CN102255799A

CN102255799A - 一种支持转发和控制分离的内部网络接口映射方法及装置

Info

Publication number: CN102255799A
Application number: CN2011101710396A
Authority: CN
Inventors: 刘亚萍; 卢泽新; 张硕; 王宝生; 胡宁; 张晓哲; 陈晓梅; 廖海宁; 王宏
Original assignee: National University of Defense Technology
Current assignee: National University of Defense Technology
Priority date: 2011-06-23
Filing date: 2011-06-23
Publication date: 2011-11-23
Anticipated expiration: 2031-06-23
Also published as: CN102255799B

Abstract

本发明提供一种支持转发和控制分离的内部网络接口映射方法及装置。该方法包括加载虚拟网络接口驱动的步骤；采用虚拟网络接口驱动发送报文的步骤；采用虚拟网络接口驱动接收报文的步骤；卸载虚拟网络接口驱动的步骤；所述虚拟网络接口为转发平面与控制和管理平面之间的接口。本发明可以在转发和控制分离时，保证控制硬件和转发硬件的正常通信。

Description

一种支持转发和控制分离的内部网络接口映射方法及装置

技术领域

本发明涉及交换机技术，尤其是一种支持转发和控制分离的内部网络接口映射方法及装置。

背景技术

目前路由交换机逻辑上可以划分为三个平面，分别是转发平面，控制平面和管理平面。路由交换机的转发平面的主要任务是处理和转发交换机各不同端口上各种类型的数据，主要包括转发硬件和低层次的软件，交换机的数据平面在交换机的各种平面任务当中需要占用绝大部分的资源，也直接地对交换机的性能表现起决定作用。

路由交换机的控制平面用于控制和管理所有网络协议的运行，例如生成树协议、虚拟局域网(Virtual Local Area Network，VLAN)协议、地址解析协议(Address Resolution Protocol，ARP)、各种路由协议和组播协议等的管理和控制，控制平面并不占用过多的主机资源。

路由交换机的管理平面主要是提供给网络管理人员使用远程登录(TELNET)、网络方式(WEB)、安全shell(Secure Shell，SSH)协议、简单网络管理协议(Simple Network Management Protocol，SNMP)、远程网络监控(Remote Network Monitoring，RMON)等方式来管理设备，并支持、理解和执行管理人员对于网络设备各种网络协议的设置命令。

目前业界一般对交换机采用两平面分离的设计方式，“转发平面”是一个平面，“管理平面和控制平面”同属于一个平面，这主要是因为转发平面所耗费的交换机资源是最多的。如果转发平面和其他两个平面不分离，它们将共同使用交换机的中心处理器(Central Process Unit，CPU)和内存资源，一旦交换机在处理大流量报文时，转发平面将可能耗尽交换机所有的软硬件资源，导致控制平面和管理平面由于得不到系统资源而瘫痪，最终会使得系统管理员无法对设备进行管理，而交换机也无法及时准确地提供数据平面转发时所必须的各种网络信息和转发表项。所以，转发平面与控制和管理平面的分离是必不可少的。

虽然控制和管理平面与转发平面分离具有重要作用，但同时也带来了一些问题，例如：控制平面不能直接获取和配置转发平面的网络接口，管理平面不能直接获取转发平面的网络接口状态和接口统计信息。

图1为现有技术中路由交换机的硬件组成结构示意图，参见图1，该路由交换机包括转发硬件11、控制硬件12和转发硬件11和控制硬件12之间的通用网络接口(简称为内部网络接口13)组成。转发硬件11完成转发平面的工作，控制硬件12完成控制平面和管理平面的工作，转发硬件11和控制硬件12各自独立工作，实现了转发平面与控制和管理平面分离。转发硬件11和控制硬件12之间的通信通过它们之间的通用网络接口(简称为内部网络接口，对外不可见)进行，转发硬件11上有N个网络接口(简称为外部网络接口，对外可见)，用于与其他网络设备互连。

图2为图1所示的路由交换机的转发硬件与控制硬件之间通信过程的示意图，参见图2，转发硬件11将收到的网络协议报文通过内部网络接口13发送给控制硬件12，控制硬件12通过该内部网络接口13接收和发送网络协议报文，并且发送内部控制报文给转发硬件11。其中，图2中的

表示网络协议报文接收，

表示网络协议报文发送，

表示内部控制报文发送。

转发硬件11和控制硬件12之间的内部网络接口13的作用有：

(1)控制硬件12使用该内部网络接口13接收并发送网络协议报文，并发送内部控制报文给转发硬件11；

(2)转发硬件11使用该内部网络接口13接收内部控制报文，并通过该内部网络接口发送内部控制回应报文。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：由于控制硬件和转发硬件的分离，需要考虑内部网络接口的处理方案，以便控制硬件能够获知转发硬件上的外部网络接口信息，实现控制硬件和转发硬件正常通信。

发明内容

本发明实施例是提供一种支持转发和控制分离的内部网络接口映射方法及装置，以便控制硬件和转发硬件正常通信。

本发明实施例提供了一种支持转发和控制分离的内部网络接口映射方法，包括：

加载虚拟网络接口驱动的步骤；

采用虚拟网络接口驱动发送报文的步骤；

采用虚拟网络接口驱动接收报文的步骤；

卸载虚拟网络接口驱动的步骤；

所述报文为转发平面与控制和管理平面之间传输的报文。

所述加载虚拟网络接口驱动的步骤，包括：

查找是否存在特定命名的内部网络接口；

如果存在，虚拟出N个网络接口，申请所述N个网络接口使用的内存空间，配置这些虚拟网络接口的参数、地址信息，往系统中加入所述N个虚拟网络接口；替换系统原有的报文接收处理句柄；所述N为外部接口的数目。

所述虚拟网络接口驱动报文发送的步骤，包括：

从虚拟网络接口的发送队列中取出第一个报文；

在取出的报文的头部插入硬件控制信息，形成含硬件控制信息的报文；

把所述含硬件控制信息的报文加入到内部网络接口的发送队列中，并进行发送处理。

所述虚拟网络接口驱动报文接收的步骤，包括：

从内部网络接口接收报文；

根据所述接收报文的硬件控制信息头，选择相应的虚拟网络接口；

剥离所述接收报文的硬件控制信息头，将剥离硬件控制信息头的接收报文放置到相应的虚拟网络接口接收队列，并进行接收处理。

所述卸载虚拟网络接口驱动的步骤，包括：

恢复系统原有的报文接收处理句柄；

卸载N个虚拟网络接口；

释放为N个虚拟网络接口申请的内存空间。

本发明实施例提供一种支持转发和控制分离的内部网络接口映射装置，包括：

加载模块，用于加载虚拟网络接口驱动；

发送模块，用于采用虚拟网络接口驱动发送报文；

接收模块，用于采用虚拟网络接口驱动接收报文；

卸载模块，用于卸载虚拟网络接口驱动；

所述报文为转发平面与控制和管理平面之间传输的报文。

由上述技术方案可知，本发明实施例的支持转发和控制分离的网络设备接口映射方法及设备，通过对内部网络接口进行虚拟映射，映射为与外部网络接口个数相同的虚拟映射，可以实现控制硬件获知外部网络接口信息，实现控制硬件与转发硬件的正常通信。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中路由交换机的硬件组成结构示意图；

图2为图1所示的路由交换机的转发硬件与控制硬件之间通信过程的示意图；

图3为本发明中将实际网络接口映射为虚拟网络接口的示意图；

图4为本发明支持转发和控制分离的内部网络接口映射方法的流程示意图；

图5为本发明中加载虚拟网络接口驱动的步骤的流程示意图；

图6为本发明中虚拟网络接口驱动报文发送的步骤的流程示意图；

图7为本发明中虚拟网络接口驱动报文接收的步骤的流程示意图；

图8为本发明中卸载虚拟网络接口驱动的步骤的流程示意图；

图9为本发明的装置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

网络接口虚拟映射是指把系统中实际的网络接口映射成多个虚拟网络接口，系统对外显示多个逻辑网络接口，而隐藏实际的网络接口。图3为本发明中将实际网络接口映射为虚拟网络接口的示意图，如图3所示，实际网络接口被虚拟成M个虚拟网络接口，而在网络接口表中存放的是这M个虚拟网络接口信息，而没有实际网络接口信息。网络接口虚拟映射的优点在于：

1.控制平面使用的路由协议(例如：边界网关协议(Border GatewayProtocol，BGP)、开放最短路径优先(Open Shortest Path First，OSPF)协议)是基于本地接口的，而由于控制硬件与转发硬件是分离的，控制平面无法直接获取并配置外部网络接口信息，路由协议由于缺乏接口信息而不能运行。为了能够使路由协议获得这些接口信息，可以将内部网络接口进行虚拟映射，映射出N个虚拟接口，分别对应外部的N个网络接口，控制平面可以提供给路由协议这N个网络接口信息；

2.控制平面需要对转发硬件的外部网络接口状态，报文统计信息等进行控制和管理，这也要求控制平面能够获取和配置外部网络接口。因此，对实际网络接口进行虚拟映射，可以达到该目的；

3.使用网络接口虚拟映射，控制平面可以非常方便地操作虚拟网络接口，而操作实际作用在外部网络接口上。

实现虚拟网络接口驱动方法需要完成如下工作：加载虚拟网络接口驱动，初始化虚拟网络接口驱动，虚拟网络接口驱动报文发送，停用虚拟网络接口驱动，卸载虚拟网络接口驱动，虚拟网络接口驱动ioctl调用(操作系统中的一类函数接口，用于对设备的I/O通道进行控制)等。为了能使虚拟网络接口能接收报文，还需要修改实际网络接口的报文接收处理句柄。

图4为本发明支持转发和控制分离的内部网络接口映射方法的流程示意图，包括：

步骤41：加载虚拟网络接口驱动的步骤；

步骤42：采用虚拟网络接口驱动发送报文的步骤；

步骤43：采用虚拟网络接口驱动接收报文的步骤；

步骤44：卸载虚拟网络接口驱动的步骤；

所述报文为转发平面与控制和管理平面之间传输的报文。

例如，按照动态加载模块KLD的方式来启用虚拟网络接口驱动模块。

虚拟网络接口驱动模块主要包括如下步骤：加载虚拟网络接口驱动的步骤，虚拟网络接口驱动报文发送的步骤，虚拟网络接口驱动报文接收的步骤，卸载虚拟网络接口驱动的步骤。

除此之外，虚拟网络接口驱动模块还包含如下步骤：停用虚拟网络接口驱动的步骤，虚拟网络接口驱动初始化的步骤，虚拟网络接口驱动ioctl调用处理的步骤。其中，停用虚拟网络接口驱动的步骤是设置该虚拟网络接口的状态为不活跃状态。虚拟网络接口驱动初始化的步骤是设置该虚拟网络接口的状态为活跃状态。虚拟网络接口驱动ioctl调用处理的步骤是对应用层发送的ioctl命令进行解析，并发送内部控制报文给实际的外部网络接口。上述方法都比较简单，不再详述。

本实施例通过对内部网络接口进行虚拟映射，映射为与外部网络接口个数相同的虚拟映射，可以实现控制硬件获知外部网络接口信息，实现控制硬件与转发硬件的正常通信。

图5为本发明中加载虚拟网络接口驱动的步骤的流程示意图，参见图5，该流程包括：

步骤51：查找是否存在特定命名(例如“em1”)的内部网络接口，如果存在，则执行步骤52，否则，执行步骤54。

其中，在路由交换机中会保存内部接口列表，该内部接口列表中保存各内部网络接口的名称，则通过在路由交换机的内部接口列表中进行查找可以确定是否存在特定命名的内部网络接口。

步骤52：虚拟出N个网络接口，申请这些网络接口使用的内存空间，配置这些虚拟网络接口的参数，地址信息等，往系统中加入这N个虚拟网络接口。

步骤53：把系统原有的报文接收处理句柄替换为本发明提出的虚拟网络接口驱动报文接收方法(接收处理句柄)。

例如，由于本发明将实际内部网络接口映射为虚拟网络接口后，系统原有的报文接收处理句柄需要更改，本发明提出一个新的报文接收处理句柄。之后，当网络接口收到报文后，调用本发明提出的虚拟网络接口驱动报文接收方法进行处理。

步骤54：函数返回，加载虚拟网络接口驱动失败。

图6为本发明中虚拟网络接口驱动报文发送的步骤的流程示意图，参见图6，该流程包括：

步骤61：从虚拟网络接口的发送队列中取出第一个报文。

步骤62：在报文的头部插入硬件控制信息，形成含硬件控制信息的报文。

其中，硬件控制报文含有外部接口的硬件信息，能够直接被外部接口处理。网络协议报文和内部控制报文都转化为硬件控制报文，由虚拟接口将构造后的硬件控制报文发送给外部接口。

步骤63：把构造好的报文加入到交换机内部网络接口的发送队列中，并进行发送处理。

图7为本发明中虚拟网络接口驱动报文接收的步骤的流程示意图，该虚拟网络接口驱动报文接收的步骤也即本发明提出的报文接收处理句柄的流程，参见图7，该流程包括：

步骤71：从内部网络接口接收报文。

步骤72：根据该报文的硬件控制信息头，选择相应的虚拟网络接口。

其中，接收报文里的硬件控制信息头中携带有从哪个外部接口接收的信息，根据该外部接口的信息通过查找网络接口表，可以找到对应的虚拟网络接口。

步骤73：将接收的报文剥离硬件控制信息头，放置相应虚拟网络接口接收队列，并进行接收处理。

图8为本发明中卸载虚拟网络接口驱动的步骤的流程示意图，参见图8，该流程包括：

步骤81：恢复系统原有的报文接收处理句柄。

例如，将本发明提出的报文接收处理句柄恢复为系统原有的报文接收处理句柄。

步骤82：卸载N个虚拟网络接口。

步骤83：释放为N个虚拟网络接口申请的内存空间。

本实施例通过对内部网络接口进行虚拟映射，映射为与外部网络接口个数相同的虚拟映射，可以实现控制硬件获知外部网络接口的信息，实现控制硬件与转发硬件的正常通信。

图9为本发明的装置结构示意图，包括加载模块91、发送模块92、接收模块93和卸载模块94；加载模块91用于加载虚拟网络接口驱动；发送模块92用于采用虚拟网络接口驱动发送报文；接收模块93用于采用虚拟网络接口驱动接收报文；卸载模块94用于卸载虚拟网络接口驱动；所述报文为转发平面与控制和管理平面之间传输的报文。

其中，该加载模块91可以具体用于查找是否存在特定命名的内部网络接口；如果存在，虚拟出N个网络接口，申请所述N个网络接口使用的内存空间，配置这些虚拟网络接口的参数、地址信息，往系统中加入所述N个虚拟网络接口；替换系统原有的报文接收处理句柄；所述N为外部接口的数目。

发送模块92可以具体用于从虚拟网络接口的发送队列中取出第一个报文；在取出的报文的头部插入硬件控制信息，形成含硬件控制信息的报文；把所述含硬件控制信息的报文加入到内部网络接口的发送队列中，并进行发送处理。

接收模块93可以具体用于从内部网络接口接收报文；根据所述接收报文的硬件控制信息头，选择相应的虚拟网络接口；剥离所述接收报文的硬件控制信息头，将剥离硬件控制信息头的接收报文放置到相应的虚拟网络接口接收队列，并进行接收处理。

卸载模块94可以具体用于恢复系统原有的报文接收处理句柄；卸载N个虚拟网络接口；释放为N个虚拟网络接口申请的内存空间。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种支持转发和控制分离的内部网络接口映射方法，其特征在于，包括：

加载虚拟网络接口驱动的步骤；

采用虚拟网络接口驱动发送报文的步骤；

采用虚拟网络接口驱动接收报文的步骤；

卸载虚拟网络接口驱动的步骤；

所述报文为转发平面与控制和管理平面之间传输的报文。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加载虚拟网络接口驱动的步骤，包括：

查找是否存在特定命名的内部网络接口；

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用虚拟网络接口驱动发送报文的步骤，包括：

从虚拟网络接口的发送队列中取出第一个报文；

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用虚拟网络接口驱动接收报文的步骤，包括：

从内部网络接口接收报文；

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述卸载虚拟网络接口驱动的步骤，包括：

恢复系统原有的报文接收处理句柄；

卸载N个虚拟网络接口；

释放为N个虚拟网络接口申请的内存空间。

6.一种支持转发和控制分离的内部网络接口映射装置，其特征在于，包括：

加载模块，用于加载虚拟网络接口驱动；

发送模块，用于采用虚拟网络接口驱动发送报文；

接收模块，用于采用虚拟网络接口驱动接收报文；

卸载模块，用于卸载虚拟网络接口驱动；

所述报文为转发平面与控制和管理平面之间传输的报文。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述加载模块具体用于：

查找是否存在特定命名的内部网络接口；

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述发送模块具体用于：

从虚拟网络接口的发送队列中取出第一个报文；

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述接收模块具体用于：

从内部网络接口接收报文；

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述卸载模块具体用于：

恢复系统原有的报文接收处理句柄；

卸载N个虚拟网络接口；

释放为N个虚拟网络接口申请的内存空间。