專利名稱：基于NetFPGA的可編程路由器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可編程擴(kuò)展的路由技術(shù)，具體是基于NetFPGA的可編程路由器，并可高效轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。
背景技術(shù)：
經(jīng)過四十多年的發(fā)展，現(xiàn)有的TPC/IP體系結(jié)構(gòu)無法適應(yīng)不斷進(jìn)步的信息通信技術(shù)與持續(xù)業(yè)務(wù)創(chuàng)新的要求，迫使人們重新研究未來互聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)及其機(jī)理。未來網(wǎng)絡(luò)研究旨在從互聯(lián)網(wǎng)基本組成、工作原理和實(shí)現(xiàn)機(jī)理方面進(jìn)行理論和方法·探索和算法設(shè)計(jì)。未來網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議、算法等在實(shí)際應(yīng)用前需要大量的理論分析與仿真實(shí)驗(yàn)，需要在試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中進(jìn)行評估與驗(yàn)證。但由于傳統(tǒng)路由器封閉性，在現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)部署與驗(yàn)證新體系結(jié)構(gòu)、新協(xié)議、算法十分困難。路由器作為網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備，其可編程性、可重構(gòu)性、可管理性等方面變得更加重要。可編程路由器允許用戶進(jìn)行配置或編程，在一個實(shí)際物理網(wǎng)絡(luò)上快速部署新的體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議棧，這樣可以有效解決傳統(tǒng)路由器部署協(xié)議難的問題。其在靈活性、動態(tài)性、可擴(kuò)展性、可管理性及可編程性等方面顯示出極大的優(yōu)勢和遠(yuǎn)景?？删幊搪酚善鞑粌H具有路由器轉(zhuǎn)發(fā)功能，而且具備可定制性。通過簡單的編程配置，即可運(yùn)行一種新協(xié)議，由此可對協(xié)議進(jìn)行驗(yàn)證。與傳統(tǒng)路由器類似，其包括控制平面、轉(zhuǎn)發(fā)平面，控制平面負(fù)責(zé)路由計(jì)算、路由表維護(hù)、路由管理等，轉(zhuǎn)發(fā)平面使用NetFPGA快速轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。目前，與本發(fā)明最接近的是一種可編程路由器，使用Click和XORP實(shí)現(xiàn)。XORP旨在解決商業(yè)路由器的封閉性，提供一個開放的、可擴(kuò)展的路由器軟件平臺，方便研究者部署和實(shí)現(xiàn)路由協(xié)議。Click是一個針對路由器數(shù)據(jù)平面的模塊化可編程平臺，其目的是在數(shù)據(jù)平面上實(shí)現(xiàn)靈活的功能配置和模塊的可重用性。路由器在整體實(shí)現(xiàn)上，控制平面采用XORP完成路由計(jì)算、路由表維護(hù)等功能,而Click主要完成數(shù)據(jù)平面的協(xié)議棧處理、數(shù)據(jù)包查找與轉(zhuǎn)發(fā)等功能。不足之處是，該路由器仍基于TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)，對非IP協(xié)議處理能力有限。為方便新協(xié)議的試驗(yàn)，需要支持非IP協(xié)議，擺脫TCP/IP的束縛。另外，Click的實(shí)現(xiàn)方式，決定了其對數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)只是軟件層面的轉(zhuǎn)發(fā)，決定了其轉(zhuǎn)發(fā)性能相對硬件形式不高。新協(xié)議的驗(yàn)證需要生產(chǎn)環(huán)境，需要相對較高的轉(zhuǎn)發(fā)性能。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明公開了一種新型的可編程路由器，不僅可以支持IP隧道形式實(shí)現(xiàn)新協(xié)議、新擴(kuò)展，而且支持驗(yàn)證未來網(wǎng)絡(luò)的Clean-Slate思想，支持部署非IP協(xié)議。此外還提供一種較高的轉(zhuǎn)發(fā)性能，用于協(xié)議、算法、體系結(jié)構(gòu)的驗(yàn)證。本發(fā)明涉及一種基于NetFPGA的可編程路由器，包括控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面。其中控制平面包括Wffff-模式模塊、CLI-模式模塊、管理代理模塊、可編程接口模塊和通信控制模塊。
WWW-模式模塊，用于提供web管理服務(wù)，通過web方式完成對路由器的信息查看和配置WffW-模式模塊。為用戶提供web管理界面，使用戶可以通過此界面配置新協(xié)議、配置路由器端口 MAC地址、查看邏輯轉(zhuǎn)發(fā)表、查看路由器流量狀態(tài)等信息。
CLI-模式模塊，用于提供telnet服務(wù)，為用戶提供一個telnet命令行接口界面， 使用戶可以通過命令行為方式對路由器進(jìn)行管理配置。
管理代理模塊，用于提供Wffff-模式服務(wù)與CLI-模式服務(wù)的底層數(shù)據(jù)支持，創(chuàng)建代表路由器當(dāng)前狀態(tài)的全局變量，將WffW-模式服務(wù)與CLI-模式服務(wù)注冊到全局變量的管理命令鏈表，以方便擴(kuò)展新功能；接收用戶命令，并將命令解釋為實(shí)際可執(zhí)行的函數(shù)，讀取可編程路由器當(dāng)前邏輯轉(zhuǎn)發(fā)表、數(shù)據(jù)包收發(fā)狀態(tài)等信息。全局變量包括路由器當(dāng)前流量狀態(tài)、 映射轉(zhuǎn)發(fā)表鏈表、協(xié)議識別、端口信息、管理命令鏈表以及用戶自定義的變量。
可編程接口模塊，用于提供用戶自定義模塊的接口，包括映射轉(zhuǎn)發(fā)表(Map Forward Information Table)接口，在映射轉(zhuǎn)發(fā)表發(fā)生變化時更新硬件(NetFPGA)中的映射轉(zhuǎn)發(fā)表；和數(shù)據(jù)包處理函數(shù)接口(packet_handler),用戶完成自定義數(shù)據(jù)包處理,注冊用戶自定義的數(shù)據(jù)包處理函數(shù)，完成自定義的初始化；該模塊通過使用統(tǒng)一的MFIT (映射轉(zhuǎn)發(fā)表)機(jī)制兼容各種新協(xié)議，(如圖4所示)其中MFIT的表項(xiàng)為標(biāo)準(zhǔn)地址SA(standard address)、下一跳地址 MAC address、待轉(zhuǎn)發(fā)的端口( interface)。SA (standard address) 為新協(xié)議目的地址經(jīng)過哈希計(jì)算后所形成的定長邏輯地址，MAC address為下一跳的MAC 地址，interface為下一跳的接口。通過注冊用戶自定義的數(shù)據(jù)包處理函數(shù)(packet_ handler)實(shí)現(xiàn)邏輯映射表的維護(hù)及異常數(shù)據(jù)包的處理。用戶實(shí)現(xiàn)自定義的初始化代碼，注冊為路由器系統(tǒng)中的uSer_init，由系統(tǒng)初始化時調(diào)用。用戶可以增加自定義功能命令，注冊到路由器的命令鏈表中，增加了系統(tǒng)的開放性。
通信控制模塊，用于提供控制平面與轉(zhuǎn)發(fā)平面進(jìn)行交互的接口函數(shù)，接收轉(zhuǎn)發(fā)平面發(fā)送上來的數(shù)據(jù)包時調(diào)用數(shù)據(jù)包處理函數(shù)接口，調(diào)用已注冊的用戶自定義的數(shù)據(jù)包處理函數(shù)；控制平面向轉(zhuǎn)發(fā)平面發(fā)送數(shù)據(jù)包時，以Iibnet庫實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包發(fā)送接口，將用戶自定義的數(shù)據(jù)包封裝成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包發(fā)送。該模塊的交互信息有兩種數(shù)據(jù)流與控制信息流。 數(shù)據(jù)流包括路由數(shù)據(jù)包和異常數(shù)據(jù)包；控制信息流包括轉(zhuǎn)發(fā)表數(shù)據(jù)、寄存器初始化及配置數(shù)據(jù)。通信控制模塊屏蔽了底層硬件，采用Iibnet庫(小型接口函數(shù)庫，提供低層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的構(gòu)造、處理和發(fā)送功能)構(gòu)造數(shù)據(jù)包進(jìn)行發(fā)送，使用Iibpcap庫(網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包捕獲函數(shù)庫)監(jiān)聽接收數(shù)據(jù)，通過ioctl函數(shù)實(shí)現(xiàn)對寄存器的配置與讀取。
轉(zhuǎn)發(fā)平面采用NetFPGA完成轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。NetFPGA標(biāo)準(zhǔn)路由器UDP (用戶數(shù)據(jù)通道)主要包括輸入判決模塊、輸出端口查詢模塊、輸出隊(duì)列模塊。其中輸出端口查詢模塊改寫為上述映射轉(zhuǎn)發(fā)表查找模塊，首先將待轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包目的地址進(jìn)行哈希計(jì)算，然后在映射轉(zhuǎn)發(fā)表中查找相應(yīng)表項(xiàng)，如果沒有則將該數(shù)據(jù)包上傳控制平面處理，如果有則根據(jù)表項(xiàng)修改包頭MAC地址，加入相應(yīng)端口轉(zhuǎn)發(fā)隊(duì)列。
轉(zhuǎn)發(fā)平面接收到數(shù)據(jù)包，首先根據(jù)用戶在協(xié)議識別中設(shè)置的新協(xié)議識別標(biāo)識判斷出該數(shù)據(jù)包是否為新協(xié)議，如果不是則上傳至控制平面處理，如果是則根據(jù)設(shè)置的新協(xié)議的邏輯目的地址起始位置、邏輯目的地址長度取出目的地址，采用哈希算法轉(zhuǎn)換為定長8 字節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)地址，查找映射轉(zhuǎn)發(fā)表，未找到相應(yīng)項(xiàng)則上傳至控制平面處理，根據(jù)查找到的目的下一跳地址、待轉(zhuǎn)發(fā)的端口，修改數(shù)據(jù)包目的下一跳地址，并送到相應(yīng)下一跳待轉(zhuǎn) 發(fā)端口輸出隊(duì)列。
本發(fā)明主要采用映射轉(zhuǎn)發(fā)表MFIT機(jī)制與注冊數(shù)據(jù)包處理函數(shù)實(shí)現(xiàn)其對新協(xié)議的可擴(kuò)展性支持，采用NetFPGA可編程硬件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的高效轉(zhuǎn)發(fā)。在既保證可編程性的同時又具備較高的性能，符合未來網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)床的要求，方便驗(yàn)證各種新協(xié)議。同時提供了良好的交互界面，包括web管理界面與telnet命令行模式，用戶可以查看當(dāng)前流量狀態(tài)、轉(zhuǎn)發(fā)表信息，方便進(jìn)行管理配置。
本發(fā)明的基于NetFPGA的可編程路由器與傳統(tǒng)的可編程路由器比較，具有以下優(yōu)占-^ \\\ ·將傳統(tǒng)封閉的路由流程開放出來，用戶自定義數(shù)據(jù)包處理函數(shù)。
提供了 web管理及telnet管理，用戶可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，豐富路由器管理功能。
提供統(tǒng)一的映射轉(zhuǎn)發(fā)表MFIT，結(jié)構(gòu)上更簡單，利于快速轉(zhuǎn)發(fā)。
轉(zhuǎn)發(fā)平面基于NetFPGA實(shí)現(xiàn)，具備更高的轉(zhuǎn)發(fā)性能，傳統(tǒng)的可編程路由器都為軟件路由器，轉(zhuǎn)發(fā)性能不高。
基于二層MAC協(xié)議，可驗(yàn)證三層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，更利于新的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)的驗(yàn)證，傳統(tǒng)的可編程路由器基于IP協(xié)議，一般采用IP隧道的方式驗(yàn)證其它協(xié)議，實(shí)現(xiàn)方式復(fù)雜。
該基于NetFPGA的可編程路由器可作為未來網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)床的重要組成部分，應(yīng)用于新的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)的驗(yàn)證，新協(xié)議、新擴(kuò)展的研究。


圖I為可編程路由器體系結(jié)構(gòu)； 圖2為WffW-模式模塊實(shí)現(xiàn)流程圖；圖3為CLI-模式模塊實(shí)現(xiàn)流程圖；圖4為映射轉(zhuǎn)發(fā)表MFIT項(xiàng)格式；圖5為可編程路由器工作流程圖。
具體實(shí)施方式
如圖I所示為可編程路由器體系結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)主要由以下模塊組成 WWW-模式模塊、CLI-模式模塊、管理代理模塊、可編程接口模塊、通信控制模塊、轉(zhuǎn)發(fā)平面的NetFPGA板卡。
①WffW-模式模塊，該模塊提供web管理界面，使用戶可以通過此界面配置新協(xié)議、 配置路由器端口 MAC地址、查看轉(zhuǎn)發(fā)表信息、查看路由器流量狀態(tài)等信息。首先創(chuàng)建服務(wù)端套接字，監(jiān)聽8080端口，當(dāng)接收到請求時就將產(chǎn)生的客戶端套接字壓入www請求任務(wù)隊(duì)列。 同時創(chuàng)建了一個容量為10的線程池，使用該線程池處理www請求，降低服務(wù)器消耗。如圖2 示，www請求處理線程首先獲取任務(wù)隊(duì)列線程互斥鎖，然后檢查隊(duì)列中是否存在未處理的請求。如果沒有則釋放線程互斥鎖退出，循環(huán)等待再次進(jìn)入檢查。如果有，則摘取一個任務(wù)， 釋放線程互斥鎖對該請求進(jìn)行下一步操作。檢查該請求是否為標(biāo)準(zhǔn)HTTP格式，接收數(shù)據(jù)， 獲取用戶請求的url及參數(shù)信息。
針對用戶提交的url進(jìn)行檢測，有四種處理結(jié)果。請求列表，即用戶請求當(dāng)前支持的所有命令，查詢?nèi)肿兞恐凶缘拿盍斜?，文本方式返回。查看狀態(tài)，查詢路由器全局變量中流量信息，文本方式返回數(shù)據(jù)，該流量信息由一個狀態(tài)線程實(shí)時維護(hù)。運(yùn)行命令，即用戶輸入的配置命令、查看命令，首先字符串匹配全局變量中已注冊的命令，返回命令處理句柄，向句柄傳入用戶輸入的參數(shù)，進(jìn)行相應(yīng)函數(shù)處理，處理結(jié)束后，返回結(jié)果。對于其它不識別的urI，統(tǒng)一返回路由器首頁信息。②CLI-模式模塊，該模塊提供一個telnet命令行接口界面，使用戶可以簡單高效的操作路由器，從而對路由器進(jìn)行管理配置。如圖3示，首先創(chuàng)建套接字，監(jiān)聽23端口，接收到連接請求時則將套接字傳遞給子線程處理。將接收到的請求內(nèi)容過濾掉換行、回車等無意義字符后，在系統(tǒng)已注冊的命令中進(jìn)行匹配操作，查找到處理句柄后，調(diào)用相關(guān)函數(shù)處理，返回結(jié)果。③管理代理模塊，該模塊提供Wffff模式服務(wù)與CLI模式服務(wù)底層命令數(shù)據(jù)支持。創(chuàng)建并維護(hù)一個全局的結(jié)構(gòu)體變量current_state,該結(jié)構(gòu)體涉及路由器當(dāng)前所有狀態(tài)信息，主要包括流量狀態(tài)、映射轉(zhuǎn)發(fā)表鏈表、協(xié)議識別、端口信息、管理命令鏈表以及用戶自定義部分，如數(shù)據(jù)包處理句柄。該模塊將web管理及telnet管理用到的命令注冊在current_state管理命令鏈表中，接收用戶命令，進(jìn)行鏈表遍歷，查找到相應(yīng)命令句柄進(jìn)行處理。支持的命令有
流量狀態(tài)輸出該命令讀取current_state中流量狀態(tài)結(jié)構(gòu)體，以文本形式返回給請求者。包括四個端口的接收發(fā)送字節(jié)數(shù)、接收發(fā)送數(shù)據(jù)包數(shù)、由于隊(duì)列滿丟棄的數(shù)據(jù)包數(shù)、由于校驗(yàn)失敗丟棄的數(shù)據(jù)包數(shù)。同時與該功能配合工作的有一流量狀態(tài)線程，該線程為守護(hù)線程，在系統(tǒng)初始化時啟動，其功能在于通過通信控制模塊提供的寄存器讀接口實(shí)時讀取NetFPGA相關(guān)狀態(tài)寄存器的值，即接收發(fā)送字節(jié)數(shù)等信息，將數(shù)據(jù)存放在current_State的流量狀態(tài)成員中。映射轉(zhuǎn)發(fā)表輸出讀取current_state輸出映射轉(zhuǎn)發(fā)表的各項(xiàng)信息,返回調(diào)用。靜態(tài)映射轉(zhuǎn)發(fā)表配置添加刪除映射轉(zhuǎn)發(fā)表的靜態(tài)項(xiàng)，添加時將邏輯目的地址轉(zhuǎn)換為standard address后,寫入current_state映射轉(zhuǎn)發(fā)表。由守護(hù)線程監(jiān)測到變化后寫入NetFPGA硬件。協(xié)議識別配置配置新協(xié)議識別標(biāo)識、邏輯目的地址起始位置、邏輯目的地址長度，寫入current_state結(jié)構(gòu)體。調(diào)用通信控制模塊提供的寄存器讀寫接口，寫入NetFPGA硬件。端口信息輸出讀取current_state輸出四個端口的MAC地址、邏輯地址。端口信息配置配置四個端口的MAC地址、邏輯地址，寫入current_state結(jié)構(gòu)體。調(diào)用通信控制模塊提供的寄存器讀寫接口，寫入NetFPGA硬件。此外，用戶可根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)自定義的命令函數(shù)，注冊入管理命令鏈表，即可為路由器增加新功能。④可編程接口模塊主要用于與用戶自定義模塊對接。本發(fā)明提供映射轉(zhuǎn)發(fā)表(MapForward Information Base)機(jī)制,將非IP協(xié)議及IP協(xié)議在運(yùn)行時維護(hù)的路由表轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)格式的映射轉(zhuǎn)發(fā)表，轉(zhuǎn)發(fā)平面在轉(zhuǎn)發(fā)時只需查找映射轉(zhuǎn)發(fā)表，根據(jù)表項(xiàng)修改頭部目的MAC地址、源MAC地址，送入相應(yīng)端口發(fā)送隊(duì)列。映射轉(zhuǎn)發(fā)表MFIT,如圖 4 所不，其結(jié)構(gòu)為 standard address、mac、interface。其中standard address為數(shù)據(jù)包目的邏輯地址經(jīng)過哈希映射后的值,8字節(jié)；mac為待轉(zhuǎn)發(fā)的目的mac地址，6字節(jié)interface為待轉(zhuǎn)發(fā)的端口，I字節(jié)。用戶可以實(shí)現(xiàn)類似傳統(tǒng)路由器中的路由表、ARP表，然后將兩者相應(yīng)表項(xiàng)處理生成MFIT，只是在生成SA時必須經(jīng)過系統(tǒng)提供的哈希函數(shù)對新協(xié)議定義的邏輯地址進(jìn)行映射。 默認(rèn)狀態(tài)下，數(shù)據(jù)包處理函數(shù)不會對接收的數(shù)據(jù)包作任何處理，此處完全對用戶開放，需要用戶自定義適應(yīng)新協(xié)議的數(shù)據(jù)包處理函數(shù)，并注冊在current_state中的packet_handler。使用一個數(shù)據(jù)包守護(hù)線程，當(dāng)接收到新的數(shù)據(jù)包時，調(diào)用packet_handler進(jìn)行處理。用戶實(shí)現(xiàn)維護(hù)current_State中MFIT的必要代碼，根據(jù)需要對接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行相關(guān)操作。此外，異常數(shù)據(jù)包的處理，也在這里實(shí)現(xiàn)。用戶實(shí)現(xiàn)自定義的初始化代碼，注冊為current_state中的user_init,由系統(tǒng)初始化時統(tǒng)一調(diào)用。用戶可以實(shí)現(xiàn)一些自定義的功能命令，注冊在管理命令鏈表中，即可在管理路由器時調(diào)用。⑤通信控制模塊主要提供上層軟件與NetFPGA板卡進(jìn)行交互的接口函數(shù)。包括兩類函數(shù)，數(shù)據(jù)包的接收與發(fā)送，控制信息的讀取與配置。數(shù)據(jù)包接收采用Iibpcap庫監(jiān)聽實(shí)現(xiàn)，Iibpcap捕獲以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包,調(diào)用packet_handler進(jìn)行下一步處理；數(shù)據(jù)包發(fā)送提供發(fā)送以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的接口，用戶將構(gòu)造好的二層以上的數(shù)據(jù)包傳入，然后使用Iibnet庫構(gòu)造以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包進(jìn)行發(fā)送?？刂菩畔⒌淖x取與配置，使用ioctl實(shí)現(xiàn)，通過控制NetFPGA標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)PCI總線通信，DMA數(shù)據(jù)傳輸。⑥硬件轉(zhuǎn)發(fā)平面基于NetFPGA實(shí)現(xiàn)，使用NetFPGA高效轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。該部分在NetFPGA標(biāo)準(zhǔn)路由器的基礎(chǔ)上修改了轉(zhuǎn)發(fā)模塊部分。NetFPGA標(biāo)準(zhǔn)路由器UDP主要包括input_arbiter 模塊、output_port_lookup 模塊、oq_queues 模塊。修改 output_port_lookup模塊寫為上述映射轉(zhuǎn)發(fā)表查找模塊。其在處理以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包時，首先根據(jù)用戶在協(xié)議識別配置命令中設(shè)置的新協(xié)議識別標(biāo)識判斷出該數(shù)據(jù)包是否為新協(xié)議，否則上傳至控制平面處理。如果為新協(xié)議則根據(jù)配置的新協(xié)議的邏輯目的地址起始位置、邏輯目的地址長度取出目的地址，經(jīng)哈希算法轉(zhuǎn)換為定長8字節(jié)的SA，查找映射轉(zhuǎn)發(fā)表，未找到相應(yīng)項(xiàng)則上傳至控制平面處理。根據(jù)查找到的目的MAC、interface，修改數(shù)據(jù)包目的MAC地址，并送到相應(yīng)下一跳端口輸出隊(duì)列。圖5所示為可編程路由器系統(tǒng)的初始化過程，詳細(xì)步驟如下
I.建立全局變量current_State，進(jìn)行初始化，包括建立線程鎖、映射轉(zhuǎn)發(fā)表、路由狀態(tài)、協(xié)議識別、端口信息、管理命令鏈表等。初始化管理代理，即注冊系統(tǒng)命令到命令鏈表，這些命令可以通過web方式或telnet方式調(diào)用。2.初始化硬件，讀取配置文件，配置四個端口的MAC地址，配置映射轉(zhuǎn)發(fā)表。該配置文件可以由用戶在系統(tǒng)啟動前更改。進(jìn)入用戶自定義部分，調(diào)用usr_init句柄，該函數(shù)由用戶實(shí)現(xiàn)并注冊在全局變量current_state中，初始化自定義的結(jié)構(gòu)體及啟動一些必要的線程。3.依次啟動一系列守護(hù)線程創(chuàng)建狀態(tài)守護(hù)線程，用于實(shí)時更新路由器各端口的流量信息；創(chuàng)建映射轉(zhuǎn)發(fā)表守護(hù)線程，用于實(shí)時更新路由器的映射轉(zhuǎn)發(fā)表信息；創(chuàng)建數(shù)據(jù)包接收線程，接收發(fā)送到軟件層處理的數(shù)據(jù)包，調(diào)用用戶注冊的packet_handler處理；倉1|建WWW線程，即提供WWW-mode服務(wù)，等待用戶連接，并處理連接請求；創(chuàng)建CLI線程，即提供CLI-mode服務(wù)，等待用戶連接，并處理用戶輸入的命令。
權(quán)利要求
1.基于NetFPGA的可編程路由器，其特征在于包括控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面，所述轉(zhuǎn)發(fā)平面采用NetFPGA完成轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，所述控制平面包括 Wffff-模式模塊，用于提供web管理服務(wù)，通過web方式完成對路由器的信息查看和配置WWW-模式模塊； CLI-模式模塊，用于提供telnet服務(wù)，使用戶可以通過命令行為方式對路由器進(jìn)行管理配置； 管理代理模塊，用于提供WWW-模式服務(wù)與CLI-模式服務(wù)的底層數(shù)據(jù)支持，創(chuàng)建代表路由器當(dāng)前狀態(tài)的全局變量，將Wffff-模式服務(wù)與CLI-模式服務(wù)注冊到全局變量的管理命令鏈表，以方便擴(kuò)展新功能； 可編程接口模塊，用于提供用戶自定義模塊的接口，包括映射轉(zhuǎn)發(fā)表接口，在映射轉(zhuǎn)發(fā)表發(fā)生變化時更新硬件中的映射轉(zhuǎn)發(fā)表；和數(shù)據(jù)包處理函數(shù)接口，用戶完成自定義數(shù)據(jù)包處理，注冊用戶自定義的數(shù)據(jù)包處理函數(shù)，完成自定義的初始化； 通信控制模塊，用于提供控制平面與轉(zhuǎn)發(fā)平面進(jìn)行交互的接口函數(shù)，接收轉(zhuǎn)發(fā)平面發(fā)送上來的數(shù)據(jù)包時調(diào)用數(shù)據(jù)包處理函數(shù)接口，調(diào)用已注冊的用戶自定義的數(shù)據(jù)包處理函數(shù)；控制平面向轉(zhuǎn)發(fā)平面發(fā)送數(shù)據(jù)包時，以Iibnet庫實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包發(fā)送接口，將用戶自定義的數(shù)據(jù)包封裝成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包發(fā)送。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于NetFPGA的可編程路由器，其特征在于所述映射轉(zhuǎn)發(fā)表包括標(biāo)準(zhǔn)地址、下一跳地址、待轉(zhuǎn)發(fā)的端口。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于NetFPGA的可編程路由器，其特征在于所述全局變量包括路由器當(dāng)前流量狀態(tài)、映射轉(zhuǎn)發(fā)表鏈表、協(xié)議識別、端口信息、管理命令鏈表以及用戶自定義的變量。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述基于NetFPGA的可編程路由器，其特征在于所述轉(zhuǎn)發(fā)平面接收到數(shù)據(jù)包，首先根據(jù)用戶在協(xié)議識別中設(shè)置的新協(xié)議識別標(biāo)識判斷出該數(shù)據(jù)包是否為新協(xié)議，如果不是則上傳至控制平面處理，如果是則根據(jù)設(shè)置的新協(xié)議的邏輯目的地址起始位置、邏輯目的地址長度取出目的地址，采用哈希算法轉(zhuǎn)換為定長8字節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)地址，查找映射轉(zhuǎn)發(fā)表，未找到相應(yīng)項(xiàng)則上傳至控制平面處理，根據(jù)查找到的目的下一跳地址、待轉(zhuǎn)發(fā)的端口，修改數(shù)據(jù)包目的下一跳地址，并送到相應(yīng)下一跳待轉(zhuǎn)發(fā)端口輸出隊(duì)列。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于NetFPGA的可編程路由器，涉及到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。包括WWW-模式模塊、CLI-模式模塊、管理代理模塊、可編程接口模塊、通信控制模塊、轉(zhuǎn)發(fā)平面的NetFPGA板卡。該可編程路由器開放編程接口，用戶可自定義實(shí)現(xiàn)路由協(xié)議及更上層協(xié)議，不局限于IP隧道方式，提供統(tǒng)一的映射轉(zhuǎn)發(fā)表格式；允許用戶自定義數(shù)據(jù)包處理過程；提供了web、telnet管理方式，用戶可自定義增加功能命令；基于NetFPGA的實(shí)現(xiàn)方式保證了路由器較高的轉(zhuǎn)發(fā)性能。該基于NetFPGA的可編程路由器可作為未來網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)床的重要組成部分，應(yīng)用于新的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)的驗(yàn)證，新協(xié)議、新擴(kuò)展的研究。
文檔編號H04L12/741GK102984075SQ20121054711
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者唐紅, 張健, 徐川, 趙國鋒 申請人:重慶郵電大學(xué)