[发明专利]可扩展路由器系统控制平面中高性能的节点间通信方法

摘要

可扩展路由器系统控制平面中高性能的节点间通信方法属于可扩展的路由器软件体系结构技术领域，其特征在于：在可扩展路由器软件体系结构的支撑模型系统中引入了一个介于数据平面和控制平面之间的“传输适配子层”，通过在控制平面上的指令控制数据平面的上行信息分流，大大减少了重复流量在平面间的传递，使其适应可扩展路由器体系结构的需求；对模型的理论分析和实验都表明了：与传统的通信模式相比，传输适配子层的引入很大地提高了数据平面到控制平面的有效通信率，可以消除平面间的冗余流量和通信和可扩展瓶颈。

主权项

1.可扩展路由器系统控制平面中高性能的节点间通信方法，其特征在于，所述方法依次含有以下步骤：步骤1.在所述可扩展路由器系统的控制平面和数据平面之间设置一个传输适配子层，该子层由以下各部分组成：控制器，负责维护数据平面节点与控制平面节点任务之间的关系，处理来自控制平面任务的信息流分配申请，自动监测任务的离开与迁移，为此，设有一个四元组作为任务注册的接口，其中：TgtNodeID，发出注册请求的控制平面目标节点的标识；TgtTaskID，发出注册请求的任务的标识；RuieList，模式匹配的规则表，所示的匹配规则由若干预定义的特征域以及特征域上相关的带参数的二值函数共同构成，该特征域的集合记作F，F＝(f1，f2，...，fn)，其中fi是编号为i的预定义特征域，i＝1，2，...，n，对每一个预定义特征域fi，都有若干带参数的二值函数与之绑定，所述与特征域fi绑定的二值函数用列表Gi表示，Gi＝(gi1，gi2，...，giq)，每一个二值函数的输入是若干个参数，所述参数用列表Pij表示，$P_{\mathrm{ij}}=(p_{\mathrm{ij}1},p_{\mathrm{ij}2},...,p_{\mathrm{ij}{r}_{\mathrm{ij}}})$ ，该二值函数的输出是一个二值逻辑，0表示不选中流，1表示选中流；所有规则的特征域、二值函数及其参数用一个树型目录结构组织在一起，解析成模式匹配规则列表；TimeOut，心跳过程超时时间；特征抽取器，数据输入端与一块数据板的输出端相连，根据所述模式匹配规则列表所反映的控制平面接口命令确定所要抽取的目标数据段；例如：对于路由交互信息，提取交互报文中的目标地址和传输层的端口字段作为目标数据段；对于网络管理信息，提取管理协议报文中的内容作为目标数据段；模式匹配模块，由用硬件TCAM实现的固定字段匹配模块和用软件的哈希表来实现的非固定字段匹配模块构成，该硬件TCAM匹配的是网络层源/目的IP地址和传输层的目的端口号，该哈希表用SHA-1散列算法，从协议报文中任意长度的内容中计算得到固定比特长度的散列值，再与待匹配的目标域进行比较；数据池，是一个共享内存的缓冲池；用于缓存待提交给上层控制平面节点的信息：步骤2.所述的可扩展路由器系统控制平面中各节点按以下步骤进行通信：步骤2.1.控制平面的任务通过控制器提供的注册接口进行任务注册，从而向数据平面提出底层上行信息流申请，其步骤如下：步骤2.1.1.所述传输适配子层在控制平面端维护一个负责接收注册申请的进程；步骤2.1.2.控制器将接收到的注册请求下达到数据平面的节点；步骤2.1.3.数据平面节点收到注册请求后，按照任务标识将其保存在一个本地的数据库当中；步骤2.1.4.传输适配子层与操作系统配合，启动对任务运行状态的实时监测；步骤2.2.翻译器将传输适配子层提供给控制平面接口的命令转换成一个个特定的模式匹配规则，并刷新到模式匹配模块和特征抽取器；步骤2.3.模式匹配模块对控制平面提出申请的不同目标节点的标识进行注册，并将节点与相应的二值函数gij绑定在一起；步骤2.4.底层数据平面的节点在收到控制流数据时，首先由节点本地的网络层进行处理，判断是否为转发数据：若为转发数据，则直接进行底层的数据转发；若不是转发数据，则将此数据提交为本地的上行控制流数据，转入下一步骤；步骤2.5.特征抽取器按以下步骤进行上行数据特征的抽取：步骤2.5.1.特征抽取器根据匹配规则中的特征域抽取数据的特征，产生特征数据；步骤2.5.2.将数据内容放入数据池进行缓冲；步骤2.5.3.将产生的特征数据送入模式匹配模块，作为待分类的目标数据段，此目标数据段和放入数据池的数据具有相同的索引标识；步骤2.6.按以下步骤进行模式的匹配：步骤2.6.1.根据步骤2.5.3中产生的目标数据段，对相应特征域下的匹配函数进行计算，最终决定是否对绑定此函数的目标节点选中当前的数据流；步骤2.6.2.对数据流所要满足的所有待匹配的特征域分别进行步骤2.6.1的计算，决定数据流最终流向的目标节点；假设控制平面有m个节点，则用一个长度是m的向量位图来表示数据流的目标节点分布状况，记作B＝(b1，...，bm)；步骤2.7.任务在节点上的退出：若任务正常结束，则任务主动地注销注册过的上行信息流；若任务发生故障或者没有实现注销机制，则状态监测检测到任务已超时后，对相应信息流自动注销。