路由器缓存需求的研究

摘要

路由器作为一种存储转发设备，是不同网络之间互连的枢纽。然而随着互联网流量与传输技术的快速发展，传统路由器缓存设置方法逐渐暴露出一系列缺陷，成为限制网络性能提升的主要因素之一。到目前为止，关于路由器的缓存需求问题的研究仍未有统一的结论。 本文首先介绍了路由器缓存需求问题的最新研究进展，重点讨论了基于TCP协议模型的五种典型的缓存设置方法，通过分析与比较得出，基于不同假设前提和分析目标的缓存设置方法适应于不同的网络环境。然后通过仿真进一步研究了影响缓存需求的几个主要因素，着重分析了各种TCP协议、队列管理机制与路由器缓存大小的相互影响，得出在高带宽延迟网络下，当采用高速TCP协议和主动队列管理机制（AQM）时缓存需求大大减小。 针对现有固定大小的缓存设置方法无法适应流量复杂多变的网络环境，本文结合吞吐量优化理论，提出了一种链路状态自适应的路由器缓存设置算法BSLS。该算法运用微分的思想引入一个判定因子，采用乘性增加乘性减少（MIMD）方式动态改变可用缓存阈值，通过缓存阈值的调节实现网络吞吐量的优化。文中通过仿真验证了BSLS算法在各种负载条件下都能保持高吞吐率，同时取得排队延迟和拥塞丢包率的合理折中。 针对802.11无线局域网下信道带宽的时变性和CSMA/CA机制的随机性，本文在AP节点处设计一种自适应缓存设置算法ABS，该算法结合实时测量的MAC队列空闲率，区分无线信道的竞争状况，并采用加性增大加性减少（AIAD）的控制策略动态调整缓存阈值，ABS算法实现吞吐量优化的同时有效减小传输延迟。 本文最后对所做研究工作进行了总结，并阐述了路由器缓存需求问题下一步的研究思路。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2研究现状及问题的提出

1.3路由器缓存需求面临的新问题与新发展

1.4本文的主要工作

1.5论文组织

第二章缓存需求研究现状

2.1影响路由器性能的主要指标

2.2路由器缓存需求的理论模型

2.3各种缓存设置方法的比较分析

2.3.1经验法则

2.3.2斯坦福模型

2.3.3基于丢包率的缓存法则

2.3.4极小缓存法则

2.3.5自适应丢尾算法

2.3.6其他缓存研究结论

2.3.7各种缓存设置算法总结

2.4本章小结

第三章缓存需求仿真实验与分析

3.1仿真工具NS2

3.2仿真拓扑和流量特征

3.3仿真测试结果与性能分析

3.3.1各种缓存方法不同负载下的性能比较

3.3.2 TCP拥塞控制协议与缓存大小的互操作

3.3.3队列管理机制与缓存大小的互操作

3.3.4多瓶颈链路环境下路由器缓存对应用层性能的影响

3.4路由器缓存需求的影响因素

3.4.1 TCP拥塞控制机制的影响

3.4.2队列管理机制的影响

3.4.3各种应用程序的影响

3.4.4实时流和突发流的影响

3.4.5网络负载和拓扑的影响

3.5本章小结

第四章链路状态自适应的路由器缓存设置算法BSLS

4.1基于缓存大小的吞吐量优化理论

4.2吞吐量优化的缓存控制公式

4.3链路状态自适应的路由器缓存设置算法与实现

4.4模拟仿真与结果分析

4.4.1不同负载条件下各种缓存设置机制的性能比较

4.4.2动态网络环境下ADT和BSLS算法的性能比较

4.4.3多瓶颈链路环境下各种缓存设置机制的性能比较

4.5本章小结

第五章无线局域网中AP节点的自适应缓存算法ABS

5.1自适应缓存算法的提出

5.2仿真与分析

5.2.1不同流数下各种缓存方法的性能比较

5.2.2不同RTT条件下各种缓存方法的性能比较

5.3本章小结

第六章结束语

6.1研究工作总结与主要创新点

6.2进一步的研究工作

参考文献

致 谢

攻读硕士期间主要的研究成果