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MPLS交换路由器的设计与实现(3)

作者: 周卫华 倪县乐 丁炜 出处:51cto.com整理　 (  ) 砖  (  ) 好  评论 ( ) 条 　进入论坛
更新时间：2005-11-23 14:53
关 键 词：路由器
阅读提示：本文结合某MPLS路由器的设计项目，综合考虑了当前MPLS的标准以及有关交换结构的最新技术，对实现MPLS交换路由器进行了深入研究，并详细探讨了高速接口、排队和调度以及Crossbar等关键模块的设计和实现方案。
3. 队列管理和Crossbar调度算法 
当前的高速交换机和路由器采用的主流排队方法和Crossbar调度方式有3种：输入排队、输出排队和输入/输出排队（CIOQ：Combined Input-output Queued）。
输入排队实现简单，存储器读写速率也只需和接口线速相等，Fabric加速比只需为1。但是，单队列的输入排队会造成队头阻塞（HOL），使吞吐率只有58.6%［6］。由于输出排队受限于存储器的读写速率，并且要求Fabric的加速比为N（N为端口数），所以也不适于高速的交换。本文中的设计选择了CIOQ排队结构，它是一种结合输入/输出排队的实现方法，在输入排队上采用VOQ方式，避免了HOL，大大提高了吞吐率，在输出排队上采用FIFO。如图5所示。研究证明CIOQ的平均分组时延、分组丢失率、分组阻塞率、最大吞吐率都优于其它的方法，并且当Fabric加速比为4时，可以达到99%的吞吐率。
由于Internet上越来越多的业务具有不同的QoS要求，因此我们在输入排队处采用两级调度。去往同一端口的分组进入VOQ之前首先进入CBQ进行排队，然后按照不同的优先级进行调度进入VOQ。CBQ是优先级排队的一个变种［8，9］，该算法可以通过为某些类型的流量设置优先级来提供公平的排队，并且不允许某个等级的流量独占系统资源和带宽。算法通过改变CBQ的参数可以分别达到不同等级业务需要的性能［10］，比如支持DiffServ。该算法实现简单并能达到满意的效果。

4. 标签交换路由器的实现 
在本项目中，MPLS交换路由器的实现分为2个部分：信令和协议软件；硬件处理芯片。其中LDP/CR -LDP、路由协议、接纳控制和资源管理用软件完成，运行在CPU卡上。目前软件的开发已基本完成，正在进行相应的测试工作。
在硬件的设计中，物理层和MAC层芯片采用成熟的产品，接口处理、Frbric和Crossb调度算法分别用FPGA实现。接口处理的功能包括MPLS分类器、业务分类器、地址分类器和队列管理。接口的处理线速为1 Gbit/s，交换使用64 byte的定长分组。据统计，Internet上平均分组的长度为250 byte，因此接口需要每2 000 ns做出一次转发决定，这个速率是很容易用当前的FPGA来实现的。我们在CBQ队列中采用4种优先级的队列，这样既满足的当前对不同QoS优先级的需求又减少了实现的复杂度。系统设计的Fabric支持32个端口，加速比为4。Crossbar采用成熟的SLIP调度算法。
系统的设计速率充分考虑了当前FPGA的规模和算法的复杂度，我们对此设计建立了数学模型，分析了分组的时延、分组丢失率和吞吐量等特性，得到了满意的结果。目前正在进行FPGA后仿真和硬件调试。
三、 结论
该项目的主要目的是设计自主知识产权的MPLS专用ASIC芯片组和信令软件包，并开发出MPLS交换路由器。项目结合了MPLS最新的标准以及当前国际上对高速交换和路由的最新理论研究成果，系统建模分析结果也证明了该设计具有较优的性能。目前项目已经进入调试阶段，一切进展顺利。



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