虚拟化路由交换平台中的链路虚拟化技术

陈 东

（中国电子科技集团公司第三十研究所，四川 成都 610041）

0 引言

随着各种新技术的出现和发展，传统的网络体系架构已经难以满足网络多样性的应用需求，对新型网络架构的研究成为当前研究的重点。其中由美国国家科学基金会提出的全球网络创新环境（GENI，Global Enviroment for Network Innovations）计划和未来因特网设计（FIND，Future InterNet Design）计划、以及欧盟第7框架计划等最受关注。国内近年来依托国家自然科学基金、“973”和“863”等项目的支持，也开展相关内容的研究，主要包括：新一代互联网体系、高可用网络体系结构、可信可控网络、一体化可信网络、可控可管网络等[1]。

此类研究的一个重要思想就是网络的虚拟化技术，即在一个公共的物理网络上抽象、分配和隔离出多个虚拟网络，使网络资源能够共享、并存，相互间不产生影响[2]。而实现虚拟化网络的一个主要技术就是路由交换平台的虚拟化，这里重点从链路的虚拟化技术方面来讨论虚拟化路由交换平台的具体实现技术。

1 链路的虚拟化技术

链路的虚拟化技术通常包括两方面的内容：即链路聚合技术和链路通道虚拟化技术。链路聚合是利用设备间物理上的多条链路聚合成一条虚拟链路、即“多合一”技术；而链路通道虚拟化是将一条物理链路通道化到多个虚拟链路上、即“一分多”技术。

1.1 链路聚合的实现方法

链路聚合具有提高链路可用性和增加链路容量的优点，在虚拟化网络中可通过链路的聚合来减少拥塞并在必要时分配附加的资源，实现链路级的负载分担功能，从而有效减少分组损失和转接延迟[3]。

现有路由交换设备一般采用两种通用接口：即 POS（Packet Over SONET/SDH）接口和以太网接口，因此在虚拟化路由交换平台中的链路聚合主要实现 POS和以太网两种链路接口的聚合。

（1）POS接口链路聚合

多链路的目的是利用一对设备间物理上的多条链路聚合成的一条虚拟链路、即多链路束来提供更高的带宽[4]。POS链路的聚合采用多链路 PPP（MLPPP，Multi Link Point to Point Protocol）协议，多链路PPP逻辑关系如图1。

图1 多链路PPP逻辑关系

多链路协议的提出增强了数据的分片与重组，减低了延迟，并且增强了最大的接收单元，而且没有固定的数据链路传输格式[5]。多链路是基于链路控制协议（LCP，Link Control Protocol） 协商的基础上实现的，系统的两端具有使多条物理的链路连接成为一个链路束的能力。

（2）以太网接口链路聚合

802.3 ad标准定义了如何将两个以上的以太网接口连接组合起来，为高带宽网络连接实现负载共享、负载平衡并提供更好的可靠性[6]。

802.3 ad 规范为介质访问控制（MAC，Medium Access Control）层上的常规以太网协议栈增加了一个链路聚合子层，该子层有效地将下面的物理连接与它向更高级协议显示的新的MAC逻辑地址分隔开来。802.3ad使用链路聚合控制协议（LACP，Link Aggregation Control Protocol）管理链路配置并在链路间分布负载，聚合的双方设备通过协议交互聚合信息，根据双方的参数和状态自动将匹配的联络聚合在一起收发数据，该标准提供链路标识、状态监测和链路间的同步。

1.2 链路通道虚拟化

POS接口是建立在同步数字系列（SDH，Synchronous Digital Hierarchy）体制之上的一种高速、稳定的传输接口，POS接口的缺点是一个固定的物理接口只能提供一个速率也固定的逻辑接口，很多时候存在着资源的浪费，所以在应用中需要一种灵活的高速接口。通道化 POS（CPOS，Channelized Packet Over SONET/SDH）就提供了一种能通道化的POS接口，它可以在一个固定的物理接口中，通过通道化配置，为用户提供不同速率的POS接口。CPOS的这种特性，很大程度的满足了虚拟化网络的应用[7]。

CPOS采用通道化技术，一种接口可以通道化到多种速率接口。例如：一个2.5GCPOS接口，能通道化成4×622 M CPOS虚拟接口，每个622 M虚拟POS口还能通道化成4×155 M CPOS虚拟接口。CPOS的物理层协议和链路层协议跟POS一样，即物理层采用SDH协议，链路层采用PPP协议。

当CPOS接口链路虚拟成多个低速接口链路后,配合路由交换单元的虚拟化技术可实现虚拟路由器功能,其示意图见图2。

图2 链路通道虚拟化示意

2 虚拟化链路技术的应用

这里研究的是在同一台物理路由器上通过虚拟化技术（包括链路虚拟化、路由转发虚拟化、交换虚拟化、协议控制虚拟化等技术）产生多个逻辑上分开的虚拟路由器的技术，即通过逻辑虚拟路由技术，在系统资源允许的情况下，同一台物理路由器上可重构支持多种业务和应用。虚拟出的路由节点可以根据网络的不同配置分别支持不同的网络形式，如图3所示。

图3 链路通道虚拟化应用示意

图中的路由交换节点A和C支持虚拟路由节点功能、而路由交换节点 B既支持虚拟路由节点功能又支持核心传输节点功能[8]。路由节点A/B/C通过虚拟化路由交换技术分别虚拟成5个/2个/5个虚拟节点。路由节点之间的五条虚拟链路由一条物理链路通过链路的通道虚拟化技术得到，而第一、第二条虚拟链路和第三、第四、第五条虚拟链路又分别通过链路聚合技术得到两个虚拟的链路捆绑，这两个虚拟的链路捆绑可分属于虚拟网络M和N。

因此，通过以上的链路虚拟化技术，并综合使用路由交换节点的虚拟化技术后，单一的物理网络就可以支持多个（示例中是两个）虚拟化的网络应用，每个虚拟化的网络可以根据网络的具体部署支持不同的业务和应用。

3 结语

路由交换平台的虚拟化技术是实现虚拟化网络的一个主要技术途径，这里专题重点从链路聚合技术和链路的通道虚拟化技术两个侧面着手讨论了链路的虚拟化实现技术，并结合路由交换节点的虚拟化等技术给出了一个网络虚拟化的应用实例。

[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] 蒋青泉. 虚拟技术在现代通信网络中的应用与研究[J]. 通信技术，2009，42(03)：151-154.

[3] 赵文波，刘群. 基于链路资源改进 RED 算法研究[J]. 通信技术，2009，42(02)：124-126.

[4] 张巍. 多链路 ppp捆绑算法的研究及改进[D]. 西安：西北工业大学，2006：19-20.

[5] 郭俊良. 多链路ppp数据传输浅析[J]. 科技信息：学术研究，2007，28(08)：15-19.

[6] 朱培栋. 高性能路由器[M]. 北京：人民邮电出版社，2005：33-35.

[7] 陈春辉. 高端路由器广域网通道化POS接口程序设计[D]. 南京：南京理工大学，2008：2-3.

[8] 朱伟，孙明俊. 网络虚拟化探讨[J]. 电信网技术，2010（09）：19-23.