發(fā)布時(shí)間：2020-11-17 10:54

　　 在云服務(wù)的安全接入中通過虛擬專用網(wǎng)絡(luò)(Virtual Private Network,VPN)來提供不同地區(qū)云服務(wù)節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)的安全通信,傳統(tǒng)VPN作為工作在云上的接入網(wǎng)關(guān)時(shí)其性能問題亟待解決,為了提高安全接入網(wǎng)關(guān)的性能,本文對(duì)VPN的路由轉(zhuǎn)發(fā)及并行化技術(shù)進(jìn)行研究以更好的適用于云服務(wù)中的安全接入網(wǎng)關(guān)。首先,為解決傳統(tǒng)VPN無法充分利用通用多核服務(wù)器的問題,本文探討了了數(shù)據(jù)面開發(fā)套件(Data Plane Development Kit,DPDK)的報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)和網(wǎng)卡多隊(duì)列技術(shù)應(yīng)用于軟件VPN網(wǎng)關(guān)中的方法,提出一種報(bào)文級(jí)并行的多線程VPN網(wǎng)關(guān)框架,利用多核資源實(shí)現(xiàn)在用戶態(tài)并行報(bào)文處理。為了提高報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)能力,本文研究了VPN分段式路由算法,優(yōu)化了DIR-24-8-BASIC分段式路由表結(jié)構(gòu),通過改進(jìn)二級(jí)路由表的管理方式,減少了內(nèi)存占用率,給出基于軟件實(shí)現(xiàn)的DIR-24-8-BASIC路由更新機(jī)制,并結(jié)合VPN路由查找的特點(diǎn)得到分段式VPN路由算法,測(cè)試結(jié)果表明在一定場(chǎng)景下優(yōu)于傳統(tǒng)基于Patricia樹的VPN路由算法。為了避免并行化時(shí)線程核間數(shù)據(jù)交換,充分利用多核計(jì)算資源進(jìn)一步提高報(bào)文處理能力,本文研究了VPN網(wǎng)關(guān)并行化中多線程間數(shù)據(jù)同步的機(jī)制,結(jié)合VPN會(huì)話管理和路由查找,提出了一種VPN線程間數(shù)據(jù)同步算法,用于會(huì)話信息和路由規(guī)則在線程間共享,實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)互聯(lián)的客戶端之間進(jìn)行高效路由轉(zhuǎn)發(fā)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,可有效避免核間數(shù)據(jù)交換,隨著線程并行數(shù)的提高可線性提升吞吐量。最后,本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了面向云服務(wù)的報(bào)文級(jí)并行VPN網(wǎng)關(guān),并和現(xiàn)有的軟件VPN網(wǎng)關(guān)對(duì)比測(cè)試及分析,測(cè)試結(jié)果表明,該VPN網(wǎng)關(guān)各項(xiàng)性能均優(yōu)于現(xiàn)有網(wǎng)關(guān),能夠滿足云服務(wù)中安全接入網(wǎng)關(guān)的需求。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP393.0
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文路由信息插入到二級(jí)表 TBL8 中，涉及到 TBL8 的動(dòng)態(tài)申請(qǐng)等因素導(dǎo)規(guī)模增大時(shí)，其路由表大小要遠(yuǎn)大于 Patricia 算法，造成插入速度慢具體到每種路由生成策略，可看出 DIR-24-8-VPN 算法在線性生成策最優(yōu)，這是由于線性生成的路由地址連續(xù)，所以在每個(gè) TBL8 中連續(xù)存滿后，再申請(qǐng) TBL24 中連續(xù)位置的下一個(gè) TBL8 進(jìn)行存儲(chǔ)，因此相均勻路由生成策略，可以大大減少 TBL8 的動(dòng)態(tài)申請(qǐng)次數(shù)，這點(diǎn)也可生成策略的平均時(shí)鐘周期普遍高于隨機(jī)生成策略來驗(yàn)證，這是因?yàn)榫�路由信息更為分散，因此插入周期更高。Patricia 算法在不同路由生成能變化較小，且穩(wěn)定性較好。

圖 3-10 路由刪除平均 CPU 時(shí)鐘周期測(cè)試結(jié)果圖（3）路由波動(dòng)測(cè)試與路由刪除測(cè)試意義不同，路由刪除測(cè)試是按照插入的順序依次刪除，路由波動(dòng)可簡(jiǎn)化為在一定規(guī)模路由表的基礎(chǔ)上，刪除一條路由后，插入該路由的情況，用于評(píng)價(jià) VPN 網(wǎng)關(guān)在穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，對(duì)路由和刪除所需的時(shí)間。從圖 3-11 中可看出在路由表規(guī)模較低時(shí)，DIR 算法的平均性能優(yōu)于 Patricia 算法，隨路由表規(guī)模逐漸升高，DIR-24-8性能下降顯著，原因同上述對(duì)路由插入和刪除的分析。

圖 3-10 路由刪除平均 CPU 時(shí)鐘周期測(cè)試結(jié)果圖（3）路由波動(dòng)測(cè)試與路由刪除測(cè)試意義不同，路由刪除測(cè)試是按照插入的順序依次刪除，路由波動(dòng)可簡(jiǎn)化為在一定規(guī)模路由表的基礎(chǔ)上，刪除一條路由后，插入該路由的情況，用于評(píng)價(jià) VPN 網(wǎng)關(guān)在穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，對(duì)路由和刪除所需的時(shí)間。從圖 3-11 中可看出在路由表規(guī)模較低時(shí)，DIR 算法的平均性能優(yōu)于 Patricia 算法，隨路由表規(guī)模逐漸升高，DIR-24-8性能下降顯著，原因同上述對(duì)路由插入和刪除的分析。
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本文編號(hào)：2887421