yè)務量管理器芯片在絕大多數(shù)時間都使用片內(nèi)緩存，功耗比一直使用片外緩存的方案有明顯降低。軟件仿真和硬件實驗表明，配置有低功耗存儲體系結(jié)構(gòu)的業(yè)務量管理器芯片的峰值功耗和平均功耗分別降低了27.9%和37.5%。不僅如此，，該體系結(jié)構(gòu)的片內(nèi)邏輯開銷和存儲資源開銷都低于傳統(tǒng)的業(yè)務量管理器芯片。 2.提出了一種可用于業(yè)務量管理器芯片的并行化調(diào)度器及其存儲體系結(jié)構(gòu)。本論文首次將多線程處理方式引入業(yè)務量管理器芯片，在其內(nèi)部部署多個線程共享存儲器。軟件仿真實驗表明，利用支持4個線程的并行化方案實現(xiàn)的業(yè)務量管理器芯片，其所能支持的帶寬可以提高3倍，存儲開銷、邏輯開銷和存儲器使用數(shù)量比部署4個單線程業(yè)務量管理器芯片的方案分別降低了7.1%、36.2%和75%。 3.提出了一種可用于名字標記網(wǎng)絡路由器的分布式存儲體系結(jié)構(gòu)。通過修改名字標記網(wǎng)絡對Interest包的處理機制，路由器中每個線卡可以單獨維護存儲體系結(jié)構(gòu)。本論文還為每塊線卡提出了一種硬件上易于實現(xiàn)的存儲體系結(jié)構(gòu)。分析結(jié)果顯示，優(yōu)化型分布式存儲體系結(jié)構(gòu)的處理能力最高可以達到原始分布式存儲體系結(jié)構(gòu)的N倍（N為線卡數(shù)量），在緩存同樣多種類的網(wǎng)絡包時，優(yōu)化型分布式存儲體系結(jié)構(gòu)的存儲資源開銷只有原始分布式存儲體系結(jié)構(gòu)的1/N；而且其吞吐率可以達到集中式存儲體系結(jié)構(gòu)的N倍。軟件仿真實驗結(jié)果表明，優(yōu)化型分布式存儲體系結(jié)構(gòu)的每個線卡中的存儲模塊索引信息表的吞吐率可以達到50Mpps。
【圖文】：

路由器線卡物理結(jié)構(gòu)示意圖

IP路由器線卡功能結(jié)構(gòu)示意圖
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TP333

【共引文獻】

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本文編號：2561557