[发明专利]一种网络功能动态编排方法、装置和系统

说明书

本发明实施例提供一种网络功能动态编排方法、装置和系统。其中，该方法包括：接收数据包；对非重投递的数据包进行初始化处理，包括将网络功能执行链标识和执行第一轮网络功能流水线遍历所需执行的网络功能单元信息给所述数据包；按照网络功能流水线，依次遍历网络功能单元，触发需要执行动作的网络功能单元处理所述数据包；若数据包的网络功能执行链中的网络功能未全部执行完毕，基于重投递的数据包重复上述步骤；直至网络功能执行链中的网络功能全部执行完毕后，输出数据包。本发明实施例提供的网络功能动态编排方法、装置和系统，通过利用模块化的网络功能单元简化了可编程数据平面编程，并通过虚拟化的控制逻辑实现了运行时动态编排网络功能。

技术领域

本发明实施例涉及互联网技术领域，具体为一种网络功能动态编排方法、装置和系统。

背景技术

在传统网络中，由于设计复杂和硬件工艺限制等问题，向交换芯片添加新型功能或新型网络协议往往需要数年，导致网络设备难以满足快速新型协议和网络协议的发展要求。针对网络设备演进慢的挑战，斯坦福大学Nick MckWeon教授领导的团队提出了协议无关的可编程数据平面架构。该架构以可重配置匹配动作表为基础，通过可编程的控制逻辑，构建协议无关的数据包处理流水线，可快速地向交换芯片中添加新型网络功能。通过可编程数据平面架构，设备制造商或网络管理员可以像软件编程一样对交换芯片进行编程，定制交换芯片所支持的网络协议和数据包处理功能，满足实际网络应用和策略的需求。

在以往研究工作基础上，Nick MckWeon教授研究组针对可编程数据平面架构提出了领域特定语言P4。P4是一种声明式的编程语言，为可编程数据平面提供高级编程抽象。通过P4所提供的语法支持，程序员可以灵活地定义可编程交换设备行为，实现复杂的数据包处理逻辑。P4也为不同的设备平台(如CPU、智能网卡、交换芯片等)提供了对应的编译器，保证了P4程序在不同平台之间的可移植性。P4语言的提出改变了传统交换设备处理逻辑难以更改、不可编程的困境，为网络架构的演进发展提供了更多方向。

数据平面可编程技术和领域特定语言的出现大大推进了网络数据平面创新，并且通过提升数据平面数据包处理能力，带来了性能和安全性等方面的巨大提升。数据平面可编程技术的提出一方面开创新型研究领域，拥有巨大科研价值，另一方面推动了可编程网络的发展和应用，提升网络的整体性能，带来了潜在的社会经济效益。

数据平面可编程技术以及P4语言使管理员能够快速高效地定义交换设备中的数据包处理功能。通过P4语言，管理员可以开发各种各样的网络功能，比如负载均衡功能，接入控制功能，网络隧道功能等。可以预见，未来会有更多的网络功能实现在可编程数据平面之上，可编程数据平面所包含的网络功能也越来越复杂。网络中的每一个数据包可能会被多个网络功能所处理，并且不同的数据包可能需要不同的网络功能，因此需要管理员根据网络策略的需求编排可编程数据平面所实现的网络功能。

目前的P4语言以及对应可编程数据平面架构存在如下问题：

1)编程复杂：在现有的P4语言以及架构中，程序员需要在配置阶段实现满足网络数据包处理策略需求的P4程序。但是，一方面P4语言仅仅提供可编程数据平面匹配动作表的高层描述，并不能直观地表示数据平面的数据包处理逻辑，造成了P4表达的语义和实际网络数据包处理策略语义之间存在的表达差异，为程序员编写满足网络数据包处理策略的P4程序带来了复杂性；另一方面，网络数据包处理策略本身具有的复杂性加剧了程序员开发P4程序的难度，随着网络规模以及网络所支撑业务数量的增加，网络数据包处理策略的数量和复杂性也随之增长，开发P4程序满足各种网络策略的需求变得十分困难。

2)编排固化：当管理员将P4程序烧写到可编程设备之后，就无法动态地改变可编程设备的数据包处理行为，这就导致了P4程序中网络功能无法被动态编排。固化的P4程序仅仅能够支持十分有限的网络功能编排，无法实时地满足动态的网络策略的需求，P4程序所支持的网络功能之间的编排固化可能会导致可编程网络设备无法满足网络策略对于网络功能编排的需求。

发明内容