虛擬化路由交換平臺中的鏈路虛擬化技術

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

隨著各種新技術的出現和發展，傳統的網絡體系架構已經難以滿足網絡多樣性的應用需求，對新型網絡架構的研究成為當前研究的重點。其中由美國國家科學基金會提出的全球網絡創新環境（GENI，Global Enviroment for Network Innovations）計劃和未來因特網設計（FIND，Future InterNet Design）計劃、以及歐盟第7框架計劃等最受關注。國內近年來依托國家自然科學基金、“973”和“863”等項目的支持，也開展相關內容的研究，主要包括：新一代互聯網體系、高可用網絡體系結構、可信可控網絡、一體化可信網絡、可控可管網絡等[1]。

此類研究的一個重要思想就是網絡的虛擬化技術，即在一個公共的物理網絡上抽象、分配和隔離出多個虛擬網絡，使網絡資源能夠共享、并存，相互間不產生影響[2]。而實現虛擬化網絡的一個主要技術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方面來討論虛擬化路由交換平臺的具體實現技術。

1 鏈路的虛擬化技術

鏈路的虛擬化技術通常包括兩方面的內容：即鏈路聚合技術和鏈路通道虛擬化技術。鏈路聚合是利用設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；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。

1.1 鏈路聚合的實現方法

鏈路聚合具有提高鏈路可用性和增加鏈路容量的優點，在虛擬化網絡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，實現鏈路級的負載分擔功能，從而有效減少分組損失和轉接延遲[3]。

現有路由交換設備一般采用兩種通用接口：即 POS（Packet Over SONET/SDH）接口和以太網接口，因此在虛擬化路由交換平臺中的鏈路聚合主要實現 POS和以太網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）協議，多鏈路PPP邏輯關系如圖1。

圖1 多鏈路PPP邏輯關系

多鏈路協議的提出增強了數據的分片與重組，減低了延遲，并且增強了最大的接收單元，而且沒有固定的數據鏈路傳輸格式[5]。多鏈路是基于鏈路控制協議（LCP，Link Control Protocol） 協商的基礎上實現的，系統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）以太網接口鏈路聚合

802.3 ad標準定義了如何將兩個以上的以太網接口連接組合起來，為高帶寬網絡連接實現負載共享、負載平衡并提供更好的可靠性[6]。

802.3 ad 規范為介質訪問控制（MAC，Medium Access Control）層上的常規以太網協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議（LACP，Link Aggregation Control Protocol）管理鏈路配置并在鏈路間分布負載，聚合的雙方設備通過協議交互聚合信息，根據雙方的參數和狀態自動將匹配的聯絡聚合在一起收發數據，該標準提供鏈路標識、狀態監測和鏈路間的同步。

1.2 鏈路通道虛擬化

POS接口是建立在同步數字系列（SDH，Synchronous Digital Hierarchy）體制之上的一種高速、穩定的傳輸接口，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絡的應用[7]。

CPOS采用通道化技術，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的物理層協議和鏈路層協議跟POS一樣，即物理層采用SDH協議，鏈路層采用PPP協議。

當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可實現虛擬路由器功能,其示意圖見圖2。

圖2 鏈路通道虛擬化示意

2 虛擬化鏈路技術的應用

這里研究的是在同一臺物理路由器上通過虛擬化技術（包括鏈路虛擬化、路由轉發虛擬化、交換虛擬化、協議控制虛擬化等技術）產生多個邏輯上分開的虛擬路由器的技術，即通過邏輯虛擬路由技術，在系統資源允許的情況下，同一臺物理路由器上可重構支持多種業務和應用。虛擬出的路由節點可以根據網絡的不同配置分別支持不同的網絡形式，如圖3所示。

圖3 鏈路通道虛擬化應用示意

圖中的路由交換節點A和C支持虛擬路由節點功能、而路由交換節點 B既支持虛擬路由節點功能又支持核心傳輸節點功能[8]。路由節點A/B/C通過虛擬化路由交換技術分別虛擬成5個/2個/5個虛擬節點。路由節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絡M和N。

因此，通過以上的鏈路虛擬化技術，并綜合使用路由交換節點的虛擬化技術后，單一的物理網絡就可以支持多個（示例中是兩個）虛擬化的網絡應用，每個虛擬化的網絡可以根據網絡的具體部署支持不同的業務和應用。

3 結語

路由交換平臺的虛擬化技術是實現虛擬化網絡的一個主要技術途徑，這里專題重點從鏈路聚合技術和鏈路的通道虛擬化技術兩個側面著手討論了鏈路的虛擬化實現技術，并結合路由交換節點的虛擬化等技術給出了一個網絡虛擬化的應用實例。

[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. 虛擬技術在現代通信網絡中的應用與研究[J]. 通信技術，2009，42(03)：151-154.

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[5] 郭俊良. 多鏈路ppp數據傳輸淺析[J]. 科技信息：學術研究，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. 高端路由器廣域網通道化POS接口程序設計[D]. 南京：南京理工大學，2008：2-3.

[8] 朱偉，孫明俊. 網絡虛擬化探討[J]. 電信網技術，2010（09）：19-23.