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可编程路由器中控制平面的设计与实现的中期报告
本中期报告介绍了可编程路由器中控制平面的设计与实现。首先，我们回顾了传统路由器的体系结构和控制平面的功能，然后介绍了可编程路由器的体系结构和设计目标。接着，我们详细讨论了控制平面的设计和实现，包括流表的管理、路由协议的实现、拓扑发现和链路状态管理等。最后，我们展示了实验结果，并讨论了未来的工作。
1.传统路由器的体系结构和控制平面
传统路由器通常由数据平面和控制平面两部分构成。数据平面由一个或多个转发引擎组成，负责接收和转发数据包。控制平面则负责管理路由表、控制数据平面的行为，并与其他路由器通信以实现路由协议。
控制平面的主要功能包括：路由协议的实现、路由表的管理、拓扑发现、链路状态管理和故障处理等。其中，路由协议用于计算最佳路径并更新路由表，路由表管理则负责存储和维护路由表。拓扑发现和链路状态管理则用于检测网络拓扑和链路状态的变化。故障处理则负责处理故障，例如链路故障和路由器故障等。
2.可编程路由器的体系结构和设计目标
可编程路由器是一种高度灵活的路由器，它可以根据特定的需求和应用程序定制数据平面和控制平面。可编程路由器的体系结构包含一个或多个可编程芯片，它们负责处理数据包，并与控制平面交互以实现路由协议和网络管理等功能。
可编程路由器的设计目标包括：灵活性、可编程性、高性能和可扩展性等。灵活性和可编程性使得可编程路由器可以定制数据平面和控制平面以适应各种应用场景和需求。高性能和可扩展性则使得可编程路由器可以处理高速数据包和支持大规模网络部署。
3.控制平面的设计和实现
控制平面的设计和实现包含以下几个主要模块：
3.1流表的管理
流表用于存储和匹配数据包的匹配规则，以决定数据包的转发行为。流表管理模块负责维护流表，包括添加、删除和更新流表项等操作。流表管理模块还需要支持不同类型的匹配规则和动作，例如基于IP地址、端口号和协议类型等匹配规则，以及转发、丢弃和修改数据包等动作。
3.2路由协议的实现
路由协议是控制平面的核心功能之一，负责计算最佳路径并更新路由表。路由协议模块需要实现不同类型的路由协议，例如OSPF、BGP和RIP等。路由协议模块需要收集网络拓扑信息，并计算每个数据包的最佳路径。路由协议模块还需要支持路由策略，例如路由过滤和路由汇聚等。
3.3拓扑发现和链路状态管理
拓扑发现模块负责发现网络拓扑，并将拓扑信息传递给路由协议模块。拓扑发现模块可以使用不同的技术，例如ARP、LLDP和SNMP等。链路状态管理模块负责监测链路状态的变化，并通知路由协议模块进行路径重新计算。
3.4故障处理
故障处理模块负责检测和处理故障。故障处理模块可以检测链路故障、路由器故障和网络拥塞等问题。故障处理模块需要快速检测和诊断故障，并采取相应的措施，例如路径重计算、链路剔除和故障恢复等。
4.实验结果和未来工作
我们在Xilinx的NetFPGA-SUME平台上实现了可编程路由器控制平面的设计和实现。我们使用了Quagga路由守护程序作为路由协议，并实现了流表管理、拓扑发现和链路状态管理等模块。我们还对可编程路由器进行了基准测试，通过测试数据表明，我们的可编程路由器在吞吐量和延迟方面表现出了良好的性能。
我们将继续进行未来的工作，包括实现更复杂的控制平面和数据平面功能，提高性能和可扩展性，支持更高级别的编程接口和语言，以及探索更广泛的应用场景和部署方式。