CN100571219C - 一种负载分担路由器以及实现负载分担的设备、方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信技术领域一种负载分担的路由器，包括：两块互为主备的主控板，用于对路由器的各单元进行监控和设备管理，以及运行路由协议；多个物理接口卡及多个线路处理单元，所述多个物理接口卡与所述多个线路处理单元之间全连接。本发明还提供一种实现路由器负载分担的设备及方法。本发明实施例通过将路由器中的物理接口卡与线路处理单元进行全连接，实现物理接口卡和线路处理单元的分离，使得物理接口卡可以根据各线路处理单元的负载情况信息来调度线路处理单元，实现各线路处理单元的负载分担。

Description

一种负载分担路由器以及实现负载分担的设备、方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种负载分担路由器以及实现负载分担的设备、方法。

背景技术

随着路由器性能的提高，其架构也在发生变化。从前期的集中式平台，发展到现在的交换式平台，处理能力不断提升。集中转发路由器架构如图1所示，是采用CPU负责配置管理、路由和转发，支持灵活的业务和丰富的接口，具有良好的可扩展性。而交换式路由器架构如图2所示，该路由器是现在的主流，采用分布式NP(Network processor，网络处理器)或ASIC(Application Specific Integrated Chip，特定用途集成电路)转发的架构，以无阻塞的高速交换网连接各个接口，系统性能得到大幅度提升。

如图3所示，为集中转发式路由器的主备架构示意图，为了提高可靠性，一般采用双主控板架构。两个主控板一般是分别作为主、备用主控板来用。主用主控板负责路由、转发和设备管理，备用主控板则处于备份状态。当主用主控板出现故障后，则把业务全部切换到备用主控板。此种处理方式提高了系统的可靠性，但处理能力的瓶颈依然是CPU和总线。为了进一步提升性能，也有采用两个主控板做负载分担的。

但在实现本发明过程中，发明人发现所述集中转发式路由器架构至少存在如下缺点：

1.无论是否采用主备份主控板，CPU和总线都依然是系统的瓶颈；

2.尽管两个主控板采用负载分担方式能在一定程度上提升性能，但由于架构的限制，无法采用更多的主控板来分担业务处理，性能的提升是有限度的。

现有的交换式路由器的线路处理单元和物理接口卡架构如图4所示，每个PIC(Physical Interface Card，物理接口卡)仅和一个LPU(Line ProcessingUnit，线路处理单元)相连，这两部分合在一起，插在一个槽位上，LPU之间通过交换网互连，进行无阻塞交换。流量的路径是PIC→LPU→交换网→LPU→PIC。

在此架构下，PIC完成用户接口的光电转换和定帧处理，把数据帧发送给LPU。LPU上的NP或ASIC进行业务处理，包括数据帧解析、分类、路由查找和转发，经过交换网交换到相应槽位的LPU，由其上的NP或ASIC进行下行业务处理，根据接口类型完成封装后把数据帧发送给PIC，由PIC进行成帧编码和电光转换等操作发送到用户线路上。

所述交换式路由器架构虽然解决了集中转发路由器的缺点，提升了系统性能，但在实现本发明过程中，发明人发现上述交换式路由器至少存在如下缺点：

1.由于LPU和PIC紧耦合，LPU的失效会导致业务中断，而LPU比PIC更复杂，失效率更高；

2.由于各个LPU上的PIG接口和业务类型不尽相同，LPU的负载也不尽相同，造成LPU的负载轻重不一。如32E1PIC和4×2.5G POS PIC对LPU的资源消耗就差别很大。在一个路由器里往往形成局部的热点，成为应用和测试的瓶颈，而热点之外的LPU则往往负载较轻，空闲的处理能力不能被充分利用。

3.任何一个LPU的升级都会中断业务；

4.把集中式转发和分布式转发架构割裂开来，难以统一两者架构，导致平台众多，不利于平台归一化。

发明内容

本发明实施例提供一种负载分担路由器以及实现负载分担的设备、方法，解决了现有的路由器LPU和PIC紧耦合带来的负载轻重不一等问题。

本发明实施例是通过以下技术方案实现的：

本发明实施例提供一种实现负载分担的路由器，包括：

两块互为主备的主控板，用于对路由器的各单元进行监控和设备管理，以及运行路由协议；

多个物理接口卡及多个线路处理单元，所述多个物理接口卡与所述多个线路处理单元之间全连接，所述多个物理接口卡存储有所述多个线路处理单元的特性信息，所述多个物理接口卡根据实时获取的线路处理单元负载情况信息以及所述多个线路处理单元的特性信息调度数据报到相应的线路处理单元。

本发明实施例提供一种物理接口卡，设置于路由器中，所述路由器设置有多个线路处理单元，该物理接口卡包括：

存储单元，用于存储多个线路处理单元的特性信息；

上行调度单元，用于根据实时获取的线路处理单元负载情况信息以及所述存储单元中的线路处理单元的特性信息调度数据报到相应的线路处理单元。

本发明实施例提供一种路由器实现负载分担的方法，包括：

路由器的物理接口卡实时获取线路处理单元的负载情况信息；

所述物理接口卡根据所述负载情况信息及预先存储的多个线路处理单元的特性信息调度相应的线路处理单元；

将数据报转发给所述调度的线路处理单元处理。

由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例通过将路由器中的物理接口卡与线路处理单元进行全连接，实现物理接口卡和线路处理单元的分离，使得物理接口卡可以根据各线路处理单元的负载情况信息来调度线路处理单元，实现各线路处理单元的负载分担。

附图说明

图1为现有技术集中转发路由器架构图；

图2为现有技术交换式路由器架构图；

图3为现有技术集中转发式路由器的主备架构示意图；

图4为现有技术交换式路由器的业务处理和物理接口卡架构；

图5为本发明实施例一所述路由器架构图；

图6为本发明实施例二所述路由器架构图；

图7为本发明实施例三所述路由器负载分担方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例通过PIC和LPU之间设置全连接(即各PIC和每个LPU均有链路连接)方式，实现物理接口卡和线路处理单元的分离，使得每个PIC的流量可以交换到任何一个LPU上。所述全连接途径可以通过交换网实现，对于小型设备也可以在PIC和LPU之间直接采用MESH(网状连接)方式进行连接。由负责整个系统的监控和管理的主控板将各LPU上的负载情况信息实时通知(或者通过带内信息传送)给PIC，PIC可以根据各LPU的负载情况信息选择LPU，保证每个LPU的负载大致相当。对于需要定向到特定LPU的特殊业务处理，可以在PIC上配置相关表项，保证该特殊业务流量定向到特定的LPU。该PIC和LPU可以由主控板统一监控和管理。

本发明实施例一提供的路由器，以PIC和LPU之间通过交换网实现全连接为例，如图5所示，所述路由器架构包括：两块互为主备的主控板、m块PIC、k块LPU以及若干交换网板(m、k为自然数)。所述互为主备的两块主控板，负责整个系统的监控和设备管理，以及运行路由协议等。其上的HUB负责处理和分发各个LPU的负载情况，即，将各LPU的性能指标、当前负载情况通知给PIC。

所述PIC和LPU之间通过交换网进行连接。每个PIC的流量可以交换到任何一个LPU上。

如图5所示，在PIC上设置有：

PHY/MAC/Framer，为线路接收及数据成帧及相关处理实体，为现有的PIC上实体，此处不做详细说明；

解析单元，用于从所述PHY/MAC/Framer接收数据流，并进行报文头解析；

流分类处理单元，用于对所述解析后的数据流进行分类等处理；

存储单元，用于存储各LPU的特性信息，例如特定业务对应的LPU信息；

上行调度单元及下行调度单元，所述两个单元可以设置在同一物理实体上；所述上行调度单元，用于在接收到所述流分类处理单元处理后的数据流情况下，根据主控板实时发送的各LPU的负载情况信息及存储单元中预先存储的特性信息调度数据报到相应的LPU；所述LPU的负载情况信息包括：LPU当前负载状况以及LPU的性能指示等；所述下行调度单元用于为下行数据流调度出端口；

FIC接口，是交换网接口芯片，用于交换网与PIC之间数据格式的转换，对于上行数据报，负责将需要转发的数据报转换为交换网识别的格式，以信元或者报文的方式发送给交换网；对于下行数据报，负责将信元或报文转换为PIC上传送的数据格式。在该FIC上设置有：交换网流控信息获取与处理单元(图中未示出)，用于实时获取各交换网的当前流控信息，并根据所述流控信息调度信元或数据报到交换网。所述各交换网的流控信息是指各交换网的流量控制信息，以下简称流控信息。

重组单元，用于对从FIC接口接收到的数据信元进行重组处理；在传送报文时可以不设置该重组单元。

封装单元，用于根据物理接口类型完成链路层的封装，之后传送给下行调度单元。

PIC与交换网之间的数据通道分为上行和下行两部分，上行是从PIC的FIC接口到交换网，下行则是从交换网到PIC的FIC接口。

上行方向(以PIC1上的流程为例)的处理方式为：从PHY/MAC/Framer接收到的报文经过解析单元进行报文头解析、再由流分类处理单元进行流分类等处理，之后发送给上行调度单元，所述上行调度单元从存储单元中获取各特定业务对应的LPU信息，并根据各LPU的实时负载情况信息调度与交换网出端口相连的LPU。所述调度LPU的原则可以包括：在满足单个LPU处理能力的情况下，尽量保证一个流不会被分到多个LPU上，即，使一个流尽量被分给一个LPU处理，而且使得各个LPU的负载基本均衡。对于超过单个LPU处理能力的单流，可以采用更细的流分类规格或者Hash的方式，将其分成多个子流。对于需要定向到特定LPU的特殊业务处理，PIC根据存储单元中的信息为该特定业务调度相关的LPU，保证特殊业务流量定向到特定的LPU，调度LPU完成后，所述FIC接口中的交换网流控信息获取与处理单元利用获取的各交换网的当前流控信息，调度信元或数据报到交换网。

下行方向(以PICm上的流程为例)的处理方式为：LPU处理过的报文经过交换网交换到相应的PIC上，PIC上的FIC完成报文或信元格式的转换以及流控信息的提取，把报文或信元送入重组单元，重组为完整的报文。如果是报文，则忽略重组。对于超出LPU处理能力而(采用Hash)调度到多个LPU上的单流，在下行方向重组后进行排序。封装单元根据物理接口类型完成链路层的封装，封装后的报文送入下行调度单元进行出端口的调度，最终经过PHY/MAC/Framer发送到物理接口上。

为了保证交换性能，所述交换网可以是多平面交换，即设置多个交换网并行转发数据流，避免一个交换网拥塞导致转发失败的情况发生。

所述LPU主要由FIC、包处理引擎和队列管理器等组成，负责处理从PIC经过交换网发过来的数据流，由包处理引擎完成路由查找及业务处理并将负载情况信息通知给所述多个物理接口卡。每个LPU上的包处理引擎负载情况及性能指示可以通过专用硬件连线实时传送到主控板上的HUB，HUB把相关的指示信号以时分复用的方式发送给各个PIC，作为LPU调度的依据。LPU上的负载情况也可以通过带内信息实时广播到各个PIC上。所述队列管理器，用于将所述包处理引擎处理后的数据报发送给相应的物理接口卡或其他LPU。

在处理复杂业务时，可以设置完成特殊业务处理的特殊LPU，则在其他多个LPU上存储所述特殊LPU的信息，该多个LPU在完成相应处理后，根据所述存储的信息，将需要进一步完成特殊处理的数据流发送给相应特殊LPU。

本实施例通过在多个PIC与LPU之间设置交换网，使所述PIC与LPU进行全连接，并使PIC可以实时获得各LPU的负载情况信息，根据所述LPU的负载情况信息选择LPU，实现了LPU的负载分担。

本发明实施例二提供的路由器架构，是在PIC和LPU之间通过MESH方式进行全连接，如图6所示，对于小规格配置，交换网只是逻辑上的存在。可以直接把PIC上的FIC设置为MESH方式，直接和LPU相连，PIC的其他设置同实施例一中所述。LPU也可以和主控板合一，即为图6中的SPU(ServiceProcessing Unit，业务处理单元)，在其中的两块LPU上设置主控模块完成所述互为主备的主控板的功能。

本实施例通过MESH方式实现路由器中PIC与LPU之间的全连接，从而使每个PIC的流量可以交换到任何一个LPU上，实现了LPU的负载分担。

本发明实施例三提供一种实现路由器负载分担的方法，如图7所示，包括如下步骤：

步骤1：PIC接收到报文，对所述报文进行解析、流分类等处理；

步骤2：获取当前各LPU的负载情况信息，根据所述负载情况信息以及预先存储的特定业务对应的LPU信息，调度到相应的LPU；

所述PIC可以通过主控板实时获取各LPU的负载情况信息，或通过带内消息来获取所述信息。

为实现LPU的负载分担，所述PIC调度LPU的原则包括：

在满足单个LPU处理能力的情况下，尽量保证一个流不会被分到多个LPU上，而且使得各个LPU的负载基本均衡。对于超过单个LPU处理能力的单流，可以采用更细的流分类规格或者Hash，分成多个子流。对于需要定向到特定LPU的特殊业务处理，PIC根据存储单元中的信息为该特定业务调度相关的LPU，保证特殊业务流量定向到特定的LPU。

步骤3：将所述报文转发给所述调度的LPU；

若所述PIC与LPU之间采用交换网连接，则PIC实时获取交换网的流控信息，了解各交换网的当前工作状况，选择当前承载量相对较小的交换网转发数据流；

步骤4：所述LPU对所述报文进行路由查找及相关业务处理后，将其发往相应的PIC或转往其他LPU进行进一步处理；

所述转往其他LPU的情形包括：需要对当前业务进行下一步处理，而该处理需要完成该处理过程的特殊LPU实现。所有LPU的处理完成后发送给PIC。

步骤5：接收到所述报文的所述PIC对所述报文进行重组、封装等处理后调度到相应的出端口，经过PHY/MAC/Framer发送到物理接口上。

本实施例所述路由器，其PIC在选择LPU时，可以根据各LPU的负载情况信息来调度LPU，实现各LPU的负载分担。

综上所述，本发明实施例通过PIC与LPU进行全连接，实现物理接口卡和线路处理单元的分离，PIC根据各LPU的负载情况信息来调度LPU，实现各LPU的负载分担的同时，使系统可靠性大大提高，LPU的故障和升级不会影响到业务。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (21)

1、一种实现负载分担的路由器，其特征在于，包括：

两块互为主备的主控板，用于对路由器的各单元进行监控和设备管理，以及运行路由协议；

多个物理接口卡及多个线路处理单元，所述多个物理接口卡与所述多个线路处理单元之间全连接，所述多个物理接口卡存储有所述多个线路处理单元的特性信息，所述多个物理接口卡根据实时获取的线路处理单元负载情况信息以及所述多个线路处理单元的特性信息调度数据报到相应的线路处理单元。

2、如权利要求1所述的路由器，其特征在于，所述多个物理接口卡与所述多个线路处理单元之间通过交换网实现全连接。

3、如权利要求1所述的路由器，其特征在于，所述多个物理接口卡与所述多个线路处理单元之间直接网状连接。

4、如权利要求3所述的路由器，其特征在于，所述主控板与所述线路处理单元融合，在其中两个线路处理单元上分别设置主控模块完成所述两块互为主备的主控板的功能。

5、如权利要求1所述的路由器，其特征在于，所述线路处理单元设置有：

包处理引擎，用于路由查找及业务处理，并将负载情况信息通知给所述多个物理接口卡；

队列管理器，用于发送包处理引擎处理后的数据报。

6、如权利要求5所述的路由器，其特征在于，在所述多个线路处理单元中包括处理预先规定的特殊业务的特殊线路处理单元时，则在所述线路处理单元还设置有：

特殊线路处理单元信息存储单元，用于存储所述特殊线路处理单元相关信息。

7、如权利要求5所述的路由器，其特征在于，所述物理接口卡通过所述主控板或带内信息获取所述线路处理单元的实时负载情况信息。

8、一种物理接口卡，设置于路由器中，所述路由器设置有多个线路处理单元，其特征在于，该物理接口卡包括：

存储单元，用于存储多个线路处理单元的特性信息；

上行调度单元，用于根据实时获取的线路处理单元负载情况信息以及所述存储单元中的线路处理单元的特性信息调度数据报到相应的线路处理单元。

9、如权利要求8所述的物理接口卡，其特征在于，所述物理接口卡进一步包括：

交换网接口芯片，用于进行出入物理接口卡数据报格式的转换。

10、如权利要求9所述的物理接口卡，其特征在于，当多个所述物理接口卡与多个线路处理单元之间通过交换网实现全连接时，所述物理接口卡上还包括：

交换网流控信息获取与处理单元，用于实时获取交换网的当前流控信息，并根据所述流控信息调度信元或数据报到交换网。

11、如权利要求10所述的物理接口卡，其特征在于，所述交换网流控信息获取与处理单元设置于所述物理接口卡上的交换网接口芯片上。

12、如权利要求8所述的物理接口卡，其特征在于，还包括：

用于对上行数据流进行报文头解析的解析单元；

用于对所述解析后的数据流进行分类处理的流分类处理单元；以及

根据物理接口类型完成链路层的封装的封装单元；

用于为所述封装后数据流调度出端口的下行调度单元。

13、如权利要求12所述的物理接口卡，其特征在于，还包括：

用于对下行数据信元进行重组处理的重组单元。

14、一种路由器实现负载分担的方法，其特征在于，包括：

路由器的物理接口卡实时获取线路处理单元的负载情况信息；

所述物理接口卡根据所述负载情况信息及预先存储的多个线路处理单元的特性信息调度相应的线路处理单元；

将数据报转发给所述调度的线路处理单元处理。

15、如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述物理接口卡实时获取线路处理单元的负载情况信息的方法包括：

通过主控板获取或通过带内信息获取。

16、如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述线路处理单元的负载情况信息包括：

线路处理单元的性能指示、当前负载情况。

17、如权利要求14所述的方法，其特征在于，当所述物理接口卡与所述线路处理单元之间通过多个交换网连接时，所述方法还包括：

物理接口卡实时获取所述各交换网的流控信息，并根据所述流控信息调度信元或数据报到交换网。

18、如权利要求14或17所述的方法，其特征在于，所述调度相应的线路处理单元的方法包括：

在满足单个线路处理单元处理能力情况下，将一个流分到一个线路处理单元上；

对于需要定向到特定线路处理单元的特殊业务，根据所述预先存储的该特定业务对应的线路处理单元信息，为该特定业务调度相关的线路处理单元。

19、如权利要求18所述的方法，其特征在于，按照所述调度方法，当某个数据流超过单个线路处理单元处理能力时，将所述数据流分为多个子流，从而分配到多个线路处理单元上处理。

20、如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述物理接口卡与所述线路处理单元之间通过交换网或直接网状连接交互信息。

21、如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述线路处理单元的处理包括：

当前线路处理单元完成相应处理后，若需要对当前数据流作进一步特殊处理，则将所述数据流发送给特殊线路处理单元处理。

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