基于Benes的超大容量交换结构仿真研究

摘要

近年来，随着Internet业务的持续高速增长，电信级路由交换系统成为业界研发的重点之一。为了满足电信级路由交换设备大容量、易扩张、高度可靠的性能要求，希望对其核心关键技术——超大容量交换结构研究有所突破。如何优化设计交换网络内部流量控制机制及队列组织调度方法，攻克其中的关键技术，是产业界研制相关产品所面临的核心问题。基于Benes拓扑的多平面多路径(多级)超大容量交换结构在Cisco公司最新推出的CRS-1(CarrierRoutingSystem)系统中得到运用，最高可支持92Tbps交换容量。本文主要针对基于Benes超大容量交换结构的扩展性、QoS性能、容错性、多播性能、分组重排序方法等关键问题展开仿真研究。 本文对CiscoCRS-1系统交换平面内部所采用的Benes结构和交换系统从1.2Tbps到92Tbps的升级过程进行理论分析；对Benes拓扑路径特性和路由选择算法进行理论研究。 本文提出一种适用于基于完全可重排无阻塞Benes拓扑构建的多平面多路径(多级)超大容量交换结构的两级负载均衡策略，通过在输入流量管理器和Benes交换平面内部实施合理而高效的队列组织调度方法，有效实现了基于不同目的地址的IP流量在两个层次上的负载均衡，较好弥补了CiscoCRS-1系统在平面选择和中间级选择时所采用的简单随机或轮循方案的不足。 本文提出了几种仿真实验方案，并详细描述了在OPNET平台上所搭建的仿真模型；同时，对Benes平面内部缓存、交换时延和重排序规模等进行了仿真结果分析，详细比较了不同均衡策略在系统性能方面的差异。该仿真平台的完整建立，对于今后继续深入研究基于Benes的超大容量交换结构中的关键技术，具有积极的推动作用。 在多种业务源模型环境下的计算机仿真实验表明，通过应用本文提出的两级负载均衡策略，随着网络负载、交换规模(端口数量)和业务流个数的增加，与传统的随机策略和轮循策略相比，不仅可以较大幅度降低Benes交换平面内部的缓存消耗，使其随网络负载增大而增长的速度得到了明显控制，而且极大减小了重排序规模(体现在重排序队列长度)，为经济地实现重排序提供了可能，同时，该策略降低了交换时延，提供了必要的服务质量保证(QualityOfService，QoS)。该两级负载均衡装置及方法简单、高效、硬件易实现，适用于构建支持数十Tbit甚至更高的电信级路由交换设备。 本文提出的一些新的基于Benes超大容量交换结构的优化实现方案，相对现有方案在扩展性、QoS性能、分组重排序等方面具有综合优势，可以支持1Tbit扩展到100Tbit甚至更高，为产业界开发相关产品提供理论支持和关键技术解决方案。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

第二章Benes拓扑及Cisco CRS-1系统分析

第三章一种用于Benes超大容量交换结构的两级负载均衡策略

第四章Benes超大容量交换结构仿真模型

第五章仿真实验及结果分析

第六章全文总结

致谢

参考文献

个人简历及在学期间的研究成果