[發明專利]可編程路由交換設備在線調試裝置及方法

在審

• 申請號: 201711287758.8
• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN107911264A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 畢軍;周禹;張程;喻明理
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H04L12/26
• 分類號: H04L12/26;H04L29/06
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 王瑩,李相雨

技術領域

本發明涉及互聯網技術領域，特別涉及一種可編程路由交換設備在線調試裝置及方法。

背景技術

協議無關的數據包處理器(Protocol-independent Packet Processor，P4)語言是一種專門用于編寫可編程路由交換設備程序的領域特定語言，使程序員能夠靈活地定義可編程網絡設備的數據包處理行為，并根據策略需求在高性能硬件轉發設備快速地實現指定的功能。目前，學術界和工業界的實踐已證明，多種網絡功能，包括負載均衡、網絡地址轉換，網絡攻擊檢測防御等，都可以用P4語言在高性能可編程設備上實現。而在傳統網絡中，這些網絡功能往往是由專用硬件平臺或軟件平臺所實現。而利用P4在可編程網絡設備上實現這些網絡功能，一方面提供了較高的靈活性和可編程性，使程序員能夠像軟件平臺一樣定制滿足特定場景需求的網絡功能；另一方面，可編程網絡設備擁有能與專用網絡功能設備相媲美的性能優勢。因此，利用可編程路由交換設備實現網絡功能兼顧了靈活性和性能，已經成為了一種重要發展趨勢，具備不可忽視的社會經濟效益。

P4語言為程序員提供了多種可編程元素：

(1)數據包解析器(Parser)使程序員能夠定制任意的數據包的協議格式和解析邏輯；

(2)匹配動作表(Match-action Table，MAT)使程序員可以靈活地設置匹配動作表的匹配域和每個匹配域對應的匹配類型，以及利用P4語言提供的動作原語構造復合動作；

(3)可編程控制流(Control Flow)使編程者通過簡單的控制邏輯在可編程網絡設備的流水線(Pipeline)中定義各個匹配動作表執行關系。除此之外，P4語言也提供了寄存器(Register)，計數器(Counter)等元素實現更復雜的數據包處理邏輯。通過P4語言提供的上述可編程元素，程序員可以根據網絡的特定需求靈活地定制可編程網絡設備的數據包處理行為，提升網絡的安全性和整體性能。

隨著由P4所實現的網絡功能越來復雜，P4程序不可避免地存在漏洞。但是由于可編程路由交換設備的封閉性，很多內部狀態對程序員是不可見的，造成了運行在可編程路由交換設備的P4程序難以調試的問題；其次相比于C/C++等通用編程語言，領域特定語言P4抽象層次較高，不能給程序員提供有效的調試手段和工具，進一步增加了P4程序的調試難度；并且隨著越來越多的網絡功能由P4語言實現，P4程序的規模和復雜性逐漸增長，這進一步增加了P4程序在實際網絡環境的調試難度。目前尚未有可應用于P4語言以及可編程網絡設備的完善的調試工具，程序員只能手工尋找P4程序中存在的漏洞，但這需要程序員投入大量的精力和時間。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是：如何方便地調試P4程序。

(二)技術方案

為解決上述技術問題，本發明提供了一種可編程路由交換設備在線調試裝置，包括：調試接口管理器、檢測點管理器、可編程設備管理器和調試消息管理器；

調試接口管理器負責接收來上層調試應用的指令；

檢測點管理器用于監聽來自調試接口管理器的命令，若有檢測點的相關指令，則執行相關的指令；

可編程設備管理器用于接收來自調試接口管理器的設備管理相關的指令，以管理被調試的網絡設備；

調試消息管理器用于接收來自數據平面檢測點的調試消息，并將調試消息通過調試接口管理器匯報給應用層的高級調試應用，所述數據平面檢測點用于將可編程元素運行時的狀態作為所述調試消息上傳。

其中，所述數據平面檢測點包括：

Watch檢測點，用于上傳MAT的數據表項和該檢測點的標識符；

Break檢測點，用于在指定流程觸發時，向調試平臺展示數據平面的狀態；

Predication檢測點，用于展示在預測表達式中引用的可編程元件，若原始的MAT沒有任何預測表達式，則預測步驟將不會執行任何操作，只將流程傳遞給匹配步驟；

Match檢測點，用于展示匹配步驟中指定流的匹配字段和值；

Action檢測點，用于展示在執行步驟中已采取的動作和參數。

還公開了一種利用上述可編程路由交換設備在線調試裝置的調試方法，包括步驟：

S1：所述檢測點管理器將P4程序源代碼加載到可編程路由交換設備上進行調試，并返回調試實例；

S2：所述檢測點管理器在調試實例中利用watch原語向異常流量路徑插入watch檢測點，以顯示指定流的在整個網絡級視圖中的轉發路徑；