摘要：网络数据平面可编程(Data Plane Programmability)给网络转发设备的数据平面赋予强大的可编程性,在不更换设备的情况下,可以动态部署新型机制与服务,例如路由转发核心机制、网络安全控制功能、网内计算加速服务等.由此,数据平面可编程成为业界和学术界高度关注的新兴技术,并已在主流云服务提供商投入应用.可重构匹配表架构(Reconfigurable Match Table Architecture,RMT)由于出色的处理性能和采用P4语言灵活编程的特性,成为数据平面可编程的热点研究方向.然而,受困于RMT架构复杂的体系结构设计、芯片闭源的服务机制以及门槛较高的FPGA设计开发,使得RMT研究人员难以通过FPGA,对RMT创新设计以及100 Gbps以上真实性能场景进行敏捷验证.本文提出并实现了一种数据平面可编程系统FastRMT,首次开源了FPGA级的系统实现.FastRMT支持RMT架构可编程协议解析、自定义规则匹配、超长指令字的并发动作执行引擎等核心功能,支持P4语言对系统进行编程.FastRMT具备松耦合与模块化的特点,研究人员可以替换模块或者对系统进行动态重构,从而实现新型机制或体系结构的敏捷开发与验证.本工作包含交换机原型与网卡原型两种版本,支持主流FPGA芯片,系统可完成100 Gbps的报文线速处理能力,1500 B报文处理延迟仅为1.22μs,体现了FastRMT作为基础框架对微体系结构创新和生产线级别验证的优势和可行性.

摘要：为充分利用数据中心网络的多路径带宽,现有研究多采用基于链路感知的负载均衡算法,在动态获取全局链路拥塞信息后选取最优路径对流量进行转发.然而这些研究未考虑数据中心网络流量大小分布不均匀的特性,难以在选路成本和转发效率上取得平衡.为此,设计一种基于流分类的数据中心网络负载均衡机制(ULFC,Utilization-aware Load balancing based on Flow Classification),在实现拥塞感知的基础上进行流量特征分析,采用不同的策略为大、小流分配路径,实现网络流量特征与选路方法优势的最佳匹配.实验结果表明,相比于现有方案,ULFC的平均流处理效率提高了1.3倍至1.6倍,路由成本降低了50%以上.

摘要：卫星通信网络基于TCP/IP架构接入互联网是构建天地一体化网络的前提。由于卫星通信网络路由设备具有硬件升级困难及通信容量、设备功率受限等特点,提高组网和维护难度。随着软件定义网络及P4等技术不断发展并深入应用,采用数据面编程技术能够较好地解决上述问题。分析基于软件定义网络及P4等技术在现有网络的解决方案,并在此基础上提出一种卫星通信网络接入天地一体化网络的数据面编程策略,通过变长地址设计提升卫星网组网效率,在BMv2模拟环境进行验证,证明了基于P4在卫星网实现高效传输的可行性。