专利名称：转发和控制分离网络件架构下实现业务集群路由器的方法
技术领域：
本发明涉及一种实现路由器的方法，特别是涉及一种转发和控制分离 网络件架构下实现业务集群路由器的方法。背景技术：
随着互联网等计算机网络应用领域的迅速扩大，新特性、新需求 不断出现并不断变化，这就要求新一代网络设备应具有足够的灵活性，能快速地对新业务、 新需求做出响应；要求新一代网络设备应具有足够的开放性，使用户可以根据所开放的资 源灵活组合，以提供不同的网络需求服务；要求新一代网络设备应具有足够的模块化特性， 并通过标准化组织进行标准化，使得每个模块可以由不同厂家独立研究开发，又可以通过 积木式有机组合成一个整体，这种积木式的发展模式可以极大地加快产品的开发过程，同 时也有利于良性竞争、降低成本，个人计算机(PC)的发展已经充分证明了该模式的有效性。 转发与控制分离的网络件正是由于满足了新一代网络的以上要求而在目前得到了广泛研 究和应用。关于转发与控制分离网络件的研究目前主要在互联网标准制定组织IETF引导 下幵展，IETF 成立了专门的 ForCES (Forwarding and Control Element Separation,转 发和控制件分离)工作组。一个转发与控制分离的网络件分成转发件(FE)和控制件(CE) 两部分，互联网协议RFC3654中规定了转发与控制分离网络件的需求(Requirements)，互 联网协议RFC3746规定了转发与控制分离网络件的框架(Framework)。它们之间的信息交 换使用标准化的被称为“ForCES协议”的信息交换协议，进而转发与控制分离网络件也被 称为ForCES网络件，标准化使得转发件和控制件可以由不同厂家生产。在计算机网络中，路由器是重要的网络设备，在网络通信中主要完成路由选择、转 发任务，随着网络应用的不断发展，路由器还要完成一些控制、管理以及业务处理功能。现 有路由器体系结构由于受其自身硬件结构、路由操作系统及协议软件结构的固有限制，普 遍缺乏良好的可扩展性，在很多方面难以满足新一代互联网可扩展性的需要。为了适应新 一代互联网对可扩展性的需求，解决高性能路由器可扩展问题，对!^orCES架构下集群路由 器应用的研究具有非常重大的意义。集群路由器是指将多个可独立运行的路由交换结点 (如常规路由器或通用PC计算机等)，通过某种高速互连网络连接起来构成的单映像路 由系统。对集群式路由器的实现可以采用两种途径。第一是采用高速互连卡或高速互连网 络将多台常规路由器连接起来，在集群路由协议的支持下，形成一个单映像路由器。第二是 用使用专用网(SpecialAr ean etwork, S AN)或者局域网(LocalA reaN etwork, L AN)将 多台常规计算机连接成计算机集群系统，每台计算机运行可重构的IP转发软件，在集群路 由协议的支持下，形成一个单映像路由器。在集群路由器体系结构中，为了提高集群系统 的可伸缩性和可管理性，增强路由器的扩展性和灵活性，我们可以采用转发与控制分离结 构，SPForCES( Forwarding andControl Element Separation)结构，将集群路由器控制平 面与转发平面分离开来。目前，ForCES工作组已经提出了关于转发件间数据传输机制的两个草案，即一个 ForCES NE内部的转发件拓扑结构的发现和维护机制以及转发件间数据包传输的路由机 制，但关于按照什么方式组织转发件和转发件内的逻辑功能块而获得更好的转发性能还没有研究人员提出相关的设计方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种转发和控制分离网络件 架构下实现业务集群路由器的方法，该方法解决了集群路由器的可扩展性问题，在集群路 由器体系结构中，采用转发和控制件分离技术可以实现转发平面和控制平面的分离，从而 提高集群系统的可伸缩性和可管理性，增强路由器的扩展性和灵活性。本发明的技术方案
一种转发和控制分离网络件架构下实现业务集群路由器的方法，含有下列步骤 步骤1 初始时将业务分成多个子业务模块，采用逻辑功能块对各个子业务模块进行 描述，构建出实现该业务的逻辑功能块拓扑结构；
步骤2 控制件根据各逻辑功能块运行所需的资源情况和转发件的处理能力确定完成 业务处理所需的转发件数量；
步骤3 控制件根据该业务逻辑功能块的拓扑结构，将业务的逻辑功能块拓扑结构映 射成各个转发件间和转发件内部逻辑功能块的拓扑结构；
步骤4 控制件根据转发件间的拓扑结构生成业务转发表，并下发给转发件，转发件根 据业务转发表来选择处理后续子业务所需转发件；
步骤5 在业务处理过程中，转发件向控制件上报自己的负载信息，控制件根据所有的 负载信息实时调整并更新转发件的业务转发表，从而来实现负载均衡。步骤1的具体方法为初始时将业务分成多个子业务模块，是由研发人员
根据业务处理流程进行系统的划分，之后根据ForCES协议中的逻辑功能块模型用XML 语言对各个子业务模块进行描述，构建出实现该业务的逻辑功能块拓扑结构。步骤2的具体方法为控制件分析逻辑功能块运行时所需的资源情况，以所需内 存和CPU的占有率作为衡量标准，将所有逻辑功能块运行时所需的内存消耗和CPU消耗与 每个转发件的内存大小和CPU处理能力进行对比后，计算出所需转发件的数量。步骤3的具体方法为控制件根据该业务逻辑功能块的拓扑结构并结合逻
辑功能块运行时所需的资源情况与转发件处理能力之间的对比关系，将业务的逻辑功 能块拓扑结构映射成各个转发件间和转发件内部的逻辑功能块的拓扑结构。步骤4的具体方法为控制件根据由转发件间的拓扑结构计算得到的转发
表和转发件所处理的子业务进行计算获得业务转发表，控制件将生成的业务转发表下 发给转发件，转发件根据业务转发表来选择处理后续子业务所需转发件。步骤5的具体方法为在业务处理过程中，转发件中的负载查询逻辑功能块周期 将自身的负载信息上报给控制件，控制件通过对实时的负载信息进行汇总评估更新负载状 况表，采用负载均衡算法计算出新的业务转发表，并下发给转发件，转发件根据新的业务转 发表转发数据，从而实现负载均衡，提高系统性能。本发明的有益效果
1、本发明的主要特点为1)满足了多业务的处理需求；2)设计出的业
务转发表，可以更有效的实现业务的处理；3)通过负载均衡机制，充分发挥了各个转发 件的性能，有利于提高网络件对外提供的服务性能；4)可被标准化的前景使得本发明具有 广阔的应用前景和广泛的实际使用效果前景。
图1为转发件的结构示意图； 图2为防火墙业务的转发件结构示意图； 图3为防火墙业务的转发件拓扑结构示意图； 图4为ForCES集群路由器软件体系结构示意图； 图5为控制件中实施负载均衡策略的流程图。具体实施例方式
一种转发和控制分离网络件架构下实现业务集群路由器的方法，含有下列步骤 步骤1 初始时将业务分成多个子业务模块，采用逻辑功能块对各个子业务模块进行 描述，构建出实现该业务的逻辑功能块拓扑结构；
步骤2 控制件根据各逻辑功能块运行所需的资源情况和转发件的处理能力确定完成 业务处理所需的转发件数量；
步骤3 控制件根据该业务逻辑功能块的拓扑结构，将业务的逻辑功能块拓扑结构映 射成各个转发件间和转发件内部逻辑功能块的拓扑结构；
步骤4 控制件根据转发件间的拓扑结构生成业务转发表，并下发给转发件，转发件根 据业务转发表来选择处理后续子业务所需转发件；
步骤5 在业务处理过程中，转发件向控制件上报自己的负载信息，控制件根据所有的 负载信息实时调整并更新转发件的业务转发表，从而来实现负载均衡。步骤1的具体方法为初始时将业务分成多个子业务模块，是由研发人员
根据业务处理流程进行系统的划分，之后根据ForCES协议中的逻辑功能块模型用XML 语言对各个子业务模块进行描述，构建出实现该业务的逻辑功能块拓扑结构。现通过将一个基于集群路由器架构的防火墙业务映射成具体的逻辑功能块拓扑 结构来进一步说明上述方法，其过程包括以下步骤
A、研发人员根据业务处理流程将其分为二层解封装子业务、通用过滤子业务、状态包 过滤子业务、网络地址翻译子业务、IPv4ForWarder子业务、二层封装子业务、队列管理子业 务、调度子业务；
B、控制件参考转发件的逻辑功能块资源库将各个业务对应成二层解封装逻辑功能块、 通用过滤逻辑功能块、状态包过滤逻辑功能块、网络地址翻译逻辑功能块、IPv4Forwarder 逻辑功能块、二层封装逻辑功能块、队列管理逻辑功能块、调度逻辑功能块；
C、控制件结合上面信息给出基于ForCES架构防火墙业务的逻辑功能块拓扑结构。步骤2的具体方法为控制件分析逻辑功能块运行时所需的资源情况，以所需内 存和CPU的占有率作为衡量标准，将所有逻辑功能块运行时所需的内存消耗和CPU消耗与 每个转发件的内存大小和CPU处理能力进行对比后，计算出所需转发件的数量。逻辑功能块(LFB)存在于转发件(FE)的情况有两种(如图1所示)
情况a)完成单个逻辑功能块所需的CPU和内存消耗较小，因此多个不同的逻辑功能 块可同存在于同一个转发件中；
情况b)完成单个逻辑功能块所需的CPU和内存消耗已经超过单个转发件所能承受的 范围，因此同个逻辑功能块需存于多个转发件中执行。对于上述的防火墙业务，控制件分析所有逻辑功能块运行时所需的资源情况，确定完成业务处理所需转发件数量，包括以下步骤
A、取相同配置的网络转发设备作为转发件，并定义转发件所能承受的最大负载能力；
B、控制件分析防火墙业务中各个逻辑功能块在网络转发设备独立运行时所消耗的资 源情况，计算出完成业务处理所需的转发件数量。步骤3的具体方法为控制件根据该业务逻辑功能块的拓扑结构并结合逻
辑功能块运行时所需的资源情况与转发件处理能力之间的对比关系，将业务的逻辑功 能块拓扑结构映射成各个转发件间和转发件内部的逻辑功能块的拓扑结构。控制件将上述的防火墙业务的逻辑功能块拓扑结构映射成转发件拓扑图含有以 下步骤
A、根据防火墙业务的逻辑功能块拓扑结构，将每个逻辑功能块拓扑对应到一个转发 件，确定实现该业务所需转发件初步的拓扑结构，描述各子业务的逻辑功能块映射到转发 件内部的krvice Proc逻辑功能块(如图2所示)；
B、根据各个逻辑功能块运行时消耗的转发件资源情况，根据逻辑功能块存在于转发件 的两种情况将多个逻辑功能块合并在一个转发件执行或者将一个逻辑功能块在多个转发 件执行，从而得到转发件最终的拓扑结构(如图3所示)。步骤4的具体方法为控制件根据由转发件间的拓扑结构计算得到的转发
表和转发件所处理的子业务进行计算获得业务转发表，控制件将生成的业务转发表下 发给转发件，转发件根据业务转发表来选择处理后续子业务所需转发件。对于上述的防火墙业务，控制件根据转发件拓扑结构生成业务转发表，含有以下 步骤
A、控制件根据转发件间的拓扑结构，计算出各转发件到目的转发
件的
路由表，然后根据各转发件后续子业务处理所需的转发件ID，通过查找路由表计算得 到业务转发表，其业务转发表每条表项包括业务ID、下一跳转发件ID和调度概率，如表1所 示
表1: FEll所需的业务转发表
权利要求
1.一种转发和控制分离网络件架构下实现业务集群路由器的方法，其特征是含有下 列步骤步骤1 初始时将业务分成多个子业务模块，采用逻辑功能块对各个子业务模块进行 描述，构建出实现该业务的逻辑功能块拓扑结构；步骤2 控制件根据各逻辑功能块运行所需的资源情况和转发件的处理能力确定完成 业务处理所需的转发件数量；步骤3 控制件根据该业务逻辑功能块的拓扑结构，将业务的逻辑功能块拓扑结构映 射成各个转发件间和转发件内部逻辑功能块的拓扑结构；步骤4:控制件根据转发件间的拓扑结构生成业务转发表，并下发给转发件，转发件根 据业务转发表来选择处理后续子业务所需转发件；步骤5 在业务处理过程中，转发件向控制件上报自己的负载信息，控制件根据所有的 负载信息实时调整并更新转发件的业务转发表，从而来实现负载均衡。
2.根据权利要求1所述的转发和控制分离网络件架构下实现业务集群路由器的方法， 其特征是所述步骤1的具体方法为初始时将业务分成多个子业务模块，是由研发人员根 据业务处理流程进行系统的划分，之后根据ForCES协议中的逻辑功能块模型用XML语言对 各个子业务模块进行描述，构建出实现该业务的逻辑功能块拓扑结构。
3.根据权利要求1所述的转发和控制分离网络件架构下实现业务集群路由器的方法， 其特征是所述步骤2的具体方法为控制件分析逻辑功能块运行时所需的资源情况，以所 需内存和CPU的占有率作为衡量标准，将所有逻辑功能块运行时所需的内存消耗和CPU消 耗与每个转发件的内存大小和CPU处理能力进行对比后，计算出所需转发件的数量。
4.根据权利要求1所述的转发和控制分离网络件架构下实现业务集群路由器的方法， 其特征是所述步骤3的具体方法为控制件根据该业务逻辑功能块的拓扑结构并结合逻 辑功能块运行时所需的资源情况与转发件处理能力之间的对比关系，将业务的逻辑功能块 拓扑结构映射成各个转发件间和转发件内部的逻辑功能块的拓扑结构。
5.根据权利要求1所述的转发和控制分离网络件架构下实现业务集群路由器的方法， 其特征是所述步骤4的具体方法为控制件根据由转发件间的拓扑结构计算得到的转发 表和转发件所处理的子业务进行计算获得业务转发表，控制件将生成的业务转发表下发给 转发件，转发件根据业务转发表来选择处理后续子业务所需转发件。
6.根据权利要求1所述的转发和控制分离网络件架构下实现业务集群路由器的方法， 其特征是所述步骤5的具体方法为在业务处理过程中，转发件中的负载查询逻辑功能块 周期将自身的负载信息上报给控制件，控制件通过对实时的负载信息进行汇总评估更新负 载状况表，采用负载均衡算法计算出新的业务转发表，并下发给转发件，转发件根据新的业 务转发表转发数据，从而实现负载均衡。
全文摘要
本发明涉及一种转发和控制分离网络件架构下实现业务集群路由器的方法；该方法含有下列步骤步骤1构建实现业务的逻辑功能块拓扑结构；步骤2根据各逻辑功能块运行所需的资源情况和转发件的处理能力确定完成业务处理所需的转发件数量；步骤3将业务的逻辑功能块拓扑结构映射成各个转发件间和转发件内部逻辑功能块的拓扑结构；步骤4控制件根据转发件间的拓扑结构生成业务转发表，转发件根据业务转发表来选择处理后续子业务所需转发件；步骤5在业务处理过程中，控制件根据所有的负载信息实时调整并更新转发件的业务转发表；本发明提高了集群系统的可伸缩性和可管理性，增强了路由器的扩展性和灵活性。
文档编号H04L29/06GK102104542SQ20111000698
公开日2011年6月22日 申请日期2011年1月14日 优先权日2011年1月14日
发明者伊鹏, 刘勤让, 张博, 李传煌, 王伟明, 王保进, 王 华, 董黎刚, 诸葛斌, 高明 申请人:中国人民解放军信息工程大学