基于Crossbar交换机的实用架构分析

文中回顾了一些交换机的基本架构,分析了它们的QoS和多播能力,以及交换机内部的降速机 制,最后给出了交换机的发展趋势。

基于华为交换机的终端安全接入设计与实现

在诸多局域网内部基于接入层交换机端口的终端安全接入控制机制中,端口安全技术和端口绑定技术以其简单易用的特性得到广泛应用。它们分别通过对接入终端MAC地址的学习和识别,以及对MAC地址和IP地址的静态绑定,来阻止非信任的主机接入网络,避免来自企业网络内部的非法用户入侵,从而实现对企业内部网络的接入安全保护。

基于时间敏感网络的PTP交换机技术研究

基于时间敏感网络设计的高精度时间同步系统是目前工业互联网、大数据科学等领域的硬件基础之一。由于传统交换机在标记报文时间戳时无法避免网络栈内部的延迟和不确定性,为了实现更高的时间同步精度和稳定性,基于EVB-KSZ9477S PTP交换机并借助OK335xS开发板辅助控制,设计实现了PTP时间同步系统。该系统采用硬件辅助标记报文时间戳,计算消除PTP帧在网络栈内的不确定性误差,通过内部修正,从而实现较高的时间同步精度。结果表明,相较于普通交换机,基于TSN的PTP交换机的时间同步系统可实现±20 ns以内的时间同步精度和更低的抖动,具有良好的时间同步性能。

FC交换机中多优先级变长CROSSBAR调度策略

为了实现光纤通道交换机中不同长度多优先级信元的联合调度,提出并实现了一种支持变长信元的基于CROSSBAR交换结构的多优先级输入排队调度策略,以支持关键数据能以最快的速度被调度转发。通过采用虚拟输出队列(VOQ)机制、CROSSBAR交换结构以及流水线设计来提高光纤通道交换机的性能。使用FPGA对光纤通道交换机实现了文章所提出的调度策略并进行了测试,实现的光纤通道交换机最多支持6个不同优先级,支持信元长度为16～2148字节的联合调度。

基于态势感知的网络交换机监测系统研究与实现

随着工业控制领域网络结构越来越复杂,传统的网络运维方式已经无法满足要求。提出了一种基于态势感知的网络交换机监测系统实现方法,整个系统采用B/S架构,基于轻量级Web开发框架实现,后端采用Python编程语言实现对交换机运行状态各项数据的获取,并以HTML5页面形式展示。该系统实现了电力控制系统中各站点交换机自动化、全时段和全网段的监测,及时发现和定位网络故障,确保网络运行稳定可靠,运维效率大大提高。

一种状态可编程交换机的流量控制方案

随着网络应用的功能和服务需求的多样化,网络流量的类别也逐渐丰富,如何为不同类别的流量提供区分的QoS服务成为亟需解决的问题。该文为基于SDN网络的交换机增加了一种可编程的流量控制机制,控制面通过开放的编程接口配置交换机,使其为不同数据流提供带宽保障。提出并实现了一种针对优先级队列的调度算法,为流量构建其所需容量的数据传输通道,保障了网络资源的高效利用。实验结果显示,各类流量可以按照指定的带宽执行转发,其他流量发生变化时,给定流量的带宽波动不超过2%;且在长度为78 Bytes的小包情况下,高优先级的流量丢包率控制在1%以下。

基于可编程交换机的网内灰色故障检测技术研究进展

灰色故障是指对生产网络产生细微影响的交换机故障.然而,当这些轻微故障相互叠加或与新增故障叠加时,可能会导致整个生产网络的瘫痪.因此,检测灰色故障对生产网络的稳定性至关重要.传统解决方案关注的是在控制平面收集数据平面交换机中的流记录,并对其进行处理以检测灰色故障.然而,此类解决方案存在着不足:(1)缓存和处理大量的流记录会引入庞大的资源开销;(2)较高的检测时延无法保证灰色故障检测的时效性.近年来,可编程交换机的出现为灰色故障检测技术带来了新机遇:网络管理员可以将灰色故障检测算法部署运行至可编程交换机的线速ASIC流水线上,从而支持低开销、低时延、高精度的网内灰色故障检测技术.本文针对基于可编程交换机的网内灰色故障检测技术进行综述,在对灰色故障的概念、普遍性及对生产网络的危害进行描述的基础上,分析与讨论了现有基于可编程交换机的网内灰色故障检测技术的研究现状与进展,详细介绍每项技术的工作原理及流程,搭建真实的实验平台评估各项技术的检测指标,在文末指出了现有技术所面临的问题与挑战.

基于迭代轮询的光交换机时延确保调度算法(特邀)

【目的】数据中心庞大的数据传输及交换业务量对交换设备有着很高的性能要求,不仅需要具备良好的扩展性,还需提供大带宽和低切换时延。快速光交换机具有切换速率极快和接入带宽远大于电交换机的优越性能,面对现今愈发庞大的数据交换需求,为实现更高的接入速率和更好的处理性能,交换机结构将向全光方向发展。其中,针对快速光交换机的调度算法研究多以提供100%吞吐率为目标,在提供服务质量(QoS)保证方面的研究相对较少。【方法】对此,文章基于矩阵分解和业务整形的思想,采用迭代与轮询相结合的方法,提出了一种时延确保的光交换机迭代调度算法。文章提出的迭代轮询(IRR)调度算法首先将业务速率矩阵映射为业务矩阵,然后基于业务矩阵的服务要求计算得到服务要求矩阵序列,最后从服务要求矩阵序列中提取调度矩阵序列。【结果】理论分析证明,IRR调度算法能够提供基于端口的时延确保,并且给出了在给定业务条件下时延上界的计算方法。【结论】IRR调度算法可应用于光交换机的时延性能优化与时延确保光交换系统的设计中,为下一代全光网络具备确定性QoS提供关键支撑。

面向多模态网络的SDN交换机流量调度方法

多模态网络需要识别和解析多种新型模态流量,以实现面向流表的定制化调度。SDN交换机的数据包调度能力决定整个系统的负载分配,对于系统性能起着至关重要的作用。通常情况下采用网卡提供的分流策略将数据包分发至不同的CPU核,但网卡分流策略仅适用于支持的数据包类型,难以满足多种新型模态流量的解析需求。针对上述问题,本文提出一种用于多核SDN交换机的支持预分类和适配分流策略加载的流量分发调度方法。通过协议无关的预分类确定模态所属的流水线集合,同时支持为不同模态加载适配分流策略,将模态流量均衡调度至对应流水线。在基于DPDK的POF交换机中实现了本文提出的调度方法,实验结果表明,相比原生POF交换机,新方法在处理多模态流量时提升约1.54倍的系统吞吐性能,并有效地降低了时延。

交换机的时间感知整形器的设计

时间敏感网络(TSN)是应用于未来工业网络实时性的一种增强型以太网技术。作为主要关键技术之一,流量调度机制决定了时间敏感网络数据传输的确定性和实时性,对其进行研究是非常具有价值的。在研究了802.1Qbv标准中所定义的时间感知整形器的实现机制和完整的处理流程的基础上,提出了一种时间感知整形器调度机制的设计。将整个设计在自研的TSN交换机平台上进行组网测试,验证了调度器可支持时间敏感业务流的确定性传输。

基于CPLD的交换机电源时序研究

针对传统硬件延迟电路的设计复杂且容易受外界环境影响,难以满足高性能交换机中多模块多电源上电时序要求严格的问题,采用国产安路的可编程逻辑器件和Verilog语言的有限状态机设计对交换机中CPU、FPGA和交换芯片进行上电时序控制。利用Modelsim对延迟模块和上电时序进行仿真验证。结果表明,上电时序控制设计的延迟为毫秒级别,状态机12个状态实现快速跳转,满足上电时序要求,并可以修改代码调整上电时序,适用于服务器、交换机等网络设备。

SDN边缘交换机发起的数据窃取攻击及检测方法研究

软件定义网络(Soft Defined Network,SDN)交换机作为数据转发与策略执行的设备,恶意攻击者通过侵蚀SDN交换机对网络进行隐秘而致命的攻击,严重影响用户的端到端通信质量。首先提出了一种边缘交换机被攻击者劫持后的数据窃取攻击过程,可以逃避网络范围内的异常检测,并证明了这种攻击的隐蔽性。为了抵御此种攻击,提出了一种流信息一致性检测方法,将主机信息纳入一致性检测中,并基于Ryu控制器在mininet平台上进行实验。实验结果表明,防御方法在抵御边缘交换机攻击的同时不会带来过多的负载增加。

基于TOR交换机搭建的机房温度监控系统

数据中心机房的业务系统通过采集数据中心常见的TOR交换机的温度传感器数据,实现间接监控机房的温度,以便及时发现机房高温并及时进行业务迁移,避免业务中断。

Python在交换机自动化运维中的应用

交换机自动化运维是日常工程生产中的一个普遍问题,文章针对电力公司中广泛使用的华三交换机(S5500),将信息运维人员日常工作中有关交换机的大量重复性操作指令编写成Python脚本,解决了多台交换机同时操作时的耗时费力问题,具体来说就是多台交换机的账号密码不一致,管理复杂度高;交换机内部不同策略的指令复杂度不一致,对运维人员要求高等问题。交换机自动化运维切实提高了信息运维人员的工作效率和操作结果的准确性。

基于PFC和ECN技术的网络交换机实现方法研究

网络交换机是现代通信网络的核心设备之一,负责数据包的接收、处理和转发,以确保数据能够有效地在网络中传输。为了提高网络的效率和减少数据传输过程中的延迟与丢包,引入了优先级流控(Priority Flow Control,PFC)和显式拥塞通知(Explicit Congestion Notification,ECN)两种技术。本文详细探讨了PFC和ECN技术在网络交换机中的实现方法,包括这两种技术的配置、单独和集成使用时对网络流量控制和拥塞管理的影响,通过系统测试验证其有效性。通过分析PFC技术对流量控制的影响和ECN技术对拥塞管理的影响,展示了这两项技术如何协同工作,提高网络性能和稳定性。

VRRP组网下配置DHCP全局地址池必须互相排除的探究--以华为S5700交换机为例

DHCP服务可以降低客户端的配置和维护成本,有利于网络集中管理,大大提高运维效率,可以在汇聚层的用户网关设备或核心层设备上配置DHCP服务器功能。与接口地址池相比,全局地址池可应用于大型网络,推荐在核心层设备上配置基于全局地址池的DHCP服务器。本文的创新之处是尝试解答VRRP组网下DHCP全局地址池为什么必须互相排除?通过实验,获取数据,通过分析,得到结论,对工程实践及协议分析有一定指导意义与参考价值。

基于链表管理的PCIe交换机动态缓存技术

缓存是PCIe交换机数据交互时的重要性能参数。较小的缓存在流量过大时会迅速被占满导致溢出;而较大的缓存会增加寻址延迟以及芯片面积。传统解决方案多是对每个交换机端口分配固定缓存,同时设置共享缓存空间,但端口未使能时固定缓存就形成了浪费。基于避免空间浪费同时减小延迟和芯片面积的目的,采用了链表管理的动态缓存方法,将未使能端口的缓存空间动态链接到活跃端口。结合EDA以及FPGA验证,同时流片后成功通过测试,能够适应于交换机各类复杂的工作场景,在满足功能并具有高性能的同时,缓存利用率可达100%,且无需额外共享缓存空间,有效减少了缓存区的面积资源消耗。

基于PCIe交换机的多处理器节点动态管理系统设计

为了满足数据处理模块高性能、高准确性、高可靠性的需求,设计了一种基于PCIe交换机的多节点动态管理方法及系统。系统包括PCIe交换机、多处理器节点以及MCU辅助电路,利用PCIe交换机的高速交换特性提升数据交换能力,利用多处理器节点并行工作提升数据计算与存储能力,利用MCU辅助电路快速定位系统故障原因并提供备份机制,以提升系统容错能力。结果表明,所设计的多处理器节点动态管理系统清晰、结构明确,具有可实施性,提高了数据处理模块的性能与可靠性,可以作为当前航空机载计算机设计的参考方案。

基于交换机迁移的控制平面饱和攻击防御方法

软件定义网络凭借着自身灵活的优势,被广泛应用在各类网络场景,但由于控制平面控制集中、资源有限,控制平面饱和攻击成为该网络中最大的安全威胁.控制平面饱和攻击作为DDoS攻击的特殊实践,其目标是消耗控制器的处理资源,影响控制器下发流规则,最终使网络瘫痪.与传统网络中攻击主要影响单一网络结点不同,在软件定义网络中,一旦控制器遭受攻击,子域下交换机都将失去工作能力,甚至引发更大范围的级联故障.近年来,学者们为了提高分布式软件定义网络的安全性作出了很多创新,但大多数研究采用弹性扩容和动态映射的方法,不断地增删设备和改变网络映射配置,在提高了防御成本的同时,还降低了网络的可靠性,且复杂的网络配置违背了软件定义网络的初衷,为网络管理增加了难度.本文针对控制平面遭受的饱和攻击,提出了一种基于交换机迁移的防御方法.首先,通过分析软件定义网络中控制器的负载来源,提出了由北向开销、南向开销和水平开销组成的计算负载,并利用阈值检测机制,监测控制器负载情况,实现了对控制平面的实时饱和检测.然后,综合流表统计信息和空间特征图,提出了与平均数据包、上下行流量比率和交换机重要程度相关联的迁移系数,以准确识别处于攻击路径上的交换机.最后,在交换机迁移策略的支持下,将其迁移至低载控制器子域当中,缓解受攻击控制器的单点故障问题,从而完成对攻击的防御效果.在实验验证阶段,本文首先证明了控制平面饱和攻击的攻防过程实质上是一场资源竞争博弈,可以通过资源的调配缓解攻击影响.然后,本文证明了所提方法所具有的灵活性和动态性,能够根据资源情况和网络情况动态选择目标,实现迁移操作.最后通过多组实验,本文证明了所提出的方法能够有效地缓解不同拓扑的控制平面饱和攻击,控制器饱和次数平均减少90%和65%,迁移目标首选率和单次迁移率都超过70%,有效避免了级联故障的产生,与其他方法相比,在64%左右的时间里负载标准差最低,迁移总次数最少降低11%,且迁移时间开销最少降低60%.

借助交换机实现传输PTN网络承载的通信业务故障快速处理

针对传输分组传送网(packet transport network, PTN)承载的通信业务中断故障,本文首先分析了影响抢修PTN网络承载的通信业务故障时存在的问题,其次围绕如何降低故障抢修时长设计方案:借助二层交换机替换PTN网络故障设备作为网络侧传输节点创建新回传通道方式,可有效降低抢修时长。最后对方案的实施和应用情况进行了阐述。结果表明:本方案可以实现传输PTN网络承载的通信业务故障的快速处理,保障通信业务正常运行。