[发明专利]一种适用于未来互联网的可编程交换机系统

说明书

技术领域

本发明属于网络技术领域，特别是涉及一种适用于未来互联网的可编程交换机系统的设计技术。

技术背景

未来互联网的目标是创造一种全新的架构，以适合于未来互联网业务的快速发展。在体系结构的研究上，已出现以信息为中心的、以服务为中心的、以用户为中心的新型网络架构方案，可编程和虚拟化也已成为这些新型网络架构方案的技术特征。

在ICN(以信息为中心的未来互联网)的网络架构中，与传统的网络节点技术不同的是，节点被赋予了缓存内容的功能。用户请求获得的内容在传播途中被沿途节点中缓存，使得其它用户可以从附近的节点中获取该内容，以提高网络的利用率。

在以用户为中心的未来互联网网络架构中，提供基于用户体验质量的网络选择机制，实现无缝移动通信是其主要目标。该机制独立于底层网络以实现更快及多种技术间的切换。

在SAIL未来互联网项目中，提供由用户控制或者应用控制的访问方法是其主要目标，用以建立符合未来互联网需要的网络连接，例如云计算网络或者ICN。未来的传输和联网机制将利用诸如光网络的链路技术的先进特性、网络和路径的分集技术、先进的网络编码技术等，并采用统一的方式处理用户、内容和信息对象的泛在移动性。

可编程和虚拟化是未来互联网架构方案的一个特征，例如，GENI就是为新一代网络架构和分布式系统而建立的虚拟化可编程设施。这类虚拟化可编程网络能同时处理多个孤立网络的数据包。由于网络是可编程的，只需给定可编程的项，便能建立新路由协议、安全模型和编址方案。由于网络是虚拟化的，共享相同基层网络的多个孤立的逻辑网络可以采用不同的编址和转发机制。

OpenFlow是GENI里的一个项目，OpenFlow的可编程项是不同交换机和路由器中的流表。通过选择路由器和用流表处理来控制流。流经网络的流被认为是互相独立并被分别处理，对流的分别处理要求频繁改动网络中流表的路线，使得网络高度不稳定而且忙于传输处理连接请求的信令。

总体来看，无论是现有的互联网还是未来的互联网方案，路由器和交换机等网络节点，主要包含以下几个方面的功能和特征：基于路由表的路由选择与基于转发表的转发方式、源路由方式、虚电路方式、提供QoS的资源预约、可编程的路由表、内容缓存功能、基于TCOM的匹配功能、虚拟路由器等。所有这些路由与交换技术，目标都是用于构建一个非结构化的网络。对于大规模的无结构网络，需要采用分布式的、复杂的网络编址方案、路由策略和内容查询机制；相反，本发明的目标是为结构化的网络提供一种可编程的、可虚拟化的交换机技术。它充分利用结构化网络的规则的拓扑，使得可以采用全球统一而简单的编址、路由和查询机制，从而使得路由查询时间、网络互操作与互连方式、内容分发效率和服务预留机制都得到极大改善。并且可以充分发挥光传输网络的逻辑拓扑重配置能力，即通过使用光旁路、可调收发器、光交换机和波长变换器，在光传输网络中实现逻辑拓扑重配置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于未来互联网的可编程交换机系统。利用该技术能够在未来互联网中构建结构化的网络，并利用结构化网络的并行处理能力、计算能力和简单转发机制，实现复杂的网络功能和提供各种服务，并使得基于该技术的未来互联网具有可编程及虚拟化的特征。

为了实现发明目的，采用的技术方案如下：

一种适用于未来互联网的可编程交换机系统。它由多个旁路单元和多个处理单元组成，并实现特定的转发功能，适合于在未来互联网中构建结构化的网络。

所述的旁路单元，能够在一个可编程交换机的两个接口之间实现直通，或者在其多个接口之间实现多播和广播。可编程交换机不会对通过其旁路单元的数据包或者数据流进行解析、路由、转发等处理。由一到多个旁路单元串接而成的逻辑链路将具有很小而且固定的时延，适合于连接物理网络中不相邻的节点以构建结构化的网络。

所述特定的转发功能，包括直角交换、安全路由和多播，具体如下：

直角交换充分利用SN严格定义的几何拓扑，因为每个节点都有SN的地图，所以能找到去任何目的地的最短路径。其中的具体技术包括对节点端口的标记方法、对节点的标记方法、对路径的指定方法、快捷式交换方法，具体如下：

一、所述的对节点端口的标记方法如下：

根据结构化网络(SN)的几何拓扑，SN中存在着许多模式一致的节点、重复的子结构、多条同方向的路径。根据这些特征定义节点的相似性为：a)具有相同数目的入口和相同数目的出口并以相似的方式连接其他节点；或者b)出现在相同的子结构上；或者c)出现在同方向的路径上。