基于共享物理通道的通讯设备控制面和数据面分离方法与流程

[0001]
本发明涉及软件技术领域，具体涉及一种基于共享物理通道的通讯设备控制面和数据面分离方法。


背景技术：

[0002]
通讯设备作为当今人类通讯活动的重要载体，其稳定性和可靠性直接关系着人们的日常生活，而随着通讯活动切入到生产领域，智能制造、智能工厂会日益成为普遍的生产模式，这种趋势下对通讯设备高带宽、低时延的性能要求会越来越高。通讯领域为解决带宽、时延性能和设备稳定、可靠性的问题，会将设备在逻辑上分为控制和数据两个大的通讯平面，实现设备控制和数据传输的分离。
[0003]
具体来讲，控制平面主要完成诸如设备启动、运行监控等关系到设备稳定、可靠运行的数据交互；数据面主要实现通讯设备的业务数据转发。通过两个平面的分离，一方面简化了通讯设备的设计和实现；另一方面控制和数据面的分离，数据在转发时没有控制面报文占据带宽，因而能充分发挥设备的物理带宽性能，提高设备的转发性能，同样控制面因为少了数据面各种报文的干扰，能大大提高设备控制面的安全。
[0004]
在具体实现上，现阶段的控制和数据面分成软件和硬件分离来进行实现。在硬件分离上采用的是单独的物理通道分别承载控制和数据，在物理通道分离的基础上，软件采用不同的逻辑通道与之对应。现有的分离方案完全依赖于硬件物理通道上控制和数据的分离，在通讯设备的设计和实现时，硬件必须预留分配好相应的控制和数据物理通道，同时软件将逻辑意义上的控制和数据通道与真实的物理通道进行绑定。
[0005]
现有的方案由于依赖硬件物理通道对通讯设备的硬件资源要求高，这样一是对通讯设备厂商存在成本压力，二是由于通讯设备往往是很多芯片的集成，相应地对芯片选型存在压力，不利于设备厂商自身和上下游发展。而若不采用控制和数据分离的方案，设备的稳定可靠和性能又无法保证。


技术实现要素：

[0006]
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于共享物理通道的通讯设备控制面和数据面分离方法。
[0007]
为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于共享物理通道的通讯设备控制面和数据面分离方法，通过将控制面和数据面分成软件和硬件分离配置活动来进行实现，包括以下步骤：（1）根据通讯设备性能要求和可选芯片范围，设计专用数据面通道数量和共享通道数量及各通道的传输指标并确定各通道的硬件实现方式；（2）软件根据业务要求，设计和实现脱离物理通道的专用数据转发逻辑和专用控制面转发逻辑，并虚拟对应的逻辑通道号；（3）软件根据硬件设计实现，确定专用数据转发物理通道与软件逻辑通道的对应关系，
并绑定；（4）软件根据硬件设计实现的共享物理通道的数量和已选型芯片，实现在共享物理通道上对数据面和控制面报文的统一发送和接收；（5）将专用数据转发逻辑的部分通道号和专用控制面转发逻辑通道号与具体的共享物理通道进行对应并绑定；（6）软件实现对于在共享物理通道上的报文的识别和分拣，并将报文挂接到专用数据转发逻辑和专用控制面转发逻辑；（7）挂接到对应转发逻辑的报文，继续按照专用数据转发逻辑和专用控制面转发逻辑进行相应的处理流程，对需要继续转发的报文，在绑定的物理通道上进行转发。
[0008]
进一步的，所述基于共享物理通道的通讯设备控制面和数据面分离方法的硬件配置活动包括：根据通讯设备性能要求，确定专用数据面通道数量和数据面、控制面共享通道数量、控制面共享通道的硬件实现方式、确定与软件的逻辑通道的映射方式。
[0009]
再进一步的，所述基于共享物理通道的通讯设备控制面和数据面分离方法的软件分离配置活动包括：实现软件逻辑层次的数据面和控制面转发流程，实现数据和控制面共享通道的分拣流程，实现分拣后插入数据面和控制面转发流程，实现与硬件物理通道的绑定。
[0010]
本发明提供的共享物理通道的通讯设备控制面和数据面分离方法，复用物理通道，节省硬件资源，缓解上下游芯片设计实现压力。虚拟数据面和控制面逻辑通道，采用软件设计实现通讯设备的数据面和控制面逻辑，解耦硬件通道，实现软件逻辑层次上的数据和控制的分离。同时本发明的方法由于软硬件的解耦，可实现软硬件的同步设计开发，并提高软件的复用度，在硬件设计完成时在绑定对应的物理通道，完成数据和控制物理上的分离。由软件单独设计和实现适配层完成对共享物理通道的报文的识别、分拣，挂接流程，完成报文的处理流程，在报文收发时，从挂接的逻辑通道对应的物理的通道进行转发，实现物理通道的共享和再分离操作，实现设备的稳定可靠目标。
附图说明
[0011]
图1是本发明中基于共享物理通道的控制面和数据面逻辑处理流程图。
具体实施方式
[0012]
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。
[0013]
在本发明所提供的共享物理通道的通讯设备控制面和数据面分离方法，从通讯设备设计源头开始，根据性能要求可动态分配专用数据通道数量和共享通道数量，并对通讯设备的数据面和控制面采用专用逻辑通道和软件流程实现，达到和硬件物理通道的解耦。对于共享物理通道的数据面和控制面报文，软件 实现单独的适配层，在适配层里完成共享物理通道里报文的识别、分拣、并挂接到对应的转发逻辑通道，在逻辑通道里报文继续完成相应的业务处理，对需要进行继续转发的报文，按照绑定的物理通道进行报文传输。
[0014]
如附图1所示，一种基于共享物理通道的通讯设备控制面和数据面分离方法，通过控制面和数据面分成软件和硬件分离配置活动来进行实现，包括以下步骤：
（1）根据通讯设备性能要求和可选芯片范围，设计专用数据面通道数量和共享通道数量及各通道的传输指标并确定各通道的硬件实现方式；按选型要求和性能评估采用cpu处理器和交换芯片，确定共享物理通道：0~（n-1），其中n表示最大共享物理通道数量。专用数据物理通道：n~（m-1）,其中m表示cpu侧最大的物理通道数量；（2）软件根据业务要求，设计和实现脱离物理通道的专用数据转发逻辑和专用控制面转发逻辑，并虚拟对应的逻辑通道号；软件为提高性能，数据面收发逻辑采用dma方式，通过dma获得的内存构建数据面收发队列即数据面逻辑通道，基于该逻辑通道在linux的用户态构建数据面报文不同的业务处理流程；同时软件为提高可靠稳定性，控制面收发逻辑采用传统的基于linux协议的套接字收发包。这样实现软件处理逻辑通道的不一致，达到数据和控制面软件逻辑通道的分离；（3）软件根据硬件设计实现，确定专用数据转发物理通道与软件逻辑通道的对应关系，并绑定；根据性能要求将数据面逻辑通道和步骤1）中的专用数据物理通道：n~（m-1）进行绑定;（4）软件根据硬件设计实现的共享物理通道的数量和已选型芯片，实现在共享物理通道上对数据面和控制面报文的统一发送和接收；构建单独的软件适配层，为提高性能对于共享通道的报文软件处理逻辑使用数据面收发逻辑，采用dma方式在linux的用户态进行处理，入dma创建的队列，实现报文的统一发送和接收；（5）将专用数据转发逻辑的部分通道号和专用控制面转发逻辑通道号与具体的共享物理通道进行对应并绑定；针对共享物理通道，将数据逻辑通道、控制通道和共享物理通道0~（n-1）进行绑定；（6）软件实现对于在共享物理通道上的报文的识别和分拣，并将报文挂接到专用数据转发逻辑和专用控制面转发逻辑;软件对dma队列的报文进行识别，对于报文中目的通道是数据通道的报文，直接提取到数据面逻辑通道；对于报文中目的通道是控制通道的报文，适配层构建专用的字符驱动设备tap，模拟linux协议的套接字收发包，通过模拟的linux协议套接字将收发的报文挂接到专用控制面转发逻辑。
[0015]
（7）挂接到对应转发逻辑的报文，继续按照专用数据转发逻辑和专用控制面转发逻辑进行相应的处理流程，对需要继续转发的报文，在绑定的物理通道上进行转发;对于识别出数据通道的报文由数据面逻辑分发到不同的业务处理流程。反之，对于数据面逻辑处理后需要通过共享通道发送的报文，直接入共享通道dma创建的队列，进行发送。
[0016]
对于通过共享通道发送的控制面报文，控制面收发逻辑通过套接字的send函数通过tap字符驱动设进行发包，适配层从tap字符读取数据，后插入共享通道的dma队列，进行发送。
[0017]
对于通过共享通道接收的控制面报文，适配层将报文从dma队列提取出来后，通过tap字符驱动设备写入数据，控制面收发逻辑通过套接字的recv函数从tap设备进行收包，后由控制逻辑进行处理。
[0018]
以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且
未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。