论文部分内容阅读
当前互联网路由体系面临着可扩展性和无法有效支持移动网络的问题。其根源在于现有网络架构中IP地址存在语义过载问题，被同时用作主机身份和网络路由标识。为解决该问题，位置身份分离协议LISP（Locator/ID Separation Protocol）被提出。其中，LISP映射系统作为实现身份与位置映射查找的功能单元，是影响和制约LISP系统功能与性能的关键。现有LISP映射系统在性能、可扩展性和支持移动网络等方面存在着不足。本文研究LISP映射系统关键技术，提出一种基于软件定义网络控制器的LISP映射系统架构，基于此架构实现了支持超大规模映射规则集的LISP映射系统，并在此基础上进行优化，设计并实现了支持高吞吐、低延时的LISP映射系统。本文的主要内容包括: 1.基于软件定义网络控制器设计LISP映射系统整体架构，分析了该架构的扩展性和可用性。该架构为基于分布式哈希表的全分布式系统，在每个节点基于Floodlight实现LISP映射服务。系统包括LISP与Floodlight交互以及LISP映射服务两部分。在LISP与Floodlight交互部分，通过复用Floodlight中的Openflow控制接口设计LISP映射系统南向通道，同时使用线程池和队列建立报文处理模型处理LISP映射报文。在LISP映射服务部分，设计了映射规则可扩展的数据结构，基于一致性哈希和节点探测机制实现LISP映射系统扩展性，并提出对移动网络的支持方案。 2.设计实现了一种基于Cassandra的LISP映射系统。在前述LISP映射系统架构设计基础上，使用Cassandra作为存储方案实现LISP映射系统，支持超大规模映射规则集。其中，设计并实现了LISP映射查询和注册功能。为支持移动网络，设计了Cassandra数据模型保存相关查询记录，设计了生命周期超时失效机制降低记录存储规模。实验结果表明，随着映射规则规模的增加，该系统具有较高的查询吞吐率和较低的系统响应时间。 3.设计实现了一种基于单跳查找的LISP映射系统。在前述支持超大规模映射规则集的LISP映射系统基础上，通过适当增加存储开销，设计相关组件以进一步降低系统响应时间并提高系统查询吞吐率。其中包括设计远程过程调用通信框架提高系统并发处理能力，设计了单跳查找组件降低系统响应时间，设计了负载均衡组件在降低系统开销的同时实现负载均衡;为了支持移动网络，设计了哈希表结合双向链表的数据结构存储查询记录，同时重构了LISP注册和查询请求处理流程。实验结果表明，该实现方案比支持超大规模映射规则集方案在查询吞吐率性能方面提升300％，系统响应时间更低。