CN105162712B - 一种路由器中分布式协议的实现方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路由器中分布式协议的实现方法及系统，该系统包括：主控卡和多个线卡，在主控卡上设置路径管理模块和路由管理模块，在各个线卡上分别设置邻居管理模块和转发表；邻居管理模块收发处理与邻居间信令包，并检测邻居状态变化，将该检测结果通过NMI接口发送给路径管理模块；路径管理模块维护链路状态数据库，根据邻居管理模块检测结果和网络拓扑计算路由，并将计算结果发送给路由管理模块；路由管理模块内设有路由表，路由管理模块根据路由计算结果更新路由表，并将表中路由信息发送给各线卡上的转发表。本发明实现路由协议的分布式运行，充分利用线卡闲置的CPU和内存资源，降低主控CPU及内存资源的占用，提升路由器的可扩展能力。

Description

一种路由器中分布式协议的实现方法及系统

技术领域

本发明涉及路由器领域，具体涉及一种路由器中分布式协议的实现方法及系统。

背景技术

随着Internet的广泛应用和用户的快速增长，网络需要承载的信息流量也越来越大，对信息转发设备的性能要求也越来越高，支持大容量的新一代路由器是核心网络运营商的必然选择。新一代路由器需要达到Pbps的吞吐量，显然现阶段的单主控的集中式架构的路由器很难满足这个要求，而基于主控与线卡之间任务共享机制实现的分布式路由器是一种可行的解决方案，这种分布式路由器除了具有满足现实应用要求的极强的扩展性外，还具有较高的可靠性。

路由协议是路由器的核心软件组件。在核心路由器中，路由协议维护其从邻居学习到的动态路由及用户配置的静态路由。随着路由器之间连接数量的增加，路由协议模块需要管理的路由表的大小也增长迅速，这就要求路由器有更强的CPU处理能力和更大的存储空间。针对该问题，目前主要的解决方案是周期性的升级路由器的主控卡或路由器本身，但通常CPU芯片的更新周期会长于互联网流量增长带来的CPU处理能力更新周期，而采用分布式的路由器体系架构能够有效的解决这一问题。

可见，如何在分布式路由器的主控和线卡上对路由协议进行分布实施，使得路由协议功能模块合理划分、路由协议功能模块之间信息有效传递已经成为急需被解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何在分布式路由器的主控和线卡上对路由协议进行分布实施，使得路由协议功能模块合理划分、路由协议功能模块之间信息有效传递的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种路由器中分布式协议的实现系统，包括主控卡和多个线卡，在主控卡上设置IGP路由协议的路径管理模块和路由管理模块，在各个线卡上分别设置IGP路由协议的邻居管理模块和转发表；

所述邻居管理模块收发处理与邻居之间的信令包，并检测邻居状态变化，将邻居状态变化检测结果通过的NMI接口发送给所述路径管理模块；

所述路径管理模块维护链路状态数据库，同时根据所述邻居管理模块检测结果和网络拓扑以预设算法计算路由，并将路由计算结果发送给所述路由管理模块；

所述路由管理模块内设有路由表，路由管理模块根据路由计算结果，更新所述路由表，并将所述路由表中的路由信息发送给各线卡上的所述转发表。

在上述一种路由器中分布式协议的实现系统中，所述主控卡和每个线卡上分别设有一个ILT模块，所述ILT模块接收对应路径管理模块或邻居管理模块发送的消息，并通过调用本地的消息接收处理函数直接处理该消息；或者通过其所述ILT模块的消息请求的响应接口将该消息发送出去。

在上述一种路由器中分布式协议的实现系统中，所述主控卡和每个线卡上分别设有一个IPC模块，当所述IPC模块对应的路径管理模块或邻居管理模块发送的消息为跨站点的消息请求时，所述IPC模块通过所述ILT模块的消息请求的响应接口接收该消息，并将该消息发给目标进程对应的IPC模块。

在上述一种路由器中分布式协议的实现系统中，所述IPC模块的实现方式为原过程调用、原始socket消息和TIPC消息。

本发明还提供了一种路由器中分布式协议的实现方法，包括以下步骤：

步骤A10、IGP路由协议的路径管理模块PM和邻居管理模块NM分别部署在路由器设备的主控卡和每个线卡中执行；

步骤A20、路径管理模块PM和邻居管理模块NM进程间的互通消息发送给各自对应的ILT模块；

步骤A30、对应ILT模块对互通消息中目标进程所属的操作系统进行检测；并根据检测结果选择调用ILT模块的本地的消息处理函数或者发送给IPC模块进行处理，实现路径管理模块PM和邻居管理模块NM进程间的通信。

在上述方法中，ILT模块是利用分布在主控卡和不同线卡上的模块进程的位置信息作为引导，将互通消息发送到目标线卡上的远端模块进程；

所述模块进程的位置信息为：在每个ILT模块的消息发送处理函数的入参process_id中储存的该模块进程的location_id信息。

在上述方法中，步骤A30具体包括以下步骤：

步骤A31、ILT模块对互通消息中目标进程的location_id信息进行检测；

步骤A32、判断发送进程与目标进程是否在同一操作系统任务中，如果是，执行步骤A33；否则，执行步骤A34；

步骤A33、直接调用消息接收处理函数对消息进行接收处理，然后执行步骤A37；

步骤A34、ILT模块的IPS消息发送处理函数发送该消息给对应的本地IPC模块；

步骤A35、发送进程对应的IPC模块将互通消息发送给目标进程对应的IPC模块；

步骤A36、目标进程对应的IPC模块将受到的互通消息经其对应的ILT模块发送给目标进程，然后执行步骤A37；

步骤A37、结束程序。

在上述方法中，IPC模块实现方式为原过程调用、原始socket消息和TIPC消息。

本发明，通过采用IGP路由协议的路径管理模块和邻居管理模块在主控卡和各个线卡的分布式运行的架构，充分利用线卡闲置的CPU和内存资源，降低主控CPU及内存资源的占用，提升路由器的可扩展能力；并利用ILT机制和IPC机制解决了IGP路由协议各功能模块之间的消息互通的问题。

附图说明

图1为本发明提供的一种路由器中分布式协议的实现系统的结构框图；

图2为本发明中步骤A30的流程图；

图3为本发明中路由器的分布式协议的实现过程示意图。

具体实施方式

OSPF(Open Shortest Path First，开放式最短路径优先)协议、ISIS(Intermediate System to Intermediate System，中间系统到中间系统)协议等IGP(InteriorGatewayProtocol，内部网关协议)功能主要包括路径管理和邻居管理两个核心功能。

路径管理负责运行路由协议的核心部分，管理链路状态数据库，并计算路由树。以OSPF协议为例，OSPF协议的路径管理模块从发送给它的LSA(Link-State Advertisement，链路状态广播)中学习到链路状态数据库，并启动必要的定时器来维护这个数据库；路径管理模块还能通过Dijkstra(迪杰斯特拉)算法确定到一个给定地址的最短路径，并将路由计算的结果发送给路由管理模块，链路状态TE的信息发送给CSPF(Constrained ShortestPath First，约束最短路径优先)；生成本地的LSA，对接口、虚拟接口、伪连接接口、多区域接口以及由网络管理员提供的域配置进行维护，并且当拓扑发生变化时触发路径管理模块进行路径计算处理。

邻居管理负责对hello消息和IGP协议所需的邻居关系进行处理。以OSPF协议为例，OSPF协议邻居管理模块负责维护Hello定时器、发送和接收Hello数据包，当邻居状态有变化时通知路径管理模块，通过Hello定时器检测邻居状态，并根据路由协议模块创建和销毁相应的socket(套接字)。

本发明是将分布式路由器内部的路由协议按照路径管理和邻居管理两大功能模块分别配置到路由器设备的主控和线卡中执行，路径管理功能(路径管理模块)配置在主控卡上，邻居管理功能(邻居管理模块)配置在线卡上，使得线卡闲置的CPU和内存资源得到充分利用，以降低路由协议各功能处理模块对主控CPU和内存资源的占用，从而提升路由器的可扩展能力。

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明做出详细的说明。

如图1所示，本发明提供的一种路由器中分布式协议的实现系统包括：主控卡和多个线卡，IGP路由协议中的不同子功能模块按照路径管理和邻居管理两大功能模块分布在路由器设备的主控和线卡中执行，在主控卡上设置OSPF协议和ISIS协议的路径管理模块PM和路由管理模块RTM，在各个线卡上分别设置OSPF协议和ISIS协议的邻居管理模块NM和转发表FIB(Forward Information Base)；

邻居管理模块NM收发处理与邻居之间的信令包，并检测邻居状态变化，将邻居状态变化检测结果通过的NMI接口(Network management interface，网络管理接口)发送给路径管理模块PM；

路径管理模块PM维护链路状态数据库，同时根据邻居管理模块NM检测结果和网络拓扑以预设算法计算路由，并将路由计算的结果发送给路由管理模块RTM；

路由管理模块RTM内设有路由表，路由管理模块RTM根据路由计算结果，更新主控卡上的路由表，并将路由表中的路由信息发送给各线卡上的转发表FIB，以保证各线卡上的转发表与路由管理模块RTM里维护的路由表同步。

在本发明中，主控卡和每个线卡上分别设有一个ILT(Inter-LocationTransport)模块，分布式运行在不同的单盘上的IGP路由协议的不同进程通过ILT模块的ILT机制进行通信，ILT机制能为跨站点的消息请求的响应提供接口。

跨站点的消息请求包括：创建进程、销毁进程、发送消息到进程、对进程注册异常通知信号、取消对进程注册异常通知信号等，用于维护分布式进程的关系。

对于上述消息请求，ILT模块提供了能被本地调用的ILT切入点，ILT模块通过发送消息到目标站点来处理上述消息请求；ILT模块通过在本地调用ILT支持功能来响应上述消息请求，所以ILT模块对上述消息请求的响应和处理是双向的。通过ILT模块实现了分布在不同单盘上的进程间通信。

在本发明中，主控卡和每个线卡上分别设有一个IPC(Inter-ProcessCommunication，进程间通信)模块，当跨站点的消息请求的发送进程与目标进程是不同操作系统任务时，发送进程对应的ILT模块调用IPC模块将该消息发给目标进程对应的IPC模块，完成不同操作系统任务的进程间的通信；可见不同操作系统任务的进程间的消息请求的交互是基于ILT模块的ILT体制的，而ILT机制的实现需要不同操作系统任务间的IPC模块的的IPC体制支持，而各操作系统任务间具体采用何种IPC机制通信可以根据需要灵活实现，IPC机制包括：Socket、TIPC(透明进程间通信，Transparent Inter-processCommunication)等。

本发明提供的一种路由器中分布式协议的实现方法包括以下步骤：

步骤A10、IGP路由协议的路径管理模块PM和邻居管理模块NM分别部署在路由器设备的主控卡和每个线卡中执行，其中，路径管理模块PM维护链路状态数据库和以预设算法计算路由，并将路由计算的结果发送给路由管理模块RTM对路由表进行更新；邻居管理模块NM接收并处理与邻居之间的会话建立消息与维护消息。

步骤A20、路径管理模块PM和邻居管理模块NM进程间的互通消息发送给各自对应的ILT模块；

互通消息包括：路径管理模块PM和邻居管理模块NM之间的NMI接口关系注册消息NMI_REGISTER和NMI接口注册撤销消息NMI_UNREGISTER；接口和邻居信息同步消息(例如：接口更新消息UPDATE_INTERFACE、接口激活消息ACTIVE_INTERFACE、接口去激活消息DEACTIVE_INTERFACE、邻居合约检查消息CHK_NBR_CONTACT、获取接口信息GET_INTERACE_INFO、获取邻居信息GET_NBR_INFO等)；以及HELLO包、OSPF/ISIS链路状态维护消息包等，互通消息是业务接口消息，进行业务信息的互通；

步骤A30、对应ILT模块对互通消息中目标进程所属的OS(操作系统，OperatingSystem)进行检测；并根据检测结果选择调用ILT模块的本地的消息处理函数或者发送给IPC模块进行处理，实现路径管理模块PM和邻居管理模块NM进程间的通信。

可见，本发明是通过ILT模块的ILT机制将互通消息发送到分布在主控卡的路径管理模块PM和不同线卡上的各邻居管理模块NM进程，其中，ILT机制是利用分布在主控卡和不同线卡上的模块进程的位置信息作为引导，将互通消息发送到目标线卡上的远端模块进程，该模块进程的位置信息为：在每个ILT模块的消息发送处理函数的入参process_id(分布式系统内的进程标识)中储存的该模块进程的location_id(分布式系统架构下部署时的进程位置标识)信息。

如图2所示，步骤A30具体包括以下步骤：

步骤A31、当发送进程的ILT模块收到消息后，对互通消息中目标进程的location_id信息进行检测；

步骤A32、判断发送进程与目标进程是否在同一OS任务中，如果是，执行步骤A33；否则，执行步骤A34；

步骤A33、在同一OS任务中，直接调用消息接收处理函数进行消息接收处理，然后执行步骤A37；

步骤A34、不在同一OS任务中(包括分布在不同的OS任务中和分布在不同类型的OS任务中)，ILT模块的IPS消息发送处理SEND_IPS函数调用一种可与IPC模块进行消息传递的方式，发送该消息给对应的IPC模块；

在本发明中，IPC模块实现方式，可以是原过程调用，也可以是原始socket消息和TIPC消息；

步骤A35、发送进程对应的IPC模块将该互通消息发送给目标进程对应的IPC模块；

步骤A36、目标进程对应的IPC模块将受到的互通消息经其对应的ILT模块发送给目标进程，实现路径管理模块PM和各个邻居管理模块NM间消息跨越不同物理站点的传递，然后执行步骤A37；

步骤A37、结束程序。

如图3所示，具体说明路由器的分布式协议的实现过程。

A100、每个线卡上的邻居管理模块NM接收并处理与邻居之间的会话建立与维护消息；

A200、路径管理模块PM和邻居管理模块NM通过调通ILT模块处理响应各类消息请求或接受各类消息请求；

A300、ILT模块将目标进程与其不在同一操作系统任务中的消息请求发送给本地的IPC模块或接收本地IPC模块发送的消息请求；

A400、本地的IPC模块将该消息请求发送给目标进程对应的IPC模块。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种路由器中分布式协议的实现系统，包括主控卡和多个线卡，其特征在于，将IGP路由协议的不同子功能模块按照路径管理和邻居管理两大功能模块分类，分别分布在路由器设备的主控和线卡中执行，在主控卡上设置IGP路由协议的路径管理模块和路由管理模块，在各个线卡上分别设置IGP路由协议的邻居管理模块和转发表；

所述邻居管理模块收发处理与邻居之间的信令包，并检测邻居状态变化，将邻居状态变化检测结果通过的NMI接口发送给所述路径管理模块；

所述路径管理模块维护链路状态数据库，同时根据所述邻居管理模块检测结果和网络拓扑以预设算法计算路由，并将路由计算结果发送给所述路由管理模块；

所述路由管理模块内设有路由表，路由管理模块根据路由计算结果，更新所述路由表，并将所述路由表中的路由信息发送给各线卡上的所述转发表；

所述主控卡和每个线卡上分别设有一个ILT模块，所述ILT模块接收对应路径管理模块或邻居管理模块发送的消息，并通过调用本地的消息接收处理函数直接处理该消息；或者通过其所述ILT模块的消息请求的响应接口将该消息发送出去。

2.如权利要求1所述的一种路由器中分布式协议的实现系统，其特征在于，所述主控卡和每个线卡上分别设有一个IPC模块，当所述IPC模块对应的路径管理模块或邻居管理模块发送的消息为跨站点的消息请求时，所述IPC模块通过所述ILT模块的消息请求的响应接口接收该消息，并将该消息发给目标进程对应的IPC模块。

3.如权利要求2所述的一种路由器中分布式协议的实现系统，其特征在于，所述IPC模块的实现方式为原过程调用、原始socket消息和TIPC消息。

4.一种路由器中分布式协议的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A10、IGP路由协议的路径管理模块PM和邻居管理模块NM分别部署在路由器设备的主控卡和每个线卡中执行；

步骤A20、路径管理模块PM和邻居管理模块NM进程间的互通消息发送给各自对应的ILT模块；

步骤A30、对应ILT模块对互通消息中目标进程所属的操作系统进行检测；并根据检测结果选择调用ILT模块的本地的消息处理函数或者发送给IPC模块进行处理，实现路径管理模块PM和邻居管理模块NM进程间的通信；

其中，所述邻居管理模块收发处理与邻居之间的信令包，并检测邻居状态变化，将邻居状态变化检测结果通过的NMI接口发送给所述路径管理模块；

所述路径管理模块维护链路状态数据库，同时根据所述邻居管理模块检测结果和网络拓扑以预设算法计算路由，并将路由计算结果发送给所述路由管理模块；

所述路由管理模块内设有路由表，路由管理模块根据路由计算结果，更新所述路由表，并将所述路由表中的路由信息发送给各线卡上的转发表。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，ILT模块是利用分布在主控卡和不同线卡上的模块进程的位置信息作为引导，将互通消息发送到目标线卡上的远端模块进程；

所述模块进程的位置信息为：在每个ILT模块的消息发送处理函数的入参process_id中储存的该模块进程的location_id信息。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤A30具体包括以下步骤：

步骤A31、ILT模块对互通消息中目标进程的location_id信息进行检测；

步骤A32、判断发送进程与目标进程是否在同一操作系统任务中，如果是，执行步骤A33；否则，执行步骤A34；

步骤A33、直接调用消息接收处理函数对消息进行接收处理，然后执行步骤A37；

步骤A34、ILT模块的IPS消息发送处理函数发送该消息给对应的本地IPC模块；

步骤A35、发送进程对应的IPC模块将互通消息发送给目标进程对应的IPC模块；

步骤A36、目标进程对应的IPC模块将受到的互通消息经其对应的ILT模块发送给目标进程，然后执行步骤A37；

步骤A37、结束程序。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，IPC模块实现方式为原过程调用、原始socket消息和TIPC消息。