[发明专利]一种基于Click的虚拟网元在线编排方法

说明书

本发明提供了一种基于Click的虚拟网元构建方法，属于计算机应用技术领域。本方法在以Click模块化路由器为基础构建的虚拟网元中添加了用户编程接口模块、轻量化Click组件编译模块和Click状态保留模块。使得新的系统能够在因用户自定义需求而造成的虚拟网元切换的场景中，达到方便用户开发自定义组件和网元、加速用户定制网元的生成过程，保证网元切换过程中流量的正确处理以及数据包缓冲区的充分利用的效果，从而具备虚拟网元在线编排的能力。

技术领域

本发明涉及一种基于Click的虚拟网元在线编排方法，属于计算机应用技术领域。

背景技术

目前的网络服务依赖于大量的网元设备，这些传统的网元设备由设备供应商以专有硬件的形式提供给用户，这种网络服务架构由于物理网元的高封闭性和高成本而造成的网络服务僵化问题越来越突出。网络功能虚拟化(NFV)致力于解决这一问题，通过软硬件解耦将网络功能以软件的形式实现在x86架构的服务器上。伴随着虚拟化、云计算技术的发展，这些虚拟化后的网络功能软件往往运行在虚拟机或容器之上，我们称之为虚拟网络功能(VNF)，也被称为虚拟网元。

Click Modular Router是E.Kohler博士及其团队在MIT时设计的一款模块化软件路由器，具有开放、可扩展、可配置的特点。在NFV的概念兴起之后，Click作为主流开源VNF解决方案受到学术界关注。然而，基于原生Click技术实现的虚拟网元在面对用户网络需求变更引起的网络功能切换场景时仍存在着问题，这主要体现在以下两方面：

一方面，现有的网络功能虚拟化技术倾向于使用第三方供应商提供的虚拟网元，这些第三方厂商的虚拟网元和NFV平台在给用户带来自动化部署、自动化运维的同时，限制了用户对网元功能的个性化需求。当这些网元无法满足用户需求时，往往会导致网元无法按用户期望的那样及时上线。因此，需要使虚拟网元具有在线编排的能力来满足用户的个性化需求。这种在线编排分为设计阶段和实施阶段。设计阶段的能力主要体现在以下两点：

1.高度模块化：虚拟网元应具有高度模块化的特性，从而使用户不需要了解虚拟网元的底层实现细节，能专注于开发自己的网络功能模块。

2.用户开发模块的快速集成：为使因网元功能变更造成的网络开销最小，用户开发的网络功能模块需要快速的集成到虚拟网元中，从而减少生成具有用户自定义功能的虚拟网元的时间。

原生Click技术虽然支持用户实施自定义组件来达到开发个性化网元的目的，但是用户需要学习Click组件的编写规范，这会造成相应的学习成本，使网元功能的开发变得复杂。此外，原生Click技术在将用户自定义的Click组件集成到Click系统中时，耗费了大量的时间和资源，使用户定制的虚拟网元不能及时上线，减慢了用户策略同步更新的速度。

另一方面，满足用户需求的虚拟网元需要替换功能过时的网元，目前的网络功能虚拟化技术通常采用新建一个承载虚拟网元的虚拟机或容器，并将流量导入新启动的网元实例中来完成网元的切换。这种做法由于虚拟网元与虚拟机和容器在粒度上存在差异，因此会造成较大的开销。而在旧网元已经因功能过时而失效的情况下，因切换网元而重建虚拟机或容器会造成额外开销。因此在这种情况下应该关注本地的网络功能切换，而新旧网元会因为切换操作导致网络状态丢失，而网络状态的重建需要一定的时间。因此在虚拟网元在线编排的实施阶段的能力主要体现在以下两点：

1.具备在网元切换过程中保留网络状态并快速恢复网络状态的能力。

2.具备在网元切换过程中维持数据包缓冲队列并保持网络连接断开不被通信两端的用户感知到的能力。

原生Click技术在因新加网络功能而造成网络功能切换的场景中无法保留网络状态，并且在切换过程中也不具备维护数据包缓冲队列和保持网络连接断开不被通信两端的用户感知到的能力，从而无法利用缓冲区数据包来达到流量的持续处理能力。