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基于向量地址的数据中心网络数据面模型的研究

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四川大学学报（工程科学版） 2016年第4期48卷 129-135页

作者：于洋梁满贵王哲北京交通大学计算机与信息技术学院信息科学研究所北京100044 北京市现代信息科学与网络技术重点实验室北京100044

针对数据中心网络利用率低、管控方式复杂和运维成本高等问题,提出一种基于向量交换的数据中心网络数据面模型(vector address data center,VADC),并对其结构和部署进行了详细说明。结合软件定义网络技术,引入一种新型源路由地址——向... 详细信息

针对数据中心网络利用率低、管控方式复杂和运维成本高等问题,提出一种基于向量交换的数据中心网络数据面模型(vector address data center,VADC),并对其结构和部署进行了详细说明。结合软件定义网络技术,引入一种新型源路由地址——向量地址(vector address,VA)作为数据交换标签,解决了数据中心扩展性、成本和能耗等问题。设计了通过自主研发的基于NetFPGA的低造价OpenFlow设备和商业级服务器来构建新型数据中心网络架构,新数据流建立时,无需下载流表,消耗的控制信令数量约减少72%。实验结果表明,该方案具有良好的实用性和可编程特性,为构建未来绿色数据中心网络体系架构提出了一个重要思路。

关键词：软件定义网络数据中心向量地址 OpenFlow NetFPGA

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向量地址及其数据通信网

向量地址及其数据通信网

中国电子学会第十五届信息论学术年会暨第一届全国网络编码学术年会

作者：梁满贵王雪芬李凌甄茂松北京交通大学信息科学研究所

本文提出一种向量地址,以此为基础的数据通信网称为向量网,从原理上讲,这第三种数据通信网与 IP 网和 ATM 网相比,同时有以下优点:可以保证 QoS、交换设备简单、安全性好,并且可以无限扩展。为说明向量网及其优势,以下首先说明一般的数... 详细信息

本文提出一种向量地址,以此为基础的数据通信网称为向量网,从原理上讲,这第三种数据通信网与 IP 网和 ATM 网相比,同时有以下优点:可以保证 QoS、交换设备简单、安全性好,并且可以无限扩展。为说明向量网及其优势,以下首先说明一般的数据通信网。然后说明向量地址的编码方法以及其优势和特点。

关键词：通信网络向量地址

来源： cnki会议评论

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源端控制的OpenFlow数据面

通信学报 2015年第3期36卷 181-187页

作者：王哲梁满贵及晓萌 Fillipus Mateus Abisai 北京交通大学计算机与信息技术学院北京100044 北京市现代信息科学与网络技术重点实验室北京100044

为了实现流表的多元快速查找,OpenFlow交换机一般采用TCAM存储和查找流表,从而带来了扩展性、成本和能耗的问题。尽管可以采取流表压缩、引入RAM存储器等方法,但仍无法彻底解决使用TCAM造成的局限性。针对这个问题提出了源端控制的0penF... 详细信息

为了实现流表的多元快速查找,OpenFlow交换机一般采用TCAM存储和查找流表,从而带来了扩展性、成本和能耗的问题。尽管可以采取流表压缩、引入RAM存储器等方法,但仍无法彻底解决使用TCAM造成的局限性。针对这个问题提出了源端控制的0penFlow数据面模型,即SCOF(source-controlled OpenFlow)。它以一种源路由地址一向量地址(VA)作为数据分组的交换标签,VA完全定义了通信路径。SCOF的数据转发设备是向量交换机,不需要存储和查找流表,只根据VA即可完成数据分组转发。SCOF模型降低了交换机硬件复杂度,简化了流表更新过程,克服了OpenFlow的扩展性问题。

关键词：软件定义网络流表三态内容寻址存储器向量地址现场可编程门阵列

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软件定义数据中心网络研究

北京邮电大学学报 2017年第1期40卷 57-61页

作者：于洋梁满贵王哲北京交通大学计算机与信息技术学院北京100044

提出一种软件定义数据中心网络方案.采用多控制器进行层次多域管控,引入向量地址作为数据交换标签,结合自主研发低造价交换设备和商业级服务器设计,并实现数据中心网络模型.实验结果表明,该方案具有良好的实用性和可编程特性,有效地解... 详细信息

提出一种软件定义数据中心网络方案.采用多控制器进行层次多域管控,引入向量地址作为数据交换标签,结合自主研发低造价交换设备和商业级服务器设计,并实现数据中心网络模型.实验结果表明,该方案具有良好的实用性和可编程特性,有效地解决了数据中心网络扩展性差、运维成本高和管控方式复杂等问题,为构建未来绿色节能数据中心网络提供了重要思路.

关键词：数据中心软件定义网络控制器可编程性向量地址流表

向量网支持的SCTP多路径网络传输的设计与实现

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向量网支持的SCTP多路径网络传输的设计与实现

作者：左振勇北京交通大学

学位级别：硕士

随着通信技术的多样化发展,业务对网络资源的需求越来越多,用户对网络服务质量要求也越来越高,因此必须充分地利用网络中的资源,使网络的传输性能得到提升,以满足在不同的网络环境条件下用户对服务质量的要求。传统的TCP/IP网络下的单... 详细信息

随着通信技术的多样化发展,业务对网络资源的需求越来越多,用户对网络服务质量要求也越来越高,因此必须充分地利用网络中的资源,使网络的传输性能得到提升,以满足在不同的网络环境条件下用户对服务质量的要求。传统的TCP/IP网络下的单路径传输的方式,在有些场合已不能满足人们对网络服务质量的需求。流控制传输协议SCTP的出现为我们提供了改进网络性能的方法。SCTP继承了TCP、UDP以及各种主流改进版本的所有功能并弥补了它们的一些不足,同时还具备一些更适宜数据健壮传输的新特点,多宿主特性就是其主要特点之一。SCTP的多宿允许关联的端口绑定多个网络地址,这种绑定允许数据通过不同路径从发送端发送到接收端,从而提高了SCTP偶联的可靠性。SCTP多路径传输网络能够通过路径失败的切换机制来提升网络传输的鲁棒性。用SCTP取代TCP来承载网络的端到端传输业务已成为众多研究者研究的热点。然而,IP网络不能很好支持多路径传输,极大地限制了SCTP的设计初衷,为此我们结合向量网(VN)试图改进网络传输性能。VN是一种分形体系结构的、以向量地址为基础的新型数据通信网,它对应着OSI七层网络模型的第三层——网络层,它用一种新的交换地址,称之为向量地址。向量网是一种安全、可靠、可控并支持QoS的承载和业务独立的网络,是一种在研究下一代网络的大背景下应运而生的全新的网络体系。VN本身的多路径特性决定了其比IP更好地支持多路径传输。因此,在设计多路径传输网络时,本文在分析和总结SCTP特点的基础上,结合向量网的特征,提出了将二者有机结合的设想。本文对SCTP协议结构、特性进行了分析研究,阐述了当前IP网络环境下的SCTP协议性能受到了限制。在此基础上,结合了向量地址的无限多值性、安全性高、轻连接等优点,提出了VN网络对SCTP的支持,设计了SCTP/VN多路径传输网络,分析了向量网环境下的SCTP多路径抵抗单点故障性能的优势。在Dijkstra最短路径算法的基础上,增加了代价修正,获取多条保持一定距离的路径。针对向量地址的无限多值性,本文提出了用多条路径轮流扫描发送的方法来传输数据,代替标准的SCTP的一条主路径传输数据的方式,以丢失数据包得到快速重传。为了进一步提升多路径传输网络的鲁棒性,提出了增量路由以及对故障检测和路径切换机制的改进。本文针对路径发生故障的情况下对提出的故障检测和处理方法进行了VC++仿真,仿真结果表明,提出的方法能够减少由于通信路径故障带来的数据包丢失以及延时,可较好地改善网络的传输性能。

关键词： SCTP 向量网多路径向量地址 SCTP/VN 单点故障

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向量网和IP网融合的研究

向量网和IP网融合的研究

作者：杜永娜北京交通大学

学位级别：硕士

目前,IP网占领着承载网技术的主导地位,但随着Internet、高清电视、电话综合业务的普及发展,已不能满足信息通信的承载要求,急需一种承载网新技术。NGN提出许多极具意义的框架和基本方案,向量网(Vector Networks,VN)便在NGN如火如荼的... 详细信息

目前,IP网占领着承载网技术的主导地位,但随着Internet、高清电视、电话综合业务的普及发展,已不能满足信息通信的承载要求,急需一种承载网新技术。NGN提出许多极具意义的框架和基本方案,向量网(Vector Networks,VN)便在NGN如火如荼的发展背景下应运而生。然而,IP网经过几十年的发展,已经遍布全球,即使再好的技术也不可能马上取而代之,只能与其融合共存才是发展的策略。因此,有必要研究向量网与IP网的融合方法,这是决定向量网成败的重要技术内容之一,只有实现了网络融合,向量网才能够在网络发展中占据一定的地位。本文研究向量网和IP网的融合技术,特别是融合向量网和IP网的网关技术的研究。首先,本文根据向量网的定义和技术特点分析向量网对现有网络技术的吸纳。其次,依据向量网的特性,分析向量网的融合能力,其基本思想是利用向量网的新特性向量网的分形特征和面向对象等。最后,根据向量网的融合能力,具体设计向量网与其它网络(主要是IP网)的融合方法,设计出融合网关(Gateway),实现向量网和IP网之间简单的数据传输。主要包括(1)提出了向量网和IP网的融合过程中向量地址和IP地址的映射,(2)提出了向量网和IP网的融合过程中向量包和IP数据包的相互转换,(3)关键的ICMP包在向量网中的处理等。

关键词：向量网融合网关向量地址向量包 ICMP

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向量网位置架构的研究

向量网位置架构的研究

作者：孙振斌北京交通大学

学位级别：硕士

随着互联网的迅速发展,互联网的名字空间结构面临着新的挑战。IP地址同时用作设备的位置标识和设备的身份标识,语义过载;当前的名字空间解析系统DNS存在着服务模式单一、更新速度慢、资源描述能力不够强等缺点,不能满足许多新型应用的... 详细信息

随着互联网的迅速发展,互联网的名字空间结构面临着新的挑战。IP地址同时用作设备的位置标识和设备的身份标识,语义过载;当前的名字空间解析系统DNS存在着服务模式单一、更新速度慢、资源描述能力不够强等缺点,不能满足许多新型应用的要求。针对这些问题研究者们提出了许多方案来改进互联网,如LISP和HIP等协议,但是都存在一定的问题。向量网提出“向量连接”和“向量交换”的概念,以向量地址为基础,从网络的社会属性来设计网络。它具有分形结构、身份标识和位置标识分离的特点。向量网用一种新方法编址得到一种新的交换地址,称之为向量地址。身份标识和位置标识分离和向量地址的采用使得网络具有高效率的交换特性和更好的安全特性,有助于解决主机移动、Multi-homing、地址动态分配等问题。本文提出一种新的位置标识和身份标识相分离的位置体系架构,即向量网的路由寻址体系架构,它以向量地址编码作为体系架构实体间的虚连接,并广泛借鉴OSPF、PNNI等相关协议标准设计了适合向量网的树形分层的位置架构。该体系结构是一种树形分层结构,由网络节点相互交换关于节点和链路信息,自下而上构建形成。上下层之间的信息通过每层对等组组长传递。这种树形的分层位置架构使得网络具有扩展性能好、融合能力强、适应性强等特点。

关键词：名字空间向量地址向量网位置标识位置架构

物理网络芯片与FPGA结合的向量网交换机的实现

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物理网络芯片与FPGA结合的向量网交换机的实现

作者：宋利帅北京交通大学

学位级别：硕士

为汲取现有网络中的优秀技术,改进当前网络的性能,构建出一种可无限扩展且高可靠性的网络架构,本课题组提出了一种新型的网络体系架构一向量网。向量网(VectorNetwork)实现了数据面与控制面的分离,在数据面中,转发设备只需转发接收的数... 详细信息

为汲取现有网络中的优秀技术,改进当前网络的性能,构建出一种可无限扩展且高可靠性的网络架构,本课题组提出了一种新型的网络体系架构一向量网。向量网(VectorNetwork)实现了数据面与控制面的分离,在数据面中,转发设备只需转发接收的数据包,在控制面中,转发设备则需要负责路由信息的收集与数据链路维护等工作,与传统以太网交换机相比其大大降低了向量交换转发设备的成本与复杂性。向量网交换机便是工作在向量网数据面上的转发设备,它的主要功能就是解析数据包,再将数据包转发。而向量网控制面的工作则由其他设备来承担,通常为计算机,这样就将数据面与控制面分离,在向量网交换机中控制面的功能越少越好,从而简化 VS(Vector Switch)。向量网交换机的设计工作包括两部分内容,一是硬件电路设计;二是FPGA硬件编程设计。本论文的研究目标是完成第一项工作,即向量网交换机的硬件设计与制作。其中包括以下具体工作:(1)设计一套物理网络芯片与FPGA相结合的向量网交换机的实现方案。根据向量网交换机的设计目标,结合以往向量网交换机的硬件系统方案,完成方案的设计。该方案中主要设计包括:MAC模块与PHY模块主要芯片选型与周边电路的设计、电源模块与RJ45模块的选择与电路设计以及向量网交换机中各个模块间接口类型的选择与设计等。完成了向量网交换机的电路原理图的设计;(2)完成向量网硬件交换机的制作。根据实现链路层功能的FPGA芯片XC3S1400A与PHY模块中BCM5464SR芯片以及其他芯片的电气要求,通过具体的分层、布局、布线工作,完成PCB的绘制与电路板的制作;(3)完成向量网交换机硬件系统的调试与测试。通过边焊边调的方法,逐步测试硬件系统各模块功能,保证电路板上的各模块可以正常地实现其电气功能。设计向量网交换机硬件系统测试方案,通过三种回环测试的方法验证硬件系统的工作状态与功能,验证了向量网交换机设计方案的有效性,完成了向量网交换机的实现工作。

关键词：向量网 FPGA 交换机 MAC 向量地址 PHY PCB

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网络层多路通信的一种新方法

网络层多路通信的一种新方法

作者：哈桑（Murtaza Hassan）北京交通大学

学位级别：硕士

新型网络技术和网络应用的发展,延迟和丢包率对网络QoS的性能提出了更高的要求,研究一种安全、可靠、灵活、低成本的多径传输网络系统越来越具有重要的意义。当前的网络应用主要是基于UDP和TCP协议进行通信,在某些场景下,传统的TCP/IP... 详细信息

新型网络技术和网络应用的发展,延迟和丢包率对网络QoS的性能提出了更高的要求,研究一种安全、可靠、灵活、低成本的多径传输网络系统越来越具有重要的意义。当前的网络应用主要是基于UDP和TCP协议进行通信,在某些场景下,传统的TCP/IP传输网络已经不能完全满足网络服务质量要求,因此有必要开发一种新的机制,使得用户能够在不同网络环境下充分利用网络资源并且提高网络性能。另外还有一些网络协议,比如,流控制传输协议(SCTP)的提出为我们提供了改善网络性能的新方法。SCTP主要的特点之一是具有多宿主特性,允许关联的网络端口绑定多个网络地址,这种绑定允许数据通过不同路径从发送端发送到接收端。由于SCTP具有多宿主特性,从而使得SCTP传输网络能够通过有效的故障路径切换机制来提高网络的鲁棒性。由于SCTP相比TCP具有许多新的特性,使用SCTP取代TCP来承载网络的端到端传输业务已经成为众多科研工作者的研究热点。SCTP主要是基于IP网络,其多宿主特性也依赖于多个IP地址。但是IP网络本身是一种单路径网络,它所能提供的多路径通信效果有限,从而使得IP网络环境下的SCTP协议的性能受到限制。传统的TCP/IP协议只会使用一条最佳路径来进行通信,在传输路径中的每一个节点设备的性能都会影响整个路径的传输质量。在传输过程中对数据包的存储,处理和查路由表操作,使得数据包在IP网传输过程中可能产生很大的延迟,从而降低网络传输质量。在网络发生异常,比如链路断开,网络拥塞时,IP网需要经历一个重路由的网络恢复过程,这个网络自恢复的过程通常需要几百毫秒到几十秒的时间。这种重路由网络恢复所耗费的时间对于网络传输会造成严重影响。向量网(VN)是一种新型的数据通信网,基于向量地址来实现,位于OSI网络参考模型的第三层网络层。向量网定义了一种新的数据转发机制,依托于向量地址这种新的地址编码方式实现,并定义了“向量连接”和“向量交换”的概念,基于向量地址来设计新的网络特性。向量网的特点使地址转换和地址识别相分离。一般来说,相比于ATM网络和IP网,向量网具备安全性更高,交换设备更加简单,网络操作更易进行等优点。向量网是一种安全,可靠,可控,并可以免费支持可承载QoS的网络,是满足下一代网络技术特性的新型网络系统。向量网天然具备多路径特性,由此决定了它比IP网更好地支持多路径传输。SCTP协议具有多宿主和多流的特点,在灵活性和容错性能方面优于广泛使用的TCP和UDP协议。对SCTP协议的研究和改进具有重要的应用价值。向量网络技术的研究为下一代网络的研究和开发做出了巨大的努力和探索,为解决网络通信问题提供了一种新的方法。基于对SCTP协议和向量网络技术的理论研究,本文对SCTP协议的结构和特性进行了分析,阐述了基于IP网实现的SCTP的性能表现。向量地址具有无限多值性,可加密性,轻连接特性,基于此我们进一步将SCTP的思想应用与VN网络。本论文提出了一种新的基于SCTP多宿主和向量网络多路径特性的多路径传输网络系统,它通过使用向量网络相关技术支持SCTP协议来实现,并提出了一种改进的多络径传输方法。本文主要完成了以下工作:通过阅读相关文献资料,掌握了 SCTP协议的功能与特点,并与TCP、UDP等传输层协议相对比,阐述了 SCTP作为传输协议的优势;矢量网络技术的研究成果,掌握了向量网络的基本原理和网络结构,分析了向量地址的编码方法和特点,总结了向量网络相比传统IP网络和ATM网络中的优越性。向量地址具有无限多值性、不可解读性、可加密性、有效性、地址长度不定和包含路由信息等诸多优点。向量网具有良好的安全性、保证Qos、地址无限扩展、交换设备简单、网络可操作性等优点,向量网络安全、可靠、可控制,并且保证网络QoS承载和业务独立。基于SCTP协议和矢量网络,本文提出了一种基于SCTP/VN的新型多路传输网络系统设计方法,它结合了 SCTP协议和向量网络的优。通过分析目前广泛使用的TCP/IP协议,说明了其对多路径传输单点故障抵抗性较差,而SCTP/VN有效地提高了抵御单点故障的能力。利用向量地址的无限多值性,本文提出了多路径轮流扫描的数据传输方法,并针对此设计了仿真实验,对改进后的方法进行了测试。结果表明,该方案能够有效地提高网络抵御路径故障的能力,同时使网络因故障造成的时延大大降低,网络的鲁棒性得到了很好的改善。不同于采用一条主路径传输的标准SCTP协议,该方法能够快速有效的传输发送端的数据,为进一步提升多路径传输的Qos,本文提出了增量路由以及改进的故障检测和故障处理机制。在多路径传输过程中,作为发送的主路径发生故障时,迅速定位故障路径,并切换其他备用路径,仍能保证数据的顺利传输,并实现非常小的丢包,达到不影响正常的网络通信的结果。若使用单路径传输数据,一旦发生故障,从故

关键词： SCTP 向量网多路径向量地址单点故障