陳 東

（中國電子科技集團公司第三十研究所，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。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）計劃和未來因特網(wǎng)設(shè)計（FIND，F(xiàn)uture InterNet Design）計劃、以及歐盟第7框架計劃等最受關(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，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)議的提出增強了數(shù)據(jù)的分片與重組，減低了延遲，并且增強了最大的接收單元，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，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A和C支持虛擬路由節(jié)點功能、而路由交換節(jié)點 B既支持虛擬路由節(jié)點功能又支持核心傳輸節(jié)點功能[8]。路由節(jié)點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。路由節(jié)點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現(xiàn)技術(shù)，并結(jié)合路由交換節(jié)點的虛擬化等技術(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 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[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[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.