CN101883049B - 基于转发和控制分离网络件架构实现业务配置路由器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于转发和控制分离网络件架构实现业务配置路由器的方法。它包括如下步骤：1)将路由器划分为软硬件资源层、逻辑资源层、逻辑服务层和业务层四层；2)用户根据业务需求，在业务特性配置界面中设置相关的业务特性；3)将业务特性转换为对逻辑服务模块的配置；4)根据逻辑服务模块的配置，对逻辑功能模块间的拓扑组合和特性进行配置；5)依赖路由器底层软硬件的特性，将逻辑功能模块所配置的参数转变为对路由器相应的软硬件资源模块的设置；6)根据硬件资源模块的配置，实现用户所需业务特性的数据转发处理流程。本发明采用分层配置路由器的模式让用户无需关心路由器的软硬件特性就可以根据业务对路由进行配置。

Description

基于转发和控制分离网络件架构实现业务配置路由器的方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种基于转发和控制分离网络件架构实现业务配置路由器的方法。

背景技术

无论对于互联网还是电信网的发展，面向三网融合的新一代网络都被认为应该具有分组化、多业务、QoS、宽带化、开放性、兼容性、移动性、泛在性、安全性、可管理/可运营性等特征。但是现有传统网络体系架构及设备在满足上述众多需求面前显得力不从心。对此，国际上出现了对新型网络架构研究，比如美国NSF资助的GENI(Global Environment for Network Innovation)计划、FIND(Future Internet Network Design)计划、ITU-T的NGN计划、日本的AKARI计划、韩国的下一代网络BcN(Broadband Convergence Network)计划、中国科技部863计划“新一代高可信网络”等。这些研究计划试图以革新或演变方式改变已有网络和分布式系统设计，让未来的互联网更加安全、可靠、可管理，而且更适合于未来的计算环境。

一般认为，一种设备技术的发展都是围绕提高设备“性能”和扩展“功能”两个方面展开的。然而，过去十几年来，路由交换技术发展的线路则是以“性能”提高为主，即以提高报文转发速度、扩充信息交换容量等为关键技术研究内容。全球主要核心网络设备提供商如Cisco、Juniper、以及国内的华为等都将研究重点放在各种快速交换技术、高速转发处理手段和高速包处理芯片等上面，转发性能成为企业间竞争的焦点，并一度达到白热化程度。在这个思路下，网络设备的交换能力迅速从Mbit级提高到Gbit级、直到目前已经商用的几十Tbit级，端口线速也已提高到几十Gbit/s(如OC-768端口)。网络设备的性能甚至一度被描述成国家间竞争力指标之一。路由交换性能的快速提高和带宽容量的扩展对互联网和基于IP其它网络的广泛布置和业务应用产生了巨大的推动作用。

目前，随着路由交换设备Tbit级交换和Gbit带宽端口在骨干网络中的常规化布置，使得带宽供需矛盾得到有效缓解，基于IP协议的网络在规模上的发展进入一个相对平稳期。在这种情况下，人们开始更多地关注起网络设备本身在“功能”方面的提高问题，因为包括新型网络研究者、网络运营商、服务/内容提供商、最终用户以及网络设备企业自身都深深体会到了目前网络设备在“功能”方面的许多不尽人意，主要表现为用户不能根据业务需要基于底端资源灵活构建定义新的应用层，这使得目前设备对各种新业务的适应能力非常弱，不能从功能角度对各种设备商设计范围外的业务提供支持，一个普通的新业务更新都可能需要依赖于厂家的升级软件、更换设备或刀片来完成，这使得网络运营商和服务/内容提供商布置一个新业务速度慢，而且投入大、风险也大，限制了运营商对新业务应用的追求。这极其不适应于当今网络应用新技术新业务日新月异出现的时代。此外从用户角度看，包含语音、视频、数据等多业务融合的应用无疑是重大需求方向，从单一应用多网体制向多应用单网体制(多网融合)发展是必然趋势。这方面的实现虽然在技术上仍有许多需要解决的问题，但目前阶段的产品在体系结构上并未提供灵活柔性的可以想象的解决空间。

目前比较一致的看法是，实现面向新一代网络高度灵活需求的路由交换节点的途径可以归纳为实现开放性、可编程性和支持多服务的高度业务可配置性。用户业务可配置指的是对网络节点设备内部的软件模块和部分硬件资源进行重构组合，实现网络功能的灵活扩展和更换，在基本不改变网络硬件设备的情况下，部署产生支持不同业务功能或相同业务的不同指标需要的业务承载网。业务可配置网络设备即为在开放性、可编程性、支持多业务服务的高度业务可配置性特征基础上实现的网络设备。它可望克服如上所述的传统网络设备在满足当前市场和新一代网络发展需求方面的不足，表现出对各种新业务的高效、快速和低风险的支持能力，对多网络融合和新型网络体系研究的高度可支持潜力和研究推进力，对推动网络设备商间的高度兼容性、加速技术进步、如同PC产业一样加速中小企业参与网络设备业、降低设备价格的能力。

业务可配置网络设备研究的重要意义在于改变一直以来网络沿袭“面向业务支撑的技术体系发展，为承载特定业务构建网络，为融合新兴业务改造网络”的方法。形象地说，根据用户的需要，在若干个业务可配置网络节点设备组成的网络上部署新业务的过程可以简单地变成一个在业务可配置网络节点设备上增减和配置软硬件积木模块的过程。这将使得运营商部署新技术和新业务的成本、难度、时间明显缩短，大大加快和方便网络升级及新业务的展开，降低运营成本和风险。而反过来，网络新技术和新业务的及时推广试用无疑将有力促进网络领域的研发，改变目前“技术过剩但杀手锏应用匮乏”的局面。

综上研究现状分析，国内外对网络设备和网络技术的研究呈现出多样化，不仅追求设备性能发展，也同步面向高灵活性要求，不仅研究单个节点设备，也研究网络整体和上层业务。围绕高灵活性要求来研究网络整体结构，是实现三网融合的迫切需要。十多年的研究表明，基于标准的开放架构是实现这一目标的重要基础，ForCES工作组是开放架构的核心研究小组，其相关标准已经成为RFC，本发明申请人为ForCES标准的作者之一。具有ForCES背景的体系结构正成为新一代开放架构网络设备中具有代表性的体系结构之一，但到目前为止，还未见在ForCES结构网络设备基础上提出基于业务配置的业务可配置路由器，研究尚待深入。本发明将在ForCES基础之上提出一种基于转发和控制分离网络件架构实现业务配置路由器的方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于转发和控制分离网络件架构实现业务配置路由器的方法，包括如下步骤：

1)将路由器划分为软硬件资源层、逻辑资源层、逻辑服务层和业务层四层；

2)用户根据业务需求，在路由器业务层提供的业务特性配置界面中设置相关的业务特性；

3)与路由器底层软硬件的改变无关，路由器的业务层将业务特性转换为对逻辑服务模块的配置；

4)根据逻辑服务模块的配置，路由器的逻辑服务层对逻辑功能模块间的拓扑组合和特性进行配置，无需考虑路由器底层软硬件的改变；

5)依赖路由器底层软硬件的特性，路由器的逻辑资源层将将逻辑功能模块所配置的参数转变为对路由器相应的软硬件资源模块的设置；

6)路由器的软硬件资源层根据硬件资源模块的配置，实现用户所需业务特性的数据转发处理流程。

所述的软硬件资源层是包括路由器中转发平面和控制平面内所有能够查询和配置的支持数据转发处理流程的软硬件模块集合。

所述的逻辑资源层是根据约定的资源模型将路由器内所有软硬件模块抽象成可描述可控制的逻辑功能模块集合。

所述的逻辑服务层是根据约定的服务模型对逻辑功能模块进行拓扑组合，得到可描述可控制的逻辑服务模块集合。

所述的业务层是提供用户的业务配置接口，把用户的业务需求转换为对逻辑服务模块的配置。

所述的约定的资源模型是由统一描述的资源类来定义，类的定义独立于路由器的软硬件实现，每个类包括本身的属性、事件以及多个输入和输出，类之间允许相互进行拓扑组合。

所述的逻辑功能模块集合是根据资源类定义对软硬件模块抽象得到不同实例描述，能对实例的属性、事件以及输入和输出进行查询和设置，多个实例通过相互拓扑组合来完成特定逻辑服务中的数据处理。

所述的约定的服务模型是通过对网络服务进行聚类，定义出不同逻辑服务类的特性，每个类包括本身的属性、事件以及多个输入和输出，由逻辑服务类引申得到的可描述可控制的逻辑服务模块实例，每个实例由多个逻辑功能实例的拓扑组合构成，对实例的设置将映射为与之相关的多个逻辑功能实例属性、事件以及多个输入和输出的配置。

本发明为构建三网融合网络提出了一种基于转发和控制分离网络件架构实现业务配置路由器的方法。本发明申请人从2002年开始就进行基于ForCES架构的新一代网络体系结构及相关技术的研究，为了满足用户业务可配置的需求，本发明在用户“业务”和ForCES技术中的“逻辑功能实例”之间插入一个“服务”，借助于“服务”的中间枢纽作用，实现从“业务”需求到“逻辑功能实例”需求的分解，以及从“逻辑功能实例”能力到“业务”能力的汇聚。利用该发明可以解决以下问题：

1)在传统网络中，由于业务与网络资源是紧耦合的关系，人们对业务特征参数的分析方法大都采用“一步到位”的映射方式，即直接将业务需求映射为网络设备上的相关参数，如链路的MTU、数据流一致性算法(Traffic ConformanceAlgorithm)等。这种方式加剧了业务与网络资源间的耦合：一方面这种方式提供的业务参数充满了用户不熟悉的网络专业术语(如令牌桶算法、突发大小、PDB、PHB等)，不利于业务的开放和开发。

2)业务与具体的实现技术相耦合，不利于业务和网络的各自演进，比如，当网络设备更新换代时，这种耦合的存在可能导致因新设备的内部实现技术不同而影响业务正常运行的情况。

本发明是一种基于转发和控制分离网络件架构实现业务配置路由器的方法，已经被实际系统使用证明是切实可行的，满足了面向三网融合的新一代网络对网络业务快速响应的需求。

附图说明

图1基于业务配置路由器的分层模型；

图2基于业务配置路由器的架构框图；

图3基于业务进行路由器配置流程的示意图。

具体实施方式

提供一种基于转发和控制分离网络件架构实现业务配置路由器的方法，包括如下步骤：

1)将路由器划分为软硬件资源层、逻辑资源层、逻辑服务层和业务层四层；

2)用户根据业务需求，在路由器业务层提供的业务特性配置界面中设置相关的业务特性；

3)与路由器底层软硬件的改变无关，路由器的业务层将业务特性转换为对逻辑服务模块的配置；

4)根据逻辑服务模块的配置，路由器的逻辑服务层对逻辑功能模块间的拓扑组合和特性进行配置，无需考虑路由器底层软硬件的改变；

5)依赖路由器底层软硬件的特性，路由器的逻辑资源层将将逻辑功能模块所配置的参数转变为对路由器相应的软硬件资源模块的设置；

6)路由器的软硬件资源层根据硬件资源模块的配置，实现用户所需业务特性的数据转发处理流程。

所述的软硬件资源层是包括路由器中转发平面和控制平面内所有能够查询和配置的支持数据转发处理流程的软硬件模块集合。

所述的逻辑资源层是根据约定的资源模型将路由器内所有软硬件模块抽象成可描述可控制的逻辑功能模块集合。

所述的逻辑服务层是根据约定的服务模型对逻辑功能模块进行拓扑组合，得到可描述可控制的逻辑服务模块集合。

所述的业务层是提供用户的业务配置接口，把用户的业务需求转换为对逻辑服务模块的配置。

所述的约定的资源模型是由统一描述的资源类来定义，类的定义独立于路由器的软硬件实现，每个类包括本身的属性、事件以及多个输入和输出，类之间允许相互进行拓扑组合。

所述的逻辑功能模块集合是根据资源类定义对软硬件模块抽象得到不同实例描述，能对实例的属性、事件以及输入和输出进行查询和设置，多个实例通过相互拓扑组合来完成特定逻辑服务中的数据处理。

所述的约定的服务模型是通过对网络服务进行聚类，定义出不同逻辑服务类的特性，每个类包括本身的属性、事件以及多个输入和输出，由逻辑服务类引申得到的可描述可控制的逻辑服务模块实例，每个实例由多个逻辑功能实例的拓扑组合构成，对实例的设置将映射为与之相关的多个逻辑功能实例属性、事件以及多个输入和输出的配置。

实施例

为了便于本领域一般技术人员理解和实现本发明，现结合附图进一步说明本发明的技术方案，给出一种本发明所述方法的具体实施方式。对我们来说基于转发和控制分离网络件架构实现业务配置路由器的方法的一个核心思想是向用户呈现的是一个傻瓜化配置的路由器，路由器本身是可以理解用户业务需求的智能化路由器。另一个表示是希望用户能用贴近自然语言的方式表达自己所需业务的需求，而业务可配置路由器根据业务需求智能化的构建出满足业务需求的逻辑服务网络。图2是本发明实施例的原理示意图，共有Intel的IXP2851网络处理器开发板一套，Intel的IXP2401网络处理器开发板二套，该平台具有功能强大的支持开放可编程网络开发的软件开发工具CP-PDK。每块网络处理器开发板作为一个转发件，每个转发件和一台PC机相连，PC机作为控制件，两者共同构成一个基于业务配置路由器的网络节点。在本发明的实施例中，转发件采用MontaVista Linux嵌入式操作系统；控制件采用Redhat Linux操作系统。本实施例使用C语言按照本发明所述的方法在上述硬件平台中编写路由器四层功能的软件实现。经过控制件和转发件各自的编译工具编译获得各自程序指令代码，并通过各自的装载工具装入各自的存储器中。为此我们构造出了三台基于业务配置路由器的软硬件环境，用于搭建实际的业务网络进行测试，其中还利用一台单独的PC机编写网络管理软件管理三个路由节点。

本发明所采用的一种基于转发和控制分离网络件架构实现业务配置路由器的方法主要体现在用户可以登入到每个网络节点上进行业务配置。由于用户自然语言表达的随意性和歧异性，我们需要对业务需求的表达的内容和方式进行标准化，也就是我们定义的业务模型标准和信息交换协议。假如仅用现有路由器产品来开发业务可配置路由节点，路由器不开放任何内部接口，我们首先需要让网络管理员利用路由器控制命令将把用户所需业务需求的服务网络构建出来，相当于网络管理员和用户交流，理解用户的业务需求，然后利用自己的网络知识对路由器进行配置。这个过程对用户来说不是傻瓜化的网络服务生成，而是需要有个网络管理员这个专家进行智能化的沟通。我们的业务可配置路由器的分层模型就是希望实现网络管理员的这角色，实现智能化服务网络构建，本发明就是把该网络管理员的工作分解到四层模型中，软硬件资源层、逻辑资源层、逻辑服务层和业务层，其中业务到服务和服务到逻辑资源层需要有网络管理员所具备的专业知识，也就是需要实现一个专家系统，而逻辑资源层到对路由器软硬件资源层的配置，仅仅是一个简单的命令行配置的映射。

逻辑资源层所约定的资源模型包括控制件内的资源模型和转发件内的资源模型，转发件的资源模型根据ForCES工作组定义的FE模型(RFC5812)来定义，通过XML语言对每类资源的属性、事件以及多个输入和输出进行描述。控制件的资源模型参考FE模型形式，对控制件的软件资源用XML文件进行描述。每类资源模型由单独一个XML文件描述，针对所有不同资源的XML描述文件构成资源库。在服务框架描述体系中，服务定义为四元组{接口，行为，质量，状态}，其中接口描述服务的接口，行为描述服务的行为，质量描述服务的质量，状态描述服务的状态，表示服务的可用性。

服务的属性和支持服务的逻辑功能块属性并不是一一对应的，甚至有些逻辑功能块属性的配置是需要多个不同服务的属性联合决定的，而有些服务属性能够影响到多个逻辑功能块属性。对于服务来说，怎么知道服务属性要对应哪些逻辑功能块的什么属性，以及怎么对应，这需要定义映射策略。为此在服务管理层中需要定义2个信息库，一个是服务信息库，一个是策略映射库。在服务信息库中，保存有服务和对应逻辑功能块的状态信息，以及服务属性和对应的逻辑功能块属性，每一个服务属性都包含一个服务策略信息库索引值，标识该服务属性在服务策略信息库的对应策略。而服务策略信息库表项由索引和策略函数注册名组成。映射策略函数是当映射过程中出现上述问题时，需要调用的值比较，值计算，值分配的函数。

下面以视频会议业务为例，对基于转发和控制分离网络件架构实现业务配置路由器的方法过程进行说明，如图3所示。用户参照业务模型库的描述格式和内容要求，向路由器提出创建具有特定业务质量要求的视频会议业务请求，路由器把该视频会议业务转化为对路由器上标准逻辑服务(如QoS服务、IPv4路由服务、MPLS VPN服务)的配置。路由器上的逻辑服务层再把对服务的配置转化成对相关逻辑功能块的配置。比如QoS服务具体化为RSVP逻辑功能块和分类/米表/队列管理/调度逻辑功能块，IPv4路由服务具体化为路由发现逻辑功能块和IPv4转发逻辑功能块，MPLS VPN服务可具体化为VPN配置管理逻辑功能块和MPLS标记转发逻辑功能块。按照上述过程，便实现了支撑视频会议业务需求的服务网络构建。基于上述的理解，我们把业务配置过程表述如下：

根据业务标准，要实现一个专家系统，完成从用户的业务需求需要何种服务网络能够满足的智能决策。比如用户提出的视频会议需要的图像分辨率是640*480，每秒25帧，延时小于1秒等业务需求，管理平台通过业务信息交换协议，把业务需求告知路由节点。路由器业务层的专家系统需要将该业务需求转化成对服务网络的性能需求，如满足上述业务需要一个IPv4的2M带宽的延时低于0.2ms的逻辑服务网。

根据服务的标准，路由节点的逻辑服务层可以理解服务需求，此时还需要实现一个服务到逻辑功能块映射的专家系统，完成从各个服务需求到相关逻辑功能块的操作映射。当需要一个IPv4的2M带宽的延时低于0.2ms的逻辑服务网，专家系统需要知道该配置那些逻辑功能块，以及参数是多少，比如需要配置资源预留逻辑功能块，带宽预留2M，配置分类/调度逻辑功能块，保证该数据转发优先级最高。该专家系统位于逻辑服务层。

逻辑功能层根据逻辑功能块的标准，把路由器所有的软硬件配置功能通过函数调用的形式，实现对现有路由器操作的一个逻辑功能层的抽象。比如定义RIP逻辑功能块，我们无须去编写任何程序，只需要把路由器中对RIP协议的所有操作定义为一组函数调用，该组函数调用向逻辑服务层提供逻辑功能块所定义的统一接口。比如配置资源预留逻辑功能块的带宽预留2M，则该逻辑功能块找到相应得路由器函数实现2M带宽的资源预留。这样逻辑功能层就屏蔽了所有路由器配置上的差异。

根据上述业务配置过程，当用户向路由器提出一种业务需求，路由器根据服务配置动态调整自己的逻辑功能块资源，从而得到一个虚拟的能满足该业务的服务网络。

虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims (4)

1.一种基于转发和控制分离网络件架构实现业务配置路由器的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将路由器划分为软硬件资源层、逻辑资源层、逻辑服务层和业务层四层；

2)用户根据业务需求，在路由器业务层提供的业务特性配置界面中设置相关的业务特性；

3)与路由器底层软硬件的改变无关，路由器的业务层将业务特性转换为对逻辑服务模块的配置；

4)根据逻辑服务模块的配置，路由器的逻辑服务层对逻辑功能模块间的拓扑组合和特性进行配置，无需考虑路由器底层软硬件的改变；

5)依赖路由器底层软硬件的特性，路由器的逻辑资源层将逻辑功能模块所配置的参数转变为对路由器相应的软硬件资源模块的设置；

6)路由器的软硬件资源层根据硬件资源模块的配置，实现用户所需业务特性的数据转发处理流程；

所述的软硬件资源层是包括路由器中转发平面和控制平面内所有能够查询和配置的支持数据转发处理流程的软硬件模块集合；

所述的逻辑资源层是根据约定的资源模型将路由器内所有软硬件模块抽象成可描述可控制的逻辑功能模块集合；

所述的逻辑服务层是根据约定的服务模型对逻辑功能模块进行拓扑组合，得到可描述可控制的逻辑服务模块集合；

所述的业务层是提供用户的业务配置接口，把用户的业务需求转换为对逻辑服务模块的配置。

2.根据权利要求1所述的一种基于转发和控制分离网络件架构实现业务配置路由器的方法，其特征在于所述的约定的资源模型是由统一描述的资源类来定义，类的定义独立于路由器的软硬件实现，每个类包括本身的属性、事件以及多个输入和输出，类之间允许相互进行拓扑组合。

3.根据权利要求1所述的一种基于转发和控制分离网络件架构实现业务配置路由器的方法，其特征在于所述的逻辑功能模块集合是根据资源类定义对软硬件模块抽象得到不同实例描述，能对实例的属性、事件以及输入和输出进行查询和设置，多个实例通过相互拓扑组合来完成特定逻辑服务中的数据处理。

4.根据权利要求1所述的一种基于转发和控制分离网络件架构实现业务配置路由器的方法，其特征在于所述的约定的服务模型是通过对网络服务进行聚类，定义出不同逻辑服务类的特性，每个类包括本身的属性、事件以及多个输入和输出，由逻辑服务类引申得到的可描述可控制的逻辑服务模块实例，每个实例由多个逻辑功能实例的拓扑组合构成，对实例的设置将映射为与之相关的多个逻辑功能实例属性、事件以及多个输入和输出的配置。

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