ForCES系统中LFB拓扑的正确性及优化技术研究

摘要

传统路由器的体系结构是封闭且僵化的。当传统网络中进行新业务的部署时，通常需要大范围的设备更新和繁杂的网络策略重配置，周期长、工作量巨大且极易出错。因此，人们亟需一种新型的、数据面资源开放可编程的网络设备，从根本上解决当前网络的“僵化”问题。基于上述背景，IETF ForCES技术应运而生。
　　ForCES是一个技术体系，主要包括了:CE和FE之间的通信协议规范和FE模型等。FE模型是ForCES的精髓所在，它将具备数据转发功能的FE进行模块化处理，FE被抽象成若干个LFB的有机组合体，这些LFB彼此相连，CE通过标准化的协议控制和定义LFB之间的连接关系（即LFB拓扑），不同LFB拓扑最终反映为FE的不同功能(IPv4转发、IPv6转发、QoS等)。此外，FE模型中还定义了一个特殊的LFB(FEObject)，该LFB并不参与数据包的处理，只是像一个代理一样工作，收集、保存并告知CE当前FE中的相关重要信息，LFB拓扑描述就是其中的一个重要内容。本文所要研究的LFB拓扑的正确性保障机制及拓扑优化技术正是围绕着FEObeject展开的。
　　借鉴OpenFlow，Click和数据中心网络中拓扑正确性的判断方法，我们提出一种适用于ForCES系统的LFB拓扑正确性保障机制。首先从类名为FEObject的逻辑功能块中，读取其能力部件所包含的信息，构造LFB之间可行边的拓扑能力链表。然后根据目标拓扑，构造出所有的实际边。通过字符化处理，将每一条LFB链接转化成一个字符串。最后基于AC算法提出一种改进的多模式匹配算法，将所有的实际边作为匹配模式串，放到拓扑能力链表里面进行模式匹配。根据匹配得到的结果判断目标LFB拓扑是否正确。
　　在判断LFB拓扑的正确性后，接下来对其拓扑进行优化处理。经过详细分析，我们得知LFB拓扑的优化问题是一个NPC问题，所以基于QoS保证前提，提出一种新的LFB拓扑优化模型。在满足用户基本功能需求和服务质量保证的前提下，确保拓扑链路总费用最小，并且最终找到一条资源消耗最小、链路利用率方差最小、路径丢失风险最小的路径进行业务传输。

目录

摘要

1 绪论

1．1 当前网络发展所面临的困境

1．2 新一代网络的相关研究及其现状

1．2．1 新一代网络的探索与需求分析

1．2．2 可编程、可重构网络的历史与发展

1．3 IETF ForCES的相关研究和转发与控制分离思想

1．3．1 IETF ForCES的相关研究工作

1．3．2 转发与控制分离成为新一代网络的核心思想

1．4 本文的主要工作及创新点

1．4．1 主要工作

1．4．2 创新点

1．5 本文组织结构

2 IETF ForCES的技术架构及其亟待解决的问题

2．1 ForCES技术框架

2．1．1 ForCES网络件总体结构

2．1．2 转发件及逻辑功能块

2．2 拓扑正确性保障问题

2．2．1 OpenFlow中拓扑正确性保证方法

2．2．2 Click中拓扑正确性保证方法

2．2．3 数据中心网络中的拓扑正确性保证方法

2．3 拓扑优化问题

2．3．1 经典网络拓扑结构及各自特征

2．3．2 网络拓扑优化技术研究

2．4 本章小结

3 ForCES系统中LFB拓扑正确性保障机制研究

3．1 LFB的模型

3．1．1 LFB输出

3．1．2 LFB输入

3．1．3 数据包类型

3．1．4 元数据

3．2 一个典型的IPv4数据包转发LFB拓扑结构图示例

3．3 LFB拓扑正确性验证算法设计

3．3．1 构造拓扑能力链表

3．3．2 可行边的信息组成

3．3．3 构造字符串形式的匹配文本串

3．3．4 构造实际边

3．3．5 实际边的信息组成

3．3．6 构造字符串形式的匹配模式

3．3．7 执行模式匹配

3．4 LFB拓扑正确性验证过程中的多模式匹配算法设计

3．4．1 AC算法

3．4．2 IAC-JC算法

3．5 本章小结

4 ForCES系统中LFB拓扑优化技术研究

4．1 LFB拓扑中一些关键QoS参数

4．2 LFB拓扑优化过程建模

4．3 LFB拓扑优化技术研究

4．3．1 基于QoS的LFB拓扑优化技术分析

4．3．2 基于QoS保证的LFB拓扑优化算法分析

4．4 本章小结

5 系统测试

5．1 ForCES系统中LFB拓扑正确性保障机制的测试结果与分析

5．1．1 测试环境

5．1．2 测试结果

5．2 ForCES系统中LFB拓扑优化技术测试结果与分析

5．2．1 系统功能模块分析

5．2．2 LFB拓扑优化验证测试床

5．2．3 LFB拓扑优化示意图

5．2．4 测试结果

5．3 本章小结

6 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 工作展望

参考文献

本文作者硕士期间主持参与的科研项目以及获得的科研成果和奖项

致谢

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