[發明專利]一種基于Click的虛擬網元在線編排方法

有效

• 申請號: 201810255339.4
• 申請日: 2018-03-21
• 公開（公告）號: CN108449214B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 李克秋;黃宇晨;齊恒;王軍曉
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04L12/26;H04L29/08;G06F8/38
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明提供了一種基于Click的虛擬網元構建方法，屬于計算機應用技術領域。本方法在以Click模塊化路由器為基礎構建的虛擬網元中添加了用戶編程接口模塊、輕量化Click組件編譯模塊和Click狀態保留模塊。使得新的系統能夠在因用戶自定義需求而造成的虛擬網元切換的場景中，達到方便用戶開發自定義組件和網元、加速用戶定制網元的生成過程，保證網元切換過程中流量的正確處理以及數據包緩沖區的充分利用的效果，從而具備虛擬網元在線編排的能力。

技術領域

本發明涉及一種基于Click的虛擬網元在線編排方法，屬于計算機應用技術領域。

背景技術

目前的網絡服務依賴于大量的網元設備，這些傳統的網元設備由設備供應商以專有硬件的形式提供給用戶，這種網絡服務架構由于物理網元的高封閉性和高成本而造成的網絡服務僵化問題越來越突出。網絡功能虛擬化(NFV)致力于解決這一問題，通過軟硬件解耦將網絡功能以軟件的形式實現在x86架構的服務器上。伴隨著虛擬化、云計算技術的發展，這些虛擬化后的網絡功能軟件往往運行在虛擬機或容器之上，我們稱之為虛擬網絡功能(VNF)，也被稱為虛擬網元。

Click Modular Router是E.Kohler博士及其團隊在MIT時設計的一款模塊化軟件路由器，具有開放、可擴展、可配置的特點。在NFV的概念興起之后，Click作為主流開源VNF解決方案受到學術界關注。然而，基于原生Click技術實現的虛擬網元在面對用戶網絡需求變更引起的網絡功能切換場景時仍存在著問題，這主要體現在以下兩方面：

一方面，現有的網絡功能虛擬化技術傾向于使用第三方供應商提供的虛擬網元，這些第三方廠商的虛擬網元和NFV平臺在給用戶帶來自動化部署、自動化運維的同時，限制了用戶對網元功能的個性化需求。當這些網元無法滿足用戶需求時，往往會導致網元無法按用戶期望的那樣及時上線。因此，需要使虛擬網元具有在線編排的能力來滿足用戶的個性化需求。這種在線編排分為設計階段和實施階段。設計階段的能力主要體現在以下兩點：

1.高度模塊化：虛擬網元應具有高度模塊化的特性，從而使用戶不需要了解虛擬網元的底層實現細節，能專注于開發自己的網絡功能模塊。

2.用戶開發模塊的快速集成：為使因網元功能變更造成的網絡開銷最小，用戶開發的網絡功能模塊需要快速的集成到虛擬網元中，從而減少生成具有用戶自定義功能的虛擬網元的時間。

原生Click技術雖然支持用戶實施自定義組件來達到開發個性化網元的目的，但是用戶需要學習Click組件的編寫規范，這會造成相應的學習成本，使網元功能的開發變得復雜。此外，原生Click技術在將用戶自定義的Click組件集成到Click系統中時，耗費了大量的時間和資源，使用戶定制的虛擬網元不能及時上線，減慢了用戶策略同步更新的速度。

另一方面，滿足用戶需求的虛擬網元需要替換功能過時的網元，目前的網絡功能虛擬化技術通常采用新建一個承載虛擬網元的虛擬機或容器，并將流量導入新啟動的網元實例中來完成網元的切換。這種做法由于虛擬網元與虛擬機和容器在粒度上存在差異，因此會造成較大的開銷。而在舊網元已經因功能過時而失效的情況下，因切換網元而重建虛擬機或容器會造成額外開銷。因此在這種情況下應該關注本地的網絡功能切換，而新舊網元會因為切換操作導致網絡狀態丟失，而網絡狀態的重建需要一定的時間。因此在虛擬網元在線編排的實施階段的能力主要體現在以下兩點：

1.具備在網元切換過程中保留網絡狀態并快速恢復網絡狀態的能力。

2.具備在網元切換過程中維持數據包緩沖隊列并保持網絡連接斷開不被通信兩端的用戶感知到的能力。

原生Click技術在因新加網絡功能而造成網絡功能切換的場景中無法保留網絡狀態，并且在切換過程中也不具備維護數據包緩沖隊列和保持網絡連接斷開不被通信兩端的用戶感知到的能力，從而無法利用緩沖區數據包來達到流量的持續處理能力。