[发明专利]一种基于NetFPGA的可编程虚拟化路由器的通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机网络虚拟化技术和可编程路由器技术领域，具体是一种基于NetFPGA的可编程虚拟化路由器的通信方法。

背景技术

以ARPANET为雏形、TCP/IP为协议栈的 Internet 发展至今已有40多年的历史，在此期间互联网发生了翻天覆地的变化。随着互联网商业应用规模的不断发展，其应用范围已经远远超过了互联网设计初衷，现有的TCP/IP体系结构无法解决互联网所面临的可扩展性、动态性和安全可控性等根本性问题，迫使人们重新考虑互联网的设计目标和理念，研究未来互联网的体系结构及其机理。

未来网络研究旨在从互联网的基本组成、工作原理和实现机理方面进行理论和方法探索和算法设计，解决现有网络在扩展性、安全性，高性能、实时性、移动性、管理性等方面的诸多不足。未来网络研究新的体系结构、协议、算法等在实际应用之前需要进行大量的理论分析与仿真实验，更需要在试验网络中进行评估与验证。

支持虚拟化的可编程路由器作为构建未来网络实验平台的核心设备，可在一个物理路由器上创建多个逻辑上独立的虚拟路由器，每个虚拟路由器都可以单独地运行各自的路由协议，并且都有自己专用的I/O端口、缓存、地址空间、路由表和网络管理软件等，并可以通过对路由器的配置和编程实现灵活的动态的部署新的路由协议，这样可以有效解决传统路由器部署协议难的问题。

采用网络虚拟化技术的可编程路由器可以构建出多个相互独立的虚拟网络，能够在一个物理网络上实现支持多个不同网络体系结构的并行实验验证，允许用户对其配置或编程，根据业务的特性提供功能扩展服务，既可以保证不破坏现有的网络结构又能够利用真实的网络流量验证算法和协议，从而满足物联网、云计算等新兴应用技术对未来互联网的需求。

现阶段可编程虚拟化路由器的研究采用数据平面和控制平面相分离的思想，其中数据平面主要实现数据包的接收分类和转发，控制平面主要完成路由器的虚拟化以及路由协议的部署、数据包处理与路由计算。引入虚拟化的可编程路由器技术难点在于多个虚拟路由如何共享底层物理硬件资源以及多个虚拟路由器如何实现与底层硬件进行通信，实现路由信息交互的问题。现阶段可编程虚拟化路由器大都处于理论研究分析阶段，并没有给出具体详细的可行性系统设计方案。

与本发明为同一申请人，专利申请号为201210547114.9的发明专利，基于NetFPFA的可编程路由器，提供了一种可编程路由器的设计框架和模块划分的思想。但是该专利没有涉及到网络虚拟化技术，只是单纯的可编程路由器，并非可编程虚拟化路由器。不具有多个虚拟路由器的并行运行特性，不能进行多种网络架构协议的并行实验验证。该专利通过通信控制模块中提供控制平面与转发平面的交互接口函数，实现数据平面与控制平面的通信。其中使用libpcap库捕获监听接收来之转发平面的数据，采用libnet来构造数据包进行发送。该专利采用映射转发表MFIT与注册数据包处理函数实现对新协议的扩展性。讲述了控制平面的管理模块，www模式模块以及CLI模式模块。没有讲到具体详细的转发平面通信细节实现。

与本发明为同一申请人，专利申请号为201210546866.3的发明专利，一种基于NetFPGA的可编程虚拟路由器内部通信方法，通过lipcap捕获进入Linux内核的NetFPGA数据包，通过函数分析，将数据包封装后送到相应的虚拟路由器。通过数据包封装模块，封装进入Linux内核的数据包，该专利使用TUN/TAP创建虚拟网络接口veth（virtual network interface），虚拟容器与主机操作系统以及外部主机的交互是通过虚拟网络设备venet（virtual network device）实现的。Venet设备不支持MAC地址，没有ARP协议的支持。数据包的接收和转发需要经过软件复杂的分析过程，严重减缓了数据传输的效率。

发明内容

针对以上现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种数据传输效率大大提高基于NetFPGA的可编程虚拟化路由器的通信方法 。为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于NetFPGA的可编程虚拟化路由器的通信方法，其特征在于包括以下步骤：

A、在安装有Linux操作系统的主机上安装虚拟化软件OpenVZ，并在虚拟化软件上得到若干个虚拟容器，在每个虚拟容器内部安装路由协议软件Zebra或Quagga，得到虚拟路由器；

B、在每个虚拟路由器内部创建与底层硬件网络接口个数相同的虚拟以太网网卡veth；