[发明专利]虚拟路由装置的控制平面结构及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及互联网技术领域，尤其涉及一种虚拟路由装置的控制平面结构及其控制方法。

背景技术

互联网在过去几十年的产生与发展过程中，取得了举世瞩目的成功。基于互联网，出现了越来越多的用户，越来越多的应用，越来越多的服务。然而，也正是因为互联网的广泛性，愈发显现出与原始的设计初衷不一致性，固有的弊端和新生的缺陷不断涌现。因此，众多学者纷纷加入到对未来互联网的研究中，产生了一系列研究成果。然而，大部分的研究成果都是基于原有互联网体系结构的修改，并没有有效解决其固有的顽疾。另一些研究成果涉及到对互联网的彻底创新，但遗憾的是没有一个行之有效的大规模的平台来验证其正确性。

因此，未来互联网的研究迫切需要可支持并行网络创新实验平台。这个创新实验平台，需要在不影响现网这个前提下，可以并行进行各种互联网的创新研究和实验，互不影响。网络虚拟化技术允许在同一个底层网络资源上同时并行运行多个虚拟网络，被认为是搭建未来创新网络实验平台的一种重要和有效的技术。网络虚拟化通过节点虚拟化技术和链路虚拟化技术在同一底层物理网络上虚拟出多个虚拟网络，从而提供不同的服务，运行不同的协议和应用。例如不同虚拟网络可以运行特点鲜明的不同应用：VoIP、视频点播、组播、文件共享等。

作为网络虚拟化的核心设备：虚拟路由器，对其的研究便显得格外的重要。在过去的研究中成果，有两种虚拟路由器的方案：第一种方案是基于软件的虚拟路由器，其最大的特点是配置灵活，可编程性强，然而软件虚拟路由器有其难以逾越的瓶颈：转发速率低，这是因为其转发功能是由软件来实现的缘故。第二种方案是基于硬件的虚拟路由器，其最大的特点在于转发速率高，甚至可达线速，然而其灵活性和可配置性很难和软件虚拟路由器相比拟。另外，目前关于硬件虚拟路由器的研究成果在隔离性上也有一定缺陷，各个平面之间无法做到完全的隔离。根据在网络中的功能，路由器可以分为如下四个平面：数据平面、控制平面、管理平面和服务平面。其中控制平面和数据平面是最为核心的两个平面。数据平面负责数据转发功能，而控制平面主要负责路由协议的选择、运行、维护、更新等，并负责部分数据包的处理，以及系统基本功能的配置等。可见，控制平面在(虚拟)路由器中起着“中枢神经”的作用，对控制平面的设计的好坏直接影响着(虚拟)路由器的功能、性能和可靠性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种虚拟路由装置的控制平面结构及其控制方法，其能够灵活根据应用场景选择合适的路由协议，并稳定的维护路由协议；本发明还可实现对数据平面的灵活配置，并可实时准确响应用户的需求。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种虚拟路由装置的控制平面结构，包括主机控制单元和多个虚拟机单元；

所述主机控制单元用于实现用户交互、对数据平面和虚拟机单元进行管理和控制，并周期性更新数据平面中的路由表和ARP表；所述对虚拟机单元进行管理和控制包括产生与数据平面对应的虚拟机单元。

所述虚拟机单元用于实现路由协议处理和数据包处理的功能，并实时产生、更新路由表和ARP表，提供给主机控制单元。

其中，所述主机控制单元包括管理配置模块。

其中，所述虚拟机单元包括路由协议模块和数据包处理模块。

其中，所述虚拟路由装置包括可编程硬件和主机，可编程硬件用于实现数据平面部分功能，负责数据包转发。

其中，所述数据平面包括所述可编程硬件中的数据包转发控制模块，以及存储在所述可编程硬件的寄存器中的路由表、ARP表和端口表，且所述数据平面与所述虚拟机单元一一对应。

其中，所述虚拟机单元包括N张虚拟网卡，所述N张虚拟网卡通过网桥分别桥接到所述可编程硬件的N个CPU队列上。所述网桥由管理配置模块建立。N为自然数。

其中，所述可编程硬件为FPGA。

一种利用前述的虚拟路由装置的控制结构对虚拟路由装置进行控制的方法，包括以下步骤：

S1：主机根据需求创建虚拟机单元并分配资源；

S2：主机以创建软件桥的方式将虚拟机单元的虚拟网卡分别和可编程硬件的CPU队列桥接起来；

S3：主机对所述可编程硬件中的数据平面进行初始化配置；

S4：虚拟机单元判断接收到的数据包为路由数据包还是异常数据包，若为路由数据包，则选择路由协议进行处理，将得到的路由表更新到数据平面；若为异常数据包，执行步骤S5-S9；