【文章內容簡介】 統，提高網絡設備的安全可靠性及系統處理能力。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據分組線速轉發(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，大幅提高了系統處理性能和轉發(fā)效率?，F代化網絡設備是由硬件和嵌入式網路操作系統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。網絡操作系統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?，F代化的網絡操作系統是滿足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絡操作系統都是運行在內存空間的專用映像，提供多個進程來支持協議、數據包處理和管理工作。第一代網絡操作系統，降低在嵌入式硬件上運行全規(guī)模商用操作系統的風險，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故障停機。第二代OS：模塊化操作系統，嵌入式平臺運行全規(guī)模商用操作系統，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級故障。第三代OS：可擴展性和可重構系統，要求網絡操作系統足夠靈活，與層出不窮的應用接客，以便能夠快速部署在網絡設備中，覆蓋絕大部分的端到端數據包傳輸路徑；系統還必須支持持續(xù)運行，以便模塊代碼或系統升級期間出現的軟件問題不會影響正常運行。隨著網絡業(yè)務和網絡應用的不斷豐富，網絡設備應用多業(yè)務的需求越來越強烈，傳統網絡設備系統難以滿足要求，可重構網絡設備應運而生，它能最大程度降低營運的CAPEX，有效保護現有網絡投資?？芍貥嬀W絡設備平臺分為軟件平臺和硬件平臺兩部分，作為網絡基礎設備對未來互聯網的發(fā)展和應用都具有極其重要的意義。人們在追求網絡設備性能的快速提高和帶寬容量的擴展；同時更多地關注網絡設備在“功能”方面的靈活擴展問題，實現多業(yè)務融合的迫切需要。傳統的網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。實現面向新一代網絡高度靈活需求的網絡基礎設備為實現開放性、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議統一或標準化；“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絡設備中的各種底層資源進行重構組合，實現對網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稱為可重構計算系統．重構與重組是可重構計算系統改變其功能的2種方式，重構是指新計算系統的功能部件，在舊的計算系統中不存在，利用舊計算系統的可重用資源重新構造生成．重組是指新計算系統的功能部件，在舊的計算系統中存在，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；(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，使處理器位數可變、處理器個數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。嵌入式操作系統在面向控制、通信等領域采用實時操作系統，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，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。實時系統對邏輯和時序的要求非常嚴格，如果邏輯和時序出現偏差將會引起嚴重后果。實時多任務操作系統是指具有實時性、能支持實時控制系統工作的操作系統，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。通過對現有嵌入式操作系統進行分析，提供強大的功能,但針對嵌入式系統的特征與特性而言，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。XX網絡操作系統經歷前兩代發(fā)展，采用實施嵌入式操作系統為基礎，已經完成模塊化、控制管理與數據相分離的階段，目前覆蓋網關設備、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，并與清華大學一起進行可重構系統的前期預研，建立原型系統進行驗證，在構建化的基礎上，結合目前網絡設備大規(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，可重構變得更加現實可能，為了能夠有效降低系統涉及難度、軟件模塊可重構、硬件平臺盡力重用，并可根據不斷變化的功能需求動態(tài)加載不同的處理構件，滿足各種新出現的互聯網處理需求，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XX網絡在響應用戶需求、降低設備成本方面進一步領先。項目實施可行性方面，XX網絡的企業(yè)價值與員工的個人價值實現了高度統一，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，涌現出行業(yè)技術帶頭人和創(chuàng)新領軍人物。XX網絡肥沃的創(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)的產品主要涵蓋網絡管理系統和網絡安全設備等領域，具有豐富研發(fā)經驗的技術骨干，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網絡建成了網絡管理實驗室，具有交換機、路由器、防火墻、存儲、流控等基礎網絡設備，擁有網絡專業(yè)測試設備、專業(yè)測試平臺，包括先進的信道測試、網絡協議分析、以太網交換設備測試、廣域網測試等方面的儀器設備。網絡實驗室面積約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網絡自成立以來，立足路由交換、網絡安全設備、網絡管理系統、安全認證計費系統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系列統一安全網關、RGIDS系列入侵檢測系統等。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網絡始終將“品質第一、永續(xù)經營”作為貫穿整個生產經營過程的品質政策。目前，XX網絡的主流產品已經全面通過了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絡業(yè)務和網絡應用的不斷豐富，網絡設備應用多業(yè)務的需求越來越強烈，傳統網絡設備系統難以滿足要求，可重構網絡設備應運而生，它能最大程度降低營運的CAPEX，有效保護現有網絡投資。人們在追求網絡設備性能的快速提高和帶寬容量的擴展；同時更多地關注網絡設備在“功能”方面的靈活擴展問題，實現多業(yè)務融合的迫切需要。傳統的網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。實現面向新一代網絡高度靈活需求的網絡基礎設備為實現開放性、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網絡統一操作系統，針對目前現有的路由網關、防火墻、VPN安全網關、出口應用引擎軟硬件實現可重構處理；購置用于XX網絡全線產品所需的研發(fā)、測試軟硬件設備；針對互聯網、政府、教育、中小企業(yè)等行業(yè)市場推廣銷售。網路設備系統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。重點完善可重構網絡設備系統關鍵技術： 1)構件化技術：構件化技術為系統可重構提供了保證，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。利用協議GR(GracefulRestart)特性來實現，協議重啟升級過程中，協議對端通過協議規(guī)定的GR方式啟動相關定時器等待協議重啟完成，并保持升級協議已有相關協議數據，重啟完成后，重新進行協議數據的校驗和恢復。NSS(Non—Stop Service)方式來實現無損升級，不需要協議支持，協議對端組件感知不到整個升級過程，升級過程對協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據備份，實現相對復雜。3) 邏輯虛擬設備技術：新業(yè)務、新應用的不斷出現，傳統網絡設備不能滿足需求，邏輯虛擬設備技術應運而生。傳統網絡設備為支持新業(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有投資。邏輯虛擬設備技術提供了系統層面的可重構，對用戶呈現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，充分保護現有投資。通過邏輯虛擬設備技術，在系統資源允許的情況下，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，理論上可以實現任何網絡功，在網絡設備的設計模型中通用CPU一般僅用于網絡設備的控制和管理，多核用于數據轉發(fā)。b)ASIC芯片，ASIC芯片可以使用硬件方式實現性能極高的多種常用網絡功能，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絡中的各種成熟傳統功能。c)FPGA現場可編程門陣列，FPGA是可以反復地編程、擦除、使用，目前在網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，采用系統微內核模式，