一種共享路由控制邏輯的路由器設計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種共享路由控制邏輯的路由器設計方法，涉及路由器設計領域。本方法將控制區(qū)域內的路由器進行主從劃分，使多個路由器在邏輯上組成一個超級路由器(控制區(qū)域內具有一個路由控制邏輯和多個分布在不同物理地點的高速轉發(fā)邏輯)；主路由器的路由控制邏輯向多個從路由器的高速轉發(fā)邏輯發(fā)送控制和查詢數據包，從路由器的高速轉發(fā)邏輯通過部署接口函數將指令數據包進行解析并進行軟硬件配置(主要涉及到轉發(fā)表信息等)，從路由器的路由控制邏輯進入休眠狀態(tài)。本方法簡化了網絡結構、降低了部署成本和路由器能耗。
【專利說明】
一種共享路由控制邏輯的路由器設計方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種新型路由器的設計方法，特別涉及一種允許路由器共享路由控制邏輯以降低網絡管理復雜度和能耗的設計方法。
【背景技術】
[0002]路由器主要由路由控制邏輯和高速轉發(fā)邏輯兩個子系統(tǒng)構成，前者用于通告和收集網絡路由信息，并根據算法計算鄰居表、全局路由表，并最終生成針對不同網口(網段)的轉發(fā)表;后者負責對數據包進行處理(計算校驗和、更新MAC地址等)，并按照轉發(fā)表的內容將數據包高速轉發(fā)。路由控制邏輯子系統(tǒng)負責的工作計算量較大、處理延遲要求不高，而高速轉發(fā)邏輯子系統(tǒng)通常要求處理延遲在微秒甚至納秒級別，但并不要求復雜的計算。兩個子系統(tǒng)功能相對獨立，通過寄存器讀寫進行信息交互。路由器是重要的網絡節(jié)點，其行為主要由路由控制邏輯子系統(tǒng)進行控制?，F有商用路由器中，路由控制邏輯主要在以CPU為中心的硬件系統(tǒng)實現，而高速轉發(fā)邏輯通常基于網絡處理器和交換矩陣實現。
[0003]為了便于管理，研究人員提出虛擬路由器的概念。虛擬路由器是指多個路由器實體可以自由進行組合，在邏輯上被視為一個虛擬的路由器。網絡通信的實體是虛擬路由器，其可以由構成虛擬路由器的任意路由器承擔，因而虛擬路由器可以看做路由控制邏輯(實體)與高速轉發(fā)邏輯的進一步分離。實際運行中，虛擬路由器的各個子路由器的路由控制邏輯依然正常工作，共同實現虛擬路由器的計算任務。
[0004]SDN(Software Defined Network，軟件定義網絡)路由器是近幾年發(fā)展起來的一種新型路由器，其通過引入上層管理器，將路由器的路由控制邏輯的部分配置功能進行開放，進而將用戶命令映射到高速轉發(fā)邏輯以提高網絡控制能力和轉發(fā)效率。從本質來看，SDN路由器是傳統(tǒng)路由器路由控制邏輯與高速轉發(fā)架構進一步發(fā)展與分離的結果。通過開放式的路由控制邏輯設計，用戶可以隨心所欲的對數據通路進行配置，引導數據在規(guī)劃的路徑傳輸。此外，由于允許一個SDN控制器管理多個路由器，其具有更為宏觀的網絡視圖，可以達到更高的管理效率。
[0005]由近幾年出現的虛擬路由器、SDN路由器等相關技術發(fā)展出現如下兩個趨勢:I)為了達到更高的網絡控制與傳輸效率，路由控制邏輯向著開放、集中式發(fā)展，即開放部分控制功能的同時將分布式控制邏輯進行集中；2)路由控制邏輯與高速轉發(fā)邏輯的數據耦合性越來越低，兩個獨立功能子系統(tǒng)自成體系。
[0006]現有主流商用路由器的網絡數據吞吐率已經達到40Gbps，其每秒傳輸數據高達1250MB，平均數據傳輸延遲在微秒級別。從吞吐率和數據傳輸延遲來看，網絡傳輸技術完全可以替代本地PCIE等總線技術作為路由控制邏輯到高速轉發(fā)邏輯的控制數據通信方法。
[0007]然而，網絡路由器的設備利用率即使在流量高峰通常也不到網絡帶寬的50%，在夜間等利用率低的時候，通常不到10%。這一應用現狀為提高網絡利用率、降低功耗等提供了較大的改進空間。

【發(fā)明內容】

[0008]為解決上述技術問題，本發(fā)明公開了一種共享路由控制邏輯的路由器設計方法。本方法允許主路由器的路由控制邏輯(主要負責網絡路由的計算等)對多個從路由器的高速轉發(fā)邏輯進行控制(從路由器的高速控制邏輯進入休眠狀態(tài))，以達到簡化網絡結構、降低能耗的目的。
[0009]本發(fā)明所采取的技術方案為:一種共享路由控制邏輯的路由器設計方法，包括以下步驟:
[0010](I)對控制區(qū)域內所有路由器的路由控制邏輯和高速轉發(fā)邏輯之間的命令交互接口進行標準化；
[0011](2)將控制區(qū)域內的所有路由器按照通信成本進行劃分，將通信成本最低的路由器作為主路由器；
[0012](3)主路由器對本控制區(qū)域內其他路由器的工作負載進行實時監(jiān)控，將工作負載小于第一預設值的路由器挑選出來作為從路由器；
[0013](4)主路由器接管從路由器的高速轉發(fā)邏輯并允許從路由器的路由控制邏輯進入休眠狀態(tài)；
[0014](5)所有從路由器的路由控制邏輯進入休眠狀態(tài)，并通知其高速轉發(fā)邏輯與主路由器的路由控制邏輯進行命令交互；
[0015](6)各從路由器的高速轉發(fā)邏輯與主路由器的路由控制邏輯進行命令交互；
[0016]完成共享路由控制邏輯的路由器設計。
[0017]其中，步驟(I)所述的命令交互接口包括本地接口和遠程接口，本地接口用于本路由器的路由控制邏輯與高速轉發(fā)邏輯的命令交互，遠程接口用于路由器的高速轉發(fā)邏輯與另一個路由器的路由控制邏輯的命令交互。
[0018]其中，步驟(2)所述的通信成本為控制區(qū)域內某個路由器到達其他路由器的通信開銷和時間開銷。
[0019]其中，從路由器的高速轉發(fā)邏輯與主路由器的路由控制邏輯之間的命令交互經密鑰加密處理。
[0020]其中，當主路由器監(jiān)控到從路由器的工作負載超過第二預設值，則認為發(fā)生重大變化，主路由器喚醒所有從路由器的路由控制邏輯，控制區(qū)域內的所有路由器恢復正常工作狀態(tài)。
[0021]本發(fā)明相比【背景技術】的優(yōu)點在于:
[0022]1.允許從路由器的路由控制邏輯進入休眠以降低功耗；
[0023]2.技術路線成熟，現有路由器架構只要稍微修改即可，有利于降低部署成本；
[0024]3.系統(tǒng)設計簡單，無需像SDN、虛擬路由器等方法引入額外的路由器控制體系和計算復雜度。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明的共享路由控制邏輯的路由器結構；
[0026]圖2是本發(fā)明的控制區(qū)域劃分示例；
[0027]圖3是本發(fā)明的控制區(qū)域內主、從路由器劃分示例；
[0028]圖4是本發(fā)明的共享路由控制邏輯的路由器工作流程。
【具體實施方式】
[0029]下面，結合附圖4對本發(fā)明作進一步說明。
[0030]一種共享路由控制邏輯的路由器設計方法，包括以下步驟:
[0031](I)路由器啟動后，對區(qū)域內的路由器信息進行匯總，按照管理域或者用戶設定并形成多個控制區(qū)域；
[0032]控制區(qū)域劃分示例如圖2所示。
[0033](2)對各控制區(qū)域內所有路由器的路由控制邏輯和高速轉發(fā)邏輯之間的命令交互接口進行標準化；
[0034]路由控制邏輯主要用于計算鄰居表、全局路由表，并最終生成針對不同網口(網段)的轉發(fā)表;高速轉發(fā)邏輯負責對數據包進行處理(計算校驗和、更新MAC地址等)并按照轉發(fā)表的內容將數據包高速轉發(fā);路由控制邏輯和高速轉發(fā)邏輯之間主要通過寄存器讀寫的方式進行指令與數據交互，交互內容主要有路由協(xié)議數據包、轉發(fā)表配置和基本的管理命令。
[0035]命令交互接口包括功能一致的兩部分接口:本地接口和遠程接口。本地接口指路由控制邏輯可以通過寄存器讀寫方式與本路由器的的高速轉發(fā)邏輯進行交互;遠程接口指通過網口與其他路由器的高速轉發(fā)邏輯進行交互，遠程接口通信數據需要經過密鑰加密處理以保證安全性。標準化在路由器內部和各路由器之間進行，用于打通本地、遠程通路。
[0036](3)將各控制區(qū)域內的所有路由器按照通信成本進行劃分，將通信成本最低的路由器作為主路由器；
[0037]控制區(qū)域內到達其他路由器通信開銷和時間開銷最小者為主路由器;主、從路由器劃分示例如圖3所示?？刂茀^(qū)域內的所有路由器只有主路由器一個邏輯實體代表。主路由器負責本區(qū)域內所有從路由器的高速轉發(fā)邏輯的配置，是控制區(qū)域內的路由控制中心。進入主從模式后，從路由器的路由控制邏輯不再對本地高速轉發(fā)邏輯進行控制。
[0038](4)主路由器對本控制區(qū)域內其他路由器的工作負載進行實時監(jiān)控，并按照預定策略選擇可以進入主從模式的路由器；
[0039]將工作負載小于第一預設值的路由器挑選出來作為從路由器。
[0040](5)主路由器接管挑選出的從路由器的高速轉發(fā)邏輯，并允許從路由器的路由控制邏輯進入休眠狀態(tài);共享路由控制邏輯的路由器結構如圖1所示。
[0041](6)所有從路由器的路由控制邏輯進入休眠狀態(tài)，并通知其高速轉發(fā)邏輯與主路由器的路由控制邏輯進行命令交互；
[0042](7)主路由器對所轄各個從路由器的高速轉發(fā)邏輯進行管理;具體包括步驟:
[0043](701)從路由器的高速轉發(fā)邏輯將需要控制邏輯進行處理的數據報文標記后交給主路由器的控制邏輯單元；
[0044](702)主路由器為從路由器的高速轉發(fā)邏輯計算轉發(fā)表信息，將轉發(fā)表信息生成指令數據包發(fā)送至從路由器的高速轉發(fā)邏輯，并對從路由器的高速轉發(fā)邏輯進行管理；
[0045](703)從路由器的高速轉發(fā)邏輯通過部署接口函數，將指令數據包進行解析，并進行軟硬件配置(主要涉及到轉發(fā)表信息等)。
[0046]從邏輯上來看，共享控制邏輯的路由器由主路由器代表，主路由器相當于有若干個高速轉發(fā)邏輯的超級路由；各個從路由器的高速轉發(fā)邏輯相當于主路由器的擴展接口。
[0047]運行過程中，一旦網絡負載超過第二預設閾值、主路由器無法繼續(xù)承擔各個從路由器的控制任務，則按照預定策略激活各個從路由器的路由控制邏輯，并使各個路由器恢復正常狀態(tài)。
【主權項】
1.一種共享路由控制邏輯的路由器設計方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)對控制區(qū)域內所有路由器的路由控制邏輯和高速轉發(fā)邏輯之間的命令交互接口進行標準化； (2)將控制區(qū)域內的所有路由器按照通信成本進行劃分，將通信成本最低的路由器作為主路由器； (3)主路由器對本控制區(qū)域內其他路由器的工作負載進行實時監(jiān)控，將工作負載小于第一預設值的路由器挑選出來作為從路由器； (4)主路由器接管從路由器的高速轉發(fā)邏輯并允許從路由器的路由控制邏輯進入休眠狀態(tài)； (5)所有從路由器的路由控制邏輯進入休眠狀態(tài)，并通知其高速轉發(fā)邏輯與主路由器的路由控制邏輯進行命令交互； (6)各從路由器的高速轉發(fā)邏輯與主路由器的路由控制邏輯進行命令交互； 完成共享路由控制邏輯的路由器設計。2.根據權利要求1所述的一種共享路由控制邏輯的路由器設計方法，其特征在于，步驟(1)所述的命令交互接口包括本地接口和遠程接口，本地接口用于本路由器的路由控制邏輯與高速轉發(fā)邏輯的命令交互，遠程接口用于路由器的高速轉發(fā)邏輯與另一個路由器的路由控制邏輯的命令交互。3.根據權利要求1所述的一種共享路由控制邏輯的路由器設計方法，其特征在于，步驟(2)所述的通信成本為控制區(qū)域內某個路由器到達其他路由器的通信開銷和時間開銷。4.根據權利要求1所述的一種共享路由控制邏輯的路由器設計方法，其特征在于，步驟(6)具體包括步驟: (601)從路由器的高速轉發(fā)邏輯將需要路由控制邏輯進行處理的數據報文進行標記后的送至主路由器的路由控制邏輯； (602)主路由器的路由控制邏輯接收到從路由器標記后的數據報文后，計算轉發(fā)表信息，將轉發(fā)表信息生成指令數據包并輸出至從路由器的高速轉發(fā)邏輯； (603)從路由器的高速轉發(fā)邏輯接收到主路由器發(fā)來的指令數據包后，對指令數據包中包含的指令進行解析，并對本路由器進行配置。5.根據權利要求1或4所述的一種共享路由控制邏輯的路由器設計方法，其特征在于，從路由器的高速轉發(fā)邏輯與主路由器的路由控制邏輯之間的命令交互經密鑰加密處理。6.根據權利要求1所述的一種共享路由控制邏輯的路由器設計方法，其特征在于，當主路由器監(jiān)控到從路由器的工作負載超過第二預設值，則認為發(fā)生重大變化，主路由器喚醒所有從路由器的路由控制邏輯，控制區(qū)域內的所有路由器恢復正常工作狀態(tài)。
【文檔編號】H04L12/701GK105897576SQ201610459940
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】付文亮, 盧寧寧, 張海鵬, 楊悅
【申請人】中國電子科技集團公司第五十四研究所