[发明专利]基于硬件的大规模网络路由仿真方法

说明书

所属技术领域 

本发明涉及一种基于硬件的大规模网络路由仿真方法，属于网络仿真技术领域。 

技术背景 

互联网在过去十几年的中的爆炸式增长使人们意识到互联网已经成为全球主要的交流方式，互联网对生活的影响已经渗透到各个方面。互联网运营商和用户对设备商有着极高的期望值，他们要求经过完全测试的可靠产品，因此需要一种先进的测试工具。网络模拟和仿真技术能够以较低的成本完成网络性能的分析与评价，为网络技术的研究提供方便高效的验证手段。 

网络仿真技术使用仿真接口作为真实网络应用程序和仿真系统之间的桥梁，它可以将外界真实网络中的IP报文转化为仿真系统内的虚拟IP报文，也可以将虚拟IP报文转化为外界真实IP报文，从而使得仿真系统内部的虚拟网络和外界真实网络能够相互作用。网络仿真技术用于测试实际的网络应用程序，和外界真实网络有交互，所构造的虚拟网络和外界真实网络是需要进行同步的。 

因此，国内专门针对路由进行仿真的技术还比较罕见，国外在进行这方面研究的也极少，涉及到路由仿真的只有网络模拟/仿真软件OPNET和NS2中的小部分功能。OPNET和NS2的核心功能都是进行网络模拟，大多数讨论使用OPNET和NS2进行网络仿真的文献仅仅是局限于模拟的范围之内，但是这两款软件也都有用于仿真(emulation)的模块，可以与外界的真实网络相连接。为了突破硬件平台的性能限制，研究人员可以采用分布式处理的方式，使用相应的并行模拟(PDES)机制，将数个单机版的仿真软件联合起来完成一个仿真任务。但是这样做同时带来了并行处理协同性的问题和对仿真数据控制有效性的问题。除了性能瓶颈的问题，现有技术只注重仿真网络中IP分组的转发，而缺乏对路由分组的考虑，更极少涉及路由协议的交互特性。此外，现有的网络仿真软件几乎都是建立在通用计算机平台之上。普通的CPU和操作系统对于网络数据流的处理效率都比较低下，因此这些网络仿真软件的功能都受限于硬件平台的性能。而 且，在网络数据传输和路由选择方面的研究需要搭建接近与真实网络的实验环境，使用真实路由设备耗费大量资金，并且配置复杂繁琐。 

发明内容：

本发明的目的是提供一种基于硬件的大规模网络路由仿真方法，提出使用高性能专用网络处理专用平台实现大规模网络路由仿真技术。 

技术原理：大规模网络路由仿真技术系统的主要思路是使用强大和专用的网络数据处理器(如网络处理器、MIPS处理器等)来完成仿真任务。这类专用的网络数据处理器是为网络应用领域设计的专用指令处理器，它具有以下的特征：软件可编程能力；对数据包处理流程的优化，以满足线速处理要求；可以接管很多原来由主CPU完成的管理和控制功能。用户在控制台配置所需的虚拟网络拓扑结构、路由协议信息等参数，控制台将生成配置文件，并将配置文件下发给硬件处理平台，硬件处理平台根据配置参数进行路由的仿真，这包括：运行路由协议、队列调度以及数据包转发处理等。IP数据包从源路由器穿越大规模网络路由仿真系统到达目的路由器就像穿越了一个真正的网络一样，从两边的真实路由设备看进去和一个真实的网络一样，真实的路由设备能够和大规模网络路由仿真系统进行正常的路由信息交互，能够看到和真实网络环境一样的数据包的丢失、延时、抖动等现象，而且真实路由设备的时钟和大规模网络路由仿真系统的时钟能够无缝衔接。所有这一切都是建立在装用专用网络数据处理器的强大数据处理能力之上。 

仿真过程流程之前要有初始化过程。 

仿真的初始化过程由网络性能的仿真、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。 

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。 

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；