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网络算法学-精选版.ppt
* 网络算法学 Network Algorithmics * 主讲与助教 主讲:华蓓 办公室:科技实验西楼 617室 电话O) 电子邮件:bhua@ 主页:/~bhua 助教:何志强,zhqhe@ * 教材与参考资料 [1]《Network Algorithmics》, George Varghese著,Morgan Kaufmann,2004. [2]《深入浅出DPDK》,朱河清等著,机械工业出版社,2016. [3]学术论文、技术手册等 * 课程简介 网络算法学是一门关于高效实现网络计算机系统(networked system)的课程,有别于关注原理与协议的计算机网络课程 “networked”的含义:强调关注计算机系统中与网络通信有关的功能实现 本课程中,网络计算机系统分为终端、交换设备两类 举例,对于路由表查找: 计算机网络:为什么要采用最长前缀匹配查找 网络算法学:如何高效地实现最长前缀匹配查找 * 网络算法学的目的 性能瓶颈是限制系统性能提升的因素: 资源瓶颈:由系统硬件能力不足造成 实现瓶颈:由系统实现方法低效造成 解决网络计算机系统实现中的性能瓶颈: 了解基本的实现瓶颈 了解去除这些瓶颈的一般性原则 学习去除特定实现瓶颈的一些技术 * 网络算法与网络算法学 网络算法: 单纯在算法层面上解决问题 在问题给定的时间和空间中寻找解决方案 网络算法学: 强调运用跨学科的、系统的方法解决问题 在考虑解决方案时,可以不限于问题最初提出时所在的时间和空间 * 举例:IP地址查找 给定N条路由表项和一个目的IP地址,按照最长前缀匹配原则确定一个表项 * 网络算法解决方案 顺序查找 需要查找N次 按照前缀长度从大到小对路由表项进行排序,然后顺序查找 平均查找N/2次 基于IP地址的二分查找(binary trie) 最坏情况下查找次数等于32(IP地址长度) Binary trie是最早的路由查找算法 * Binary Trie 利用前缀中每一位的值决定树的分支。 第L层的节点代表了地址前L比特均相同的一个地址空间。 与地址前缀对应的节点包含转发信息。 最坏情况需要查找5次 * 网络算法学解决方案 路由缓存(利用系统组件): 将查找trie树得到的转发信息保存到高速缓存中,以目的IP地址为索引; 对于收到的每个IP包,首先查找路由缓存,不命中再查找trie树 采用多分支trie(空间换时间): 增大每层的查找步长,降低树高,从而减少访存次数 * 多分支Trie 最坏情况下查找2次 * 网络算法学解决方案 路由缓存(利用系统组件): 将查找trie树得到的转发信息保存到高速缓存中,以目的IP地址为索引;对于收到的每个IP包,首先查找路由缓存,不命中再查找trie树 采用多分支trie(空间换时间): 增大每层的查找步长,降低树高,从而减少访存次数 用硬件实现(增加硬件): 用硬件实现,进一步提高查找速度 * 用硬件实现 TBL24 TBLlong * 网络算法学观点 网络计算机系统是包括硬件和软件的复杂系统,系统的各个部分不是孤立的 问题可以在空间、时间、及时空之间转化 要有系统的、跨学科的思维能力,在考虑问题的时候不要受限于问题最初提出时所在的空间或时间。 跨学科:运用不同领域的技术,如体系结构、操作系统、硬件、算法等 * 教学目标和基本要求 教学目标: 以网络计算机系统的高效实现为内容,培养系统思维能力和综合运用计算机系统知识解决实际问题的能力,以具备初步的研究能力。 基本要求: 能够运用课程介绍的设计原则、典型技术和模型等解决网络计算机系统实现中的性能瓶颈问题。 课时安排: 40/40 * 先修要求 授课对象: 计算机学院高年级本科生 预修课程: 计算机网络 操作系统 计算机系统结构 * *
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