【文章內(nèi)容簡介】 組線速轉(zhuǎn)發(fā)、內(nèi)容與關(guān)系分離方法和高效的控制平面任務(wù)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(zhuǎn)發(fā)效率?，F(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是由硬件和嵌入式網(wǎng)路操作系統(tǒng)及軟件組成的復(fù)雜實體，因此僅憑設(shè)計高效的硬件平臺并不能提供經(jīng)濟高效、持久運行的產(chǎn)品，控制平面在開發(fā)特性及確保設(shè)備可用性方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。CPU主板及轉(zhuǎn)發(fā)平面的速度提升較快，而軟件的結(jié)構(gòu)變化通常卻難以察覺。網(wǎng)絡(luò)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(zhì)量不一致等。這些潛在挑戰(zhàn)使供應(yīng)商迫切需要構(gòu)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(chǎn)品及其特性。開發(fā)靈活、使用持久、高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(gòu)，通常情況下，面向路由器和交換機的第一代網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)都是運行在內(nèi)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(luò)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?qū)е抡麄€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(zhuǎn)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(wù)處理、多線程、內(nèi)存管理和內(nèi)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(gòu)系統(tǒng)，要求網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)足夠靈活，與層出不窮的應(yīng)用接客，以便能夠快速部署在網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(luò)業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的不斷豐富，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)用多業(yè)務(wù)的需求越來越強烈，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備系統(tǒng)難以滿足要求，可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)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(luò)投資?？芍貥?gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備平臺分為軟件平臺和硬件平臺兩部分，作為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)備對未來互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和應(yīng)用都具有極其重要的意義。人們在追求網(wǎng)絡(luò)設(shè)備性能的快速提高和帶寬容量的擴展；同時更多地關(guān)注網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在“功能”方面的靈活擴展問題，實現(xiàn)多業(yè)務(wù)融合的迫切需要。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在體系結(jié)構(gòu)上都是封閉，用戶只有按照廠家提供的軟件對設(shè)備進行設(shè)置，其可編程特性和按用戶需求配置的可重構(gòu)特性均非常有限。實現(xiàn)面向新一代網(wǎng)絡(luò)高度靈活需求的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)備為實現(xiàn)開放性、可編程性和支持多服務(wù)的高度可重構(gòu)性?！伴_放”指對網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)備底層構(gòu)件資源充分地向用戶開放，同時通過各個模塊構(gòu)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(wù)需求重組路由器中的模塊構(gòu)件或者改變其屬性；“可重構(gòu)”指在相同的基本平臺上對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的各種底層資源進行重構(gòu)組合，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備服務(wù)功能的靈活重組，產(chǎn)生支持不同業(yè)務(wù)功能或相同業(yè)務(wù)的不同指標需要的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備或相應(yīng)功能、支持多業(yè)務(wù)融合服務(wù)?？芍貥?gòu)是在軟件的控制下，利用可重用資源，重構(gòu)或重組成另一個計算平臺，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。具有可重構(gòu)特征的計算系統(tǒng)稱為可重構(gòu)計算系統(tǒng)．重構(gòu)與重組是可重構(gòu)計算系統(tǒng)改變其功能的2種方式，重構(gòu)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(gòu)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(jié)構(gòu)．可重構(gòu)的基礎(chǔ)是可重用資源。FPGA和多核架構(gòu)的出現(xiàn)使得重構(gòu)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(zhì)和線的連接，改變硬件的功能．可重構(gòu)的目的是為解決硬件結(jié)構(gòu)與應(yīng)用不匹配．按解決問題的層次不同，可將可重構(gòu)分為4類”：(1)門級可重構(gòu)，從基本門級人手重構(gòu)計算系統(tǒng)；(2)部件級可重構(gòu)．早期的重構(gòu)從功能部件人手，通過對功能部件的重新組臺來適應(yīng)不同的計算需求；(3)指令級可重構(gòu)．在標準處理器單元的基礎(chǔ)上增加專用的計算設(shè)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(gòu)方法稱為指令級可重構(gòu)；(4)芯片級可重構(gòu)：在多處理器互連的基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)，稱為芯片級可重構(gòu)。嵌入式操作系統(tǒng)在面向控制、通信等領(lǐng)域采用實時操作系統(tǒng)，指能在確定的時間內(nèi)執(zhí)行其功能并對外部的異步事件做出響應(yīng)的計算機系統(tǒng)，其操作的正確性不僅依賴于邏輯設(shè)計的正確程度，而且與這些操作進行的時間有關(guān)。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(wù)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(wù)是調(diào)度一切可利用的資源完成實時控制任務(wù)，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(wù)管理（多任務(wù)和基于優(yōu)先級的任務(wù)調(diào)度）、任務(wù)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(wù)、中斷管理服務(wù)。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(wù)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(yīng)用的高效性，對應(yīng)用程序開發(fā)支持相對較弱，迫切需要面向應(yīng)用的、專用特制的新一代嵌入式操作系統(tǒng)。XX網(wǎng)絡(luò)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(chǔ)，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(guān)設(shè)備、防火墻、VPN、內(nèi)容加速、出口引擎等公司主要設(shè)備。2008年公司跟進研究可重構(gòu)系統(tǒng)，并與清華大學一起進行可重構(gòu)系統(tǒng)的前期預(yù)研，建立原型系統(tǒng)進行驗證，在構(gòu)建化的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前網(wǎng)絡(luò)設(shè)備大規(guī)模采用多核架構(gòu)，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(gòu)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(gòu)、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(gòu)件，滿足各種新出現(xiàn)的互聯(lián)網(wǎng)處理需求，降低設(shè)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(luò)在響應(yīng)用戶需求、降低設(shè)備成本方面進一步領(lǐng)先。項目實施可行性方面，XX網(wǎng)絡(luò)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(shù)領(lǐng)頭人、專業(yè)技術(shù)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(shù)帶頭人和創(chuàng)新領(lǐng)軍人物。XX網(wǎng)絡(luò)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(chǎn)品主要涵蓋網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備等領(lǐng)域，具有豐富研發(fā)經(jīng)驗的技術(shù)骨干，組成公司研發(fā)的核心力量，為公司的技術(shù)先進性墊定了堅實的基礎(chǔ)。XX網(wǎng)絡(luò)建成了網(wǎng)絡(luò)管理實驗室，具有交換機、路由器、防火墻、存儲、流控等基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，擁有網(wǎng)絡(luò)專業(yè)測試設(shè)備、專業(yè)測試平臺，包括先進的信道測試、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析、以太網(wǎng)交換設(shè)備測試、廣域網(wǎng)測試等方面的儀器設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)實驗室面積約300多平米，設(shè)備原值600余萬。同時，技術(shù)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(shè)了云實驗室平臺，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，提升了試驗?zāi)芰?，通過虛擬資源拓展了企業(yè)研究開發(fā)的基礎(chǔ)條件。XX網(wǎng)絡(luò)自成立以來，立足路由交換、網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)、安全認證計費系統(tǒng)等系列產(chǎn)品在內(nèi)的完備的產(chǎn)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(guān)、RGIDS系列入侵檢測系統(tǒng)等。作為國內(nèi)率先通過ISO9002/90012000版國際認證、國家RoHS認證的IT廠商，XX網(wǎng)絡(luò)始終將“品質(zhì)第一、永續(xù)經(jīng)營”作為貫穿整個生產(chǎn)經(jīng)營過程的品質(zhì)政策。目前，XX網(wǎng)絡(luò)的主流產(chǎn)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(chǎn)品準入許可，具備了行銷全球的實力。 對行業(yè)技術(shù)進步的重要意義和作用隨著網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的不斷豐富，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)用多業(yè)務(wù)的需求越來越強烈，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備系統(tǒng)難以滿足要求，可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)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(luò)投資。人們在追求網(wǎng)絡(luò)設(shè)備性能的快速提高和帶寬容量的擴展；同時更多地關(guān)注網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在“功能”方面的靈活擴展問題，實現(xiàn)多業(yè)務(wù)融合的迫切需要。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在體系結(jié)構(gòu)上都是封閉，用戶只有按照廠家提供的軟件對設(shè)備進行設(shè)置，其可編程特性和按用戶需求配置的可重構(gòu)特性均非常有限。實現(xiàn)面向新一代網(wǎng)絡(luò)高度靈活需求的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)備為實現(xiàn)開放性、可編程性和支持多服務(wù)的高度可重構(gòu)性。3 項目建設(shè)方案通過原型驗證改進優(yōu)化，構(gòu)建第三代XX網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一操作系統(tǒng)，針對目前現(xiàn)有的路由網(wǎng)關(guān)、防火墻、VPN安全網(wǎng)關(guān)、出口應(yīng)用引擎軟硬件實現(xiàn)可重構(gòu)處理；購置用于XX網(wǎng)絡(luò)全線產(chǎn)品所需的研發(fā)、測試軟硬件設(shè)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(shè)備系統(tǒng)軟件平臺中的關(guān)鍵可重構(gòu)技術(shù)包括構(gòu)件化技術(shù)、邏輯虛擬設(shè)備技術(shù)、在不間斷業(yè)務(wù)升級技術(shù)、平臺開發(fā)性技術(shù)等；硬件平臺可重構(gòu)技術(shù)主要包括轉(zhuǎn)發(fā)可重構(gòu)技術(shù)等。重點完善可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)： 1)構(gòu)件化技術(shù)：構(gòu)件化技術(shù)為系統(tǒng)可重構(gòu)提供了保證，構(gòu)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(gòu)件之間通過接口交互，是接口與實現(xiàn)分離的前提，是構(gòu)件之間關(guān)系解耦保證。2)不間斷業(yè)務(wù)升級：是業(yè)務(wù)構(gòu)件在升級過程中不中斷已有業(yè)務(wù)，升級構(gòu)件對外提供的業(yè)務(wù)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(guān)定時器等待協(xié)議重啟完成，并保持升級協(xié)議已有相關(guān)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(fù)。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(fù)雜。3) 邏輯虛擬設(shè)備技術(shù)：新業(yè)務(wù)、新應(yīng)用的不斷出現(xiàn)，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不能滿足需求，邏輯虛擬設(shè)備技術(shù)應(yīng)運而生。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為支持新業(yè)務(wù)要么需要全新的設(shè)備，要么需要對設(shè)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(shè)備技術(shù)提供了系統(tǒng)層面的可重構(gòu)，對用戶呈現(xiàn)邏輯設(shè)備和虛擬設(shè)備層面的可重構(gòu)。邏輯虛擬設(shè)備技術(shù)通過將物理設(shè)備劃分為不同的邏輯設(shè)備，并在邏輯設(shè)備上運行一個或多個虛擬設(shè)備來支持新業(yè)務(wù)、新應(yīng)用，支持靈活重構(gòu)，充分保護現(xiàn)有投資。通過邏輯虛擬設(shè)備技術(shù)，在系統(tǒng)資源允許的情況下，同一臺物理設(shè)備上可重構(gòu)支持多種業(yè)務(wù)和應(yīng)用。4)轉(zhuǎn)發(fā)可重構(gòu)技術(shù)：轉(zhuǎn)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(luò)功，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的設(shè)計模型中通用CPU一般僅用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制和管理，多核用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(luò)功能，但ASIC芯片一旦開發(fā)完畢就很難繼續(xù)擴展其它應(yīng)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(yīng)用于處理網(wǎng)絡(luò)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(fù)地編程、擦除、使用，目前在網(wǎng)路設(shè)備用于密碼處理、加速路由等固定算法的處理。項目建設(shè)過程中，采用系統(tǒng)微內(nèi)核模式，首先在網(wǎng)關(guān)設(shè)備上實現(xiàn)可重構(gòu)，逐步過渡上安全設(shè)備、廣域網(wǎng)加速設(shè)備。