面向虛擬路由器平臺的資源管理平面的設(shè)計與實現(xiàn)

高先明，王寶生，李同標，薛華威

(國防科學技術(shù)大學 計算機學院，長沙 410073)

(*通信作者電子郵箱nudt_gxm@163.com)

面向虛擬路由器平臺的資源管理平面的設(shè)計與實現(xiàn)

高先明*，王寶生，李同標，薛華威

(國防科學技術(shù)大學 計算機學院，長沙 410073)

(*通信作者電子郵箱nudt_gxm@163.com)

通過研究與分析虛擬路由器平臺在管理與維護等方面存在的問題，提出了三層的虛擬路由器體系框架：控制平面、轉(zhuǎn)發(fā)平面和資源管理平面?？刂破矫婧娃D(zhuǎn)發(fā)平面是虛擬路由器的兩個基本功能平面，分別承載邏輯控制平面和邏輯轉(zhuǎn)發(fā)平面。為了動態(tài)地管理虛擬路由器平臺，引入了資源管理平面。它是管理物理資源和維護路由器實例的重要功能平面。通過闡述資源管理平面的框架以及實現(xiàn)機制，實現(xiàn)了支持路由器實例的靜態(tài)創(chuàng)建和動態(tài)調(diào)整的原型系統(tǒng)。實驗結(jié)果表明：資源管理平面的最大處理能力為3 205條命令/秒，在1 min內(nèi)完成路由器實例的創(chuàng)建任務(wù)，能夠滿足虛擬路由器平臺的管理需求。

網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)；虛擬路由器；路由器實例；資源管理平面；邏輯轉(zhuǎn)發(fā)引擎；邏輯控制引擎

0 引言

Internet固有體系暴露出越來越多的僵化性和不適應(yīng)性[1-3]。為了解決當前Internet面臨的困境以及為新的設(shè)計提供真實的實驗床，在借鑒系統(tǒng)虛擬化技術(shù)思想的基礎(chǔ)上，提出了網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)指在同一物理基礎(chǔ)設(shè)施上構(gòu)建出若干的虛擬網(wǎng)絡(luò)[4]。虛擬路由器是支撐虛擬網(wǎng)絡(luò)運行的關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過對傳統(tǒng)的路由器中控制平面和數(shù)據(jù)平面虛擬化，構(gòu)建出若干個邏輯功能平面。目前，虛擬路由器架構(gòu)通常采用二層體系：轉(zhuǎn)發(fā)平面和控制平面。它既可采用操作系統(tǒng)虛擬化技術(shù)來實現(xiàn)[5]，比如Xen、VMWare等虛擬化工具，也可采用軟硬件相結(jié)合的方式[6]。為了保證虛擬路由器的轉(zhuǎn)發(fā)性能，物理基礎(chǔ)設(shè)施通常采用“池化”構(gòu)建方式，要求虛擬路由器平臺具有一套功能完善的管理與維護程序[7-8]。目前，虛擬路由器的研究熱點集中在數(shù)據(jù)平面的性能優(yōu)化、多邏輯轉(zhuǎn)發(fā)引擎隔離等方面，尚未有文獻針對虛擬路由器平臺提出一套管理控制系統(tǒng)。

針對網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)部署對虛擬路由器功能需求[9-10]，分析了現(xiàn)有的虛擬路由器在管理與維護等方面存在的不足，將虛擬路由器的架構(gòu)進一步劃分為：轉(zhuǎn)發(fā)平面、控制平面和資源管理平面。根據(jù)虛擬路由器部署與管理的實際需求，設(shè)計并實現(xiàn)了面向虛擬路由器平臺的資源管理平面，用于負責單個虛擬路由器平臺的物理資源管理與維護、路由器實例的創(chuàng)建與撤銷等任務(wù)。最后，基于本項目的“支持多網(wǎng)絡(luò)體制并存與隔離的、新型的、開放式可重構(gòu)路由器體系架構(gòu)”[11]實現(xiàn)了面向虛擬路由器平臺的資源管理平面的原型系統(tǒng)，并對原型系統(tǒng)的最大處理能力、實例部署時間以及策略模板規(guī)模等性能指標進行了測試。通過分析實驗結(jié)果可知，資源管理平面每秒能處理約3 205條管理與配置請求，滿足虛擬路由器管理的性能需求；單個路由器實例創(chuàng)建的時間開銷約為4.86 s。

1 支持虛擬化的路由器架構(gòu)

為了解決二層的虛擬路由器[12]在管理與維護平臺存在的不足以及滿足物理基礎(chǔ)設(shè)施“池化”的需求，本文在分析與研究虛擬路由器的功能需求基礎(chǔ)上，提出了一種三層次的虛擬路由器架構(gòu)。它既可以保證平臺具有較高的轉(zhuǎn)發(fā)性能，又能確保平臺良好的擴展性，如圖1所示。

圖1 虛擬路由器架構(gòu)

虛擬路由器架構(gòu)由轉(zhuǎn)發(fā)平面、控制平面和資源管理平面等三層構(gòu)成。其中，轉(zhuǎn)發(fā)平面用于承載多邏輯轉(zhuǎn)發(fā)引擎，運行報文轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)，比如查找路由表、訪問控制表等[13]；控制平面用于承載多邏輯控制引擎，部署各類路由協(xié)議，比如開放式最短路徑優(yōu)先(Open Shortest Path First, OSPF)[14]、邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議(Border Gateway Protocol, BGP)[15]等；資源管理平面用于獲得虛擬路由器平臺的物理資源信息，并依據(jù)物理資源信息來決定路由器實例部署信息以及平臺配置策略。資源管理平面與各個物理資源板間通信通過服務(wù)代理Agent實現(xiàn)，通信的消息內(nèi)容包括物理資源板將自身資源信息通告給資源管理平面的消息以及資源管理平面配置物理資源板的策略消息等。本文對三層次的虛擬路由器架構(gòu)中資源管理平面進行重點研究，通過分析平臺的實際部署需求，設(shè)計與實現(xiàn)了資源管理平面的架構(gòu)以及處理機制。

2 資源管理平面的框架

資源管理平面是單個虛擬路由器平臺的重要組成部分，負責物理資源管理和路由器實例部署/撤銷；它也是管理員與虛擬路由器平臺間交互的通信管道，增強了管理虛擬路由器平臺的靈活性和便利性。資源管理平面在感知物理資源基礎(chǔ)上，利用路由器實例映射算法計算出實例部署的策略模板，并分發(fā)至對應(yīng)的物理資源板來實施；同時，為了提升虛擬路由器平臺管理的靈活性，提供了規(guī)則定制的功能，可以約束或限制路由器實例部署的環(huán)境。

資源管理平面包括物理資源感知機制、路由器實例映射機制、規(guī)則匹配機制和用戶管理界面四部分，如圖2所示。其中，物理資源感知機制收集虛擬路由器平臺的物理資源信息，是資源管理平面實施路由器實例部署的前提條件，包括資源發(fā)現(xiàn)和物理資源庫等模塊；路由器實例映射機制模塊是資源管理平面的核心功能，用于計算路由器實例與物理資源的映射關(guān)系以及生成策略模板，包括路由器實例映射算法、實例部署生成算法、實例策略庫以及策略分發(fā)等模塊；規(guī)則匹配機制支持定制約束虛擬路由器平臺的方案，為管理員靈活地管理與維護平臺提供便捷方案，由規(guī)則庫構(gòu)成；用戶管理界面是管理員與虛擬路由器平臺的交互通道。這四個部分相互協(xié)調(diào)工作，共同支持虛擬路由器平臺的管理和維護任務(wù)。

圖2 資源管理平面的框架

2.1 物理資源感知機制

在支持虛擬化的路由器體系架構(gòu)中，物理資源包括支持虛擬化的轉(zhuǎn)發(fā)資源池和支持虛擬化的控制資源池兩類：前者用于部署虛擬路由器的邏輯轉(zhuǎn)發(fā)引擎，后者用于部署虛擬路由器的邏輯控制引擎。為了實現(xiàn)路由器實例的部署，資源管理平面首先感知這兩類資源的基本信息，存儲在自身物理資源庫中。因此，物理資源在接入平臺前，首先向資源管理平面進行物理資源注冊，通告它的物理資源的基本信息。由于兩類資源支撐的功能平面不同，資源管理平面感知它們的物理資源的基本信息也存在差異。比如，資源管理平面感知轉(zhuǎn)發(fā)資源的基本信息包括：CPU核數(shù)、CPU主頻、主存容量、網(wǎng)絡(luò)接口數(shù)量以及各個接口的類型、接口的鏈路帶寬、支持最大的虛接口數(shù)量等信息；對于控制資源，資源管理平面僅它的感知CPU核數(shù)、CPU主頻、主存容量以及網(wǎng)絡(luò)接口支持的鏈路帶寬總和等信息。

同時，資源管理平面還需對物理資源進行“心跳”探測，通過這種方式來檢查物理資源在線狀態(tài)。當資源管理平面探測到某物理資源不在線時，可以主動地觸發(fā)規(guī)則庫中規(guī)則，重新計算路由器實例與物理資源映射關(guān)系，確保已部署的路由器實例盡可能不受物理資源故障的影響。

2.2 路由器實例映射機制

路由器實例映射機制是資源管理平面的核心功能，其主要負責虛擬路由器實例創(chuàng)建、撤銷以及維護任務(wù)。根據(jù)路由器實例管理與維護的流程，它包括3個子任務(wù)：1)路由器實例與物理資源間映射關(guān)系的計算；2)部署路由器實例的策略模板的生成；3)部署路由器實例的策略模板的分發(fā)。

2.2.1 路由器實例與物理資源間映射關(guān)系的計算

路由器實例與物理資源間映射關(guān)系由路由器實例映射算法計算出。它根據(jù)物理資源庫存儲的總資源信息以及路由器實例已占用資源信息，計算出平臺可用的物理資源[16]。在此基礎(chǔ)上，該算法判斷當前平臺的可用資源是否滿足用戶需要創(chuàng)建的路由器實例性能需求。只有滿足以上條件時，它才會計算出該路由器實例需要部署在哪些物理資源板以及各個物理資源板的占用量，如圖3所示。

圖3 路由器實例與物理資源映射關(guān)系

2.2.2 部署路由器實例的策略模板的生成

依據(jù)路由器實例映射算法計算的結(jié)果，實例部署策略生成模塊將映射關(guān)系翻譯為配置物理資源板的策略，并生成若干策略模板，存儲在實例策略庫中。策略模板與物理資源板是一一對應(yīng)的，每個策略模板用于配置單個物理資源板。同時，策略模板由一系列的可執(zhí)行命令行組成，物理資源板通過解析命令行的方式而達到配置策略的目的，如圖4所示。

圖4 策略模板中常見命令行

策略模板規(guī)模與路由器實例映射算法計算出的結(jié)果密切相關(guān)。比如，當一個具有兩接口的路由器實例映射到一塊轉(zhuǎn)發(fā)資源板和一塊控制資源板時，需要兩個策略模板，命令行總數(shù)為49條；當該路由器實例映射到兩塊轉(zhuǎn)發(fā)資源板和一塊控制資源板時，需要三個策略模板，命令行總數(shù)為75條。

2.2.3 部署路由器實例的策略模板的分發(fā)

部署路由器實例的策略模板的分發(fā)任務(wù)是指將實例部署策略生成模塊生成的策略模板分發(fā)至對應(yīng)的物理資源板，并收集物理資源板執(zhí)行策略模板的結(jié)果。它并不需要存儲策略模板的信息，僅依據(jù)策略模板攜帶的物理資源板的標識來實現(xiàn)策略模板的分發(fā)。資源管理平面將策略模板的生成與分發(fā)拆分為兩個子任務(wù)能夠保證路由器實例映射機制具有良好的靈活性和擴展性。

2.3 規(guī)則匹配機制

規(guī)則匹配機制指當平臺某一事件滿足規(guī)則庫中某條規(guī)則的條件時，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化調(diào)整。規(guī)則匹配機制對路由器實例部署的影響主要表現(xiàn)在兩個方面：限制路由器實例的部署策略模板或者動態(tài)地調(diào)整路由器實例。因此，規(guī)則匹配機制可以允許定制虛擬路由器平臺，滿足不同的業(yè)務(wù)需求。

2.3.1 限制路由器實例的部署策略模板

規(guī)則庫中規(guī)則可以是路由器實例映射算法的約束條件。當計算出路由器實例與物理資源映射關(guān)系后，需要檢查規(guī)則庫中規(guī)則，判斷當前映射關(guān)系是否滿足規(guī)則的條件：一旦滿足，它需要重新調(diào)整路由器實例與物理資源的映射關(guān)系。通過靈活的配置規(guī)則，可以限制路由器實例的部署策略模板。比如，管理員可以強制指定物理接口支持最大的虛擬接口數(shù)，一旦虛擬接口數(shù)超過限定值時，表明該路由器實例不滿足部署需求，要求重新計算實例與物理資源間映射關(guān)系。

2.3.2 動態(tài)調(diào)整路由器實例

規(guī)則庫中規(guī)則也可以用于實現(xiàn)路由器實例的自動調(diào)整。在平臺運行過程中，一旦某條規(guī)則的條件滿足，會觸發(fā)系統(tǒng)動態(tài)地調(diào)整路由器實例。比如，當某轉(zhuǎn)發(fā)資源板下線時，會檢查規(guī)則庫中規(guī)則是否允許系統(tǒng)自動調(diào)整路由器實例：如果規(guī)則存在，系統(tǒng)會觸發(fā)路由器實例映射算法來調(diào)整部分部署在該轉(zhuǎn)發(fā)資源板的路由器實例；當撤銷某路由器實例時，檢查規(guī)則庫中規(guī)則是否要求對剩余的路由器實例進行調(diào)整，將路由器實例集中部署在盡可能少的物理資源板，達到降低功耗的目的[17]。

規(guī)則匹配機制允許管理員靈活地限定路由器實例部署的約束條件，使得路由器實例在預(yù)期的物理資源板上部署。同時，通過配置動態(tài)調(diào)整路由器實例的條件，一旦滿足規(guī)則條件時，自動地調(diào)整路由器實例。因此，規(guī)則匹配機制可以實現(xiàn)資源管理平面對虛擬路由器平臺的自動化管理。

2.4 用戶管理界面

用戶管理界面用于管理與維護物理資源、配置規(guī)則庫以及管理與維護路由器實例的通道，實現(xiàn)管理員與虛擬路由器平臺間交互，其良好的架構(gòu)設(shè)計能夠降低管理的復雜性以及增強配置的便利性。

目前，用戶管理界面采用命令行界面(Command Line Interface, CLI)方式[18]，命令組成采用樹形組織方式，如圖5所示。樹形的命令組織方式將命令類型劃分為三類：PHYSICAL_NODE(用于管理與維護物理資源)、RULE_NODE(用于配置規(guī)則庫)和VROUTER_NODE(用于管理與維護路由器實例)。樹形的命令組織方式不僅可以方便管理員的操作，而且確保命令行具有良好的擴展性。

圖5 樹形的命令組織方式

管理員通過命令行的方式與虛擬路由器平臺交互，包括查詢物理資源的基本信息和路由器實例的運行狀況等信息、設(shè)置規(guī)則庫中規(guī)則、管理物理資源板以及創(chuàng)建路由器實例等。一個設(shè)計良好的用戶管理界面可以極大地方便管理員操作虛擬路由器平臺，從而降低維護平臺的代價。

3 路由器實例分配流程

在虛擬路由器平臺中，路由器實例分配流程包括兩種方式：靜態(tài)創(chuàng)建和動態(tài)調(diào)整。靜態(tài)創(chuàng)建指管理員首次為路由器實例分配物理資源，通常由新的路由器實例創(chuàng)建請求觸發(fā)。動態(tài)創(chuàng)建指路由器實例在運行過程中，對路由器實例的配置進行調(diào)整。比如，當路由器實例滿足規(guī)則庫中規(guī)則的條件時，觸發(fā)路由器實例映射機制重新計算路由器實例與物理資源間的映射關(guān)系。

3.1 路由器實例靜態(tài)創(chuàng)建

管理員在虛擬路由器平臺創(chuàng)建路由器實例時，通過用戶管理界面輸入該實例的性能指標，包括轉(zhuǎn)發(fā)性能、接口數(shù)量以及接口的鏈路帶寬等信息。路由器實例映射算法首先檢查尚未占用的物理資源是否滿足實例的性能需求：只有物理資源能承載該實例時，將輸入的性能指標翻譯成路由器實例與物理資源的映射關(guān)系，并逐條匹配規(guī)則庫中規(guī)則，檢查計算出的路由器實例與物理資源的映射關(guān)系是否滿足規(guī)則的條件：一旦滿足某條規(guī)則的條件時，在該約束條件下重新計算路由器實例與物理資源的映射關(guān)系直至滿足規(guī)則庫中所有規(guī)則。然后，實例部署策略生成模塊進一步將路由器實例與物理資源的映射關(guān)系轉(zhuǎn)化為物理資源板可執(zhí)行的策略模板，并把策略模板存儲在實例策略庫中。最后，策略分發(fā)模塊將策略模板分發(fā)到指定的物理資源板，并把物理資源板執(zhí)行的結(jié)果通過用戶管理界面反饋給管理員。管理員通過反饋結(jié)果確認路由器實例是否創(chuàng)建成功。

3.2 路由器實例動態(tài)調(diào)整

與路由器實例靜態(tài)創(chuàng)建流程不同，路由器實例動態(tài)調(diào)整與管理員的配置規(guī)則密切相關(guān)。在原型系統(tǒng)中，資源管理平面支持兩種條件下的路由器實例動態(tài)調(diào)整：一、路由器實例撤銷時，資源管理平面是否允許對路由器實例動態(tài)調(diào)整，將剩余路由器實例部署在數(shù)量較少的幾塊物理資源板，盡可能降低功耗；二、物理資源板掉線，資源管理平面是否允許對路由器實例動態(tài)調(diào)整，目的在于重新映射受該單點故障影響的路由器實例，保證路由器實例不受物理資源板故障的影響。

3.2.1 路由器實例撤銷

當某路由器實例撤銷時，資源管理平面檢查規(guī)則庫中規(guī)則是否允許動態(tài)調(diào)整路由器實例。若允許動態(tài)調(diào)整時，路由器實例映射算法重新計算剩余路由器實例與物理資源的映射關(guān)系。經(jīng)過重新計算后，若占用的物理資源板的數(shù)量與現(xiàn)有占用情況一致，則路由器實例不作任何調(diào)整；否則，對路由器實例進行動態(tài)調(diào)整。在計算出所有的路由器實例與物理資源的映射關(guān)系基礎(chǔ)上，通過實例部署策略生成模塊計算出各個路由器實例的策略模板，并分發(fā)至對應(yīng)的物理資源板。同時，它會將清除實例策略庫存儲的舊的策略模板，并把新的路由器實例的策略模板存儲在實例策略庫中。

3.2.2 物理資源板掉線

資源管理平面探測到某個物理資源板掉線時，同樣檢查規(guī)則庫中規(guī)則是否允許動態(tài)調(diào)整路由器實例。若允許動態(tài)調(diào)整，路由器實例映射算法僅調(diào)整受物理資源板掉線所影響的路由器實例和物理資源之間的映射關(guān)系。其他流程與路由器實例撤銷時動態(tài)調(diào)整路由器實例的流程是一致的。

4 實驗測試與結(jié)果分析

4.1 實驗環(huán)境

轉(zhuǎn)發(fā)資源池和控制資源池都采用IBM nx360服務(wù)器：Intel Xeon CPU E5-2620、64 GB內(nèi)存、2個萬兆網(wǎng)卡和2個千兆網(wǎng)卡以及Linux CentOS6.5系統(tǒng)，各自具有4塊資源板；資源管理平面采用IBM x3650服務(wù)器：Intel Xeon CPU E5-2680、64 GB內(nèi)存、1個千兆網(wǎng)卡以及Linux CentOS6.5系統(tǒng)。另外，轉(zhuǎn)發(fā)資源池與控制資源池、服務(wù)器與轉(zhuǎn)發(fā)資源池以及控制資源池間連接采用GALAXYWIND系列交換機，具有24個千兆網(wǎng)卡。

基于面向虛擬路由器的資源管理平面的原型系統(tǒng)，測試并分析資源管理平面的3個性能指標：最大處理能力、實例部署時間以及策略模板規(guī)模。

4.2 最大處理能力

最大處理能力指資源管理平面在單位時間內(nèi)可以完成的請求最大數(shù)量。這些請求包括物理資源的探測?；?、配置物理資源的請求以及部署路由器實例等。為了驗證資源管理平面能夠滿足虛擬路由器管理的性能需求，測量資源管理平面處理這些請求的時間開銷，如表1所示。

表1 不同請求的時間開銷

通過分析表1實驗結(jié)果可知，各類請求的時間開銷約為0.3 ms：資源管理平面探測物理資源板在線狀態(tài)需要0.301 ms；管理員使能物理接口或關(guān)閉物理接口時需要0.308 ms；在規(guī)則庫為空和平臺具有8塊物理資源板時，管理員配置完路由器實例到策略模板分發(fā)至物理資源板需要0.312 ms；管理員指定刪除某個路由器實例到刪除命令到達指定的物理資源板需要0.311 ms；因此，資源管理平面最大的處理能力約為每秒處理3 205條請求，能夠滿足當前虛擬路由器管理與維護的需求。

4.3 實例部署時間

實例部署時間指資源管理平面部署路由器實例花費的時間，表示管理員從配置完路由器實例的性能指標到接收到路由器實例創(chuàng)建應(yīng)答間的時間開銷。路由器實例的部署包括兩大任務(wù)：創(chuàng)建邏輯轉(zhuǎn)發(fā)引擎和創(chuàng)建邏輯控制引擎。因此，除了測量實例部署時間外，還分別測量創(chuàng)建邏輯轉(zhuǎn)發(fā)引擎、創(chuàng)建邏輯控制引擎以及配置路由器實例接口的時間開銷，如表2所示。

表2 路由器實例部署的時間開銷

通過分析表2實驗結(jié)果可知：創(chuàng)建單個路由器實例的時間開銷約為4.857 s，與創(chuàng)建邏輯控制引擎的時間開銷是一致的。由于資源管理平面支持并行向轉(zhuǎn)發(fā)資源板和控制資源板下發(fā)策略模板，使得路由器實例創(chuàng)建的時間開銷是兩大任務(wù)中最大時間開銷決定的。因此，在對路由器實例動態(tài)調(diào)整過程中，應(yīng)盡可能地保持邏輯控制引擎的部署位置不做改變，避免調(diào)整路由器實例導致該實例中斷任務(wù)時間過長。動態(tài)調(diào)整轉(zhuǎn)發(fā)引擎會引起路由器實例中斷轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，中斷時間約為2.288 s；而動態(tài)調(diào)整路由器實例的接口的時間開銷小于1 ms，對路由器實例的影響最小。

4.4 策略模板規(guī)模

策略模板規(guī)模指資源管理平面部署單個路由器實例所需要的總策略條數(shù)。為了證實路由器實例的接口數(shù)量和路由器實例部署的轉(zhuǎn)發(fā)資源板數(shù)量對策略模板規(guī)模的影響，分別測量不同條件下策略的總條數(shù)，如圖6所示(圖6(a)表示路由器實例部署在單個轉(zhuǎn)發(fā)資源板時，路由器實例的接口數(shù)量對策略模板規(guī)模的影響；圖6(b)表示路由器實例具有兩個接口時，路由器實例部署的轉(zhuǎn)發(fā)資源板數(shù)量對策略模板的影響)。

通過分析圖6數(shù)據(jù)可知，策略模板規(guī)模與路由器實例的接口數(shù)量、路由器實例部署的轉(zhuǎn)發(fā)資源板數(shù)量呈線性相關(guān)：隨著路由器實例的接口數(shù)量的增加，策略模板規(guī)模呈線性增加；隨著路由器實例部署的轉(zhuǎn)發(fā)資源板數(shù)量增加，策略模板規(guī)模呈線性增加。路由器實例部署的轉(zhuǎn)發(fā)資源板數(shù)量對策略模板規(guī)模的影響大于路由器實例的接口數(shù)量對策略模板規(guī)模的影響。因為路由器實例部署轉(zhuǎn)發(fā)資源板的數(shù)量每增加一個，策略總條數(shù)增加26條，并增加1個策略模板；而路由器實例的接口數(shù)量每增加一個，策略總條數(shù)僅增加19條，且策略模板數(shù)量不變。因此，資源管理平面計算路由器實例與物理資源映射關(guān)系時，應(yīng)盡可能將路由器實例部署在單個轉(zhuǎn)發(fā)資源板上。

圖6 不同條件下策略模板規(guī)模

5 結(jié)語

目前，虛擬路由器的研究集中在如何構(gòu)建相互獨立且并行運行的路由器實例。鑒于當前虛擬路由器的研究現(xiàn)狀，結(jié)合項目實施的具體需求，本文提出了三層的虛擬路由器架構(gòu)：資源管理平面、轉(zhuǎn)發(fā)平面以及控制平面，著重對資源管理平面和實現(xiàn)機制進行闡述。最后，通過基于面向虛擬路由器的資源管理平面原型系統(tǒng)，證明資源管理平面能夠滿足虛擬路由器管理與維護的性能需求。

下一步的工作是改進和完善資源管理平面的用戶管理界面，采用可視化的方式來替代現(xiàn)有的CLI解決方案，提供一種更加便捷的管理與維護平臺的展現(xiàn)方式；同時，利用多核、多線程技術(shù)進一步提升資源管理平面的性能，特別是在滿足物理資源規(guī)模較大的情景下。

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This work is supported by the National Basic Research Program (973 Program) of China (2011AA01A103).

GAO Xianming, born in 1988, Ph.D.candidate.His research interests include network virtualization, router virtualization.

WANG Baosheng, born in 1971, Ph.D., professor.His research interests include network and communication security, new network architecture.

LI Tongbiao, born in 1989, M.S.candidate.His research interests include virtual router, dynamical migration strategy.

XUE Huawei, born in 1991, M.S.candidate.His research interests include software defined networking, network fault detection.

Design and implementation of resource management plane in virtual router platform

GAO Xianming*, WANG Baosheng, LI Tongbiao, XUE Huawei

(CollegeofComputer,NationalUniversityofDefenseTechnology,ChangshaHunan410073,China)

Through researching and analyzing the management and maintenance problems in virtual router platform, a three-layer virtual router architecture including control plane, forwarding plane and resource management plane was put forward.Control plane and forwarding plane were two basic function planes in virtual router, correspondingly carrying logical control plane and logical forwarding plane.In order to achieve dynamic management of virtual router, resource management plane was introduced.Resource management plane was regarded as one important function plane, which was used to manage and configure virtual router.The structure and mechanism of resource management plane were mainly expressed, and a prototype system to support static installment and dynamic adjustment of router instances was carried out.The experimental results prove that the maximum processing ability of resource management plane is about 3 205 strategies/second, and it can complete establishment of router instance within one second, which can meet management requirements of virtual router platforms.

network virtualization technology; virtual router; router instance; resource management plane; logical forwarding engine; logical control engine

2016-07-25;

2016-08-10。 基金項目:國家973計劃項目(2011AA01A103)。

高先明(1988—)，男，山東濟南人，博士研究生，主要研究方向：網(wǎng)絡(luò)虛擬化、路由器虛擬化； 王寶生(1971—)，男，湖南長沙人，研究員，博士生導師，博士，主要研究方向：網(wǎng)絡(luò)通信與安全、新型網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)； 李同標(1989—)，男，江西鷹潭人，碩士研究生，主要研究方向：虛擬路由器、動態(tài)遷移策略； 薛華威(1991—)，男，河南駐馬店人，碩士研究生，主要研究方向：軟件定義網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)故障檢測。

1001-9081(2017)01-0001-05

10.11772/j.issn.1001-9081.2017.01.0001

TP393.07

A