CN201742437U

CN201742437U - 基于可编程路由器的多路径旁路分流转发系统

Info

Publication number: CN201742437U
Application number: CN2010205266155U
Authority: CN
Inventors: 韩来权; 汪晋宽
Original assignee: 韩来权; 汪晋宽
Current assignee: Northeastern University Qinhuangdao Branch
Priority date: 2010-09-13
Filing date: 2010-09-13
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2020-09-13

Abstract

本实用新型公开了基于可编程路由器的多路径旁路分流转发系统，所述系统包括设有路由转发器和镜像端口的核心路由器和设有控制处理器和网络接口的旁路处理机；镜像端口与控制处理器连接，控制处理器与网络接口连接，网络接口与路由转发器连接；本实用新型设置旁路处理机与核心路由器相连接，并利用镜像拷贝技术将核心路由器接收的数据拷贝给旁路处理机来处理，使得核心路由器不需要浪费CPU时间片进行数据统计和分析操作，可以把大量的计算时间用在数据包的转发上，减小了核心路由器面临的巨大转发压力，减少了核心路由器的处理数据开销，同时避免了大规模数据转发引起的路由振荡，提高了路由系统的稳定性。

Description

基于可编程路由器的多路径旁路分流转发系统

技术领域

本实用新型涉及一种多路径旁路分流转发系统，特别是基于可编程路由器的多路径旁路分流转发系统，属于计算机网络技术领域。

背景技术

随着近年来通信网络技术的快速发展，网络中的路由器和链路数目不断增加，导致网络的结构和功能的扩展，这就使得多路径问题越来越突显出来。传统的单目标路由方法在不断发展的多目标环境下，传输效率低、服务质量差的问题越来越明显，多路径并发传输技术已经成为公认的提高网络服务质量的关键技术之一，受到全世界的共同关注。

OSPF协议(开放最短路径协议)可以配置ECMP (等价多路径)这个参数实现多路径传输，这种组合是使用最广泛的多路径算法。当路径具有相同带宽、时延等属性时，ECMP可以在不同路径上进行部署，可以在路由器的上使用bandwidth命令或者ip ospf cost xx命令来改变一个链路代价的默认值。但是当带宽、时延等属性变化较大时，就不能充分发挥作用。IGRP协议（动态距离向量路由协议）可以通过使用variance命令来达到这一个目的。但是，variance 的设置缺乏灵活性，重新配置参数非常耗费处理器的时间。

现有技术是一个路由器既进行路由决策又进行数据转发，这使得路由器无法对数据包进行分类和统计操作。虽然某些路由器集成了一些高端的处理功能，但是大量数据包的统计和分析操作浪费了CPU过多的时间片，占据了很多转发平面的时间片，使得路由器的转发工作量越来越大，从而增大了整个核心路由器的处理开销。在这种情况下，大规模数据转发极易引起路由振荡问题，使得整个路由系统的稳定性大大下降。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供了一种基于可编程路由器的多路径旁路分流转发系统，它能够减少核心路由器处理数据的开销，同时可以避免大规模数据转发引起的路由振荡。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：基于可编程路由器的多路径旁路分流转发系统，所述系统包括：设有路由转发器和镜像端口的核心路由器和设有控制处理器和网络接口的旁路处理机；

镜像端口，用于通过镜像拷贝技术将核心路由器接收的数据包发送给旁路处理机；

控制处理器，用于对旁路处理机接收的不同数据流的特性参数进行统计，并对数据进行分类得到转发粒度；

网络接口，用于将转发粒度反馈给核心路由器；

路由转发器，用于核心路由器根据网络接口反馈的转发粒度对数据进行分流转发；

镜像端口与控制处理器连接，控制处理器与网络接口连接，网络接口与路由转发器连接。

所述的旁路处理机为可编程路由器。

前述的基于可编程路由器的多路径旁路分流转发系统中，所述的流的特性参数包括哈希索引、包数目、包长度、起始时间、结束时间、活跃时间和比率。

前述的基于可编程路由器的多路径旁路分流转发系统中，所述的转发粒度是由目的地址、源地址和目的端口决定的，并且可以通过所述比率来进一步划分其粗细粒度。

所述的控制处理器根据统计结果对数据进行分类操作时，根据单位时间（即起始时间到结束时间）内的数据包数目和包长度，求出这个流的比率，比率表示流在当前统计周期的占比情况。每个哈希索引对应一个流,假设某次求得哈希索引的占比（即比率）分别为33％、30％、14％、11％、8％、3％和1％，则粗粒度转发技术只会选择33%这个最优占比进行数据的传输，而细粒度转发技术会同时选择33％和30％这两个比较接近的比率进行数据传输，也就是说，细粒度转发技术会选择多个接近的比率进行同时的数据传输。本系统具体实现时，把偏离最大占比10％以内的比率都认为是同一转发粒度。

所述的路由转发器进行分流转发操作时，需要调用Lookup函数。Lookup是经过重载后的函数，主要的改进在于，它可以接收统计、分类返回的转发粒度，然后选择相应的可用路径进行旁路转发。当它接收一个目的地址作为参数时就是传统的路由器转发策略，而接收转发粒度作为参数时就是基于不同粗细粒度的转发策略。

与现有技术相比，本实用新型设置旁路处理机与核心路由器相连接，并利用镜像拷贝技术将核心路由器接收的数据拷贝给旁路处理机来处理，使得核心路由器不需要浪费CPU时间片进行数据统计和分析操作，可以把大量的计算时间用在数据包的转发上，减小了核心路由器面临的巨大转发压力，减少了核心路由器的处理数据开销，同时避免了大规模数据转发引起的路由振荡，提高了路由系统的稳定性。

附图说明

图1是本实用新型的一种实施例的结构示意图；

图2是本实用新型的一种实施例的工作流程图；

图3是本实用新型的一种实施例的拓扑结构模型。

附图1中的标记为：1-路由转发器，2-镜像端口，3-核心路由器，4-控制处理器，5-网络接口，6-旁路处理机。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。

具体实施方式

本实用新型的实施例：基于可编程路由器的多路径旁路分流转发系统，所述系统包括：设有路由转发器1和镜像端口2的核心路由器3和设有控制处理器4和网络接口5的旁路处理机6；

镜像端口2，用于通过镜像拷贝技术将核心路由器3接收的数据包发送给旁路处理机6；

控制处理器4，用于对旁路处理机6接收的不同数据流的特性参数进行统计，并对数据进行分类得到转发粒度；

网络接口5，用于将转发粒度反馈给核心路由器3；

路由转发器1，用于核心路由器3根据网络接口5反馈的转发粒度对数据进行分流转发；

镜像端口2与控制处理器4连接，控制处理器4与网络接口5连接，网络接口5与路由转发器1连接。

所述的旁路处理机6为可编程路由器。

所述的数据流的特性参数包括哈希索引、包数目、包长度、起始时间、结束时间、活跃时间和比率。

所述的转发粒度是由目的地址、源地址和目的端口决定的，并且可以通过所述比率来进一步划分其粗细粒度。

所述的控制处理器4根据统计结果对数据进行分类操作时，根据单位时间（即起始时间到结束时间）内的数据包数目和包长度，求出这个流的比率，比率表示流在当前统计周期的占比情况。每个哈希索引对应一个流,假设某次求得哈希索引的占比（即比率）分别为33％、30％、14％、11％、8％、3％和1％，则粗粒度转发技术只会选择33%这个最优占比进行数据的传输，而细粒度转发技术会同时选择33％和30％这两个比较接近的比率进行数据传输，也就是说，细粒度转发技术会选择多个接近的比率进行同时的数据传输。本方法具体实现时，把偏离最大占比10％以内的比率都认为是同一转发粒度。

所述的路由转发器1进行分流转发操作时，需要调用Lookup函数。Lookup是经过重载后的函数，主要的改进在于，它可以接收统计、分类返回的转发粒度，然后选择相应的可用路径进行旁路转发。当它接收一个目的地址作为参数时就是传统的路由器转发策略，而接收转发粒度作为参数时就是基于不同粗细粒度的转发策略。

本实用新型的工作流程（如图2所示）：

S1核心路由器利用镜像拷贝技术将接收的数据包发送给旁路处理机；

S2旁路处理机对不同数据流的特性参数进行统计；

S3旁路处理机根据统计结果对数据进行分类得到转发粒度，并将转发粒度反馈给核心路由器；

S4核心路由器根据旁路处理机反馈的转发粒度对数据进行分流转发。

实例说明

根据本实用新型，新增的统计结构体参数包括哈希索引、包数目、包长度等统计参数，可以在旁路处理机中添加结构体BFF，用于记录不同数据流的特性参数。统计结构体如下：

struct BFF

{

long hash_index;

long packet_num;

long packet_length;

double start_time;

double end_time;

double alive_time;

double ratio;

}。

对数据流的特性参数进行相关阐述，其中：

哈希索引（hash_index）是一个流的唯一标识，每个哈希索引对应一个流，它的取值由源地址SA，目的地址DA和目的端口DP这三个参数决定；

包数目（packet_num）是记录这个流的中总的数据包个数，包长度（packet_length）是记录这个流的中总的数据包长度；

流的起始时间（start_time）和流的结束时间（end_time）是为了保存历史信息的需要，在进行流量预测时进行一定的加权计算；

为了防止不活跃的哈希索引使结构过于庞大而降低整个系统的性能，每隔一定的时间将根据流的活跃时间（alive_time）将不活跃的表项清除掉；

比率（ratio）表示流在当前统计周期的占比情况，总的包数目和总的包长度是为了求出绝对占优的流，然后赋值给相应的ratio参数。

如图3所示，这种三路径的拓扑结构是现有很多网络的基本结构，它已成为通信类国际顶级会议SIGMETRIC公认的拓扑模型。

在大型网络中，为了减少核心路由器的转发数据压力，设置旁路处理机与核心路由器相连接，旁路处理机的实质是可编程路由器。发往核心路由器的数据会通过镜像拷贝技术被发送到旁路处理机，现有的旁路技术可以实现这个功能，比如交换机的端口镜像技术，光交换机的旁路分光技术。数据到达旁路处理机后，对不同数据流进行统计分析。旁路处理机根据统计结果对数据进行分类得到转发粒度，并将转发粒度反馈给核心路由器，核心路由器根据转发粒度对数据进行分流转发。

核心路由器不需要浪费CPU时间片进行统计和分析操作，可以把大量的计算时间用在数据包的转发上。可编程路由器可以将旁路分流的结果通过IP数据包字段中的ToS位进行表达，目前ToS是保留未用字段。这样，在校园网、企业网或者局域网之间的较大的数据流量，就可以通过图3中的分流1、分流2和分流3的情况进行传输。

Claims

1. 基于可编程路由器的多路径旁路分流转发系统，其特征在于，所述系统包括设有路由转发器（1）和镜像端口（2）的核心路由器（3）和设有控制处理器（4）和网络接口（5）的旁路处理机（6）；

其中，镜像端口（2），用于通过镜像拷贝技术将核心路由器（3）接收的数据包发送给旁路处理机（6）；

控制处理器（4），用于对旁路处理机（6）接收的不同数据流的特性参数进行统计，并对数据进行分类得到转发粒度；

网络接口（5），用于将转发粒度反馈给核心路由器（3）；

路由转发器（1），用于核心路由器（3）根据网络接口（5）反馈的转发粒度对数据进行分流转发；

镜像端口（2）与控制处理器（4）连接，控制处理器（4）与网络接口（5）连接，网络接口（5）与路由转发器（1）连接。

2. 根据权利要求1所述的基于可编程路由器的多路径旁路分流转发系统，其特征在于，所述的数据流的特性参数包括哈希索引、包数目、包长度、起始时间、结束时间、活跃时间和比率。

3. 根据权利要求1所述的基于可编程路由器的多路径旁路分流转发系统，其特征在于，所述的转发粒度是由目的地址、源地址和目的端口决定的，并且可以通过所述比率来进一步划分其粗细粒度。