【文章內容簡介】 統(tǒng)，提高網(wǎng)絡設備的安全可靠性及系統(tǒng)處理能力。該平臺支持低冗余存儲情況下轉發(fā)表均勻分解存儲及數(shù)據(jù)分組線速轉發(fā)、內容與關系分離方法和高效的控制平面任務分派算法和節(jié)點間消息通信機制，使得整個集群具有負載均衡、附加開銷小等特點，大幅提高了系統(tǒng)處理性能和轉發(fā)效率?，F(xiàn)代化網(wǎng)絡設備是由硬件和嵌入式網(wǎng)路操作系統(tǒng)及軟件組成的復雜實體，因此僅憑設計高效的硬件平臺并不能提供經(jīng)濟高效、持久運行的產品，控制平面在開發(fā)特性及確保設備可用性方面發(fā)揮著至關重要的作用。CPU主板及轉發(fā)平面的速度提升較快，而軟件的結構變化通常卻難以察覺。網(wǎng)絡操作系統(tǒng)遷移到將帶來眾多挑戰(zhàn)，包括特性集不兼容、運行體驗不一致，以及軟件質量不一致等。這些潛在挑戰(zhàn)使供應商迫切需要構建一款強大的控制平面，以支持現(xiàn)在和將來市場上的硬件產品及其特性。開發(fā)靈活、使用持久、高質量的網(wǎng)絡OS才能夠在將來通過平滑演進來滿足新需求，支持擴展和縮減，部署在多個平臺上，支持集成豐富的新特性和新功能。現(xiàn)代化的網(wǎng)絡操作系統(tǒng)是滿足POSIX要求的軟件平臺中最高級的專業(yè)化分支，第一代OS：單片式架構，通常情況下，面向路由器和交換機的第一代網(wǎng)絡操作系統(tǒng)都是運行在內存空間的專用映像，提供多個進程來支持協(xié)議、數(shù)據(jù)包處理和管理工作。第一代網(wǎng)絡操作系統(tǒng)，降低在嵌入式硬件上運行全規(guī)模商用操作系統(tǒng)的風險，主要目標是減少空間占用，加快運行速度。一個失控進程能夠耗盡整個處理器資源或導致整個系統(tǒng)故障停機。第二代OS：模塊化操作系統(tǒng)，嵌入式平臺運行全規(guī)模商用操作系統(tǒng)，對控制平面和轉發(fā)平面實施分割，注意力完全集中在控制平面功能上，能夠全面利用多任務處理、多線程、內存管理和內容操作的能力，從而大幅度減少了系統(tǒng)級故障。第三代OS：可擴展性和可重構系統(tǒng)，要求網(wǎng)絡操作系統(tǒng)足夠靈活，與層出不窮的應用接客，以便能夠快速部署在網(wǎng)絡設備中，覆蓋絕大部分的端到端數(shù)據(jù)包傳輸路徑；系統(tǒng)還必須支持持續(xù)運行，以便模塊代碼或系統(tǒng)升級期間出現(xiàn)的軟件問題不會影響正常運行。隨著網(wǎng)絡業(yè)務和網(wǎng)絡應用的不斷豐富，網(wǎng)絡設備應用多業(yè)務的需求越來越強烈，傳統(tǒng)網(wǎng)絡設備系統(tǒng)難以滿足要求，可重構網(wǎng)絡設備應運而生，它能最大程度降低營運的CAPEX，有效保護現(xiàn)有網(wǎng)絡投資?？芍貥嬀W(wǎng)絡設備平臺分為軟件平臺和硬件平臺兩部分，作為網(wǎng)絡基礎設備對未來互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和應用都具有極其重要的意義。人們在追求網(wǎng)絡設備性能的快速提高和帶寬容量的擴展；同時更多地關注網(wǎng)絡設備在“功能”方面的靈活擴展問題，實現(xiàn)多業(yè)務融合的迫切需要。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡設備在體系結構上都是封閉，用戶只有按照廠家提供的軟件對設備進行設置，其可編程特性和按用戶需求配置的可重構特性均非常有限。實現(xiàn)面向新一代網(wǎng)絡高度靈活需求的網(wǎng)絡基礎設備為實現(xiàn)開放性、可編程性和支持多服務的高度可重構性?！伴_放”指對網(wǎng)絡基礎設備底層構件資源充分地向用戶開放，同時通過各個模塊構件及相互接口的定義和通信協(xié)議統(tǒng)一或標準化；“可編程”是指支持對底層資源的編程控制，從操作層面支持按業(yè)務需求重組路由器中的模塊構件或者改變其屬性；“可重構”指在相同的基本平臺上對網(wǎng)絡設備中的各種底層資源進行重構組合，實現(xiàn)對網(wǎng)絡設備服務功能的靈活重組，產生支持不同業(yè)務功能或相同業(yè)務的不同指標需要的網(wǎng)絡節(jié)點設備或相應功能、支持多業(yè)務融合服務?？芍貥嬍窃谲浖目刂葡拢每芍赜觅Y源，重構或重組成另一個計算平臺，以適應不同的應用需求。具有可重構特征的計算系統(tǒng)稱為可重構計算系統(tǒng)．重構與重組是可重構計算系統(tǒng)改變其功能的2種方式，重構是指新計算系統(tǒng)的功能部件，在舊的計算系統(tǒng)中不存在，利用舊計算系統(tǒng)的可重用資源重新構造生成．重組是指新計算系統(tǒng)的功能部件，在舊的計算系統(tǒng)中存在，通過重新組合形成新的計算結構．可重構的基礎是可重用資源。FPGA和多核架構的出現(xiàn)使得重構方式成為可能，其重用資源是基本門和線，通過配置文件，定義每個門的性質和線的連接，改變硬件的功能．可重構的目的是為解決硬件結構與應用不匹配．按解決問題的層次不同，可將可重構分為4類”：(1)門級可重構，從基本門級人手重構計算系統(tǒng)；(2)部件級可重構．早期的重構從功能部件人手，通過對功能部件的重新組臺來適應不同的計算需求；(3)指令級可重構．在標準處理器單元的基礎上增加專用的計算設備，為通用計算提供特殊的計算支持，以實現(xiàn)大計算量指令和子程序的執(zhí)行．這種提高通用計算機性能的重構方法稱為指令級可重構；(4)芯片級可重構：在多處理器互連的基礎上，使處理器位數(shù)可變、處理器個數(shù)可變或處理器問互連可變的計算機結構，稱為芯片級可重構。嵌入式操作系統(tǒng)在面向控制、通信等領域采用實時操作系統(tǒng)，指能在確定的時間內執(zhí)行其功能并對外部的異步事件做出響應的計算機系統(tǒng)，其操作的正確性不僅依賴于邏輯設計的正確程度，而且與這些操作進行的時間有關。實時系統(tǒng)對邏輯和時序的要求非常嚴格，如果邏輯和時序出現(xiàn)偏差將會引起嚴重后果。實時多任務操作系統(tǒng)是指具有實時性、能支持實時控制系統(tǒng)工作的操作系統(tǒng)，首要任務是調度一切可利用的資源完成實時控制任務，其次才著眼于提高計算機系統(tǒng)的使用效率，重要特點是要滿足對時間的限制和要求。實時操作系統(tǒng)具有如下功能：任務管理（多任務和基于優(yōu)先級的任務調度）、任務間同步和通信（信號量和郵箱等）、存儲器優(yōu)化管理（含rom的管理）、實時時鐘服務、中斷管理服務。實時操作系統(tǒng)具有如下特點：規(guī)模小，中斷被屏蔽的時間很短，中斷處理時間短，任務切換很快。通過對現(xiàn)有嵌入式操作系統(tǒng)進行分析，提供強大的功能,但針對嵌入式系統(tǒng)的特征與特性而言，共同的缺點是缺乏應用的高效性，對應用程序開發(fā)支持相對較弱，迫切需要面向應用的、專用特制的新一代嵌入式操作系統(tǒng)。XX網(wǎng)絡操作系統(tǒng)經(jīng)歷前兩代發(fā)展，采用實施嵌入式操作系統(tǒng)為基礎，已經(jīng)完成模塊化、控制管理與數(shù)據(jù)相分離的階段，目前覆蓋網(wǎng)關設備、防火墻、VPN、內容加速、出口引擎等公司主要設備。2008年公司跟進研究可重構系統(tǒng)，并與清華大學一起進行可重構系統(tǒng)的前期預研，建立原型系統(tǒng)進行驗證，在構建化的基礎上，結合目前網(wǎng)絡設備大規(guī)模采用多核架構，并在安全加密方面使用FPGA作為輔助加速的實際情況下，可重構變得更加現(xiàn)實可能，為了能夠有效降低系統(tǒng)涉及難度、軟件模塊可重構、硬件平臺盡力重用，并可根據(jù)不斷變化的功能需求動態(tài)加載不同的處理構件，滿足各種新出現(xiàn)的互聯(lián)網(wǎng)處理需求，降低設備功耗，延長使用周期和減少電子垃圾，更加節(jié)能環(huán)保，從而實現(xiàn)XX網(wǎng)絡在響應用戶需求、降低設備成本方面進一步領先。項目實施可行性方面，XX網(wǎng)絡的企業(yè)價值與員工的個人價值實現(xiàn)了高度統(tǒng)一，公司形成了一支由行業(yè)技術領頭人、專業(yè)技術專家和核心開發(fā)人員組成的高端人才梯隊，涌現(xiàn)出行業(yè)技術帶頭人和創(chuàng)新領軍人物。XX網(wǎng)絡肥沃的創(chuàng)新土壤，為眾多創(chuàng)新人才的脫穎而出創(chuàng)造了良好的環(huán)境。公司自主研發(fā)的產品主要涵蓋網(wǎng)絡管理系統(tǒng)和網(wǎng)絡安全設備等領域，具有豐富研發(fā)經(jīng)驗的技術骨干，組成公司研發(fā)的核心力量，為公司的技術先進性墊定了堅實的基礎。XX網(wǎng)絡建成了網(wǎng)絡管理實驗室，具有交換機、路由器、防火墻、存儲、流控等基礎網(wǎng)絡設備，擁有網(wǎng)絡專業(yè)測試設備、專業(yè)測試平臺，包括先進的信道測試、網(wǎng)絡協(xié)議分析、以太網(wǎng)交換設備測試、廣域網(wǎng)測試等方面的儀器設備。網(wǎng)絡實驗室面積約300多平米，設備原值600余萬。同時，技術中心聯(lián)合清華大學、北京大學、北京航空航天大學、北京郵電大學建設了云實驗室平臺，充分利用網(wǎng)絡資源，提升了試驗能力，通過虛擬資源拓展了企業(yè)研究開發(fā)的基礎條件。XX網(wǎng)絡自成立以來，立足路由交換、網(wǎng)絡安全設備、網(wǎng)絡管理系統(tǒng)、安全認證計費系統(tǒng)等系列產品在內的完備的產品線。先后研發(fā)了RGWALL160系列防火墻、RGUSG系列統(tǒng)一安全網(wǎng)關、RGIDS系列入侵檢測系統(tǒng)等。作為國內率先通過ISO9002/90012000版國際認證、國家RoHS認證的IT廠商，XX網(wǎng)絡始終將“品質第一、永續(xù)經(jīng)營”作為貫穿整個生產經(jīng)營過程的品質政策。目前，XX網(wǎng)絡的主流產品已經(jīng)全面通過了EMC、國際安規(guī)認證、FCC、CE、UL、VCCI等世界發(fā)達地區(qū)的產品準入許可，具備了行銷全球的實力。 對行業(yè)技術進步的重要意義和作用隨著網(wǎng)絡業(yè)務和網(wǎng)絡應用的不斷豐富，網(wǎng)絡設備應用多業(yè)務的需求越來越強烈，傳統(tǒng)網(wǎng)絡設備系統(tǒng)難以滿足要求，可重構網(wǎng)絡設備應運而生，它能最大程度降低營運的CAPEX，有效保護現(xiàn)有網(wǎng)絡投資。人們在追求網(wǎng)絡設備性能的快速提高和帶寬容量的擴展；同時更多地關注網(wǎng)絡設備在“功能”方面的靈活擴展問題，實現(xiàn)多業(yè)務融合的迫切需要。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡設備在體系結構上都是封閉，用戶只有按照廠家提供的軟件對設備進行設置，其可編程特性和按用戶需求配置的可重構特性均非常有限。實現(xiàn)面向新一代網(wǎng)絡高度靈活需求的網(wǎng)絡基礎設備為實現(xiàn)開放性、可編程性和支持多服務的高度可重構性。3 項目建設方案通過原型驗證改進優(yōu)化，構建第三代XX網(wǎng)絡統(tǒng)一操作系統(tǒng)，針對目前現(xiàn)有的路由網(wǎng)關、防火墻、VPN安全網(wǎng)關、出口應用引擎軟硬件實現(xiàn)可重構處理；購置用于XX網(wǎng)絡全線產品所需的研發(fā)、測試軟硬件設備；針對互聯(lián)網(wǎng)、政府、教育、中小企業(yè)等行業(yè)市場推廣銷售。網(wǎng)路設備系統(tǒng)軟件平臺中的關鍵可重構技術包括構件化技術、邏輯虛擬設備技術、在不間斷業(yè)務升級技術、平臺開發(fā)性技術等；硬件平臺可重構技術主要包括轉發(fā)可重構技術等。重點完善可重構網(wǎng)絡設備系統(tǒng)關鍵技術： 1)構件化技術：構件化技術為系統(tǒng)可重構提供了保證，構件是一組定義清楚的接口，具備向客戶獨立完整交付的特性，構件之間通過接口交互，是接口與實現(xiàn)分離的前提，是構件之間關系解耦保證。2)不間斷業(yè)務升級：是業(yè)務構件在升級過程中不中斷已有業(yè)務，升級構件對外提供的業(yè)務功能不受影響。利用協(xié)議GR(GracefulRestart)特性來實現(xiàn)，協(xié)議重啟升級過程中，協(xié)議對端通過協(xié)議規(guī)定的GR方式啟動相關定時器等待協(xié)議重啟完成，并保持升級協(xié)議已有相關協(xié)議數(shù)據(jù)，重啟完成后，重新進行協(xié)議數(shù)據(jù)的校驗和恢復。NSS(Non—Stop Service)方式來實現(xiàn)無損升級，不需要協(xié)議支持，協(xié)議對端組件感知不到整個升級過程，升級過程對協(xié)議對端組件完全透明。當然NSS無損升級和GR方式相比，需要有備份模塊的支持，主備模塊之間需要進行數(shù)據(jù)備份，實現(xiàn)相對復雜。3) 邏輯虛擬設備技術：新業(yè)務、新應用的不斷出現(xiàn)，傳統(tǒng)網(wǎng)絡設備不能滿足需求，邏輯虛擬設備技術應運而生。傳統(tǒng)網(wǎng)絡設備為支持新業(yè)務要么需要全新的設備，要么需要對設備的軟硬件平臺做重大修改，不利于保護營運商現(xiàn)有投資。邏輯虛擬設備技術提供了系統(tǒng)層面的可重構，對用戶呈現(xiàn)邏輯設備和虛擬設備層面的可重構。邏輯虛擬設備技術通過將物理設備劃分為不同的邏輯設備，并在邏輯設備上運行一個或多個虛擬設備來支持新業(yè)務、新應用，支持靈活重構，充分保護現(xiàn)有投資。通過邏輯虛擬設備技術，在系統(tǒng)資源允許的情況下，同一臺物理設備上可重構支持多種業(yè)務和應用。4)轉發(fā)可重構技術：轉發(fā)引擎主要采用：a)通用CPU，通用CPU的優(yōu)點是功能易擴展，理論上可以實現(xiàn)任何網(wǎng)絡功，在網(wǎng)絡設備的設計模型中通用CPU一般僅用于網(wǎng)絡設備的控制和管理，多核用于數(shù)據(jù)轉發(fā)。b)ASIC芯片，ASIC芯片可以使用硬件方式實現(xiàn)性能極高的多種常用網(wǎng)絡功能，但ASIC芯片一旦開發(fā)完畢就很難繼續(xù)擴展其它應用，新功能的添加需要芯片研發(fā)公司花費較長開發(fā)周期。所以，ASIC芯片最適合應用于處理網(wǎng)絡中的各種成熟傳統(tǒng)功能。c)FPGA現(xiàn)場可編程門陣列，F(xiàn)PGA是可以反復地編程、擦除、使用，目前在網(wǎng)路設備用于密碼處理、加速路由等固定算法的處理。項目建設過程中，采用系統(tǒng)微內核模式，