[发明专利]基于硬件的大规模网络路由仿真方法

权利要求书

1.一种基于硬件的大规模网络路由仿真方法，其特征在于：仿真过程流程之前要有初始化过程；仿真的初始化过程由生成网络设备的仿真模型、装载相应的QoS算法代码和虚拟路由表的构建三个部分依次生成；

网络设备的仿真模型本质上就是内存中的一系列缓冲队列，一个虚拟的数据包在这些仿真模型之间的传递过程实际上就是处理器将一个虚拟的数据包从一个设备所对应的队列拷贝到另一个设备所对应的队列中；

装载相应的QoS算法代码指对以上提及的仿真模型中的队列的拥塞控制策略和队列之间的调度策略需对应真实的网络设备的QoS特性；

路由表为每一个进入仿真系统的数据包提供了一条穿过仿真网络的路径，它是根据配置文件中提供的静态路由以及各个仿真设备所使用的路由协议产生的动态路由两者合并生成的；

其特征还在于：在初始化之后的仿真过程步骤如下：

(1)接收真实网络数据包

网络处理器接收来自网络中的数据包，存储在网络处理器的存储器中，并在其中构造相应的数据包描述信息；

数据包描述信息包括数据包的入口、存储地址、数据包偏移以及大小；最后在存储器中存放相应的数据包指针，根据这个指针找到相应的数据包描述信息和数据包的内容；

(2)真实数据包转化为用于仿真的虚拟包

将从网络中接收的真实数据包解封装，去掉二层的包头信息，修改数据包描述的偏移地址；然后将数据包的指针拷贝到虚拟接收路由器的缓冲队列中，用于仿真数据包的转发过程，这里称存储下来用于仿真的数据包为虚拟数据包；

(3)在虚拟网络设备之间转发虚拟数据包

提取虚拟包的目的IP地址，用此IP地址去查找路由表，得到下一跳路径和下一跳路由器；如果下一跳路径是虚拟链路，则将数据包指针拷贝到下一跳路由器的缓冲内存队列中，并使TTL值减1，返回步骤(3)继续查找转发，如此循环直到下一跳为真实的物理接口；如果下一跳路径是真实的物理接口，则转至第(4)步；在虚拟网络设备之间转发虚拟数据包也就是在虚拟路由器内存队列之间转发虚拟数据包指针；在虚拟数据包指针的插入队列过程中，根据配置的拥塞控制策略就能够模拟路由器的QoS特性；

(4)虚拟数据包转化为真实数据包进入真实网络

将虚拟数据包封装成真实网络的数据包，从正确的物理接口发送；根据下一跳的IP地址将数据包封装成帧，添加正确的源MAC地址和目的MAC地址，由于TTL的修改重新计算并修改数据包包头的校验和值，并从此物理接口发送进入真实网络。

2.根据权利要求1所述的一种基于硬件的大规模网络路由仿真方法，其特征在于：在虚拟路由表的构建中使用Dijkstra算法对启用了RIP协议的虚拟设备进行最短路径的运算时，每条路径上的权重都是1。

3.根据权利要求1所述的一种基于硬件的大规模网络路由仿真方法，其特征在于：网络性能的仿真指当系统接收到数据包时，该数据包会周游整个虚拟的网络拓扑，当数据包路由途中经过一个虚拟路由器时，也会消耗该数据包的TTL，当一个数据包的下TTL为0时，也会丢弃该数据包，并发送一个ICMP超时消息，该消息会包含使该包TTL减到0的路由器的正地址；系统提供与虚拟的网络拓扑相符合的ICMP和路由协议信息以应对外部网络的探测；这个工作由网络处理器的Xscale核完成。

4.根据权利要求1所述的一种基于硬件的大规模网络路由仿真方法，其特征在于：装载相应的QoS算法代码中采用了随机早期检测的方法来实现拥塞控制，指加入了对于队列为空的时间段影响的考虑；首先需要估计出在这段空闲期间内路由器能够传输的分组的个数m，空闲期结束之后，路由器在这个空闲收到了m个分组，在此基础上计算当前的平均队列长度；当某个路由器队列达到拥塞门限后，提前随机地丢弃接收的数据包；随机丢弃过程中，首先设定随机数产生范围和丢弃范围，然后为每个数据包在随机数产生范围内产生一个随机数，如果该随机数处于丢弃范围之内，则丢弃该数据包。