多线程边界网关协议并行结构设计与优化方法研究

随着互联网规模快速增长及网络应用大量涌现，核心路由器中边界网关协议（BGP协议）正面临着性能、可扩展性、可用性等方面的严峻挑战。多核技术提供了丰富的计算资源，维持了存储一致性视图，在核心路由器中引入多核技术，为进一步提升BGP协议处理效率提供了重要技术途径，但仍面临着多线程BGP协议并行结构设计与优化方面的许多关键理论与技术问题亟待解决。本项目将面向下一代互联网域间路由系统，围绕多线程BGP协议并行结构设计与优化关键技术展开研究，主要包括：多线程BGP协议并行处理模型、多线程BGP协议并行结构、多线程BGP协议多维可扩展性优化技术、基于故障检测与恢复的多线程BGP协议高可用性优化技术等；基于理论研究成果，设计并实现多线程BGP协议并行处理原型系统。本项目的研究成果将为未来我国高性能互联网路由协议的设计与实现奠定坚实的理论和技术基础，具有重大的理论与现实意义。

随着互联网规模快速增长及网络应用大量涌现，核心路由器中BGP 协议正面临着性能、可扩展性、可用性等方面的严峻挑战。多核技术提供了丰富的计算资源，维持了存储一致性视图，在核心路由器中引入多核技术，为进一步提升 BGP 协议处理效率提供了重要技术途径，但仍面临着多线程 BGP 协议并行结构设计与优化方面的许多关键理论与技术问题亟待解决。本项目围绕多线程 BGP 协议并行结构设计与优化关键技术展开研究，主要包括多线程 BGP 协议并行处理模型、多线程 BGP 协议并行结构、多线程 BGP 协议多维可扩展性优化技术、基于故障检测与恢复的多线程 BGP 协议高可用性优化技术等方面。在多线程BGP协议并行处理模型和多线程BGP协议并行结构研究方面，提出了面向数据并行的多线程BGP协议并行处理模型与实现结构，采用基于Profile性能分析方法构建了并行处理模型，通过量化分析评估了并行处理模型中的性能瓶颈段来指导多线程BGP并行结构的设计与优化；继而研究了基于负载均衡的邻居会话分配机制，实现了面向邻居会话的多线程BGP协议数据并行处理结构，并对该结构的正确性、加速比以及关键性能指标进行了模拟验证与分析，实验结果显示加速效果明显、结构设计简单且可扩展性良好。在多维可扩展性优化技术方面，先后提出高效路由表并行访问技术、无阻塞线程间路由通告技术、自适应负载均衡方法，极大降低了多线程并发访问带来的线程间路由表、路由通告共享队列等资源的竞争，并通过统计各线程上的路由更新前缀数量来动态重组各线程上处理的邻居会话，将负载较重的邻居会话分布在不同线程上处理，采用负载迁移方法实现了线程间自适应负载均衡；提出路由器交叉开关调度技术，特别考虑了网络突发流量特性对调度算法的影响，提高了路由器中交叉开关的吞吐率和传输效率。在基于故障检测与恢复的高可用性优化方面，先后提出了多线程BGP协议故障快速恢复方法和网络延迟动态变化特性分析方法，运用时间序列模型分析方法对Internet端端延迟动态变化趋势进行深入分析，进而通过BFD协议来快速检测链路故障，采取动态路由产生算法来生成备份路径，并利用故障前预生成备份路径与故障发生后重新计算生成备份路径两种方式相结合，最大程度地避免播报路由更新报文来获得备份路径。本项目的研究成果为未来我国高性能互联网路由协议的设计与实现奠定坚实的理论和技术基础，具有重大的理论与现实意义。