CN101383822A - 航空电信网路由器虚拟机 - Google Patents

Abstract

一种航空电信网路由器虚拟机，包括虚拟机协议模块、网络拓扑结构存储模块、虚拟机管理模块和虚拟机平台模块，其中：所述网络拓扑结构存储模块用于保存的信息包括网络拓扑结构信息和虚拟机配置描述信息；所述虚拟机平台模块，用于将所有的虚拟机进程相互连接起来并保持所有虚拟机进程间的消息畅通；所述虚拟机控制模块，用于通过虚拟主机控制可将某个路由器接口关闭，且可通过命令查找各虚拟路由器的接口状态。本发明的航空电信网路由器虚拟机可以模拟多台路由器的功能，对动态路由协议进行正确性测试。

Description

航空电信网路由器虚拟机

技术领域

本发明涉及一种路由器协议测试装置及方法，尤其涉及用于路由器虚拟机及路由测试方法。

背景技术

航空电信网(ATN：Aeronautical Telecommunications network)是全球范围内用于航空的数字通信网络和协议，将航空界的机载计算机系统与地面计算机系统连接起来，能支持多国和多组织的运行环境，使之随时互通信息。

ATN按照国际标准化组织(ISO)的开放互连(OSI)7层模型来构造。主要由3个子网构成：机载电子设备通信子网(数据链管理系统)；空地通信子网；地面通信子网(分组交换、局域网)。各类子网之间利用路由连接器连接，用户经路由器通过网关进入ATN，再按照网间协议和标准进行信息交换。地面路由器确保将信息传送到要求的终端和飞机，并保存每架飞机的位置信息；跟踪系统配合地面网络，分析媒体的可用性，向飞机发送信息数据。飞机路由器确保飞机信息通过要求的媒体发送。

其中ATN主要上层路由协议包括：IS-IS协议、ES-IS协议、IDRP协议、CLNS协议

在现有技术中，为了完成对IDRP和IS-IS等动态路由协议的正确性测试，需要多台路由器搭建一个较复杂的网络，测试该网络在线路断开后系统能否自动地根据拓扑结构的变化选择迂回路由。

这种通过物理设备来模拟真实场景的测试的主要不足和缺点是：

(1)需要较多的硬件设备；

(2)程序修改后需下载到多台机器中进行试验，程序的下载和配置，都需要较大的工作量；

(3)测试新的拓扑结构，需要较大的工作量调整硬件设备和通信链路；

(4)在实验室环境下构造有误码的信道，测试协议工作的健壮性，比较复杂；

(5)对于整个系统的使用培训工作和协议工作过程的所交换的协议数据分析，不够方便。

可见，这种物理测试需要很多路由器设备及操作人员，并且难以管理。

路由器虚拟机用于模拟真实的路由器，使用者可以通过一台计算机来模拟多台路由器，即用软件来模拟现实环境中的硬件设备。通过这种模拟程序可以使使用者更加熟悉路由器设备，目前市面上的路由器虚拟机主要是用来学习的或培训的学习软件，它们的目的是帮助使用者了解真实的路由器，并对路由器有更高层次的认识。并不能用于对动态路由协议的正确性测试。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种航空电信网路由器虚拟机，可以模拟多台路由器的功能，对动态路由协议进行正确性测试。

为了解决上述问题，本发明提供了一种路由器虚拟机，包括虚拟机协议模块、网络拓扑结构存储模块、虚拟机管理模块和虚拟机平台模块，其中：

所述网络拓扑结构存储模块用于保存的信息包括网络拓扑结构信息和虚拟机配置描述信息；

所述虚拟机平台模块，用于将所有的虚拟机进程相互连接起来并保持所有虚拟机进程间的消息畅通；

所述虚拟机控制模块，用于通过虚拟主机控制可将某个路由器接口关闭，且可通过命令查找各虚拟路由器的接口状态。

本发明的虚拟机很好的模拟了路由器的所有功能，可在一台计算机上模拟多台的路由器，也可以在多台计算机上共同模拟更大规模的拓扑结构。在虚拟机测试通过之后再将通过的协议放到真正的硬件路由器中进行测试，从而减少很多人力和物力开销，并且大大减少了开发周期。本发明不同于以往虚拟路由器，主要用于进行路由协议的测试。可以模拟相当大的网络环境，例如多个不同的广域网之间的路由模拟。

此外，本发明为了便于建立网络拓扑结构模型，专门设计了拓扑环境描述语言，该语言语句简短、精练、易于学习。通过该语言，测试者可轻易构建测试所需的任意网络拓扑模型，并且在该模型中可人为设置信道噪音，达到模拟真实情景的作用。

附图说明

图1是本发明实施例ATN路由器虚拟机的结构框图。

图2是本发明一个示例中用拓扑语言描述得到的网络具体拓扑结构图。

图3是本发明实施例路由协议测试的流程图。

具体实施方式

以下以对ATN中的路由协议的测试为例对本发明进行详细说明，但本发明也可以用于其他路由协议的测试。

本实施例ATN路由器虚拟机包括四个模块，分别是虚拟机协议模块、网络拓扑结构存储模块、虚拟机管理模块和虚拟机平台模块，如图1所示。

网络拓扑结构存储模块保存的信息包括网络拓扑结构信息和虚拟机配置描述信息。

网络拓扑结构信息：为了方便生成网络拓扑结构，并易于修改该拓扑结构，本发明采用拓扑描述语言来生成网络拓扑结构。描述语言简单、易懂，其中包含某路由器接口号的开关、某路由器接口到另一路由器接口的连接、对接口的激活、对路由器的IP地址配置及信道的噪音模拟。在每次启动该程序时通过解释器将所有配置导入路由器虚拟机，以初始化拓扑网络结构。这样的好处是得到所需要的网络拓扑结构的过程非常简单、容易，可避免由不断的插拔网线引起的对物理路由器的物理磨损，可省去对多个路由器插拔多条网线所耽误的时间，及其在频繁插拔网线所产生的错误操作。

本实施例的拓扑描述语言具体包括路由器IP地址、路由器名称、路由器接口开、关状态、路由器路径、以及路由器路径噪音(通常设置为0)、激活接口等功能。

一个虚拟路由器网络拓扑结构的描述语言如下，假定其存于vm_tpl.txt文档。

vm 1127.0.0.1 8180

vm 2127.0.0.1 8181

vm 3127.0.0.1 8183

vm 4127.0.0.1 8185

link 1/2*2/2 45 0

link 1/3*3/2 45 0

link 1/4*4/2 45 0

link 2/2*1/2 45 0

link 2/3*3/3 45 0

link 2/4*4/3 45 0

link 3/2*1/3 45 0

link 3/3*2/3 45 0

link 3/4*4/4 45 0

link 4/2*1/4 45 0

link 4/3*2/4 45 0

link 4/4*3/4 45 0

active-interface 1/2 2/2

active-interface 1/3 3/2

active-interface 1/4 4/2

active-interface 2/3 3/3

active-interface 2/4 4/3

active-interface 3/4 4/4

其中：

vm1 127.0.0.1 8180：

表示虚拟机1号的IP地址为：127.0.0.1接口号为：8180

link 1/2*2/2 45 0：

表示将1号虚拟机的2号接口(1/2)同2号虚拟机的二号接口(2/2)连接起来。

其中“45”表示一个进程的标实信息(进程ID)。0表示丢包率，当其值为零时无噪音，当大于1时，表示每多少包时丢一包，当值为1时，表示每一包丢一包(传输率100％)，当值为2时表示每2两包丢一包(传输率50％)，当值为3时表示每三包丢弃一包(传输率67％)，当值为四时表示每四个包丢弃一个包(传输率75％)

也就是说当丢包数越大传输率越大，丢包设为随机丢包，并不是每一次丢包率都是固定的。

active-interface 1/4 4/2：

表示激活接口：1/4 4/2，1/4表示1号机的4号接口。

通过以上拓扑语言描述得到的网络具体拓扑结构如图2所示。

虚拟机配置描述信息用于配置某个虚拟机的路由状态信息。主要包括：该虚拟机路由器的IP地址、IDRP地址，该虚拟路由节点的邻居路由配置，该虚拟机路由器的接口配置及该接口的协议配置参数。

虚拟机平台模块，用于将所有的虚拟机进程相互连接起来并保持所有虚拟机进程间的消息畅通。

虚拟机平台主要用来模拟物理层和数据链路层。这样使得开发人员省去对物理层和数据链路层细节的关注，将精力集中于网络层传输层等层的协议开发。在网络通信中，物理层同数据链路层主要负责数据的传送与重组。而在该虚拟机平台则通过虚拟TCP/IP信道单元来负责传送各虚拟机进程的通信。

在虚拟机平台中创建若干个虚拟机进程，并在每个虚拟机进程中创建自己的消息队列(分别是ISIS消息队列、IDRP消息队列、和虚拟机控制消息队列)和系统配置文件(用于保存该进程的所有路由信息，路由接口状态和系统时钟等等)。这些虚拟机进程通过虚拟机平台中的虚拟机TCP/IP信道进行相互通信，同时系统时钟也通过TCP/IP来进行同步。

所有进程的系统配置在进程刚创建时是由网络拓扑存储模块中的虚拟机配置存储描述文件所得到。待启动过后再由虚拟机的控制模块进行修改或调整。

虚拟机平台模块主要包括虚拟机路由器进程、虚拟TCP/IP信道单元、虚拟机管理。其中：

虚拟机路由器进程，每一个虚拟机路由器进程就是模拟真实的路由器的所有功能，包括消息队列、系统管理、系统配置、路由器的接口、路由协议、以及相应的管理操作界面。所不同的是，当把所需要的路由协议刚在协议模块后，虚拟机进程才可使用该协议。若没有将该协议代码放入协议模块则无法使用该路由协议操作。将该路由协议封装起来，然后将该目标代码可运行多个实例。

消息队列：

命令有可能是多个用户同时发出或者多台虚拟机进程同时发出，因此需要消息将该消息进行保存。

虚拟机队列将发送的过多消息缓存到消息队列中，然后再根据具体的发送目的或者发送状态来判断最终目的地，当发送该消息的虚拟机中的相关信息改变后其消息队列中的相应数据也进行更改。

虚拟机消息队列主要包括三个：ISIS协议消息队列，用于存放ISIS协议的控制命令或消息；IDRP协议消息队列，用于针存放IDRP协议的控制命令或消息；虚拟机控制消息队列，用于存放针对于虚拟机进程控制命令或消息。每一个虚拟机进程有一个ISIS消息队列、一个IDRP消息队列、和一个虚拟机控制消息队列，各个虚拟机进程之间的消息队列相互独立，互不相关。

若有键盘输入命令，则调用键盘消息函数keyboard_message()判断该命令的属于三个消息队列中的哪一个并送到相应消息队列。keyboard_message()函数主要通过TCP/IP虚拟通道将消息发送到目标虚拟机消息队列。

消息队列具有实时性的特点，虚拟机进程由于某条命令修改了该虚拟机的某个参数，此时处于消息队列中的相应消息参数也应随着该虚拟机进行相应的修改。

系统管理包括以下内容：

控制时钟同步；

控制消息的分发；

控制主机对所有从机的消息分发；

循环接收消息，并负责判断将该消息发到那哪个消息队列中去；

从键盘接收操作命令，并送入虚拟机控制模块。

系统配置包括以下内容：

存储当前虚拟机进程的路由信息配置；

存储当前虚拟机进程的网络拓扑结构；

存储当前接口的开放状态。

虚拟TCP/IP信道单元：使得所有的虚拟机进程保持通信的公共信道。

虚拟机管理单元用于完成以下处理：

A，虚拟机进程初始化

在创建所有虚拟机进程后，虚拟机管理需要从网络拓扑结构存储模块中导入该模块中的网络拓扑存储文件，用此来建立所有虚拟机进程之间的联系。

B，虚拟机进程消息发送

虚拟机进程在处理消息或维护其邻居节点的关系时有时需要同其他虚拟机进程发送消息此时虚拟机进程向目标进程发送消息，虚拟机管理通过虚拟TCP/IP信道单元将消息发送到目标虚拟机进程。

C，命令消息处理

用户通过虚拟机控制模块将消息发到虚拟机管理，然后虚拟机管理再通过虚拟TCP/IP信道单元将该消息发到目标虚拟机进程中的消息队列中。

具体过程是，用户在某一虚拟机进程中输入命令，虚拟机控制模块将该命令放入虚拟机队列等待处理。虚拟机管理调用该命令并判断该命令，并将该命令通过模拟TCP/IP信道发送到相应的目标虚拟机进程中的消息队列中等待处理。

D，时钟同步

本实施例的定时体系利用时间函数来确保所有虚拟机的通信同步，定时体系给所有虚拟协议模块设定定时机制，规定了所有虚拟协议的操作时序。在每一次消息循环之中，虚拟机进程会通过上一次时间的消费同本次时间消费进行比对，若两次所用时间大于1秒，则系统将所有的虚拟机进程时钟进行同步。

每个虚拟机进程在调用接收消息函数之前，需要保存当前系统时间，之后调用消息接收函数用来接收消息，若没有消息到来，则该函数用时一秒钟后自动退出并进行下一步。若有消息到来则跳出该函数并将该消息放入队列。

不管有无消息到来，最后系统都将执行消息接收函数之前所保存的系统时间同执行消息接收函数之后的系统时间进行比对，若差值大于1秒，则调用虚拟机管理中的系统时间函数，将该虚拟机进程的时间与虚拟机管理里的系统时间进行同步。

若该时间差小于1秒则用同步时间。

消息同步的目的是为了保持虚拟机各个进程的邻居关系，每隔若干秒虚拟机进程都要发送HELLO包，而目的地收到该包后也要进行应答，虚拟机进程在规定时间内必须收到其邻居虚拟机进程的应答，否则其邻居关系取消。因此为了使得所有的消息发送方或者接收方在同一时钟或者相尽的时钟内(相尽时钟差不大于1秒)。

虚拟机控制模块，通过虚拟主机(master)控制可将某个路由器接口关闭，其作用相当于真正的路由器物理接口断开(即将该网线拔下)。且可通过命令查找各虚拟路由器的接口状态。通过该虚拟主机也可对其它虚拟机进行批操作，或者对所有的路由器虚拟机进行统一配置命令。由于只需要在主虚拟机上进行操作，这种测试由一人即可完成，同时不必对所有虚拟机进行重复操作。虚拟机命令在启动虚拟机后才能使用。

以下是虚拟机控制命令的示例：

vm master：在该机器上设置为MASTER。

vm flash：重新激活拓扑结构。

vm enable 1/2：让1机子的2端口打开。

vm disable 1/2：让1机子的2端口关闭。

vm command^＊：在所有虚拟机上包括主机，执行^*语句。

vm lsa：显示当前所有虚拟机端口开放状态，若开则显示，不开则不显示。

以上所有命令只能在主机上执行。

vm statue：显示当前拓扑结构、端口结构，该命令可在所有虚拟机中使用。

vm kill：关闭所有虚拟路由器，该命令可在所有虚拟机中使用。

命令接收：所有的虚拟机进程在收到输入命令后都将输入消息发到此处，此时再将收到的命令转发到虚拟机控制。

虚拟机控制：接收到虚拟机进程的命令后，虚拟机控制判断是否是由主机(MASTER)发出的群发命令，若是群操作命令则将命令放进虚拟机消息控制队列并标为群操作。

虚拟机消息控制队列：同其他消息队列一样存放着消息，不过有群消息与普通消息之分。

具体过程为：

虚拟机控制模块中的命令接收端收到消息后将该消息转发给虚拟机控制，虚拟机控制收到命令后，判断是否是从主机(MASTER)发送的群命令信息然后将命令消息发送到虚拟机控制消息队列，若是主机发出的群消息则填加群消息标志，否则为普通消息，不做任何填加。

虚拟机协议模块，用于保存所有路由协议，当虚拟机进程在传输中需要用到这些路由传输协议时，则访问该协议模块。该协议主要有IDRP、ISIS等协议代码，它们封装为目标函数，可以支持单一目标函数多实例化，从而可在不同的虚拟机进程中创建各自的协议代码。

本实施例路由协议测试的流程如图3所示，包括以下步骤：

步骤110，创建进程模块，使用isis_initial()和idrp_initial()函数初始化协议配置，并设isis_msg_remain和idrp_msg_remain为0。

假定用isis_msg_remain和idrp_msg_remain分别表示ISIS和IDRP消息队列的消息数，初始值为0。

步骤120，创建完进程模块后，在其中的进程中设置为主机(MASTER)，此时所有进程从keyboard_message()函数收到设置主机命令后，从tpl.txt文件读入配置好的信息，通过keyboard_message()函数进行ISIS和IDRP的路由配置，并将该配置送入各自消息队列等待，各个进程开始循环处理消息；

步骤130，判断在设定时间如1秒钟内是否有消息到来，若有消息到来，执行步骤140，否则，执行步骤150；

步骤140，根据接收的消息类型，将该消息放入到相应的协议队列中，并将该队列的消息数加1；

若收到待处理的ISIS协议的消息将其放入ISIS协议队列中，并将该队列消息数加一。

若收到待处理的IDRP协议的消息将其放入IDRP协议队列中，并将该队列消息数加一。

若收到输入的keyboard命令立即调用函数keyboard_message( )进行判断将命令发送到相应消息队列。

步骤150，判断上一次循环结束时刻同本次循环时刻的时间差是否大于1秒，如大于，执行步骤160，否则执行步骤170；

步骤160，进行同步调用；

步骤170，查看各个消息队列，如该消息队列不为空，则从该队列中调用相应协议来处理消息，处理完后将相应消息队列的消息数减一，返回步骤130；

查看ISIS消息队列时，若ISIS消息队列不为空，则从该队列中调用isismessage处理消息。并将ISIS消息数减一

查看IDRP消息队列时，若IDRP消息队列不为空，则从该队列中调用idrp_message处理消息。并将ISIS消息数减一

查看虚拟机控制消息队列时，若虚拟机控制消息队列不为空，则从该队列中调用vm_message处理消息。并将消息数减一。

以上循环一直进行直到虚拟机进程关闭。

以上流程可以运行与windows xp及其他兼容系统。不需任何特殊配置及特殊软件。也不需要其他任何特殊装置，或非计算机执行步骤。

本发明在一台主机上可模拟多个路由器，在多台主机上可模拟更大更复杂的网络环境，可迅速检测模拟真正路由器上的网络配置，节省了人力物力，同时也缩短网络协议的开发周期。在通过路由器虚拟机的测试后，再在真实的网络环境上进行测试，从而减少开发周期和测试成本。

应注意的是，本发明并不局限于ATN协议，也可以适用于其他路由协议。

Claims (3)

1、一种航空电信网路由器虚拟机，其特征在于，包括虚拟机协议模块、网络拓扑结构存储模块、虚拟机管理模块和虚拟机平台模块，其中:

所述网络拓扑结构存储模块用于保存的信息包括网络拓扑结构信息和虚拟机配置描述信息；

所述虚拟机平台模块，用于将所有的虚拟机进程相互连接起来并保持所有虚拟机进程间的消息畅通；

所述虚拟机控制模块，用于通过虚拟主机控制可将某个路由器接口关闭，且可通过命令查找各虚拟路由器的接口状态。

2、如权利要求1所述的航空电信网路由器虚拟机，其特征在于:

所述网络拓扑结构存储模块保存的网络拓扑结构信息包括路由器IP地址、路由器名称、路由器接口开、关状态、路由器路径、以及路由器路径噪音、激活接口中的一种或多种；

所述网络拓扑结构存储模块保存的虚拟机配置描述信息包括该虚拟机路由器的IP地址、IDRP地址，该虚拟路由节点的邻居路由配置，该虚拟机路由器的接口配置及该接口的协议配置参数中的一种或多种。

3、如权利要求1所述的航空电信网路由器虚拟机，其特征在于:

所述虚拟机平台模块包括虚拟机路由器进程、虚拟TCP/IP信道单元、虚拟机管理单元。其中:

所述虚拟机路由器进程，每一个虚拟机路由器进程就是模拟真实的路由器的所有功能，包括消息队列、系统管理、系统配置、路由器的接口、路由协议、以及相应的管理操作界面；

所述虚拟TCP/IP信道单元，用于使所有的虚拟机进程保持通信的公共信道；

所述虚拟机管理单元，用于完成虚拟机进程初始化，虚拟机进程消息发送，命令消息处理和时钟同步。

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