一种分布式路由器中间件结构及其负载均衡研究

摘要

随着网络上的流量迅速的增大，路由器的处理能力逐渐很难适应用户网络之间流量不断增大的要求，需要对路由器不断的进行升级才能满足这种日趋增大的流量。但是对于路由器而言，一般路由器的瓶颈在于转发引擎的处理速率而不在于端口速率。也就是说路由器的板卡接口速率往往大于路由器的转发引擎的处理能力，很有可能由于路由器的转发能力不够而引起路由器的端口拥塞。如果更新原有的设备，带来的开销将会大大增加。此时，可以使用利用现有的多台路由器组成一个分布式路由器系统，让多台路由器共享转发引擎的资源，从而充分的利用现有的设备资源。为了满足这种需求，论文提出了一种分布式的路由器中间件结构，该结构可以为异构平台上路由器管理和应用程序提供统一的抽象环境，将不同的路由器组合为有机的整体。本文从转发平台和应用程序接口两个方面对中间件的层次进行了详细的论述。对转发平台中涉及的虚拟设备管理，中间件分布式通信以及中间件应用程序接口等关键技术进行了详细分析，并提出了设计和实现的方案。同时，在linux环境下搭建运行了基于该中间件模块的分布式路由器原型系统，并获得了较好的转发性能。针对分布式路由系统之间的流量均衡问题，论文提出了一种基于各个子卡路由器空闲负载能力的动态负载均衡算法，算法使得各子卡路由器之间能够尽可能的分享自身的转发能力，可以保证各个子卡路由器节点之间的负载的平衡，使得参与分布式路由器系统的各个路由器能够发挥最大的利用率。为了保证同一个子卡路由器转发到其它子卡路由器中的数据流量能够尽可能的延时一致，实现各个流量之间的延时的公平性，论文提出了一种改进延时特性的LFDRR（LatencyFair-DRR）调度算法，并与与VOQ调度算法结合，以保证流量的延时公平。通过引入计次传递机制，避免分布式路由器系统中可能出现长期得不到服务的数据包文占用过多的系统资源的现象。最后通过仿真证明，使用动态分配的负载策略能够保证以最小的分担量均衡突发过载流量，LFDRR算法能够制延时差异在设定的范围内，较好的实现了流量地公平性。