基于快慢路径的路由器加速转发策略研究

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随着5G时代的到来,网络中的各类业务与日俱增,对网络的带宽、时延和抖动敏感等各项指标有了更高的要求,路由器内部的加速转发策略对于保证网络的高QoS具有重要的意义。本文在DPDK的基础上开发了基于快慢路径的加速转发路由系统。本文主要研究内容如下:首先,本文基于DPDK设计并实现了组成路由系统的基本模块,包括解析、查表、分类、入队和出队五个模块,模块之间相互作用组成了整个系统的逻辑。解析模块解析到数据包的信息交给查表模块,查表模块根据数据包的信息进行查表,命中则通过快速路径转发,未命中的经过分类、入队和出队等模块,即慢速路径转发。慢速路径的整体思路即将数据包分为三个等级,然后送入三个相应等级的队列进行队列管理,最后再通过调度算法出队转发。其次,本文设计并实现了适用于多队列的队列管理算法和队列调度算法,这两个算法分别用于入队和出队模块中。队列管理算法包括带宽分配算法和丢包算法,前者会让较高优先级的数据包占用较低优先队列,后者会根据数据包大小和到来时间结合链路带宽决定是否丢包。队列调度算法则服务于这两种算法,每次根据队列中数据包数量和优先级决定调度出队的数据包。最后,本文对快慢路径的加速转发路由系统进行了功能验证和性能测试。功能验证实验结果表明路由系统各个模块功能符合逻辑,对于频繁到来的高优先级流量可以通过快速路径直接转发,其余流量通过慢速路径处理后转发。性能测试实验结果表明,相比WRR算法,本系统为高优先级流量提供更高带宽和更低时延,同时在面对突发流时,本系统通过及时调整队列带宽来保证网络的高QoS,在哈希表更新后,命中表的数据包可以直接转发,转发效率被极大的提升。
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