目前，大多數路由器均采用分布式轉發、集中式路由處理的體系結構[1]。該結構方式使主處理單元與各從處理單元可以根據所處位置及執行任務的不同采用不同的處理方式，但也使頂層管理軟件對底層各從處理單元難以進行協調統一的管理。硬件抽象層HAL(Hardware Abstraction Layer)在邏輯上介于底層硬件與上層協議軟件之間，維護兩者之間的數據傳遞，并對底層各接口模塊進行管理，屏蔽底層硬件細節，使得應用軟件可以通過控制HAL達到操縱底層硬件的目的。高性能路由器硬件抽象層的提出[2]成功解決了分布式路由器面臨的通用性支撐軟件系統結構的設計問題，為構建開放通用的路由器軟件基礎平臺提供了保證。

隨著路由器承載業務能力的不斷增強，大規模接入匯聚路由器的設計與實現也被提上了議事日程。ACR(大規模接入匯聚路由器)是3Tnet(高性能寬帶網)網絡的關鍵設備。該設備采用ACR寬帶接入方式，即通過帶有遠端用戶接口單元(RIU)、基于以太網傳輸接口的分合路器(EMDi)組成樹形分叉地域分布式系統構架，保證大規模的用戶直接接入骨干高速網絡，實現視頻點播、網絡電視、IP電話等寬帶業務，從而更加減化了網絡拓撲結構，使業務引入更加快速，運營策略更加多樣化。

大規模用戶接入方式也給路由器硬件抽象層的實現方式及信息的實時、高速傳輸提出了新的挑戰，主要表現在以下幾個方面：首先，承載業務量的數量及種類的增多對路由器內部通信的實時性、高效性提出了更多的要求；其次，大規模用戶接入方式增加了路由器對外接口的數量，從而帶來了設備管理上的難度；再次，從系統的通用性及可擴展性考慮，要求構建一種具有可擴展性且不依賴于硬件具體實現方式的軟件體系結構，方便路由軟件的移植和應用。由此可見，硬件抽象層的高度穩定性、可擴展性及可靠性將直接影響路由器的各項性能指標。

由于大規模用戶接入方式的特性，使得以前基于IPv6路由器的硬件抽象層的實現方式已經不適應數據高速傳輸及多用戶接入的管理方式。本文將在討論硬件抽象層基本結構的基礎上，提出一種適用于大規模接入匯聚路由器的HAL的通用性軟件結構設計及實現方式，提供高效、可靠的內部通信，并針對多用戶接入數量不確定的情況，提出動態加載虛擬驅動模塊的實現方法，增強路由器面向ACR接入方式的可用性。

1 硬件抽象層基本結構及功能實現

根據文獻[2]提出的方案，高性能路由器硬件抽象層可分為內部通信、虛擬驅動及設備管理三大模塊，這三部分模塊相互配合，共同完成面向實際的用戶設備接口的功能模擬及硬件細節的屏蔽，并對其進行統一協調的管理。硬件抽象層對用戶設備接口的功能模擬主要由虛擬驅動模塊完成，包括數據包的收發及協議報文的預處理等工作，為上層協議軟件提供標準的API函數；而對用戶設備的接口管理則由上層網絡管理軟件通過設備管理模塊對其進行管理配置及監控；內部通信模塊運行于內部以太網絡，協調各模塊之間的功能接口，保證各從處理單元與主處理單元之間實時可靠的數據傳輸。其基本結構如圖1所示。

根據各模塊的功能可知，硬件抽象層內部通信模塊是各分處理單元與主處理單元信息交互的重要傳輸通道。內部通信模塊匯集各底層設備的數據并根據類型分流至各上層處理模塊，同時，數據維護模塊對虛擬設備及各處理單元的維護信息也需要通過內部通信模塊進行。因此，內部通信模塊采用何種基于內部以太網的數據傳輸實現方式，對路由器內部數據的實時、有效、可靠傳輸起著至關重要的作用。當前內部通信模塊采用基于分隔符的TCP傳輸方式，在應用層數據包的起始部分附加有特定格式的分隔符和數據長度域，解決了由于Nagle算法產生的包粘滯問題[3]。但該方式沒能解決TCP傳輸方式的消耗過大、實時性不強的問題[4]。同時，消除分割符恢復報文的完整性也增加了應用程序的處理復雜度，從而不可避免地增加系統的開銷并降低系統的實時性。系統的實時性對于用戶業務急劇增多的ACR路由器而言是一個迫切需要解決的問題。UDP是一個面向消息的傳輸協議[5]，其最大數據緩沖區長度為8192～65536字節，滿足一次傳輸一個完整報文的條件。在內部以太網中采用UDP傳輸方式具有明顯的優勢。但由于UDP協議的無連接性，導致它是一個不可靠傳輸，文中第二部分將討論如何實現一種基于UDP的內部通信的可靠性傳輸機制。

硬件抽象層對用戶設備接口的功能模擬主要通過虛擬驅動進行，路由器業務類型的擴展使得用戶接口數量增多并呈現接入時間的不確定性，從而帶來用戶設備管理上的難度。針對此種情況，文中第三部分提出動態加載虛擬驅動模塊的實現方法，增強路由器面向多用戶接入方式的可用性。