CN105656777B - 一种多逻辑转发引擎隔离调度方法及隔离调度系统 - Google Patents

Abstract

一种多逻辑转发引擎隔离调度方法及基于多逻辑转发引擎的隔离调度系统，该方法的步骤为：S1：在多个逻辑转发引擎之间构建资源规划表；S2：从物理网络接口接收报文，并提取报文中的相关信息，在所保存的逻辑转发引擎分派信息表中进行查找，判断该报文所属的逻辑转发引擎，将该报文放入对应逻辑转发引擎的缓冲区；S3：确认报文所属的逻辑转发引擎之后，根据该报文所属逻辑转发引擎当前的资源使用情况，判断对应逻辑转发引擎处理该报文后，是否会超过该逻辑转发引擎所能使用的资源上限，以进行不同的处理。该隔离调度系统为基于上述调度方法的系统。本发明具有原理简单、易实现、能提高路由器系统整体资源利用率等优点。

Description

一种多逻辑转发引擎隔离调度方法及隔离调度系统

技术领域

本发明主要涉及到路由设备领域，特指一种适用于路由的多逻辑转发引擎隔离调度方法及基于多逻辑转发引擎的隔离调度系统。

背景技术

随着网络技术的应用范围的不断扩大，网络用户数量的不断增加，需要网络基础设施提供更多的安全性、移动性以及内容分发等方面的增值服务。现有的基于专用硬件的网络基础设施已经无法满足上述需求。于是有从业者提出将广泛应用于数据中心和云计算平台的虚拟化技术引入当前核心的网络设备——路由器的设计和实现中，并逐步完善了路由器虚拟化技术。路由器虚拟化技术是通过若干虚拟路由器共享同一物理路由器平台，包括转发引擎、网络接口等物理资源，来构建一个能够健壮、安全的虚拟路由器运行环境。因此，路由器虚拟化技术可以被认为是提升网络可扩展性以及承载网络新服务新功能的重要手段之一。

现有的路由器由转发平面和控制平面组成，路由器虚拟化技术也可以分为控制平面虚拟化技术和转发平面虚拟化技术。转发平面虚拟化技术的目标是将物理转发平面上包括转发引擎、网络接口在内的物理资源划分成逻辑资源切片，并将这些资源切分配给属于不同虚拟路由器的逻辑转发引擎。在多个逻辑转发引擎并行运行的过程中，为了保证每个逻辑转发引擎的性能，需要通过隔离调度机制为每个逻辑转发引擎资源隔离保证，同时也需要限定每个逻辑转发引擎所能使用的资源上限，以确保每个逻辑转发引擎不会占用分配给其它逻辑转发引擎的物理资源。

目前，现有的涉及路由器转发引擎虚拟化的资源隔离方法，其所提出的逻辑转发引擎隔离方案中严格来说都是采用网络接口物理隔离的方式，即每个物理接口只能属于一个逻辑转发引擎，无法支持将一个网络接口划分成多个虚拟接口并分配给不同的逻辑转发引擎。单纯的物理空间上逻辑转发引擎隔离方案虽然可以保证每个逻辑转发引擎的物理资源，但是存在灵活性不足，无法支持灵活的虚拟网络构建，这就直接影响到网络虚拟化技术的灵活性。因此，完全采用当前物理空间隔离技术是无法满足网络虚拟化的发展要求。尤其是在要求当出现两个以上的逻辑转发引擎需要共享同一物理网络接口时，需要灵活性更好的隔离调度方案来提供可靠的资源隔离保证。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、易实现、能提高路由器系统整体资源利用率的多逻辑转发引擎隔离调度方法及基于多逻辑转发引擎的隔离调度系统。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种多逻辑转发引擎隔离调度方法，其步骤为：

S1：在多个逻辑转发引擎之间构建资源规划表，即每个逻辑转发引擎具有自己的在单位时间内的最大资源需求；

S2：从物理网络接口接收报文，并提取报文中的相关信息，在所保存的逻辑转发引擎分派信息表中进行查找，判断该报文所属的逻辑转发引擎，将该报文放入对应逻辑转发引擎的缓冲区；

S3：确认报文所属的逻辑转发引擎之后，根据该报文所属逻辑转发引擎当前的资源使用情况，判断对应逻辑转发引擎处理该报文后，是否会超过该逻辑转发引擎所能使用的资源上限；若超过，则丢弃该报文；如果没有超过本周期内的资源使用上限，则将该报文交付给对应的逻辑转发引擎。

作为本发明方法的进一步改进：在上述步骤S1当中，资源规划表中确定了每个逻辑转发引擎在单位时间或一段时间周期内能够享受到的资源数量的上限；在任何时刻，只有在该时间周期内没有消耗掉的所分配资源的逻辑转发引擎才能够处理报文。

作为本发明方法的进一步改进：在进行上述步骤S1的步骤之前，每个逻辑转发引擎在运行前都通过注册过程得到隔离调度器的运行许可。

作为本发明方法的进一步改进：所述注册过程的详细步骤为：

S401：获取逻辑转发引擎资源需求信息；按照资源需求形式，其所需的资源信息中应该包括单位时间内的所需资源的需求m；

S402：通过初始化获取本设备隔离调度周期T，计算出该逻辑转发引擎所需资源依据本设备平台的资源描述形式：m’= m * T；如果当前设备剩余资源可以满足，则转到步骤S403，如果剩余资源无法满足，则拒绝该逻辑转发引擎的准入请求；

S403：通过逻辑转发引擎的注册申请之后，为该逻辑转发引擎分配隔离调度器在调度过程中所需的逻辑ID，将该ID注册，同时将该ID和该逻辑转发引擎的资源信息注册。

本发明进一步提供一种基于多逻辑转发引擎的隔离调度系统，包括隔离调度器和并行运行的多个逻辑转发引擎，所述隔离调度器包括初始化模块、注册管理模块、报文收发模块及报文分派模块；所述初始化模块负责设备平台隔离调度环境的初始化，探测已存在的物理资源；所述注册管理模块负责逻辑转发引擎的注册和准入过程；所述报文收发模块负责从物理网络接口接收报文，判断该报文所属的逻辑转发引擎，发送逻辑转发引擎处理结束之后的报文；所述报文分派模块负责根据转发引擎的资源使用情况判断能否将报文交付给对应的逻辑转发引擎，如果可以则交付，如果当前逻辑转发引擎可用资源已经消耗完毕，则将报文丢弃。

作为本发明系统的进一步改进：所述隔离调度器搭建在转发平面的物理平台上。

作为本发明系统的进一步改进：所述隔离调度器作为唯一的管理实体，并行运行的多个逻辑转发引擎作为被管理实体；所述管理实体与被管理实体之间相连，被管理实体之间不存在互连关系；任何时刻，管理实体都能获取被管理实体当中的全部信息，并且任何时刻只有经过管理实体允许的逻辑转发引擎才可以获得待处理的报文。

作为本发明系统的进一步改进：所述隔离调度器为每个逻辑转发引擎设置用于记录资源使用情况的计数器，并根据每个逻辑转发引擎所需的资源上限确定计数器的上限阈值M以及更新周期T；所述隔离调度器根据上限阈值计数器决定是否允许逻辑转发引擎继续使用物理资源。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的方法及系统在应用之后，路由器系统可以在原有基于空间隔离的资源虚拟化隔离方法的基础上，增加支持基于时分隔离的资源虚拟化隔离方法。相比于已有的空间隔离的方法，基于时分隔离的逻辑转发引擎隔离调度方法可以允许多个逻辑转发引擎共享同一个物理转发引擎实体，通过调度实现更细粒度的资源隔离与分配粒度，从而提高路由器系统的整体资源利用率。

2、本发明的多逻辑转发引擎隔离调度方法及基于多逻辑转发引擎的隔离调度系统中，每个逻辑转发引擎的资源需求可以定义为，在单位时间内，每个逻辑转发引擎能够获取到的资源数量，以接口带宽资源为例，逻辑转发引擎的需求可以描述为，在单位时间周期T内，逻辑转发引擎可以享受到的带宽资源为M，在当前周期内，如果到达流量超过了M，则超出的报文会被丢弃，而M以内的报文需要在T时间内被处理完毕，如果当前周期内没有超过M，则剩余部分不会累计到下个T周期内。

3、本发明的多逻辑转发引擎隔离调度方法，实际为一种时分隔离调度方法，以确保每个逻辑转发引擎的能够在共享同一无法在空间维度进行切分的物理资源实体（例如一个网络接口）时，确保每个逻辑转发引擎所需的物理资源。应用该隔离调度方法的路由器系统，可以支持将多个逻辑转发引擎以时分复用的方式并行的运行在同一套物理平台上。该逻辑转发引擎隔离调度方法，可以保证每个逻辑转发引擎在固定时间周期内能够享受到分配的物理资源，并且保证多个并行的逻辑转发引擎之间不会互相影响，能够以预定的处理速率进行报文转发。

附图说明

图1是本发明方法的流程示意图。

图2是本发明系统的拓扑结构示意图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明的一种多逻辑转发引擎隔离调度方法，在所应用的路由器转发平面物理平台上存在同时运行的多个逻辑转发引擎，隔离调度的步骤为：

S1：在多个逻辑转发引擎之间构建资源规划表，即每个逻辑转发引擎具有自己的在单位时间内的最大资源需求。

S2：从物理网络接口接收报文，并提取报文中的相关信息，在所保存的逻辑转发引擎分派信息表中进行查找，判断该报文所属的逻辑转发引擎，将该报文放入对应逻辑转发引擎的缓冲区。

S3：确认报文所属的逻辑转发引擎之后，根据该报文所属逻辑转发引擎当前的资源使用情况，判断对应逻辑转发引擎处理该报文后，是否会超过该逻辑转发引擎所能使用的资源上限；若超过，则丢弃该报文；如果没有超过本周期内的资源使用上限，则将该报文交付给对应的逻辑转发引擎。

在上述步骤S1当中，资源规划表中确定了每个逻辑转发引擎在单位时间（或一段时间周期）内能够享受到的资源数量的上限。在任何时刻，只有在该时间周期内没有消耗掉的所分配资源的逻辑转发引擎才能够处理报文。

作为优选的实施例，本发明在进行上述步骤S1的步骤之前，每个逻辑转发引擎在运行前都需要通过注册过程得到隔离调度器的运行许可。所述注册过程的详细步骤为：

S401：获取逻辑转发引擎资源需求信息；按照资源需求形式，其所需的资源信息中应该包括单位时间内的所需资源的需求m；

S402：通过初始化获取本设备隔离调度周期T，计算出该逻辑转发引擎所需资源依据本设备平台的资源描述形式：m’= m * T。如果当前设备剩余资源可以满足，则转到步骤S403，如果剩余资源无法满足，则拒绝该逻辑转发引擎的准入请求。

S403：通过逻辑转发引擎的注册申请之后，为该逻辑转发引擎分配隔离调度器在调度过程中所需的逻辑ID，将该ID注册，同时将该ID和该逻辑转发引擎的资源信息注册。

完成注册过程之后，启动该逻辑转发引擎，根据初始化模块注册的过程对该模块开始进行资源调度隔离。

如图2所示，本发明进一步提供一种基于多逻辑转发引擎的隔离调度系统，包括隔离调度器和并行运行的多个逻辑转发引擎；隔离调度器作为唯一的管理实体，并行运行的多个逻辑转发引擎作为被管理实体。管理实体与被管理实体之间相连，被管理实体之间不存在互连关系；任何时刻，管理实体都可以获取被管理实体当中的全部信息，并且任何时刻只有经过管理实体允许的逻辑转发引擎才可以获得待处理的报文。

在具体应用实例中，隔离调度器搭建在转发平面的物理平台上，即隔离调度器可以是部署在设备上的调度控制单元（例如软件包或实际硬件形式）。该隔离调度器包括初始化模块、注册管理模块、报文收发模块及报文分派模块。其中，初始化模块负责设备平台隔离调度环境的初始化，探测已存在的物理资源；注册管理模块负责逻辑转发引擎的注册和准入过程；报文收发模块负责从物理网络接口报文的接收，判断该报文所属的逻辑转发引擎，发送逻辑转发引擎处理结束之后的报文；报文分派模块负责根据转发引擎的资源使用情况判断能够将报文交付给对应的逻辑转发引擎，如果可以则交付，如果当前逻辑转发引擎可用资源已经消耗完毕，则将报文丢弃。

在具体应用实例中，隔离调度器为每个逻辑转发引擎设置用于记录资源使用情况的计数器，并根据每个逻辑转发引擎所需的资源上限确定计数器的上限阈值M以及更新周期T。隔离调度器根据上限阈值计数器决定是否允许逻辑转发引擎继续使用物理资源。

本发明基于多逻辑转发引擎的隔离调度系统的工作过程为：

（1）注册：

（101）、注册管理模块获取逻辑转发引擎资源需求信息，按照前文中所描述的资源需求形式，其所需的资源信息中应该包括单位时间内的所需资源的需求m；

（102）、注册管理资源模块通过初始化模块获取本设备隔离调度周期T，计算出该逻辑转发引擎所需资源依据本设备平台的资源描述形式m’= m * T。如果当前设备剩余资源可以满足，则转到步骤3，如果剩余资源无法满足，则拒绝该逻辑转发引擎的准入请求。

（103）、注册管理资源通过逻辑转发引擎的注册申请之后，为该逻辑转发引擎分配隔离调度器在调度过程中所需的逻辑ID，将该ID注册到报文收发模块，同时将该ID和该逻辑转发引擎的资源信息注册到报文分派模块中。

（2）调度：完成注册过程之后，注册管理模块启动该逻辑转发引擎，报文收发模块和报文分派模块根据初始化模块注册的过程对该模块开始进行资源调度隔离；

（201）、在支持多个逻辑转发引擎并存的路由器转发平面物理平台上同时存在同时运行的逻辑转发引擎，并且多个逻辑转发引擎之间已经完成资源规划表，每个逻辑转发引擎有自己的在单位时间内的最大资源需求。资源规划确定了每个逻辑转发引擎在单位时间（或一段时间周期）内能够享受到的资源数量的上限。在任何时刻，只有在该时间周期内没有消耗掉的所分配资源的逻辑转发引擎才能够处理报文。

（201）、报文收发模块从物理网络接口接收报文，并提取报文中的相关信息，在收发模块所保存的逻辑转发引擎分派信息表中进行查找，判断该报文所属的逻辑转发引擎，将该报文放入对应逻辑转发引擎的缓冲区。

（201）、确认报文所属的逻辑转发引擎之后，隔离调度器中的报文分派模块根据该报文所属逻辑转发引擎当前的资源使用情况，判断对应逻辑转发引擎处理该报文后，是否会超过该逻辑转发引擎所能使用的资源上限，若超过，则丢弃该报文，如果没有超过本周期内的资源使用上限则将该报文交付给对应的逻辑转发引擎。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种多逻辑转发引擎隔离调度方法，其特征在于，步骤为：

S1：在多个逻辑转发引擎之间构建资源规划表，即每个逻辑转发引擎具有自己的在单位时间内的最大资源需求；

S2：从物理网络接口接收报文，并提取报文中的相关信息，在所保存的逻辑转发引擎分派信息表中进行查找，判断该报文所属的逻辑转发引擎，将该报文放入对应逻辑转发引擎的缓冲区；

S3：确认报文所属的逻辑转发引擎之后，根据该报文所属逻辑转发引擎当前的资源使用情况，判断对应逻辑转发引擎处理该报文后，是否会超过该逻辑转发引擎所能使用的资源上限；若超过，则丢弃该报文；如果没有超过本周期内的资源使用上限，则将该报文交付给对应的逻辑转发引擎；

在进行上述步骤S1的步骤之前，每个逻辑转发引擎在运行前都通过注册过程得到隔离调度器的运行许可。

2.根据权利要求1所述的多逻辑转发引擎隔离调度方法，其特征在于，在上述步骤S1当中，资源规划表中确定了每个逻辑转发引擎在单位时间或一段时间周期内的所述最大资源需求；在任何时刻，只有在该时间周期内没有消耗掉所分配资源的逻辑转发引擎才能够处理报文。

3.根据权利要求1所述的多逻辑转发引擎隔离调度方法，其特征在于，所述注册过程的详细步骤为：

S401：获取逻辑转发引擎资源需求信息；按照资源需求形式，其所需的资源信息中应该包括单位时间内的最大资源需求m；

S402：通过初始化获取本设备隔离调度周期T，计算出该逻辑转发引擎所需资源依据本设备的资源描述形式：m’= m * T；如果当前设备剩余资源可以满足，则转到步骤S403，如果剩余资源无法满足，则拒绝该逻辑转发引擎的准入请求；

S403：通过逻辑转发引擎的注册申请之后，为该逻辑转发引擎分配隔离调度器在调度过程中所需的逻辑ID，将该ID注册，同时将该ID和该逻辑转发引擎的资源信息注册。

4.一种基于多逻辑转发引擎的隔离调度系统，其特征在于，包括隔离调度器和并行运行的多个逻辑转发引擎，所述隔离调度器包括初始化模块、注册管理模块、报文收发模块及报文分派模块；所述初始化模块负责设备平台隔离调度环境的初始化，探测已存在的物理资源；所述注册管理模块负责逻辑转发引擎的注册和准入过程；所述报文收发模块负责从物理网络接口接收报文，判断该报文所属的逻辑转发引擎，发送逻辑转发引擎处理结束之后的报文；所述报文分派模块负责根据逻辑转发引擎的资源使用情况判断能否将报文交付给对应的逻辑转发引擎，如果可以则交付，如果当前逻辑转发引擎可用资源已经消耗完毕，则将报文丢弃。

5.根据权利要求4所述的基于多逻辑转发引擎的隔离调度系统，其特征在于，所述隔离调度器搭建在转发平面的物理平台上。

6.根据权利要求4或5所述的基于多逻辑转发引擎的隔离调度系统，其特征在于，所述隔离调度器作为唯一的管理实体，并行运行的多个逻辑转发引擎作为被管理实体；所述管理实体与被管理实体之间相连，被管理实体之间不存在互连关系；任何时刻，管理实体都能获取被管理实体当中的全部信息，并且任何时刻只有经过管理实体允许的逻辑转发引擎才可以获得待处理的报文。

7.根据权利要求4或5所述的基于多逻辑转发引擎的隔离调度系统，其特征在于，所述隔离调度器为每个逻辑转发引擎设置用于记录资源使用情况的计数器，并根据每个逻辑转发引擎所需的资源上限确定计数器的上限阈值M以及更新周期T；所述隔离调度器根据计数器的上限阈值决定是否允许逻辑转发引擎继续使用物理资源。