CN100365996C - 对基于IPv6的业务流进行统计的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对基于IPv6的业务流进行统计的方法。本发明主要包括：首先，建立IPV6地址与小于IPV6地址长度的流统计标识信息的对应关系；之后，利用所述的流统计标识信息代替相应的IPV6地址构造查找关键字，并作为保存的流统计信息的索引，对接收到的业务流进行统计。本发明的实现可以有效解决现有技术中存在的由于IPv6地址过长而无法实现精细统计的问题，使得在网络通信过程中，可以针对基于IPv6的业务流进行流统计，即可以实现针对IPv6主机之间的各种流进行统计。

Description

对基于IPv6的业务流进行统计的方法

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种对基于IPv6的业务流进行统计的方法。

背景技术

目前，在因特网上使用的绝大多数是IPV4的网络，数据报文通过IPV4的格式进行传送。

IPV4的报文格式如下：

IP头

有效载荷

其中，所述的IP报文头的格式如下所示：

0	1	2	3	4	5	6	7	0	1	2	3	4	5	6	7	0	1	2	3	4	5	6	7	0	1	2	3	4	5	6	7
																																Version				IHL				Type of Service								Total Length
Identification																Flags			Fragment Offset
																																Time to Live								Protocol								Header Checksum
Source Address
																																Destination Address
Options																											Padding

图4：IPV4报文头格式

所述的IPV4报文包含报文头和有效载荷(Payload)两部分。IPV4头在不包含选项(Option)情况下有20字节，其中部分信息包括：

IP目的地址(Destination Address)、IP源地址(Source Address)：各为32比特；

服务类型(TOS：Type of Service)：为8比特；

分段重组使用的部分：Ientification(标识)、Flags(标志)、Fragment Offset(分片偏移)，共为32比特；

承载的协议类型(Protocol)：为8比特。

在IP网络中承载于IP报文之上的是TCP(传输控制协议)和UDP(用户数据报协议)报文，TCP和UDP均属于4层协议，IP报文头中的协议域表明承载的是TCP还是UDP报文。TCP和UDP报文中包含源和目的端口号信息，各自为16比特，对TCP还有是否是同步报文的标志位1比特。

随着网络通信的快速发展，又出现了基于IPv6协议的网络，在该网络中通过IPv6报文进行数据的承载传输。

所述的IPv64报文头格式如下所示：

0	1	2	3	4	5	6	7	0	1	2	3	4	5	6	7	O	l	2	3	4	5	6	7	0	1	2	3	4	5	6	7
																																Version				Traffic Class								Flow Label
Payload Length																Next Header								Hop Limit
																																Source Address
Source tddress
																																Source Address
Source Address
																																Destination Address
Destination Address
																																Destination Address
Destination Address

其中：

Traftc Class：类似于IPV4的TOS；

Next Header：和IPV4的承载的协议类型域作用一样；

源IP地址、目的IP地址：由IPV4的32比特变为128比特。

在网络通信过程中，为了对网络的传输状况有进一步的了解，需要对网络中传输的业务流进行统计，例如，针对某一源地址和目的地址之间的数据流量进行统计，等等。

所谓流统计就是根据报文的某些属性对报文进行归类处理，生成有用信息供网管和用户分析。流统计所依赖的属性可以是报文本身的属性，可以是这个报文从属的AS(自治系统)域属性，也可以是流统计所在路由器的接口信息，等等。具体基于那些属性进行统计，依赖于实际应用中的具体需求。

通常，业界的组成流的属性包括以下内容：

IP报文的源地址、IP报文的目的地址、IP报文的承载协议类型、TCP(或UDP)的源端口号、TCP(或UDP)的目的端口号、IP报文TOS域、路由器的接口信息。

以上属性称为七元组信息，其构成了流统计的关键字。

在进行流统计的时候，需要使用上述属性构成的关键字查找流统计处理器中的cache(高速缓存器)，以查找到对应的流信息后，对流进行字节统计和包统计，并记录流存在的时间信息，等等。

所述的流统计处理器中cache实现的一般方式主要包括：

1、利用CAM(内容定址存储器)，或者使用芯片内部硬件实现的cache，这两种实现方式的共同点是实现的cache的查找关键字的长短不一，依赖于芯片厂商的产品规格指标，而且，两者对查找关键字的长度通常均要求小于256bit；

2、利用网络处理器硬件参与维护和管理的二叉树，二叉树的叶子节点对应一个cache。二叉树的查找速度和查找关键字的长度有关，查找关键字的长度越大，查找时间越长。因此，此类网络处理器支持的二叉树的查找关键字的长度有限；

3、使用软件在内存中构造二叉树，树的查找关键字长度没有硬件的限制；但是，同样存在着查找关键字越长，查找时间越长的问题，并且内存的消耗更大。

总之，现有的流统计处理器中cache的应用过程中，对其查找关键字的长度均有一定的限制，即无法支持过长的查找关键字。

在实际的流统计过程中，对于IPV4的业务流来说，由所述七元组信息构成的流的关键字的长度能为通常的cache所接受，从而可以保证基于IPv4的业务流的统计能够正常进行。

然而，对于IPv6报文，IP地址由IPV4的32bit扩大到128bit，对于同样由七元组信息构成的流的关键字而言，仅仅目的IP地址加源IP地址就超过了256bit，再加上其他的信息，流的关键字很可能超过了流统计处理器中cache查找关键字的长度。因此，此类cache，对IPV6主机之间的各种业务流进行精细统计变得难以实现。

为此，采用了相应的裁减流统计的关键字中IPv6地址的长度的方式实现对基于IPv6的业务流的统计。通常采用的实现方法包括：仅支持对目的IPv6和源IPv6中的一种进行流统计，或者，使用模板，指定对目的IP和源IP128bit的某些bit进行统计。

不难看出，上述实现方法只是回避了所存在的问题，采用了退而求其次的实现方法，并没有从根本上解决所存在的查找关键字过长的问题。

另外，由于上述实现方法对流统计的关键字进行了裁减，必将导致流统计的粒度变粗。因此，使用上述实现方法，无法对IPv6业务流实现如针对IPV4业务流一样的精细统计，更无法实现主机对主机之间各种流量的精确统计。

发明内容

鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种对基于IPv6的业务流进行统计的方法，从而可以实现针对基于IPv6业务流的精细统计。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种对基于IPv6的业务流进行统计的方法，包括：

A、建立IPV6地址与小于IPV6地址长度的流统计标识信息的对应关系；

B、利用所述的流统计标识信息代替相应的IPV6地址构相应的造查找关键字，并作为保存的流统计信息的索引，对接收到的业务流进行统计。

所述的步骤A包括：

建立IPV6地址的高速缓存器cache，用于保存IPV6地址与所述的流统计标识信息的对应关系。

所述的流统计标识信息采用IPV6地址的cache的物理地址信息。

所述的IPV6地址的cache中还保存有流计数值信息，用于统计占用该IPV6地址的业务流的数量。

所述的流统计标识信息的长度采用32比特。

所述的步骤B包括：

B1、接收需要进行流统计的IPV6报文；

B2、根据IPV6报文的源IPV6地址和目的IPV6地址信息查找所述的对应关系信息确定相应的两个流统计标识信息；

B3、利用所述的两个流统计标识信息构造查找关键字，并作为保存的流统计信息的索引，对接收到的业务流进行统计。

所述的步骤B3具体包括：

B31、利用构造的查找关键字，查找所有的流统计信息，判断是否存在保存着与该查找关键字对应的流统计信息的流统计cache，如果存在，则执行步骤B32，否则，执行步骤B33；

步骤B32、根据收到的IPV6报文更新该流统计cache中流统计信息；

步骤B33、创建与该查找关键字对应的流统计cache，用于保存该查找关键字对应的流统计信息。

所述的步骤B33还包括：

更新该查找关键字包含的流统计标识信息对应的IPV6地址的cache中的流计数值。

所述的步骤B还包括：

B4、当确定需要上报一条流统计信息时，根据其对应的查找关键字包含的流统计标识信息确定对应的源IPV6地址和目的IPV6地址信息；

B5、利用所述的源IPV6地址和目的IPV6地址信息替换所述流统计信息中的流统计标识信息，并上报所述的流统计信息。

所述的步骤B4还包括：

判断该IPV6地址的cache中的流计数值是否等于1，如果是，则回收该IPV6地址的cache，否则，将所述的流计数值减1。

所述的步骤B5还包括：

删除保存的已经上报的流统计信息。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明通过将IPv6的地址转换成相对较短的用于流统计的关键字，并在流统计结束后，可以返回转换得到构成流的IPv6地址信息。因此，本发明的实现可以有效解决现有技术中存在的由于IPv6地址过长而无法实现精细统计的问题，使得在网络通信过程中，可以针对基于IPv6的业务流进行精细的流统计，并可以实现针对主机之间的流统计。

附图说明

图1为本发明所述的方法中实现流统计的处理流程示意图；

图2为本发明所述的方法中的上报流统计信息的处理流程示意图；

图3为本发明所述的方法中回收cache的处理过程示意图。

具体实施方式

本发明的核心是在对IPv6流进行统计的时候，提供一种手段，有效的解决cache查找关键字长度不够的问题，可以同时对目的IPv6地址和源IPv6地址加上其他的属性进行统计，使IPv6的流统计能够达到IPV4的流统计的粒度，即可以实现针对IPv6业务流的精细流统计。

为对本发明有进一步的理解，下面首先对现有技术中流统计的处理过程进行描述。

在流统计过程中，通常是采用动态创建cache的方法实现。首先在系统中为流统计划分一部分cache，用于存放流的信息。当一个报文需要被统计的时候，使用报文的七元组(或者其他信息)查找流统计的cache，如果查找命中，则在相应的cache中对报文的长度、个数进行计数，并更新流持续的时间值。如果没有命中，则创建一个cache，存放初始化的流统计信息以及时间信息等，后续的同一个流直接使用这个cache即可。

Cache有创建的过程，同样有回收的过程，所述的回收过程是对不再需要进行流统计的业务流对应的Cache进行删除处理，以保证其他流统计的应用。以下事件可以触发cache的回收：

(1)接收到TCP的FIN/RST(完成/重设置)报文；

(2)流的活跃时间超过给定值；

(3)流的不活跃时间超过给定值；

(4)cache已经消耗完，强制终结一部分流统计，回收相应的cache。

回收的cache中存放的统计信息从cache中转移，并保存，用于后续的分析，回收的cache用于新的流统计。

本发明在具体实现过程中，主要包括为IPv6地址单独构造cache，在cache中关联压缩后的IPv6地址，称为token，即流统计标识信息。在流统计的时候使用压缩后的IPv6地址，而不是如针对IPv4业务流的统计那样直接根据相应的IPv4地址信息进行。本发明中，流统计信息上报的时候，也是使用压缩后的IPv6地址关联出原始的IPv6地址进行聚合或者上报，对于上报后的流统计信息，则根据IPv6流统计标识与IPv6地址的对应关系转换为基于IPv6地址信息的流统计信息。

下面将结合附图对本发明所述的方法的具体实现方式进行说明。

本发明在IPv6的cache中关联一个相对短的token信息，使用这个token来代的IPv6地址来构造流统计的查找关键字。这个token可以使用cache的绝对内存地址。Token如果设计成32bit，即与IPV4的地址等长，则可以直接利用IPV4的流统计算法进行相应的处理。在流统计信息上报的时候还要使用这个token关联出对应的IPv6地址。因此，所述的token在记录流统计信息和上报流统计信息的两个方向的处理均要用到。

本发明所述的方法的具体实现方式如图1所示，具体包括：

步骤11：收到一个需要进行统计的IPv6报文后，分别使用报文目的IPv6地址和源IPv6地址查找IPv6地址的cache，即查找IPv6地址与token的对应关系，以确定IPv6地址对应的token；

由于IPv6地址的cache需要包括源IPv6地址和目的IPv6地址的cache，因此，IPv6地址的cache的数量通常需要大于流统计cache的两倍；

在IPv6的cache中，每个cache对应一个相应的token值；

所述的token值可以直接使用IPv6地址的cache的内存地址信息，查找到IPv6地址的cache后直接使用该IPv6地址的cache的物理地址作为token，而在统计流上报时，直接使用token读内存就可以得到IPv6地址的cache中的内容，即TOKEN对应的真实IPv6地址信息。

步骤12：判断是否查找到对应的IPV6地址的cache，如果是，则执行步骤13，否则，执行步骤14；

步骤13：如果均查找命中，即查找到源IPv6地址和目的IPv6地址对应的IPV6地址的cache，则分别获取相应的两个token值，并执行步骤15；

步骤14：如果没有命中，即未查找相应的cache，则为该目的IPv6地址和源IPv6地址分别创建一个新的cache，获取新申请的cache对应的两个token值，执行步骤15；

在上述步骤11至步骤14的处理过程中，获取源IP地址和目的IP地址对应的token值的处理过程为相对独立的两个处理过程，其中，可能出现的情况包括：源IP地址已经存在相应的cache，并可以直接获得相应的token值，而目的IP地址则需要通过新创建相应的cache获取对应的token值；反之亦然。

步骤15：使用这两个token来替代IPv6地址构造流统计的查找关键字；

具体采用的构造流统计的查找关键字的方式包括：将两个token作为源IPv6地址和目的IPv6地址，采用与IPv4流统计过程中的查找关键字构造方式；当然，也可以采用其他方式构造相应的关键字；

步骤16：根据所述构造的查找关键字查找用于记录流统计信息的各个流统计cache，以确定是否存在相应的流统计cache；

步骤17：判断是否查找到对应的流统计cache，如果找到，执行步骤19，否则，执行步骤18；

步骤18：如果未查找到该查找关键字对应的流统计cache，则创建新的流统计cache，记录对应的流统计信息，该流统计cache可以用于记录该查找关键字对应的业务流的流信息；

在步骤中，还需要更新IPv6地址的cache中相应的源IPv6地址和目的IPv6地址信息对应的流计数值，所述的流计数值用于统计使用该地址信息的所有流的数量，以便于根据该流计数值进行IPv6地址的cache的回收，具体的回收方式后面将进行详细的描述；

步骤19：如果查找到该查找关键字对应的cache，则更新该cache中记录的相应的流信息。

本发明中，还包括针对统计的流信息进行上报处理的操作，如图2所示，具体包括以下步骤：

步骤21：确定需要进行某一个IPv6业务流的流统计信息的上报操作，即确定需要将某一个业务流对应的流统计cache记录的信息上报；

步骤22：根据该流统计cache中记录的两个token值到IPv6地址的cache中分别确定对应的源IPv6地址和目的IPv6地址信息；

步骤23：将所述的流统计cache中的两个TOKEN值替换为相应的源IPv6地址和目的IPv6地址，并上报；

具体为：根据IPv6地址的cache中存放的TOKEN对应的IPv6地址信息，在一条流的统计结束后，需要上报相应的流统计信息时，根据所述的token值得到对应的IPv6地址，并基于该对应的IPv6地址上报所述的流统计信息。

下面再对IPv6地址对应的cache的回收处理过程进行说明，如图3所示，具体包括以下步骤：

步骤31：确定一个IPv6业务流对应的流统计cache需要被回收，则根据该流统计cache对应的两个TOKEN值查找所有的IPv6地址的cache，确定相应的源IPv6地址和目的IPv6地址信息；

相应的确定一个IPv6业务流对应的流统计cache需要被回收的条件与确定一个IPv4业务流对应的流统计cache需要被回收的条件相似；

步骤32：判断查找到的源IPv6地址和目的IPv6地址对应的IPv6地址的cache中的流计数值是否等于1，如果等于1，则执行步骤33，否则，执行步骤34；

在IPv6地址的cache中存放用于统计占用该IPv6地址的业务流的数量值的流计数值。每生成一个新的流统计的cache，在相应的IPv6目的地址和源地址对应的IPv6地址的cache中分别对相应的流计数值进行加1操作，表示这个IPv6地址被多少个流用于统计使用；

例如，有8条流包含相同的IPv6地址，那么这个IPv6地址的cache中的计数值是8；

步骤33：回收该IPv6地址的cache，即释放该IPv6地址的cache，并执行步骤35；

步骤34：将所述的流计数值减1，并执行步骤35；

总之，在针对流统计cache回收处理过程中，将相应的源IPv6地址、目的IPv6地址对应的IPv6地址的cache中流计数值减1，如果值等于0，则表明这个IPv6地址的cache不被任何流使用，回收这个IPv6地址的cache。

步骤35：利用步骤31在IPv6地址cache中查找确定的两个TOKEN值对应的源IPv6地址和目的IPv6地址替换需要该流统计cache中的两个TOKEN值，并上报相应的流统计信息，在上报相应的流统计信息后，其对应的流统计cache即被收回；

也就是说，在流统计cache回收的时候，还要通过token，查找IPv6地址的cache的绝对IPv6地址信息，得到token对应的IPv6地址，从而保证上报的流统计信息中为可以识别的IPv6地址信息。

本发明中，流统计cache中保存的流统计信息的上报过程与IPV6地址的cache的回收过程的处理时相互关联的，即流统计信息的上报，将可能引起IPV6地址的cache和流统计cache的回收

综上所述，本发明实现了可以针对IPv6业务流的精细的流统计，因此，本发明解决了由于IPv6地址过长导致的流统计困难的问题，从而使得IPv6流统计能够针对主机进行，保证了针对IPv6流统计的精度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种对基于IPv6的业务流进行统计的方法，其特征在于，包括：

A、建立IPV6地址与小于IPV6地址长度的流统计标识信息的对应关系；

B、利用所述的流统计标识信息代替相应的IPV6地址构造相应的查找关键字，并作为保存的流统计信息的索引，对接收到的业务流进行统计。

2.根据权利要求1所述的对基于IPv6的业务流进行统计的方法，其特征在于，所述的步骤A包括：

建立IPV6地址的高速缓存器cache，用于保存IPV6地址与所述的流统计标识信息的对应关系。

3.根据权利要求2所述的对基于IPV6业务流进行统计的方法，其特征在于，所述的流统计标识信息采用IPV6地址的cache的物理地址信息。

4.根据权利要求2所述的对基于IPV6业务流进行统计的方法，其特征在于，所述的IPV6地址的cache中还保存有流计数值信息，用于统计占用该IPV6地址的业务流的数量。

5.根据权利要求1所述的对基于IPV6业务流进行统计的方法，其特征在于，所述的流统计标识信息的长度采用32比特。

6.根据权利要求1至5任一项所述的对基于IPV6业务流进行统计的方法，基特征在于，所述的步骤B包括：

B1、接收需要进行流统计的IPV6报文；

B2、根据IPV6报文的源IPV6地址和目的IPV6地址信息查找所述的对应关系信息确定相应的两个流统计标识信息；

B3、利用所述的两个流统计标识信息构造查找关键字，并作为保存的流统计信息的索引，对接收到的业务流进行统计。

7.根据权利要求6所述的对基于IPV6业务流进行统计的方法，其特征在于，所述的步骤B3具体包括：

B31、利用构造的查找关键字，查找所有的流统计信息，判断是否存在保存着与该查找关键字对应的流统计信息的流统计cache，如果存在，则执行步骤B32，否则，执行步骤B33；

步骤B32、根据收到的IPV6报文更新该流统计cache中流统计信息；

步骤B33、创建与该查找关键字对应的流统计cache，用于保存该查找关键字对应的流统计信息。

8.根据权利要求7所述的对基于IPV6业务流进行统计的方法，其特征在于，所述的步骤B33还包括：

更新该查找关键字包含的流统计标识信息对应的IPV6地址的cache中的流计数值。

9.根据权利要求6所述的对基于IPV6业务流进行统计的方法，其特征在于，所述的步骤B还包括：

B4、当确定需要上报一条流统计信息时，根据其对应的查找关键字包含的流统计标识信息确定对应的源IPV6地址和目的IPV6地址信息；

B5、利用所述的源IPV6地址和目的IPV6地址信息替换所述流统计信息中的流统计标识信息，并上报所述的流统计信息。

10.根据权利要求9所述的对基于IPV6业务流进行统计的方法，其特征在于，所述的步骤B4还包括：

判断该IPV6地址的cache中的流计数值是否等于1，如果是，则回收该IPV6地址的cache，否则，将所述的流计数值减1。

11.根据权利要求9所述的对基于IPV6业务流进行统计的方法，其特征在于，所述的步骤B5还包括：

删除保存的已经上报的流统计信息。

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