CN100574312C

CN100574312C - 分析数据分组的分析器

Info

Publication number: CN100574312C
Application number: CN02829573.0A
Authority: CN
Inventors: 什里达尔·穆巴拉克·米什拉; 胡春风
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Germany Holding GmbH
Priority date: 2002-09-06
Filing date: 2002-09-06
Publication date: 2009-12-23
Anticipated expiration: 2022-09-06
Also published as: US20050256821A1; AU2002334571A1; US7616662B2; WO2004023762A1; CN1669289A

Abstract

一种分析器系统，其被设置成接收具有来自多个不同分组的交叉部分的数据流(1)，并在它到达时从每个部分中提取数据。此分析器系统具有扫描单元，其接收与定义了哪个分组与其有关的数据的每个部分有关的信息，并使用此信息和数据流的属性，以识别(2)层、(3)层和(4)层的位置。此信息被传送到基于此数据和偏移提取数据的分析器单元(7)、(9)。分析器单元(7)用的偏移被存储在用户可编程寄存器(9)。

Description

分析数据分组的分析器

相关申请

本规则是具有相同优先权日的一组五个专利申请。申请PCT/SG02/……涉及具有可配置为8个FE(快速以太网)端口或1个GE(千兆以太网)端口的输入端口的交换机。本申请涉及适合于这样的交换机使用的分析器。申请PCT/SG02/……涉及适用于将分析器的输出与规则比较的流引擎。申请PCT/SG02/……涉及用规则和分组的比较结果监控带宽损耗。申请PCT/SG02/……涉及排列成堆栈的交换机的组合。该组申请中每一个申请各自的主题提出与在其它四个申请中描述的技术的整体内容不同的申请，然而该组中其它申请公开的内容通过参考而被合并。

技术领域

本发明涉及一种分析多数据分组以从中提取信息的分析器系统。在一个典型例子中，分析器系统可以被用于象以太网交换机的交换机，以处理收到的数据分组并由此获得通过队列管理和交换结构(switching fabric)处理分组所需要的信息。

背景技术

最近互联网技术的提高已经改变了我们交换信息的方式。互联网的普遍使用已经导致了趋同观念。不同的数据类型(例如视频、声音、图像和文字)必须在相同网络中交叉，这引起了为了在具有服务质量支持的单个网络上实时传输和数据通信的协议过剩。

这些协议主要是DiffServ、IntServ和MPLS，每个都需要在收到分组时将其实时地分类(例如由分组的类型决定)。如此分类的第一步是从一个分组中提取相应的字节，“分析”。这在Andrew STanenbaum，Prentice Hall 2^nd Ed，1998“计算机网络”的第一章得到描述。

分析操作包括确定分组是否包括标记。例如，通常以太网分组会包括一个VLAN(虚拟局域网)标记——比如指示与分组相联系的VLAN的标记。VLAN标记通常是在以太网帧源MAC地址字段和长度/类型字段之间插入的4个字节。VLAN标记的头两字节总是被设置为0x8100值，第二个两字节是控制信息(用户优先级字段、标准格式指示符和VLAN标识符)。

另一种类型的标记被SNAP协议定义(子网接入协议)，其被引入以允许更老的帧和协议被压缩成类型1 LLC头(Type 1 LLC header)，以使任何协议“伪IEEE适应”。SNAP标记(或“snapf包封”)被直接置于以太网分组的标准长度/类型字段之后(其通常取值小于或等于1500)，并且具有AA-AA作为其头两个字节。包含SNAP标记的分组被称为SNAPped。

总之，以太网分组由被称为是层的嵌套数据的级组成。被机器直接解译的数据被称为“层1”数据或物理层数据、“层2”或数据链路层，数据是LAN(局域网)数据，比如唯一确定LAN上的一个适配符的MAC(媒体访问控制)数据。在“层2”的分组中可能有“层3”或网络层，在除分组的IP源地址和目的地址之外的事物中定义的数据。在“层3”的分组中可能有“层4”数据、或传输层数据，例如TCP(传输控制协议)数据。

考虑到可能相互作用的协议的巨大变化，提供一个更灵活的分析技术将是有益的。

另外，存在一种环境的变化，其将对分析大量同时收到的数据有用。把以太网的应用作为一个例子，这样的环境不仅限于以太网应用，而是以以太网应用为例子，在一个上文提及的未决的申请中，为使容易从FE转换到GE以太网，本发明者提出一种可配置的以太网交换机，其能起快速以太网和起千兆以太网交换机的作用。一个数据端口作为8个FE MAC接口或作为一个GE MAC接口来操作。在以前的情况，可能会发生8个FE接口同时接收分组的情况。可能需要在输入端口提供足够大的缓冲存储器，这样所有的这些分组能在处理任何一个分组开始之前被全部接收，但这增加所需缓冲存储器的成本。若在接收分组的同时(“即时”)处理所有的分组，将很有用。

发明内容

概括地讲，本发明的第一个方面的分析器系统被设置成接收具有来自多个不同分组的交叉部分的数据流，并在它到达时从每个部分中提取数据。该分析器系统接收与定义其涉及哪个分组的每个数据部分的信息，并使用此信息识别要从数据流中提取的数据。

本发明的第二个方面涉及一种具有为分析器存储数据的多个可编程寄存器的分析器系统，分析器系统接收数据流并根据存储在可编程寄存器中的偏移信息来从数据流中提取数据。

在本发明的任一个方面中，分析器系统最好包括：扫描部分，其识别数据流中的数据的主结构特征的位置(例如一个数据层开始的位置)；以及至少一个分析器单元，其使用扫描部分的输出和偏移信息(在本发明第二方面情况下至少部分来自可编程寄存器)以提取数据。偏移信息识别从结构特征的位置提取的数据的偏移量。

扫描部分使用接收到的、关于数据流的信息，并检查数据自身以确定数据流中分组的特征。例如，除确定分组中层2数据、层3数据和/或层4数据中的一个或更多个的开始位置外，能进一步确定分组是否有VLAN标记(tagged)和/或SNAPed。

可能存在两个分析器单元，一个根据预先确定的偏移量和来自扫描部分的结构数据提取数据，另一个根据来自扫描部分的结构数据和可编程寄存器定义的偏移量提取数据。

附图说明

现在仅仅为了说明的目的参考下面的附图描述本发明的优选特征：

图1以电路图示出作为本发明实施例的分析器系统的操作；

图2示出了如何通过第二分析器和图1实施例中组合器实现密钥的提取；

图3示出了要被该实施例分析的4种分组的结构；和

图4示出了图1的分析器系统的电路图。

具体实施方式

首先参考图1，其以图例示出实施例的操作。

实施例处理具有包括层2数据2(在比特0处开始)和层3数据3实际上也包括层4数据的分组1的数据流，但为了此实施例的目的，层4数据可被简单视为层3数据的一部分。层4数据的开始位置由作为层3数据一部分的字段给定。

数据流作为预定长度的一系列部分进入附图1。数据流最好由一系列交叉并发分组组成。例如，可以达到8个分组，它们被分成部分(例如有时是8字节)，不同数据分组的部分被交叉。使用关于部分是来自哪个分组的信息，在任何时间针对这些部分执行图1的步骤，。这意味着当数据流到达时不需要缓冲全部的数据流。

操作的第一步(步骤5)是为了确定层3起始偏移以及数据是否有VLAN标志或SNAPped。在开始，对于每个接收到的8字节，算法如下计算不同的变量。首先，它通过向计数变量length值添加新字节的数目，更新指示目前为止接收到的分组的字节数的计数变量(length)。变量index(索引)被定义为不比被8除的length大的最大整数。变量offset(偏移)被定义为模8的length。

图3针对4中类型的分组示出了变量index和offset，被标记为(a)，(b)，(c)和(d)，具有在被标记为“字节号(byte number)”的行所标记的字节位置中显示的数据。

·分组类型(a)没有被VLAN标记或snapped，并且层3从字节14开始。

·分组类型(b)被VLAN标记(所以字节12和13是0x8100(1个16进制符号))，并且层3从字节18开始。

·分组类型(c)被以snap包封SNAPped，所述包封从字节14开始，并且层3数据从字节22开始。在字节14到19的位置上为0xAA-AA-03-00-00-00.

·分组类型(d)被以snap包封SNAPped，所述包封从字节14开始，并且被VLANtagged(所以字节12和13是8100)，并且层3数据从字节26开始。在字节18到23的位置上为0xAA-AA-03-00-00-00.

为了确定L3的开始位置。当变量length使得index是1时，在某一时间下面步骤执行：

·检查偏移(offset)4和5的字节。如果它们不是0x8100并且不小于1500，那么字节是类型(a)并且层3从字节14开始。

·否则，如果偏移4和5的字节是0x8100，那么分组被标记(分组必须是类型(b)或类型(d))。设定变量tagged等于1。

·否则，如果偏移4和5的字节少于或等于1500，而且偏移6和7的字节是0xAA-AA，那么分组一定是snapped，设定变量snapped等于1。

·否则，分组是未知协议的。

当数据分组的下一个部分到达时，变量length使得index值为2：

·检查偏移0和1的字节。如果它们比1500大并且tagged＝1，那么分组是类型(b)并且层3从字节18开始。

·否则，如果偏移0和1的字节少于或等于1500并且tagged＝1，那么设定snapped＝1。

·如果tagged＝1并且snapped＝1并且偏移2到7的字节是AA-AA-03-00-00-00，那么分组是类型(d)，并且层3从字节22开始。

·否则，如果tagged＝0并且snapped＝1并且偏移0到3的字节是0x03-00-00-00，那么分组是类型(c)，并且层3从字节22开始。

·否则，协议是未知的。

再参考图1，一旦层3(和其它层)的起始位置已知，数据流的部分被传送给如下面讨论的第一分析器7和第二分析器9。注意，针对这些部分之一，在任何时间执行步骤5操作和第一分析器7和第二分析器9操作。在这种情况下，步骤5的操作使用部分表示信息识别数据的部分属于哪个分组，以及例如在多个分组的情况下针对这些分组中的每一个保持一组变量(例如变量length)。在处理来自一个给定分组的数据流的一部分的过程中，步骤5步涉及更新相应分组的变量。不过分析器1和2不知道此信息。

第一分析器7根据被一组寄存器8定义的位置从分组中提取数据。例如，当8字节要被提取时，8个寄存器(标记为偏移reg 1、……、偏移reg 8)被使用。每个寄存器保留一个指示数据是否从层2或层3数据中被提取的指示(“L2/L3”)，以及指示哪个字节相对于哪些层的此起始位置被提取的偏移。用这种方式，第一分析器7能提取本地密钥。被提取的本地密钥在AND操作11中与8×16比特掩码15(8个寄存器每个提取16比特)进行比较。同一个8×16比特掩码15与8个16比特规则17在AND操作13中进行比较。AND操作11和13的结果在步骤19被比较以生成8×1比特结果。

同时，第二分析器9接收到同样的数据流和确定的层的起点的结果，并提取一组由8个密钥选择寄存器23确定的一组8比特。第二分析器9的输出在步骤21与比较操作19的结果进行比较。

图2示出第二分析器9和组合单元21的操作。图2上面部分示出一个数据分组的通常结构，从层2数据(“层2info”)开始，然后层3数据(“层3info”)，然后层4数据(“层4info”)。使用层位置确定运算法则的结果，第二分析器9被选择性地提供给如图2示出的选择出的字节。根据可编程选择器23的输出，MUX多路复用单元25输出它们的输入中的一个。这些被提供给进一步的MUX多路复用单元27、29。MUX多路复用单元27接收数据分组的其它部分和第一分析器7的输出。MUX多路复用单元29接收MUX多路复用单元27的各个输出和MUX多路复用单元25的各个输出。根据来自可编程寄存器23的选择信号sel[0]31、sel[3]31控制MUX多路复用单元27、29。其结果是用于流引擎的提取的密钥。

再次参考图1，进行比较操作19的输出与用于流引擎的密钥的组合21，以生成最终密钥。像两个分析器的提取操作一样，此密钥的使用对本领域的技术人员来说很清楚。

图4示出在以太网交换机环境中实现图1步骤的分析器系统电路35的设计。分析器系统电路35每次以8字节操作，并具有输入接口41，其接收来自从以太网交换机的引脚接收分组的缓存rx_ififo39的输入，和来自提供包括确认与相应分组(此组成上面讨论的部分识别信息)联系的分组的种类的索引的控制信息的MAC接口rx_mac_ififo37的输入。图1的步骤5操作被单元43执行，并且其结果尤其被传输到单元45，其用作图1的第一和第二分析器并实现图1中生成最终密钥的组合。单元45还从寄存器文件47中接收其它需要的数据，比如图2中寄存器9、17和15的数据。分析器将每个数据流(例如每个同时的分组)的所有信息置于相应分组的描述符中。通过每次每个处理步骤在两个周期操作8字节，分析器能管理8个FE流。

单元45的输出传到分析器parser_mem_iface输出接口49，其按顺序把它传输到以太网交换机的其它单元，特别是内存管理器rx_mem_mgr51。注意，所有的分析器系统电路35的电路最好在单一集成电路上实现。

Claims

1、一种分析器系统，具有：

接口，被配置成接收由多个不同分组的交叉部分组成的数据流以及接收关于定义了哪个分组与其相关的每一个数据的部分识别信息，

分析单元，被配置成以一个部分一个部分的方式来处理数据流并用部分识别信息识别和提取数据，所述分析单元包括：

扫描部分，被配置成使用部分识别信息来识别分组的结构特征，所述结构特征包括分组中一个或多个层2和层3数据的开始位置；

第一分析器，被配置成使用用户可编程偏移信息来提取数据，所述用户可编程偏移信息包括表示是否从层2或层3数据提取数据的指示以及表示相对于层2或层3数据的开始位置要提取的数据的位置的指示；以及

第二分析器，被配置成在由所识别的分组的结构特征和预定偏移信息定义的位置处，从分组中提取数据。

2、如权利要求1所述的分析器系统，其中扫描部分还被配置成识别tagged分组。

3、如权利要求1所述的分析器系统，其中所述扫描部分还被配置成识别snapped分组。

4、如权利要求1所述的分析器系统，其中所述接口被配置成接收包括8个分组的数据流，每一个分组被划分为长度是8字节的部分，交叉所述8个分组的部分。

5.如权利要求4所述的分析器系统，其中所述扫描部分还被配置成针对接收到的8个字节中的每一个计算变量集合，所述变量集合包括：指示了迄今为止接收到的字节的数目的长度变量；指示了不大于所述长度变量除以8的最大整数的索引变量；以及指示了长度变量模8的偏移变量。

6、如权利要求5所述的分析器系统，其中所述扫描部分被配置成根据计算的变量集合，识别分组的层3的开始以及分组包括VLAN标记还是SNAP标记。

7、如权利要求5所述的分析器系统，其中所述第一分析器被配置成使用在用户可编程寄存器中设置的用户可编程偏移信息来提取8个16比特的本地密钥，所述分析单元还被配置成：

对于所提取的本地密钥和8个16比特掩码执行AND运算；

对于所述掩码和8个16比特规则执行AND运算；以及

将AND运算的结果进行比较以产生8个1比特结果。

8、如权利要求7所述的分析器系统，其中所述第二分析器被配置成使用在密钥选择寄存器中设置的预定偏移信息来提取8比特集合，所述分析单元还包括组合单元，所述组合单元被配置成将所述8比特集合与所述8个1比特结果相组合，以产生最终密钥。

9、一种分析数据流的方法，包括步骤：

接收由多个不同分组的交叉部分组成的数据流；

接收关于定义了哪个分组与其相关的每一个数据的部分识别信息，

以一个部分一个部分的方式来处理数据流，所述处理包括用部分识别信息识别分组的结构特征，所述结构特征包括分组中一个或多个层2和层3数据的开始的位置；

使用第一分析器，根据用户可编程偏移信息来从分组中提取数据，所述用户可编程偏移信息包括表示是否从层2或层3数据提取数据的指示以及表示相对于层2或层3数据的开始位置要提取的数据的位置的指示；以及

使用第二分析器，在由所识别的分组的结构特征和预定偏移信息定义的位置处，从分组中提取数据。

10、如权利要求9所述的方法，其中所述识别结构特征的步骤包括识别tagged分组。

11、如权利要求9所述的方法，其中所述识别结构特征的步骤包括识别snapped分组。

12、如权利要求9所述的方法，其中所述接收数据流的步骤包括接收包括8个分组的数据流，每一个分组被划分为长度是8字节的部分，交叉所述8个分组的部分。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述识别结构特征的步骤包括针对接收到的8个字节中的每一个计算变量集合，所述变量集合包括：指示了迄今为止接收到的字节的数目的长度变量；指示了不大于所述长度变量除以8的最大整数的索引变量；以及指示了长度变量模8的偏移变量。

14、如权利要求13所述的方法，其中所述识别结构特征的步骤包括根据计算的变量集合，识别分组的层3的开始以及分组包括VLAN标记还是SNAP标记。

15、如权利要求12所述的方法，其中使用在用户可编程寄存器中设置的用户可编程偏移信息来提取8个16比特的本地密钥，所述方法还包括：

对于所提取的本地密钥和8个16比特掩码执行AND运算；

对于所述掩码和8个16比特规则执行AND运算；以及

将AND运算的结果进行比较以产生8个1比特结果。

16、如权利要求15所述的方法，其中使用所述第二分析器进行提取的步骤包括根据在密钥选择寄存器中设置的预定偏移信息来提取8比特集合，所述方法还包括将所述8比特集合与所述8个1比特结果相组合，以产生最终密钥。