[发明专利]一种基于网络处理器的网络编码路由器

说明书

技术领域：

本发明涉及一种路由器，尤其涉及一种基于网络处理器的网络编码路由器。

技术背景：

当前网络中的组播应用变得日益流行且不可或缺，但主要是面向单播业务的传统网络，目前还无法对组播提供良好的支持。网络编码(networkcoding)为组播网络的设计和应用提供了一种有效的途径。在由各种端节点所构建的应用层网络上采用网络编码，可以利用端节点自身的存储和计算能力进行网络编码和转发，不需要对底层的网络和设备做任何修改，此种方案具有切实可行的优点。但是这种方案存在一些明显的缺点：不能取得很高的网络容量；端节点通常不能清楚地知道底层网络拓扑的特性：任何一条端到端的连接通常跨越多跳物理链接，而不同的端到端连接也可能共享同一条物理链接。另外，这种方案还存在端节点性能无法保障和编解码累计开销大等问题。

在路由器所组成的网络上实行网络编码，与在应用层上的网络编码不同，它可以使网络吞吐量更加逼近理论上界，还可以提升端到端的性能。它采用在组播网络上允许路由器对从不同输入链路上接收到的几个IP报文(packet)的载荷进行编码、封装，然后把新产生的报文向特定的下行链路发送出去。这样可以进一步提升网络吞吐量以及端到端的性能，还可以获得其他有益效果，如网络编码算法可以集中在路由器上优化，而不是分散在端节点上优化；可以很大地简化底层分发拓扑，减少端到端的实际跳数，进而减少编码次数和端到端延迟；避免了由于终端主机编码相关性大而引起的延迟。另外，如果从接入路由器到它所管辖的各个终端节点之间再采用IP组播，还可以继续节省接入带宽和接入时间，网络编码不需要在端节点进行，从而减小了端节点功能的复杂度。

但这种方案需要对当前现有的组网方式、路由协议、组管理、路由器体系结构等进行较大的改变，这些都是很大的挑战。对于组网，为了满足网络编码的需要，在网络规划时就要考虑每个路由器的直接连接的相邻路由器的数量，以保证在信源与信宿之间存在着多条路径。

基于当前已有应用中具有网络编码功能的路由器(如图1中标识2所示)及其数据分发模型(如图1所示)，如何能尽可能发挥网络编码在网络吞吐率提升方面的优势，以及如何尽可能地减少应用中在编解码开销上的影响，采用什么样的体系结构，如何设计网络编码流程，为本发明所要解决的网络编码技术的问题。

发明内容：

本发明目的提供一种基于网络处理器的网络编码路由器，采用单个或多个网络处理器(network processor，简称NP)实现网络编码路由器结构设计及编码流程。能有效提升网络数据吞吐量，节省接入带宽和接入时间，节约应用中硬件资源。

本发明基于英特尔公司的IXP2400网络处理器(Internet eXchangeProcessor2400)实现的，包含采用单个或多个IXP2400网络处理器的实现方式。基于单个IXP2400网络处理器的路由器，包含以下内容：

IXP2400网络处理器，包含XScale核、8个微引擎(ME，Microengine)、用于连接外部设备的媒体或交换结构访问接口(Media or Switch FabricInterface，MSF)单元和连接各种存储器和总线的接口I/O单元，用于对数据包进行转发，实现路由功能。

SRAM(Static Random Access Memory)，用于存放对数据包包头进行处理所需的重要信息和数据包的队列描述等内容。

DRAM(Dynamic Random-Access Memory)，用于存放需要处理和转发的数据包、路由表等大型数据结构。

协处理器，用于进行协同网络处理器进行处理操作；它主要用于为网络处理器进行哈希和加密计算。

闪存，用于存放网络处理器启动时的初始化文件。包含3个文件：一个文件用于在IXP2400网络处理器启动时将加载到XScale上的压缩的VxWorks内核二进制文件；一个文件用于在IXP2400网络处理器启动时将加载到各个微引擎上的指令二进制文件；一个文件用于在IXP2400网络处理器启动时设置各个端口的IP地址以及访问控制等的配置文本文件。