[发明专利]硬件抽象层

说明书

技术领域

本发明涉及网络交换机。更具体地说，本发明涉及在网络交换体系结构中使用的硬件抽象层。

背景技术

网络交换机是用于产生和断开两个端点之间的数据连接的硬件设备。交换机可以用来创建多对端点之间的虚拟电路、通过将数据分组转向它们预期的目的地来完成与无连接网络中的路由器相似的任务。

传统地，交换机具有两个软件平面(software plane)：控制平面和数据平面。控制平面是该系统的负责提供系统的实际功能和特征的部分。数据平面负责向将交换机连接到外部世界的端口实际发送数据和从所述端口实际接收数据。在一些情况下，独立的处理器(“网络处理器”)也可以控制这些端口。从纯体系结构的观点来看，控制平面和数据平面之间的到不同处理器的分离是取决于系统的，并且还可以在该交换机上使用的操作系统中执行。

许多现有技术的交换机遵循控制平面和数据平面的这种分离。为了方便专门针对控制平面设计的软件，已经通过添加到控制平面的附加软件来利用应用程序编程接口(API)，以与数据平面进行交互。这些API被总称为硬件抽象层API(HAL API)。

局域网(LAN)技术通常区分交换功能和路由功能。交换功能涉及使用封装数据分组的以太网帧的介质访问控制(MAC)地址将分组从源端口传输到目的地端口。这些交换机通常被称为集线器(hub)。另一方面，路由涉及基于分配给计算机的互联网协议(IP)地址作出(basing)转发决策。然后，以太网帧封装源和目的地端点的IP分组和IP地址。结果，因为在处理IP分组之前以太网帧必须被剥离，所以在路由器中解析分组目的地比在交换机中解析分组目的地花费更长的时间。

现代的交换和路由系统实际上可以进行组合，以使得能够基于MAC地址或基于IP地址的以太网帧的交换。目前，这些能力可以被包含到在控制系统的端口的交换系统中使用的实际网络处理器内。这样，需要将新的能力添加到数据平面，以便于这种组合了新的技术发展水平的功能。此外，虚拟LAN使得能够在LAN的物理拓扑中创建虚拟网络拓扑。这使得能够使用相同的以太网物理链路来分离该LAN中的数据流。从拓扑学的角度看，物理LAN拓扑和虚拟LAN段表示虚拟地独立的不同虚拟LAN，从而提高安全性。

然而，这些系统的主要缺点出现在它们的设计阶段。设计者必须实现以下组成部分：

1.用于将路由和接口管理与控制平面进行接口连接的机制。

2.将配置和登录功能从控制平面传播到数据平面的机制。

3.用于控制分组处理(handle)的分组驱动器(在将分组传送到数据平面的IP转发器/路由栈之前从硬件组件截取分组的层)。

4.异常分组处理器(捕获传送IP路由栈不知道如何处理的拓扑信息的控制分组，检查它们并将它们转发给适当的L2协议，以进行进一步的处理)。

5.接口管理器层(使虚拟接口的创建、处理和管理便利，并维护虚拟端口和物理端口之间的绑定，以及处理集合物理端口(aggregatedphysical port)到虚拟集合端口的创建和管理、这些虚拟端口之间的分组的分配(distribution)并维护虚拟和物理端口的管理状态)。

6.在硬件抽象层和硬件集成平面之间镜像功能的组件(将HAL API扩展到数据平面，并将基于硬件的PI提供给到实际硬件驱动器的API的接口)。

7.HIP API和硬件驱动器的API之间的软件中介层(shim layer)(在数据平面中)，该软件中介层将HIP API翻译成该驱动器的API。

8.框架(chassis)和堆栈支持，包括可靠的数据传输机制和发现机制。

9.将管理接口层从控制平面扩展到数据平面。

将这种大负担施加给交换机的设计者增加了他们的开发费用以及开发时间。传统上，在创建功能、数据结构和通信路径的不必要的副本的许多情况下，以ad-hoc的方式执行这些功能，而不考虑抽象的功能之间的相互关系。此外，很多时候，交换机软件被发布给需要定制它们以与他们自己的硬件一起工作的客户。因此，对于所有这些组件的设计负担被施加给客户。需要的是不要求设计者或客户参与这种耗时的开发的解决方案。

发明内容