CN106416147A - 一种用于软件定义协议网络节点的系统和方法 - Google Patents

一种用于软件定义协议网络节点的系统和方法 Download PDF

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Abstract

软件定义协议(software designed protocol，SDP)网络节点包括接收器(NIC 405)以及与所述接收器(NIC 405)可操作地耦合的处理器(CPU 421)，其中：所述接收器接收指令和接收报文；所述处理器依据所述已接收指令更新所述SDP网络节点的配置，并处理所述已接收报文。

Description

一种用于软件定义协议网络节点的系统和方法
相关申请案交叉申请
本申请要求于2014年1月21日递交的发明名称为“一种用于软件定义协议网络节点的系统和方法”的第14/160,146号美国非临时申请案的在先申请的权益，该在先申请的内容以引入的方式并入本文。
技术领域
本发明通常涉及数字通信，尤其涉及一种用于软件定义网络(software designednetworking，SDN)网络节点的系统和方法。
背景技术
当前网络数据平面协议是基于端到端7层协议栈的。每一层具有独立的过程，且各独立层之间通过层间原语进行交互。在所述网络中，端到端数据平面过程的多个功能与低层每条链路数据过程的功能共存。所述当前协议栈被固定于会话中，且被预配置，因而无法适应于网络状态的改变。所述当前协议栈设计提供有限个选项，所述有限个选项使所述当前协议栈设计避免和每项应用体验质量(quality of experience，QoE)的配置紧密匹配。所述当前协议栈设计不考虑所述软件定义网络(software designed networking，SDN)概念，从而无法完全挖掘出SDN的益处。所述当前协议栈对所有端到端主机同等对待，但一些新型的和/或未来的服务和/或应用，如机器对机器(machine-to-machine，M2M)通信，可能会要求定制协议栈。
发明内容
本发明的示例实施例提供了一种用于软件定义网络(software designednetworking，SDN)网络节点的系统和方法。
本发明一示例实施例提供了软件定义协议(software designed protocol，SDP)网络节点。所述SDP网络节点包括接收器以及与所述接收器可操作地耦合的处理器。所述接收器接收指令和接收报文。所述处理器依据所述已接收指令更新所述SDP网络节点的配置，并处理所述已接收报文。
本发明另一示例实施例提供了一种用于操作软件定义协议(software designedprotocol，SDP)网络节点的方法。所述方法包括所述SDP网络节点接收处理指令，以及所述SDP网络节点接收第一报文。所述方法还包括所述SDP网络节点依据所述第一报文中的标识信息来对所述第一报文进行分类，以及所述SDP网络节点依据所述处理指令处理所述第一报文。
本发明另一示例实施例提供了软件定义协议(software designed protocol，SDP)网络节点。所述SDP网络节点包括接收器以及与所述接收器可操作地耦合的处理器。所述接收器接收处理指令和接收报文。所述处理器依据标识所述报文中的标识信息来对所述报文进行分类，以及依据所述处理指令处理所述报文。
实施例的一个优点是数据平面的灵活性得到提高，例如，设备安装后可添加和/或修改协议，可能实现更细的协议特性，等等。
实施例的另一个优点是数据平面的效率得到提高，例如，可以移除不必要的功能等。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考下文结合附图进行的描述，其中：
图1示出了所述示例实施例中SDP和SDN交互以及数据平面处理功能瘫痪的示例；
图2示出了所述示例实施例中通信系统的示例；
图3a和3b示出了所述示例实施例中承载元协议报文格式的第一示例以及承载元协议报文格式的第二示例；
图4示出了所述示例实施例中SDP网络节点示例的构架；
图5示出了所述示例实施例中软件协议引擎第一示例的构架；
图6示出了所述示例实施例中软件协议引擎第二示例的构架；
图7示出了所述示例实施例中当软件协议引擎处理报文时，所述软件协议引擎中进行的操作的示例流程图；
图8a示出了所述示例实施例中提供报文流优先级排序使用单片处理的软件协议引擎中进行的操作的示例流程图；
图8b示出了所述示例实施例中提供报文流优先级排序使用分层处理的软件协议引擎中进行的操作的示例流程图；
图9示出了所述示例实施例中VNN示例的构架；
图10示出了所述示例实施例中VNN管理器中进行的操作的示例流程图；
图11示出了所述示例实施例中当SDP网络节点升级和/或安装软件时，所述SDP网络节点中进行的操作的示例流程图。
具体实施方式
以下详细论述当前示例实施例的操作和其结构。但应了解，本发明提供的许多适用发明概念可实施在多种具体环境中。所论述的具体实施例仅仅说明本发明的具体结构以及用于操作本发明的具体方式，而不应限制本发明的范围。
本发明的一个实施例涉及SDN网络节点。例如，软件定义协议(software designedprotocol，SDP)网络节点接收指令和接收报文。所述SDP网络节点还依据所述已接收指令更新所述SDP网络节点的配置，并处理所述已接收报文。
本发明描述特定环境中的示例实施例，即软件定义网络。本发明可适用于标准的SDN以及非标准的SDN。
未来的网络通常会将流量和多种类型或性质的服务相结合(例如视频流量和M2M流量)。为了优化所述网络性能以及为多种共存的服务质量(quality of service，QoS)等级提供服务，未来网络可能会要求采用软件定义网络(software designed networking，SDN)技术来进行集中管理，以实现所述网络的所有QoS目标。但是，即使采用SDN，所述网络的性能仍然受限于所述网络的底层协议。
图1示出了软件定义协议(software designed protocol，SDP)和SDN交互100以及数据平面处理功能瘫痪的示例。存在不同处理数据功能能力的多种类型节点。集中SDP管理器控制从数据源端到数据宿端以及网络边缘间的所述端到端等的数据平面处理。SDN和SDP之间有紧密互动。
图2示出了通信系统200的示例。通信系统200可以为SDN通信系统。通信系统200包括SDN管理器205、SDP管理器207，和多个SDP网络节点，例如SDP网络节点209-215。SDN管理205可以确定路径(即从源端至目的地的针对业务流的SDP网络节点序列)，且可以提供信息来配置转发信息库(forwarding information base，FIB)，所述转发信息库用于转发报文至所述业务流路径上的SDP网络节点中的虚拟网络节点。所述FIB可以被存储在所述SDP网络节点中，例如FIB 217。
SDP管理器207可以确定针对所述业务流的协议，且可以沿所述路径建立SDP网络节点来实现所述协议。如果所述SDP网络节点的其中一个还未支持针对所述业务流的所述协议，SDP管理器207可以提供处理指令到所述SDP网络节点，包括：针对实现所述指令的软件描述、工作流顺序描述、报文流标识和协议等。SDP管理器207可以提供所述处理指令给所述路径中的每一个所述SDP网络节点。
SDP网络节点，例如SDP网络节点209，可以实现一个或多个虚拟网络节点(virtualnetwork node，VNN)，例如VNN 219。VNN可以为虚拟化的SDP网络节点，且可以包括协议信息库(protocol information base，PIB)221和一种或多种协议，例如协议223。每一个VNN都可以实现虚拟专用网(virtual private network，VPN)要求的协议。例如，如果一个VNN支持2种协议，所述SDP网络节点可以包括至少2个VNN。如图2所示，SDP网络节点209支持3种协议，且包括3个VNN，包括VNN 219。所述SDP网络节点也可以实现SDP管理器所提供的协议的软件描述。所述SDP网络节点可以应用所述协议的所述软件描述来接收报文。所述SDP网络节点也可以接收报文流标识和/或协议，其中，所述报文流标识可以与所述协议相关联。
源端225可以将报文229添加到通信系统200。报文229可以包含数据等。报文229由SDP网络节点209接收，且由VNN 219处理，所述报文229根据PIB 221采用协议栈实施223进行处理。例如，协议栈实施223的处理是添加头部P1和P2(统一图示为头部231)到报文229。SDP网络节点211接收由SDP网络节点209修改的报文229。例如，SDP网络节点211中的VNN的处理是添加头部P3 233到报文229。SDP网络节点213接收由SDP网络节点211修改的报文229。例如，SDP网络节点213中的VNN的处理是将头部P3从报文229中移除，保留头部P1和P2(统一图示为头部231)。SDP网络节点215接收由SDP网络节点213修改的报文229。SDP网络节点215中的VNN的处理是将头部P1和P2从报文229中移除，保留数据等。例如，将报文229提供给目的地227。
根据一示例实施例，SDP管理器，例如SDP管理器207，可以保持数据库SDP网络节点的能力和状态信息。所述数据库SDP网络节点能力可以包含以下信息：处理速度、处理器的数量、更新协议软件的能力、各类型支持协议的操作(例如系统操作系统、硬件版本等)等。所述SDP网络节点状态信息数据可以包含已测处理速度、负荷和协议等状态信息(例如窗口尺寸、缓冲尺寸、延时、错误率等)。所述SDP管理器可以在虚拟网络中管理SDP网络节点，或者所述SDP网络节点可以根据移动性和/或电源状态往返。
存储在所述数据库中的所述信息可以由所述通信系统的运营商输入，尽管这可能因为数量关系变得不可行。可采用动态发现机制，以支持动态变化的通信系统。作为一个说明性示例，所述SDP管理器可以发送探测消息来查询SDP网络节点的能力和/或状态。作为一个可选的说明性示例，所述SDP网络节点可以周期性地(或者事件发生时，例如能力和/或状态的改变)发送信息的所述能力和/或状态。
根据一示例实施例，所述SDP管理器可以为数据处理配置软件SDP网络节点。所述SDP管理器可以发送协议软件更新给所述SDP网络节点(如果SDP网络节点有所述硬件能力但没有软件能力，或者一般更新)。所述SDP管理器可以确保所述软件版本协议和路径中的所有SDP网络节点一致。所述SDP管理器可以确定哪一个SDP网络节点应该实现针对哪一条端到端流的哪一种软件协议栈。所述SDP管理器可以建立转发表将流标识映射到软件定义协议栈。所述SDP管理器可以通过发送关于协议栈配置，包括原子协议层、层排序、协议参数(例如最大窗口尺寸、最小窗口尺寸等)等的指令来建立所述协议栈。
根据一示例实施例，所述SDP管理器可以传输各种格式的消息。所述消息可以是二进制格式、纯文本格式、可扩展标记语言(extensible markup language，XML)格式等。作为一个说明性示例，用于软件升级和/或安装的来自所述SDP管理器中的消息可以包括：所述软件更新中的协议列表；所述SDP管理器的数字签名，用于核实所述SDP管理器；加密散列，用于核实所述软件更新；二进制格式、字节码格式，或文本脚本形式的软件等。作为另一个说明性示例，用于建立新报文流的来自所述SDP管理器的消息可以包括：报文流标识；报文流优先级；应用于报文流顺序(即工作流)的协议列表；用于读取所述协议子标签的指令等。作为又一说明性实施例，用于拆除报文流的来自所述SDP管理器的消息可以包括报文流标识等。
根据一示例实施例，SDP网络节点，例如SDP网络节点209，可以从所述SDP管理器接收消息，并根据所述消息指示实现数据平面。数据平面协议可以利用元承载协议。作为一个说明性示例，所述SDP网络节点进行协议处理时，可采用运用顺序或分层协议处理来支持多种协议大规模并行处理的硬件构架。也可能通过以下方式实现混合处理：调度一些报文流以进行按顺序(筒仓)处理，调度一些报文流以进行并行和/或分层处理。作为另一说明性示例，跨层信息交换和跨层协议处理可以由使用共享协议数据库的机制支持。具有连接特性的共享数据库可被每一层访问。作为又一说明性实施例，可以将一些协议层实施安装在SDP网络节点中，包括原子操作(包括有序传送、可靠传送、拥塞控制、压缩、加密等)、复杂操作(包括有序可靠传送、带拥塞控制的有序可靠传送等)、网络服务(例如防火墙、流会聚等)和内容处理(例如视频流压缩等)。协议优先级排序可以由所述SDP网络节点中的队列调度和资源分配支持。
根据一示例实施例，承载元协议可以包含所述SDP网络节点中报文处理的信息。作为一示例，所述协议信息用于标识报文流以及报文流的协议处理工作流。图3a和3b示出了承载元协议报文格式300的第一示例，以及承载元协议报文格式350的第二示例。虚拟网络标识(virtual network identifier，VN ID)字段305和355可以包含用于标识虚拟网络的标识(所述VN ID)。所述VN ID可以是不依赖于流ID字段307和357中包含的流标识(flowidentifier，flow ID)的独立值，或者所述VN ID可以被引入或者嵌入所述流ID中，因而可以允许省略VN ID字段305和355。流ID字段307和357可用于标识端到端连接和/或服务。在接收到第一报文之前，所述SDN管理器可以建立使用所述流ID的虚拟电路。标识的示例可用作所述流ID，且可以包括基于五元组的互联网协议、应用和/或服务标识、虚拟LAN(virtualLAN，VLAN)网络标签、多协议标记交换(multiprotocol label switching，MPLS)标签、专用虚拟网络标签(8比特、16比特、32比特等)、磁链路(例如通用资源定位符(universalresource locator，URL)的整数散列值)和这些已加密和/或已压缩和/或散列值中的任何一组组合等。需要说明的是，报文可以在没有检查所述头部的情况下被转发到旁路协议处理中。
承载元协议报文格式300也可以包括携带有所述报文流协议工作流中协议组合信息的承载协议头字段309。承载元协议报文格式300也可以包括所述承载协议栈的状态信息，例如存储在乘客协议头和数据字段311中的信息。承载元协议报文格式350也可以包括携带有所述报文流协议工作流中协议组合信息的承载协议头字段359。承载元协议报文格式350也可以包括增强分层能力的不同子协议的独立头部，例如在子协议ID字段361、子协议头字段363、子协议ID字段365和子协议头字段367中的独立头部。通常，子协议ID包含适用于所述报文流的原子子协议标识，且子协议头包含由所述子协议ID标识的所述协议信息。乘客协议头和数据字段369可以携带有所述报文流的所述协议工作流的附加信息。子协议ID和子协议头可以被推入(添加)，或者从报文所在的每一跳中被弹出(移除)。子协议头可以标识栈中协议，或者，标签可以标识栈中协议。
图4示出了SDP网络节点400示例的构架。SDP网络节点400包括接收和发送报文的多个网络接口(network interface，NIC)，例如NIC 405。SDP管理器可以指示所述NIC，例如，针对报文的转发和处理。作为一示例，一些报文可以被传送以进行进一步的协议处理，而其他报文可以被转发到另一个NIC。通常，在单个SDP网络节点中的NIC可以支持多个类型的有线或无线协议，例如以太网、IEEE 802.3、IEEE 802.11、IEEE 802.16、第三代合作伙伴计划(Third Generation Partnership，3GPP)长期演进(Long Term Evolution，LTE)、3GPPLTE-Advanced等。NIC，例如NIC 405，可以包括网络端口407和存储已接收报文的快速数据存储器411。所述网络端口407允许连接至通信系统和中央处理器(central processingunit，CPU)409以提供处理能力。所述NIC可应与报文相关联的FIB的指示，传送所述报文至协议处理存储器413。一些SDP网络节点可能没有FIB，因此，所有报文都被传送至协议处理存储器413。
存储器413可以使用随机存取存储器(random access memory，RAM)来实现，且可以存储：报文和协议状态415；报文处理软件和/或暂时存储器417；软件419等。SDP网络节点400也可以包括多个通用CPU，例如通用CPU 421，所述通用CPU提供处理能力来处理使用存储器413的报文。所述通用CPU可以组合成全局处理单元(global processing unit，GPU)。可选地，所述通用CPU可能使用独立存储器和/或高速链路或总线。SDP网络节点400可采用跨流(即垂直并行处理)、跨层(即水平并行处理)，或者两者相结合来支持并行处理。特殊专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)，例如特殊ASIC 423，可以为特殊处理提供处理能力。作为一示例，三态内容寻址内存(ternary contentaddressable memory，TCAM)可以提供快速地址查找，或者数字信号处理器(digitalsignal processor，DSP)内核可以提供无线信号处理。
图5示出了软件协议引擎500第一示例的构架。软件协议引擎500以单片处理为特点。软件协议引擎500可以是虚拟机或者被多个报文流共享。软件协议引擎500可以被多个VNN或者多个VNN报文流共享。软件协议引擎500包括PIB 505，所述PIB 505可用于确定怎样传送一些已接收报文以进行协议处理，且可用于发送一些已接收报文至其他SDP网络节点。已传送的所述已接收的待进行协议处理的报文可以被存储在入报文队列507中，其中，以等待进行协议处理。协议库509包括由软件协议引擎500支持的协议，然而，并非所有被支持的协议都是活动的。协议栈511包括所述活动协议的栈。分发器513可以将存储在入报文队列507中的报文分发至所述报文对应的协议栈511的协议筒仓中的协议，以进行协议处理。协议处理的结果可以被存储在协议状态数据库517，且需要继续发往目的地的报文可以被放入出报文队列519，以等待随后发送至其他SDP网络节点。协议配置数据库521可以存储针对软件协议引擎500支持的协议的软件、指令、参数等。协议配置库521也可以存储针对还未在软件协议引擎500中实现的协议的软件、更新、升级等。软件协议引擎500也可以包括SDP节点管理单元523。SDP节点管理单元523可以从SDP管理器接收指令，并依据来自所述SDP管理器中的所述指令配置软件引擎500等，其中一些指令可能涉及报文流与协议栈之间的关联，另一些协议可能涉及分发器513中的流的优先级排序和/或协议本身的优先级排序。SDP节点管理单元523可以和PIB 505、协议配置数据库521，以及分发器513可操作地耦合。
根据一示例实施例，当所述SDP网络节点接收到新报文流的通知时，所述协议筒仓可以动态地被建立。所述协议筒仓可以包含用于实现协议栈511中每一种协议的功能的有序表。协议与报文流之间的映射可以被存储在PIB 505中。协议使用协议状态数据库517来跟踪协议状态，以确保层级之间共享。存储在协议状态数据库517中的信息的示例包括：报文序列号、可用报文信用、安全密钥、队列长度、窗口尺寸、头端(head of line，HOL)延迟、排队报文类型等。
根据一示例实施例，分发器513管理并协调资源。作为一示例，分发器513可以选择某个报文进行处理，并选择CPU和/或ASIC服务于所述已选择报文。分发器513可以为已选择的报文调用已分配的协议筒仓。分发器513可以将报文从入报文队列507切换到CPU(图示为活动操作)，并将报文从CPU切换到出报文队列519。分发器513可以通过调度入报文队列507和出报文队列519中的报文来应用流优先级，所述分发器513也可以分配处理器(CPU和/或ASIC)来区分协议优先级。如果软件协议引擎500被共享，分发器513可以包括虚拟机管理程序。如果以共享方式操作，分发器513可以考虑根据虚拟机网络标识进行调度。
图6示出了软件协议引擎600第二示例的构架。软件协议引擎600具有分层处理的特点。软件协议引擎600包括PIB 605，所述PIB 605可用于确定怎样传送一些已接收报文以进行协议处理，且可用于发送一些已接收报文至其他SDP网络节点。已传送的所述已接收的待进行协议处理的报文可以被存储在入报文队列607中，以等待进行协议处理。协议库609包括由软件协议引擎600支持的协议，然而，并非所有被支持的协议都是活动的。工作队列611包括所述活动协议的队列。分发器613可以将存储在入报文队列607中的报文分发至所述报文对应的工作队列611的工作队列中的协议，以进行协议处理。报文可逐层被处理。对于每一层，分发器613可以选择可用的CPU(图示为活动操作，例如活动操作615)。协议处理的结果可以被存储在协议状态数据库617，且需要继续发往目的地的报文可以被放入出报文队列619，以等待随后发送至其他SDP网络节点。协议配置数据库621可以存储针对软件协议引擎600支持的协议的软件、指令、参数等。协议配置数据库621也可以存储针对还未在软件协议引擎600中实现的协议的软件、更新、升级等。
在当前层的处理完成之后，分发器613可以使用协议配置数据库621以动态地确定处理下一层。通常，分发器613管理并协调资源。作为一示例，分发器613可以使用流优先级排序来选择某个报文进行处理，分发器613可以使用所述报文优先级来选择某个工作队列来放置所述报文，分发器613可以通过使用所述协议头或通过参考PIB 605来调用所述报文中的已分配协议。作为另一示例，分发器613可以调度CPU对每一个报文进行处理，每一条报文流的每个协议层都采用一条处理线程。作为又一示例，分发器613可以将报文从工作队列611切换到CPU，再切换回工作队列611，也可以将报文从CPU切换到出报文队列619。软件协议引擎600也可以包括SDP节点管理单元623。SDP节点管理单元623可以从SDP管理器接收指令，并依据来自所述SDP管理器的所述指令配置软件引擎600等，其中一些指令可能涉及报文流与协议栈之间的关联，另一些协议可能涉及分发器613中的流的优先级排序和/或协议本身的流优先级排序。SDP节点管理单元623可以和PIB 605、协议配置数据库621，以及分发器613可操作地耦合。
根据一示例实施例，通过分配更多的CPU至负载较重层和分配较少的CPU到负载较轻层，水平并行处理可以较好地实现负载平衡。分发器613可以通过调度入报文队列607和出报文队列619来应用流优先级排序。分发器613也可以分配CPU来区分协议优先级。分发器613也可以包括虚拟机管理程序。
图7示出了当软件协议引擎处理报文时，所述软件协议引擎中进行的操作700的示例流程图。当软件协议引擎处理报文时，操作700可以指示在SDP网络节点的软件协议引擎，例如软件协议引擎500或软件协议引擎600，中进行的操作。
操作700可以由所述软件引擎接收报文处理指令(方块705)开始。所述软件协议引擎(或者此处的SDP节点管理单元)可以从SDP管理器接收所述报文处理指令。所述软件协议引擎可以一次一条报文流地接收所述报文处理指令。所述软件协议引擎可以等待报文到达所述SDP网络节点的NIC中(方块707)。所述软件协议引擎可以等待所述NIC接收所述报文(方块709)。
所述软件协议引擎可以读取所述报文的所述流标识(flow identifier，ID)(方块711)。通常，所述软件协议引擎解析所述报文的至少部分头部来确定所述报文是否进行协议处理，且读取所述流标识是一个技术示例，所述软件协议引擎可以使用所述技术示例来确定所述报文是否进行协议处理。所述软件协议引擎可以进行检查以确定所述报文是否将由所述SDP网络节点处理，即所述报文是否进行协议处理(方块713)。方块711和713可以统称为流分类(方块715)。
如果所述报文将由所述SDP网络节点处理，所述软件协议引擎可以传送所述报文至存储器，例如RAM(方块717)。当所述报文被传送至所述存储器，所述软件协议引擎可以应用优先级排序到所述报文中。方块717也可以被称为流优先级排序(方块719)。
所述软件协议引擎可以为所述报文确定，例如选择，VNN并传送所述报文至所述VNN(方块721)。所述软件协议引擎可以确定，例如选择，协议栈以应用于所述报文中(方块723)。对于每一个协议栈(方块725)，所述软件协议引擎可以应用所述协议到所述报文中，并更新所述协议栈(方块727)以及更新所述报文中的协议头(方块729)。所述协议引擎可以检查以确定是否有新协议报文生成(方块731)。如果有新协议报文生成，所述软件协议引擎可以返回到方块725，以进行进一步的协议处理。方块721-731可以统称为协议处理(方块733)。
如果不需要生成所述新协议报文，对于每一个已处理或已生成的报文(方块735)，所述软件协议引擎可以确定所述报文的目的地(方块737)，查找转发NIC(方块739)，以及发送所述报文至所述转发NIC(方块741)。
如果所述报文不会由所述SDP网络节点处理(方块713)，所述软件协议引擎可以确定所述报文的目的地(方块737)，查找转发NIC(方块739)，以及发送所述报文至所述转发NIC(方块741)。
如前所论，单片处理可以采用单条线程来处理报文流的所有协议。对于单片处理，如果所述协议之间没有依赖关系，在多个CPU上分配协议处理是有可能的。对于分层协议处理，所述协议按顺序被处理，因此，允许所述协议序列的干扰。单队列可用于每一条报文流，或者单队列可用于每一种协议，从而简化流优先级排序或者协议优先级排序。
报文流优先级排序可以通过报文处理优先级排序来实现。对于单片工作流，可以在所述入报文队列中进行优先级排序；而对于分层处理，可以在工作流队列中进行进一步的优先级排序。可运用多种报文调度原则，包括权重轮询和最早截止期优先等。报文流优先级也可以通过分配更多CPU被实现。分层方法中，分配更多CPU意味着单报文流中多于一个报文可以同时被处理，赋予一些报文流更高的处理吞吐量。类似地，所述相同类型协议中多于一个报文可以同时被处理，赋予一些协议更高的处理吞吐量。
图8a示出了提供使用单片处理的报文流优先级排序的软件协议引擎中进行的操作800的示例流程图。当软件协议引擎提供使用单片处理的报文流优先级排序时，操作800可以指示在SDP网络节点的软件协议引擎，例如软件协议引擎500或软件协议引擎600，中进行的操作。
操作800可以由所述SDP网络节点接收报文以及所述软件协议引擎将所述报文放入共享队列中(方块805)开始。所述软件协议引擎可以传送所述报文至协议筒仓中(方块807)。所述软件协议引擎(例如分发器)可以调度所述报文至CPU和/或ASIC中进行处理(方块809)。所述报文可以使用所述协议栈来处理(方块811)，且所述处理结果可用于更新所述协议数据库(方块813)。所述软件协议引擎可以传送所述报文至所述出报文队列中(方块815)。
图8b示出了提供使用分层处理的报文流优先级排序的软件协议引擎中进行的操作850的示例流程图。当软件协议引擎提供使用分层处理的报文流优先级排序时，操作850可以指示在SDP网络节点的软件协议引擎，例如软件协议引擎500或软件协议引擎600，中进行的操作。
操作850可以由所述SDP网络节点接收报文以及所述软件协议引擎将所述报文放入共享队列中(方块855)开始。所述软件协议引擎可以传送所述报文至工作队列中(方块857)。所述软件协议引擎(例如分发器)可以调度所述报文至CPU和/或ASIC中进行处理(方块859)。对于所述报文流中的每一种协议(方块861)，所述软件协议引擎可以将所述报文从所述工作队列中移除(方块863)，且可以通过使用所述CPU和/或ASIC的协议功能来处理所述报文(方块865)。所述软件协议引擎可以传送所述报文返回到所述工作队列或者下一协议队列中(方块867)，并更新所述协议数据库(方块869)。如果所述工作队列中有更多报文，所述软件协议引擎可以返回到方块863。所述软件协议引擎可以传送所述报文至所述出报文队列中(方块871)。
根据一示例实施例，虚拟化允许单个SDP网络节点上同时有多个VNN共存。一个使用VNN的示例，SDP网络节点的每一个VNN可以属于单个虚拟网络供应商，以允许安全与信息相分离。SDP网络节点的硬件由多个VNN共享。VNN可以在所述SDP网络节点上的虚拟机中被实现。虚拟网络可以被分配给特定SDP网络节点中的一个VNN。多个VNN可以被分配给特定SDP网络节点中的一个虚拟网络。
根据一示例实施例，VNN管理器可以驻留在所述SDP网络节点中。通过策略规则集或者特定命令，所述VNN管理器可以由SDP管理器指示VNN与虚拟网络之间的映射(例如将报文流从第一VNN传送至第二VNN，将虚拟网络从第一VNN传送至第二VNN等)。所述VNN管理器可以在VNN之间传送虚拟网络内容和/或流上下文。所述VNN管理器也可以分配硬件资源给所述VNN，例如CPU、ASIC、存储器等。
共享虚拟网络节点(shared virtual network node，S-VNN)允许不同的虚拟网络之间共享硬件资源。通常，可能针对没有虚拟化的物理部件设置单个S-VNN。在没有独立存储的所述虚拟网络或报文流之间，可以提供尽力而为的硬件资源。
专用虚拟网络节点(dedicated virtual network node，D-VNN)可以允许分配硬件资源给虚拟网络，例如通过使用虚拟机。D-VNN可以提供硬件资源的硬共享，例如CPU、ASIC、存储器等。SDP网络节点管理程序可以再平衡所述硬件资源的使用，以实现服务质量(quality of service，QoS)要求。D-VNN可以为虚拟网络或报文流之间提供完全独立存储。
图9示出了VNN 900示例的构架。到达与VNN 900相关联的SDP节点的报文可以被入报文队列905接收。报文分类器907可以分配虚拟资源(例如VNN)来处理所述报文。报文分类器907可以使用存储在虚拟网络和/或流表909中的信息来分配所述虚拟资源给所述报文。虚拟网络和/或流表909包含报文流与虚拟网络之间的映射信息，所述虚拟网络具有可选的网络标识。报文分类器907可以将所述报文分类并分配所述报文给所述VNN。所述虚拟资源可以包括被虚拟机管理器911控制的S-VNN 913和多个D-VNN，例如D-VNN 915。硬件资源调度器917可以为CPU和/或ASIC分配所述虚拟资源。所述报文可以被传送至存储器919，可以被使用一个或多个所述CPU(例如CPU 921)和/或一个或多个ASIC(例如ASIC 923)的所述虚拟资源处理，并被传送回到存储器919或者出报文队列925。被传送到出报文队列925的报文可以被调度，以实现时间期限、QoS要求等。
图10示出了在VNN管理器中的进行的操作1000的示例流程图。操作1000可以指示在VNN管理器中进行的操作。操作1000示出了由策略导向和指示的操作，以及由所述VNN管理器导向和指示的自主操作。
在由策略导向的操作中，操作1000可以由所述VNN管理器从SDP管理器接收VNN策略指令(方块1005)开始。所述VNN管理器可以管理VNN性能(方块1007)。作为一示例，所述VNN管理器可以管理CPU占用率、网络负荷、流动性等。所述VNN管理器可以进行检查以确定VNN传输性能的变化是否符合所述VNN策略指令(方块1009)。如果性能变化符合所述VNN策略指令，如有需要，所述VNN管理器可以启动新VNN(方块1011)，并将新VNN流上下文中的报文流转发表安装至所述新VNN(方块1013)。所述VNN管理器可以改变所述虚拟网络表的表项来将流量导向所述新VNN(方块1015)，并等待所述旧VNN完成处理(清空)所有受影响的报文(方块1017)。所述VNN管理器可以从所述旧VNN的所述报文流转发表中删除旧报文流转发表项(方块1019)。如果所述旧VNN的所述报文流转发表的表项为空，所述VNN管理器可以删除所述旧VNN，并重新分配其资源(方块1021)。
在由策略指示的操作中，操作1000可以由所述VNN管理器从所述SDP管理器接收VNN转发表改变消息(方块1025)开始。如有需要，所述VNN管理器可以启动新VNN(方块1011)，并将新VNN流上下文中的报文流转发表安装至所述新VNN(方块1013)。所述VNN管理器可以改变所述虚拟网络表的表项来将流量导向所述新VNN(方块1015)，并等待所述旧VNN完成处理(清空)所有受影响的报文(方块1017)。所述VNN管理器可以从所述旧VNN的所述报文流转发表中删除旧报文流转发表项(方块1019)。如果所述旧VNN的所述报文流转发表的表项为空，所述VNN管理器可以删除所述旧VNN，并重新分配其资源(方块1021)。
在自主操作中，操作1000可以由所述VNN管理器管理VNN性能(方块1030)开始。作为一示例，所述VNN管理器可以管理CPU占用率、网络负荷、流动性等。所述VNN管理器可以决定某条报文流应该去向某个VNN(方块1032)。如有需要，所述VNN管理器可以启动新VNN(方块1011)，并将新VNN流上下文中的报文流转发表安装至所述新VNN(方块1013)。所述VNN管理器可以改变所述虚拟网络表的表项来将流量导向所述新VNN(方块1015)，并等待所述旧VNN完成处理(清空)所有受影响的报文(方块1017)。所述VNN管理器可以从所述旧VNN的所述报文流转发表中删除旧报文流转发表项(方块1019)。如果所述旧VNN的所述报文流转发表的表项为空，所述VNN管理器可以删除所述旧VNN，并重新分配其资源(方块1021)。
根据一示例实施例，当SDP管理器发送导向指令至所述VNN管理器，所述VNN管理器可以移动报文流或者虚拟网络。作为一示例，所述SDP管理器可以指定虚拟网络列表和针对旧VNN和新VNN的报文流。当所述SDP管理器发送策略至所述VNN管理器时，所述VNN管理器可以移动报文流或者虚拟网络。作为一示例，策略可以是体验质量(quality of experience，QoE)、QoS、CPU负载、存储负载等的阈值集合。此外，当UE移动所述通信系统时，策略可以指定怎样移动所述报文流。此外，策略可以是基于安全要求的，例如不安全的报文流被移动至共享虚拟机。所述VNN管理器可以移动报文流，或者移动虚拟网络以使SDP管理器自主地移动报文流，以实现优化目标。作为一示例，所述移动可以优化资源的使用。如果共享资源的使用超出指定的数量，阈值可以从所述共享资源移至专用资源。类似地，如果专用资源的使用到达指定的值，阈值可用于从所述专用资源移至共享资源，且所述专用资源可以被消除。
图11示出了当SDP网络节点升级和/或安装软件时，所述SDP网络节点中进行的操作1100的示例流程图。当SDP网络节点升级和/或安装软件时，操作1100可以指示在SDP网络节点，例如SDP网络节点209，中进行的操作。
操作1100可以由所述SDP网络节点等待软件更新(方块1105)开始。需要说明的是，当所述SDP网络节点等待所述软件更新时，所述SDP网络节点可以进行其他操作。所述SDP网络节点可以根据所述SDP管理器标识接收所述软件更新(方块1107)。所述SDP网络节点可以验证所述SDP管理器标识(方块1109)。所述SDP管理器可以使用数字证书被标识。作为一示例，中央认证中心可以被使用，或者所述证书可以是来自早期使用的缓存。如果所述SDP管理器标识被验证，所述SDP网络节点可以验证更所述软件更新的完整性(方块1111)。作为一示例，所述软件更新的完整性可以由校验和散列(例如使用散列功能，如md5、sha-256等)来检查。虚拟机管理程序可以协助认证所述软件更新。需要说明的是，如果所述更新是针对所述SDP网络节点的所有协议，或者是针对所述SDP网络节点的全部软件，则可以只进行SDP管理器识别。如果某一具体协议被更新，所述更新可以包括所述被更新协议的标识或者在目的PIB的更新之后将被使用的所述已更新协议的新标识。如果所述软件更新的完整性被验证，所述SDP网络节点可以安装所述软件更新并更新所述SDP网络节点的能力表(方块1113)。安装的协议可以存储在数据库中，并将其名称映射成二进制地址或者功能，以便在所述协议被调用时进行参考。所述协议可以被安装在共享存储中，因此，所述协议可以被多个VNN以类似对象库共享Linux的方式使用。作为一示例，可以使用类似组件对象模型(component object model，COM)注册表项或者动态链接库(dynamically linkedlibrary，DLL)功能表的数据库。如果验证所述SDP管理器标识或者所述软件更新的安全性失败，所述SDP网络节点可以拒绝所述软件更新(方块1115)，并等待进一步的更新(方块1105)。
虽然已详细地描述了本发明及其优点，但是应理解，可以在不脱离如所附权利要求书所界定的本发明的精神和范围的情况下对本发明做出各种改变、替代和更改。

Claims (23)

1.一种软件定义协议(software designed protocol，SDP)网络节点，其特征在于，包括：
接收器，用于接收指令和接收报文；
处理器，其中，所述处理器与所述接收器可操作地耦合，所述处理器用于依据所述已接收指令更新所述SDP网络节点的配置，并用于处理所述已接收报文。
2.根据权利要求1所述的SDP网络节点，其特征在于，所述指令包含协议的软件描述，所述处理器用于应用所述协议到所述已接收报文上。
3.根据权利要求1所述的SDP网络节点，其特征在于，所述接收器用于从软件定义网络(software designed networking，SDN)控制器接收所述指令。
4.根据权利要求1所述的SDP网络节点，其特征在于，所述指令包含协议的软件描述，所述处理器用于验证所述软件描述，并存储所述软件描述。
5.根据权利要求1所述的SDP网络节点，其特征在于，所述处理器用于分发所述已接收报文。
6.根据权利要求5所述的SDP网络节点，其特征在于，所述处理器用于以水平方式和垂直方式中的至少一种来分发所述已接收报文。
7.一种用于操作软件定义协议(software designed protocol，SDP)网络节点的方法，其特征在于，所述方法包括：
所述SDP网络节点接收处理指令；
所述SDP网络节点接收第一报文；
所述SDP网络节点依据所述第一报文中的标识信息对所述第一报文进行分类；
所述SDP网络节点依据所述处理指令处理所述第一报文。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述处理指令包含工作流顺序描述。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述处理指令是从软件定义网络(software designed networking，SDN)控制器接收的。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述处理指令包含协议的软件描述。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述处理指令包含报文流标识和协议，其中，所述报文流标识与所述协议相关联。
12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对所述第一报文进行分类包括：
解析所述第一报文的流标识；
将所述第一报文传送至存储器，以响应于确定所述SDP网络节点要处理所述第一报文。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，对所述第一报文进行分类还包括：
转发所述第一报文至所述第一报文的目的地，以响应于确定所述SDP网络节点不会处理所述报文。
14.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述处理所述已分类报文包括：
将所述第一报文传送至网元；
标识协议栈来处理所述第一报文；
应用与所述协议栈相关联的协议到所述第一报文上，从而产生已处理报文；
转发所述已处理报文到所述已处理报文的目的地。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述网元包含虚拟网元。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述应用所述协议包括更新协议状态。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，应用所述协议包括以下操作之一：添加第一协议头至所述第一报文；将第二协议头从所述第一报文中移除的其中之一。
18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，应用所述协议包括生成第二报文。
19.一种软件定义协议(software designed protocol，SDP)网络节点，其特征在于，包括：
接收器，用于接收处理指令和接收报文；
处理器，与所述接收器可操作地耦合，所述处理器用于依据所述报文的标识信息对所述报文进行分类，并依据所述处理指令处理所述报文。
20.根据权利要求19所述的SDP网络节点，其特征在于，所述处理器用于解析所述报文的流标识，并将所述报文传送至存储器，以响应于确定所述SDP网络节点要处理所述报文。
21.根据权利要求20所述的SDP网络节点，其特征在于，所述处理器用于转发所述报文至所述报文的目的地，以响应于确定所述SDP网络节点不会处理所述报文；所述SDP网络节点还包括发送器，与所述处理器可操作地耦合；所述发送器用于传输所述报文至所述目的地。
22.根据权利要求19所述的SDP网络节点，其特征在于，所述处理器用于将所述报文传送至虚拟网元；标识协议栈来处理所述报文；应用与所述协议栈相关的协议到所述报文上，从而产生已处理报文；以及转发所述已处理报文至所述已处理报文的目的地。
23.根据权利要求19所述的SDP网络节点，其特征在于，所述处理器为虚拟机。
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