虛擬化路由交換平臺中的鏈路虛擬化技術(shù)

陳 東

（中國電子科技集團(tuán)公司第三十研究所，四川 成都 610041）

0 引言

隨著各種新技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)已經(jīng)難以滿足網(wǎng)絡(luò)多樣性的應(yīng)用需求，對新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的研究成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)。其中由美國國家科學(xué)基金會提出的全球網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新環(huán)境（GENI，Global Enviroment for Network Innovations）計(jì)劃和未來因特網(wǎng)設(shè)計(jì)（FIND，F(xiàn)uture InterNet Design）計(jì)劃、以及歐盟第7框架計(jì)劃等最受關(guān)注。國內(nèi)近年來依托國家自然科學(xué)基金、“973”和“863”等項(xiàng)目的支持，也開展相關(guān)內(nèi)容的研究，主要包括：新一代互聯(lián)網(wǎng)體系、高可用網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、可信可控網(wǎng)絡(luò)、一體化可信網(wǎng)絡(luò)、可控可管網(wǎng)絡(luò)等[1]。

此類研究的一個重要思想就是網(wǎng)絡(luò)的虛擬化技術(shù)，即在一個公共的物理網(wǎng)絡(luò)上抽象、分配和隔離出多個虛擬網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)資源能夠共享、并存，相互間不產(chǎn)生影響[2]。而實(shí)現(xiàn)虛擬化網(wǎng)絡(luò)的一個主要技術(shù)就是路由交換平臺的虛擬化，這里重點(diǎn)從鏈路的虛擬化技術(shù)方面來討論虛擬化路由交換平臺的具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

1 鏈路的虛擬化技術(shù)

鏈路的虛擬化技術(shù)通常包括兩方面的內(nèi)容：即鏈路聚合技術(shù)和鏈路通道虛擬化技術(shù)。鏈路聚合是利用設(shè)備間物理上的多條鏈路聚合成一條虛擬鏈路、即“多合一”技術(shù)；而鏈路通道虛擬化是將一條物理鏈路通道化到多個虛擬鏈路上、即“一分多”技術(shù)。

1.1 鏈路聚合的實(shí)現(xiàn)方法

鏈路聚合具有提高鏈路可用性和增加鏈路容量的優(yōu)點(diǎn)，在虛擬化網(wǎng)絡(luò)中可通過鏈路的聚合來減少擁塞并在必要時分配附加的資源，實(shí)現(xiàn)鏈路級的負(fù)載分擔(dān)功能，從而有效減少分組損失和轉(zhuǎn)接延遲[3]。

現(xiàn)有路由交換設(shè)備一般采用兩種通用接口：即 POS（Packet Over SONET/SDH）接口和以太網(wǎng)接口，因此在虛擬化路由交換平臺中的鏈路聚合主要實(shí)現(xiàn) POS和以太網(wǎng)兩種鏈路接口的聚合。

（1）POS接口鏈路聚合

多鏈路的目的是利用一對設(shè)備間物理上的多條鏈路聚合成的一條虛擬鏈路、即多鏈路束來提供更高的帶寬[4]。POS鏈路的聚合采用多鏈路 PPP（MLPPP，Multi Link Point to Point Protocol）協(xié)議，多鏈路PPP邏輯關(guān)系如圖1。

圖1 多鏈路PPP邏輯關(guān)系

多鏈路協(xié)議的提出增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的分片與重組，減低了延遲，并且增強(qiáng)了最大的接收單元，而且沒有固定的數(shù)據(jù)鏈路傳輸格式[5]。多鏈路是基于鏈路控制協(xié)議（LCP，Link Control Protocol） 協(xié)商的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)的兩端具有使多條物理的鏈路連接成為一個鏈路束的能力。

（2）以太網(wǎng)接口鏈路聚合

802.3 ad標(biāo)準(zhǔn)定義了如何將兩個以上的以太網(wǎng)接口連接組合起來，為高帶寬網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)負(fù)載共享、負(fù)載平衡并提供更好的可靠性[6]。

802.3 ad 規(guī)范為介質(zhì)訪問控制（MAC，Medium Access Control）層上的常規(guī)以太網(wǎng)協(xié)議棧增加了一個鏈路聚合子層，該子層有效地將下面的物理連接與它向更高級協(xié)議顯示的新的MAC邏輯地址分隔開來。802.3ad使用鏈路聚合控制協(xié)議（LACP，Link Aggregation Control Protocol）管理鏈路配置并在鏈路間分布負(fù)載，聚合的雙方設(shè)備通過協(xié)議交互聚合信息，根據(jù)雙方的參數(shù)和狀態(tài)自動將匹配的聯(lián)絡(luò)聚合在一起收發(fā)數(shù)據(jù)，該標(biāo)準(zhǔn)提供鏈路標(biāo)識、狀態(tài)監(jiān)測和鏈路間的同步。

1.2 鏈路通道虛擬化

POS接口是建立在同步數(shù)字系列（SDH，Synchronous Digital Hierarchy）體制之上的一種高速、穩(wěn)定的傳輸接口，POS接口的缺點(diǎn)是一個固定的物理接口只能提供一個速率也固定的邏輯接口，很多時候存在著資源的浪費(fèi)，所以在應(yīng)用中需要一種靈活的高速接口。通道化 POS（CPOS，Channelized Packet Over SONET/SDH）就提供了一種能通道化的POS接口，它可以在一個固定的物理接口中，通過通道化配置，為用戶提供不同速率的POS接口。CPOS的這種特性，很大程度的滿足了虛擬化網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用[7]。

CPOS采用通道化技術(shù)，一種接口可以通道化到多種速率接口。例如：一個2.5GCPOS接口，能通道化成4×622 M CPOS虛擬接口，每個622 M虛擬POS口還能通道化成4×155 M CPOS虛擬接口。CPOS的物理層協(xié)議和鏈路層協(xié)議跟POS一樣，即物理層采用SDH協(xié)議，鏈路層采用PPP協(xié)議。

當(dāng)CPOS接口鏈路虛擬成多個低速接口鏈路后,配合路由交換單元的虛擬化技術(shù)可實(shí)現(xiàn)虛擬路由器功能,其示意圖見圖2。

圖2 鏈路通道虛擬化示意

2 虛擬化鏈路技術(shù)的應(yīng)用

這里研究的是在同一臺物理路由器上通過虛擬化技術(shù)（包括鏈路虛擬化、路由轉(zhuǎn)發(fā)虛擬化、交換虛擬化、協(xié)議控制虛擬化等技術(shù)）產(chǎn)生多個邏輯上分開的虛擬路由器的技術(shù)，即通過邏輯虛擬路由技術(shù)，在系統(tǒng)資源允許的情況下，同一臺物理路由器上可重構(gòu)支持多種業(yè)務(wù)和應(yīng)用。虛擬出的路由節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的不同配置分別支持不同的網(wǎng)絡(luò)形式，如圖3所示。

圖3 鏈路通道虛擬化應(yīng)用示意

圖中的路由交換節(jié)點(diǎn)A和C支持虛擬路由節(jié)點(diǎn)功能、而路由交換節(jié)點(diǎn) B既支持虛擬路由節(jié)點(diǎn)功能又支持核心傳輸節(jié)點(diǎn)功能[8]。路由節(jié)點(diǎn)A/B/C通過虛擬化路由交換技術(shù)分別虛擬成5個/2個/5個虛擬節(jié)點(diǎn)。路由節(jié)點(diǎn)之間的五條虛擬鏈路由一條物理鏈路通過鏈路的通道虛擬化技術(shù)得到，而第一、第二條虛擬鏈路和第三、第四、第五條虛擬鏈路又分別通過鏈路聚合技術(shù)得到兩個虛擬的鏈路捆綁，這兩個虛擬的鏈路捆綁可分屬于虛擬網(wǎng)絡(luò)M和N。

因此，通過以上的鏈路虛擬化技術(shù)，并綜合使用路由交換節(jié)點(diǎn)的虛擬化技術(shù)后，單一的物理網(wǎng)絡(luò)就可以支持多個（示例中是兩個）虛擬化的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，每個虛擬化的網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的具體部署支持不同的業(yè)務(wù)和應(yīng)用。

3 結(jié)語

路由交換平臺的虛擬化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)虛擬化網(wǎng)絡(luò)的一個主要技術(shù)途徑，這里專題重點(diǎn)從鏈路聚合技術(shù)和鏈路的通道虛擬化技術(shù)兩個側(cè)面著手討論了鏈路的虛擬化實(shí)現(xiàn)技術(shù)，并結(jié)合路由交換節(jié)點(diǎn)的虛擬化等技術(shù)給出了一個網(wǎng)絡(luò)虛擬化的應(yīng)用實(shí)例。

[1] Mosharaf Kabir Chowdhury N M, Raouf Boutaba. A Survey of Network Virtualization[R]. Ontario： Cheriton School of Computer Science University of Waterloo,2008.

[2] 蔣青泉. 虛擬技術(shù)在現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用與研究[J]. 通信技術(shù)，2009，42(03)：151-154.

[3] 趙文波，劉群. 基于鏈路資源改進(jìn) RED 算法研究[J]. 通信技術(shù)，2009，42(02)：124-126.

[4] 張巍. 多鏈路 ppp捆綁算法的研究及改進(jìn)[D]. 西安：西北工業(yè)大學(xué)，2006：19-20.

[5] 郭俊良. 多鏈路ppp數(shù)據(jù)傳輸淺析[J]. 科技信息：學(xué)術(shù)研究，2007，28(08)：15-19.

[6] 朱培棟. 高性能路由器[M]. 北京：人民郵電出版社，2005：33-35.

[7] 陳春輝. 高端路由器廣域網(wǎng)通道化POS接口程序設(shè)計(jì)[D]. 南京：南京理工大學(xué)，2008：2-3.

[8] 朱偉，孫明俊. 網(wǎng)絡(luò)虛擬化探討[J]. 電信網(wǎng)技術(shù)，2010（09）：19-23.