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基于网络的云计算 1 面向应用转发的多服务虚拟交换转发系统 随着互联网的普及，基于ip消息的信息传输手段将人们的沟通范围扩大到前所未有的范围。越来越多信息的种类和信息的服务选择以IP报文为载体融合到互联网来满足人们各种各样而且不断变化的要求。然而，在互联网飞速发展的今天，传统互联网的体系结构中的以下几个固有缺陷严重制约着互联网服务的进一步发展。 系统的封闭性：在激烈的商业网络服务竞争中，服务提供商之间对用户的争夺最终体现在能否把握用户潜在需求的前提下，快速地为用户部署高质量的服务。但他们所依赖的网络设备几乎都是封闭的系统，其硬件和软件也几乎是由一个网络通信商独家研发，除了可以修改某些配置参数之外，不能增加新的功能为上层服务提供灵活的支持。同时，这种封闭性还带来不同厂商网络设备的互连、互通、互操作性的问题。为此，今后的网络设备必须具有可编程的性质，允许使用者或第三方开发者对其逻辑功能的调用和属性的访问，在此基础上快速灵活地构造信息服务，或为信息服务的构造提供功能强大的网络中间件产品。 单一的网络服务：基于IP协议的网络结点只能提供“最大努力（Best-Effort）”的报文转发（Forwarding）服务，网络结点通过路由协议相互通信来为输入报文寻找有效的输出路径。结点中不存在连接信息，每个IP报文转发的过程是互不影响的。因此，承载于互联网上的服务的信令控制任务（如连接建立、鉴权、状态维护等）完全由服务器（或服务网关）和客户端承担，而得不到网络结点的有效支持。这使得互联网上新业务难以迅速有效地发展。 服务质量得不到保证：互联网结点对所有IP报文一视同仁地尽“最大努力”进行转发，然而，对于一些特殊服务（如语音、视频、设备监控、网络计算等）的报文希望可以进行特殊的处理，以保证在最坏的情况之下也可以保证服务的最低质量要求（如最大时延、最小带宽等）。服务的质量得不到保证，是因为服务所要求的最少的网络资源得不到保证，某一种服务不能对属于本身的网络资源进行排他性的使用，而会受到其他服务状态的影响。 文献提出了一种面向应用转发的多服务虚拟交换路由器结构———PVSMR，它是基于资源分割形成的虚拟转发结构，能够提供与多类应用相适应的、灵活的报文处理和转发控制能力。PVSMR首先对IP路由器底层资源进行抽象，形成可编程控制资源对象。随后，采用资源分割机制对抽象资源进行动态分配和调整，绑定分割的虚拟资源形成属于不同应用的多个虚拟交换器（Vsw）。最后，在Vsw之上形成控制特定应用网络流的软交换机（SSw）服务，SSw可包含对应用提供的扩充服务。为此，作者开发一个基于PVSMR设计思想的可编程路由器原型系统，该系统体现了以下PVSMR的特点： (1）从IP路由器中提炼出接口控制平面； (2）能够可定制地分割管理通信资源，以保证承载服务的最低质量； (3）对路由器的控制方式应该具有远程和分布的特性； (4）具有公开的可编程接口及其API开发包，能够让第三方软件开发者调用。 2 报文转发器、分类器和排放器 通过对路由器进行功能抽象，有助于在硬件资源与软件控制之间定义公开的可编程接口，服务软件开发商只须对路由器虚拟资源进行编程控制而无须了解路由器内部功能具体的细节。这有利于缩短新的网络服务开发周期，减少服务开发方因对具体网络设备生产商产品依赖而受到的制约。在图1中，作者提出一个路由器的抽象原型作为PVSMR研究的基础。 报文转发器：根据进入IP报文的目的地址查找下一跳链路的输出网络接口，并将报文向相应的输出接口发送。 分类器：根据报文头的信息特征来识别报文所归属的服务类别。分类器可以存在于接口的输入通道，也存在于接口的输出通道，输入接口的分类器将匹配的报文送到标记器中处理，输出接口的分类器将匹配的报文送到队列管理器中处理。 标记器：将特定流的IP报文头服务类型（TOS）域置成指定值，以将报文标记为归属于某种服务类型。 队列管理器：为各个队列管理缓存空间；并当队列发生累积（Backlog）时可按预定策略进行丢包，从而提高终端主机对网络拥塞的自适应能力。 报文调度器：运行调度算法并根据已定制的策略从各个队列的队列头报文中选择一个合适的报文进行转发，是对网络通信带宽进行分割的重要部件。 注：对于图1用虚线框表示的存在于输入接口的分类器与标记器不一定要出现在所有的路由器结点中，但可以认为在边缘或边界的路由器中这两个功能构件是十分有必要的。 3 路由器原型设计 3.1 标记器和标记表的控制 整个可编程路由器原型系统作为一个受控的功能实体，必须为外部的控制方界定明确的可编程控制对象集和相应的调用界面。根据图1的路由器功能抽象模型，下面逐一分析各个功能部件的可编程特点，从而提取出相应的控制对象和调用界面。 报文转发器为报文查找路由并进行转发，其路由控制信息存储在一个数