路由器緩存需求方案的研究

　　摘要：路由器（Router）是互聯(lián)網(wǎng)的主要節(jié)點設(shè)備。路由器通過路由決定數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。作為不同網(wǎng)絡(luò)之間互相連接的樞紐，路由器構(gòu)成了Internet的骨架。它的處理速度是網(wǎng)絡(luò)通信的主要瓶頸之一，它的可靠性則直接影響著網(wǎng)絡(luò)互連的質(zhì)量。除此之外，路由器對網(wǎng)絡(luò)流量也有控制作用，其內(nèi)部的緩存容量是制約此性能的關(guān)鍵因素。本文將對現(xiàn)存的緩存技術(shù)進行分析，并對提出一種新方案來優(yōu)化現(xiàn)有的路由緩存技術(shù)。
　　關(guān)鍵詞：路由器 網(wǎng)絡(luò)流量 緩存容量
　　中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791(2011)10(b)-0000-00
　　
　　在計算機網(wǎng)絡(luò)中的的鏈路容量、交換節(jié)點中的緩存和處理機等，都是網(wǎng)絡(luò)的資源。在某段時間，若對網(wǎng)絡(luò)中某一資源的需求超過了該資源所能提供的可用部分，網(wǎng)絡(luò)的性能就要變壞。若網(wǎng)絡(luò)中有許多資源同時呈現(xiàn)供應(yīng)不足，網(wǎng)絡(luò)的性能就要明顯變壞，整個網(wǎng)絡(luò)的吞吐量將隨輸入負荷的增大而下降。 所以，路由器緩存的設(shè)置對網(wǎng)絡(luò)性能有很大的影響。但是，路由器緩存容量太大會增加報文在行列中排隊等待的時間，產(chǎn)生時延，從而降低網(wǎng)絡(luò)利用率；而緩存容量過小則會降低吞吐率，以致于丟包。故路由器的緩存設(shè)置有很多因素要考慮。文章對目前存在的路由緩存進行了分析研究，并提出了新的緩存設(shè)置方法。
　　
　　1現(xiàn)有緩存技術(shù)分析
　　現(xiàn)存的路由器緩存方法主要有：經(jīng)驗法則，較小緩存法則，極小緩存法則等。下面分別介紹一下這些技術(shù)的優(yōu)劣。
　　1.1經(jīng)驗法則
　　1994年，C.Vinamizar等人提出了著名的路由器緩存設(shè)置法則—“經(jīng)驗法則(rule一of-thumb)，指出緩存的大小應(yīng)與帶寬時延積相等 (bandwidthdelayproduct，BDP)，即B=RTTXC，其中B為擁塞路由器所需的緩存，RTT(RoundTripTime)為一個TCP連接的平均往返時間，C為擁塞鏈路的帶寬。
　　
　　
　　這一設(shè)置原則對路由器緩存的設(shè)置一直都有旗幟性的指導作用。但是隨著傳輸技術(shù)和光網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，經(jīng)驗法則已不能滿足網(wǎng)絡(luò)的要求。它會增加核心路由器的結(jié)構(gòu)復雜度，占用大量路由器空間；同時發(fā)生擁塞時，也會增大端到端的延遲。
　　1.2較小緩存法則
　　如今多條TCP流同時共享一條骨干鏈路的情況已極為普遍，所以在經(jīng)驗法則的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了“較小緩存法則”。較小緩存法則主要目的是盡量少的使用路由器的緩存，從而減少隊列時延，從這個角度來達到鏈路100%的利用率。較小緩存法則公式為：B=RTTXC/N代表擁塞鏈路上共享的長TCP流數(shù)目。然而在實際試驗研究中發(fā)現(xiàn)，當緩存數(shù)量大于B=RTTXC/，鏈路利用率無損失發(fā)生，但當緩存數(shù)量接近B=RTTXC/時，鏈路利用率降低。于此同時，這個方案忽視了對丟包率產(chǎn)生的影響，造成丟包率明顯上升。
　　1.3 極小緩存法則
　　此方法建立在犧牲小數(shù)量的吞吐率指標基礎(chǔ)上，核心路由器僅需要幾十個包即可滿足緩存要求。它著眼于未來全光路由器中緩存問題，也為其做了初步的理論研究。世界上幾家著名的通訊公司如SPRINT等對極小緩存法則在較為常見的商用核心路由器中進行了實測，結(jié)果卻表明，依此法則設(shè)置的路由器緩會使路由器的性能下降。
　　
　　
　　2 路由緩存設(shè)置優(yōu)化設(shè)計
　　由上述提出的幾種有代表性的路由器緩存設(shè)置方案都有其固有的缺陷，究其原因，互聯(lián)網(wǎng)的非對稱性有逃不掉的責任。面對這種局面，我們可以這樣考慮，如果有一個路由器，其緩存不是采用固定形式的，而是多片路由單元互聯(lián)，各個路由單元再支持多個高速率（如10Gbps