[發(fā)明專利]在轉(zhuǎn)發(fā)和控制分離架構(gòu)下實現(xiàn)虛擬可編程路由器的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310020565.1
• 申請日: 2013-01-18
• 公開（公告）號: CN103067287A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 諸葛斌;王偉明;戴國偉
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工商大學(xué)
• 主分類號: H04L12/771
• 分類號: H04L12/771;H04L12/803
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通信領(lǐng)域，具體涉及一種在轉(zhuǎn)發(fā)和控制分離架構(gòu)下的路由器實現(xiàn)虛擬可編程的方法。?

背景技術(shù)

眾所周知，互聯(lián)網(wǎng)長期以來所面臨的地址緊缺、QoS、安全、IP組播等問題一直未能得到有效解決。根本原因在于互聯(lián)網(wǎng)龐大的規(guī)模、復(fù)雜異質(zhì)的管理體系使得諸如IPv6、DiffServ、安全路由、PIM-SM等技術(shù)難以大規(guī)模部署和應(yīng)用，導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)在技術(shù)創(chuàng)新上面臨僵化境地。網(wǎng)絡(luò)虛擬化是解決目前互聯(lián)網(wǎng)僵化問題的關(guān)鍵所在，其核心思想是在資源虛擬化的基礎(chǔ)上，將網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)提供與基礎(chǔ)設(shè)施提供兩大功能分離開。在一個實際的物理網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)建多個獨立且互不干擾的虛擬網(wǎng)絡(luò)平面，不同的虛擬網(wǎng)絡(luò)平面可以采用不同的體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議棧，多個虛擬網(wǎng)絡(luò)可以分別處理不同類型的業(yè)務(wù)流量，并根據(jù)業(yè)務(wù)的特性提供功能擴展服務(wù)。物理網(wǎng)絡(luò)為虛擬網(wǎng)提供傳輸通道，虛擬網(wǎng)為用戶提供特定價值的服務(wù)，通過將網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供從基礎(chǔ)設(shè)施提供中分離出來，網(wǎng)絡(luò)虛擬化將二者間傳統(tǒng)的緊耦合關(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)樗神詈详P(guān)系，使得網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的創(chuàng)新變得更靈活，這種邏輯上的分離使得二者可以獨立地演進，可以在支持現(xiàn)有服務(wù)的同時靈活地部署新的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。為此作為互聯(lián)網(wǎng)核心設(shè)備的路由器顯得非常重要，必須具備虛擬化與隔離性，在一臺物理路由器上可同時生成多個彼此隔離的虛擬路由器。每個虛擬路由器獨立擁有帶寬、處理器和緩存等資源，并實現(xiàn)相互隔離的配置管理。網(wǎng)絡(luò)由處理節(jié)點和傳輸鏈路構(gòu)成。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點功能固定、結(jié)構(gòu)封閉。將虛擬化技術(shù)和靈活可編程機制引入網(wǎng)絡(luò)處理節(jié)點后，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點就演變成開放式可編程虛擬化路由器系統(tǒng)，支持面向業(yè)務(wù)的功能植入與重組，從而支持新技術(shù)和應(yīng)用的快速便捷部署。?

目前，在路由器虛擬化方面，N.Egi和A.Greenhalgh等于2007-2008年對XEN和OpenVZ網(wǎng)絡(luò)虛擬化轉(zhuǎn)發(fā)性能和公平性評估，驗證x86體系結(jié)構(gòu)上支撐虛擬路由器的可行性。2008年，Bhatia和Motiwala等提出一種基于vServer和NetNS的虛擬化控制面實現(xiàn)方法，允許用戶定義內(nèi)核態(tài)IP協(xié)議棧。E.Keller和E.Green于2008年提出一種輕量級的Click和vServer虛擬化方案^[30]。G.Xie?和P.He等2011年提出基于LXC（Linux?Container）的PEARL虛擬路由器平臺，允許用戶實現(xiàn)新的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議等。在路由器可編程方面，日本工學(xué)院大學(xué)的Michihiro?AOKI使用工業(yè)標準的硬件和軟件模塊以及Linux操作系統(tǒng)，基于ATCA架構(gòu)實現(xiàn)了一個開放可編程的路由器。Cisco基于GSMP開發(fā)了新一代的支持多服務(wù)交換的開放可編程交換機MGX8000。北京交通大學(xué)的研究小組針對基于IXP2400和通用CPU的IPv4和IPv6路由器控制平面的實現(xiàn)展開了研究，在控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面間采用了ForCES（Forwarding?and?Control?Element?Separation,轉(zhuǎn)發(fā)和控制件分離）協(xié)議進行通信，并實現(xiàn)了原型系統(tǒng)。西安理工大學(xué)的研究小組對基于ForCES協(xié)議的軟件集群路由器模型作了相關(guān)研究。?

從以上研究現(xiàn)狀可以看出，國內(nèi)外研究人員在路由器虛擬化和可編程的實現(xiàn)上有著多種方式。本課題組從2003年開始即對ForCES技術(shù)的實現(xiàn)進行了多方面多層次的研究，和ForCES協(xié)議制定始終保持同步。在2004年開發(fā)了基于GRMP協(xié)議的開放可編程軟件路由器原型系統(tǒng)，GRMP為自主設(shè)計的轉(zhuǎn)發(fā)面與控制面間接口協(xié)議，后被IETF?ForCES工作組選為ForCES候選協(xié)議。該系統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)器基于通用PC上的Linux內(nèi)核進行開發(fā)，主要采用內(nèi)核模塊機制實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的靈活擴展。從2005年開始，本課題組在Intel?IXP2400/2851網(wǎng)絡(luò)處理器的開發(fā)板上，以Intel?IXA-SDK4.1為基礎(chǔ)，基于系統(tǒng)集成方式開發(fā)了ForCES結(jié)構(gòu)路由器的原型系統(tǒng)。隨著互聯(lián)網(wǎng)等計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域的迅速擴大，新特性、新需求不斷出現(xiàn)并不斷變化，采用ForCES技術(shù)實現(xiàn)的虛擬可編程路由器能夠很好的滿足新一代網(wǎng)絡(luò)的需求，因為它具有足夠的靈活性，能快速地對新業(yè)務(wù)、新需求做出相應(yīng)；具有足夠的開放可編程性，使用戶可以根據(jù)所開放的資源靈活組合，以提供不同的網(wǎng)絡(luò)需求服務(wù)。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在轉(zhuǎn)發(fā)和控制分離架構(gòu)下的路由器實現(xiàn)虛擬可編程的方法。?

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括如下步驟：?