CN101197781A - 一种ip报文发送方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种IP报文发送方法及系统。IP入接口所在接口板将IP报文和IP入接口接口信息封装成第一内部报文发送至IP层处理模块；IP层处理模块解析出IP入接口接口信息和IP报文，放入第一数据包结构中发送至传输层处理模块；传输层处理模块根据IP报文的地址和IP入接口接口信息确定传输层连接，判断传输层连接保存的IP出接口是否与IP入接口一致；如果否，传输层处理模块指定新IP出接口，将新IP出接口的接口信息和IP报文放入第二数据包结构中发送至IP层处理模块；IP层处理模块将IP报文和新IP出接口的接口信息封装成第二内部报文发送至新IP出接口所在的接口板；新IP出接口所在的接口板解析出新IP出接口的接口信息和IP报文，将IP报文发送出去。

Description

一种IP报文发送方法及系统

技术领域

本发明涉及通信领域，更具体地涉及一种IP报文发送方法及系统。

背景技术

在第三代移动通信(3G)和数据通信领域，网际互连协议(Internet Protocol，简称IP)技术被广泛采用。随着信息技术的飞速发展，通信业务量也在急剧膨胀。为了可靠高效地接入大流量的IP数据流，通信系统中普遍采用多接口负荷分担的方法。即，多个以太网接口同时处于主用工作状态，配置多个下一跳路由，采取一定的方法来实现IP报文在这些接口上的负载均衡。

比较常见的负荷分担策略和算法有基于源IP/目的IP地址的策略、基于传输层端口号的策略、以及逐IP报文的加权轮循算法。前面两种比较复杂且存在很多的限制，而逐IP报文的加权轮循算法简单高效，应用广泛。

传输层协议主要有传输控制协议(Transmission ControlProtocol，简称TCP)、用户数据报协议(User Datagram Protocol，简称UDP)、和流控制传输协议(Stream Control TransmissionProtocol，简称SCTP)。其中，TCP和SCTP是面向连接的，UDP一般是无连接的。TCP和SCTP对报文序号的连续性有要求，而承载于UDP之上的很多协议，对报文连续性也有一定的要求。例如，实时传输协议(Real-time Transport Protocol，简称RTP)。当传输层报文被多个接口负荷分担时，存在以下问题：

(1)逐IP报文的轮循方式容易使SCTP/TCP等协议报文到达对端的顺序发生混乱，影响SCTP/TCP等协议处理的收发效率。

(2)如果某个接口的外部网络路由发生故障或软中断，但本系统中的路由条目依然存在，则逐IP报文的轮循发送方式会使SCTP/TCP等协议发生大量的丢包(如果是2个接口负荷分担，则丢包达到一半)，SCTP/TCP等协议的连接和业务受到极大的影响。

(3)无论是采用何种负荷分担策略和算法，只要下一跳设备上配置的到本系统的入向路由与本系统的出向路由不完全匹配，同一条SCTP偶联(或TCP连接)的出接口和入接口就会存在不一致，这可能会带来交换机广播风暴、交换芯片限速丢包等问题，对SCTP偶联(或TCP连接)产生不利。

发明内容

鉴于以上所述的一个或多个问题，本发明提供了一种IP报文发送方法及系统。

根据本发明实施例的IP报文发送方法，包括以下步骤：步骤一，IP入接口接收到外部IP报文后，IP入接口所在的接口板将外部IP报文和IP入接口的接口信息封装在一起生成第一内部报文，并将第一内部报文发送至协议处理板的IP层处理模块；步骤二，IP层处理模块从第一内部报文中解析出IP入接口的接口信息和外部IP报文，并将IP入接口的接口信息和外部IP报文放入第一数据包结构中发送至协议处理板的传输层处理模块；步骤三，传输层处理模块根据外部IP报文的地址和IP入接口的接口信息确定相应的传输层连接，并判断传输层连接保存的IP出接口是否与IP入接口一致；步骤四，如果判断结果为否，则传输层处理模块指定新的IP出接口，并将新的IP出接口的接口信息和外部IP报文放入第二数据包结构中发送至IP层处理模块；步骤五，IP层处理模块将外部IP报文和新的IP出接口的接口信息封装在一起生成第二内部报文，并将第二内部报文发送至IP出接口所在的接口板；以及步骤六，IP出接口所在的接口板从第二内部报文中解析出新的IP出接口的接口信息和外部IP报文，并通过新的IP出接口将外部IP报文发送出去。

其中，传输层处理模块指定新的IP出接口的过程包括以下步骤：步骤a，传输层处理模块预指定新的IP出接口；步骤b，传输层处理模块根据下一跳路由判断预指定的新的IP出接口是否有效；以及步骤c，如果判断结果为是，则将预指定的新的IP出接口作为新的IP出接口，否则采用传输层连接序号对下一跳路由数目取模的方式指定新的IP出接口。其中，在步骤a中，传输层处理模块根据特定的规则决定是否将IP入接口作为预指定的新的IP出接口。具体地，传输层处理模块根据以下规则来决定是否将IP入接口作为预指定的新的IP出接口：如果IP入接口变化后，连续收到的IP报文数量超过特定门限值，则将IP入接口作为预指定的新的IP出接口。

其中，传输层连接可以是SCTP偶联、TCP连接、或UDP/RTP会话中的任一种。

其中，IP入接口和IP出接口都是负荷分担的以太网接口。各以太网接口配置有不同的对外IP地址和介质访问控制地址。通过接口五元组标识各以太网接口。接口五元组包括以下信息：机架号、机框号、槽位号、中央处理单元号、以及端口号。

根据本发明实施例的IP报文发送系统包括：至少一个接口板，包括报文接收单元和报文发送单元，用于接收和发送外部IP报文；以及协议处理板，包括IP层处理模块和传输层处理模块，用于根据接收外部IP报文的接口的信息确定发送外部IP报文的接口板，并通过所确定的发送外部IP报文的接口将外部IP报文发送出去。

其中，IP层处理模块用于将接收外部IP报文的接口的信息和外部IP报文放入数据包结构中发送至传输层处理模块，以及用于将发送外部IP报文的接口的信息和外部IP报文封装成内部报文发送至接口板。

其中，传输层处理模块用于根据外部IP报文的地址和接收外部IP报文的接口的信息确定相应的传输层连接，判断传输层连接保存的发送外部IP报文的接口是否与接收外部IP报文的接口一致，并在不一致的情况下，指定新的发送外部IP报文的接口。其中，传输层处理模块还根据下一条路由判断所指定的新的发送外部IP报文的接口是否有效，并在无效的情况下，重新指定。

根据本发明实施例的IP报文发送系统还包括：路由处理板，包括接口表单元和路由表单元，用于存储各接口板的相关信息以及对应于发送外部IP报文的接口的路由的相关信息。其中，路由处理板还包括：接口管理单元，用于根据各接口板的状态变化，对接口表单元和路由表单元进行实时更新。

其中，接口板还包括：接口状态检测单元，用于定期或不定期地检测接口板的状态，并在接口板的状态发生变化时，向路由处理板报告接口板的状态变化情况。

其中，协议处理板还包括：路由查找单元，用于在发送或接收外部IP报文的过程中，查找接口表单元和路由表单元，以保证所指定的新的发送外部IP报文的接口有效。

本发明为传输层和会话层协议提供了一种新的IP报文发送方法，解决了多接口负荷分担时存在的IP报文乱序和链路可靠性等问题。另外，本发明的使用方便可靠，对本端IP网络层的实现方式以及对端的处理方式没有特殊要求，通用性强，效率高。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的IP报文发送系统的组网及连接示意图；

图2是根据本发明实施例的内部板间通信报文封装格式的示意图；

图3是图1所示的系统从外部接收报文的处理流程图；以及

图4是图1所示的系统向外部发送报文的处理流程图。

具体实施方式

下面参考附图，详细说明本发明的具体实施方式。

参考图1，说明根据本发明实施例的IP报文发送系统的组网及连接情况。如图1所述，该系统由多块以太网接口板(2、3)、多块协议处理板(5、6、7)、以及路由处理板4构成，它们之间通过内部交换网8进行通信。在图1中，接口板2的外部以太网接口a和接口板3的外部以太网接口b配置为互为负荷分担的关系，以太网接口a和b分别通过单独的以太网线接入网络交换机9和10，网络交换机9和10再通过路由器11连接承载网12。

其中，以太网接口板可以包括：  IP报文接收单元和IP报文发送单元，分别用于在以太网接口板的以太网接口处于主用状态时，接收和发送IP报文；接口状态检测单元，用于定时检测以太网接口板的以太网接口的当前状态，并在以太网接口板的以太网接口的状态从失效变为有效或者从有效变为失效时，发出接口状态变化消息，并通知路由处理板。

其中，路由处理板可以包括：接口表单元，用于存储IP报文发送系统中的所有以太网接口信息，其中，每一个以太网接口用接口五元组标识，并分配一个索引值；路由表单元，用于在发送IP报文时选择路由以及出接口，接收IP报文时选择路由并进行分发，其中，路由表中的每个路由条目与一个接口索引值关联，根据索引值可以从接口表中查找到相应的接口；以及接口管理单元，用于在以太网接口状态变化时更新接口表和路由表，同时负责向各个以太网接口板和协议处理板同步接口表及路由表的信息。

其中，协议处理板可以包括：IP层处理模块和传输层处理模块，用于IP报文的收发和处理，为上层业务模块提供承载应用，在业务报文发送时通过路由查找和出接口选择策略指定合适的出接口，将报文发往目的端；路由查找单元，用于在IP报文的发送和接收过程中，查找路由表和接口表，以保证查找到的以太网接口一定是可用的、处于主用工作状态的接口。

具体地，IP层处理模块用于将接收外部IP报文的接口的信息和外部IP报文放入数据包结构中发送至传输层处理模块，以及用于将发送外部IP报文的接口的信息和外部IP报文封装成内部报文发送至接口板。传输层处理模块用于根据外部IP报文的地址和接收外部IP报文的接口的信息确定相应的传输层连接，判断传输层连接保存的发送外部IP报文的接口是否与当前接收外部IP报文的接口一致，并在不一致的情况下，指定新的发送外部IP报文的接口。其中，传输层处理模块还根据路由下一跳判断所指定的新的发送外部IP报文的接口是否有效，并在无效的情况下，重新指定。

需要说明的是，图1中的以太网接口a和b可以位于同一块接口板，也就是接口板2和3可以是同一设备；网络交换机9和10可以是集线器、二层交换机、三层交换机等设备，而且可以是同一个设备。

图1中的接口板2和3分别通过内部以太网接口c和d连接内部交换网8，协议处理板5、6、7则分别通过内部以太网接口e、f、g连接内部交换网8。每块协议处理板上可以同时包含SCTP、TCP和UDP/RTP协议处理模块，也可以各自只包含一个传输层处理模块。

上述接口板2和3，用于将外部以太网接口a和b上收到的IP报文根据协议转发表分发到相应的协议处理板处理，同时将协议处理板5、6、7发出的IP报文送往外部网络。

需要说明的是，协议转发表是通过人工配置的，协议转发表的每个条目包括协议类型、源IP、源端口、目的IP、目的端口、归属模块号等字段。其中，模块号是协议处理板的编号，由机架号、机框号、槽位号、CPU号这四元组唯一确定。

参考图2，说明根据本发明实施例的内部板间通信报文的封装格式。如图2所述，接口板和协议处理板之间的内部通信是在外部IP报文前封装内部以太网头、内部IP头和接口信息实现的。图1所示的系统从外部接收IP报文时，图2中的接口信息为接口板外部以太网接口的接口五元组信息(机架号、机框号、槽位号、CPU号、端口号)；图1所示的系统向外部发送IP报文时，图2中的接口信息为接口板外部以太网接口的端口号。

参考图3，说明图1所示的系统从外部接收IP报文的处理流程。如图3所示，该处理流程包括以下步骤：

S302，外部以太网接口a或b从外部网络接收到一个IP报文，检查IP报文头中的协议类型，是SCTP/TCP/UDP协议，则根据协议类型、源IP、源端口、目的IP、目的端口来查找协议转发表，得到该报文的归属模块号(即协议处理板编号)，然后根据模块号查找模块映射表，得到该协议处理板对应的内部以太网接口(e、f或g)的内部介质访问控制地址(MAC)和内部IP，进入步骤S304。

S304，接口板在外部IP前封装入接口a或b的接口五元组信息，接着再封装内部IP头及MAC头，其中内部目的IP和目的MAC地址为步骤S302中查表得到的内部以太网接口(e、f或g)对应的内部IP和内部MAC，内部源IP和源MAC为接口板(2或3)内部以太网接口(c或d)对应的内部IP和内部MAC。封装成内部报文后，通过内部交换网8送往协议处理板(5、6或7)对应的内部以太网接口(e、f或g)，进入步骤S306。

S306，协议处理板(5、6或7)解析内部报文得到外部IP报文和入接口五元组信息，将外部IP报文和入接口五元组信息都放入统一的数据包(packet)结构包中，交SCTP、TCP或UDP/RTP协议处理模块处理，进入步骤S308。

S308，SCTP、TCP或UDP/RTP协议处理模块根据外部IP报文中的源IP、源端口、目的IP、目的端口等信息确定该IP报文所属的SCTP偶联(或TCP连接、RTP会话)，然后进入步骤S310。

S310，出接口跟随入接口调整的原则是：如果该偶联(或连接、会话)的入接口发生变化，则需要在新的入接口上连续收到的报文数量超过门限值的情况下，才将该入接口指定为出接口；否则仍保持原出接口不变。因此在步骤S310，判断该偶联(或连接、会话)以往保存的入接口与当前的入接口五元组信息是否相同，如果不同，则说明入接口发生了变化，进入步骤S312；否则，进入步骤S316。

S312，累积计数器置1，表明在变化后新的入接口上收到第1个报文。

S314，将当前的入接口五元组信息保存到该偶联(或连接、会话)的控制参数中，这是新的入接口上收到的第一个报文，进入步骤S324。

S316，判断该偶联(或连接、会话)当前的入接口与当前的出接口五元组信息是否一致，如果不一致，则进入步骤S318，否则，进入步骤S324。

S318，说明在新的入接口上连续收到了报文，因此需要对累积计数器加1，然后判断是否超过门限值，此为步骤S320。

S320，如果计数器没有超过门限值，不需要改变当前的出接口，进入步骤S324；如果计数器大于门限值，则说明在新的入接口上连续收到的报文数量超过门限值，进入步骤S322。

S322，将该入接口指定为新的出接口，计数器恢复为0，这里的门限值可以根据实际组网情况进行手工配置。

S324，保持出接口不变。

参考图4，说明图1所示的系统向外部发送报文的处理流程。如图4所示，该处理流程包括以下步骤：

S402，协议处理板上的SCTP(或TCP、RTP)协议处理模块向外发送IP报文时，根据目的IP地址查找路由表，由于配置的路由是多下一跳负荷分担，因此得到负荷分担的多个下一跳，每个下一跳对应一个出接口，进入步骤S404。

S404，判断当前SCTP偶联(或TCP连接、RTP会话)保存的出接口是否有效，如果无效(当前指定的出接口为空，或者在步骤S402中查路由后得到的多个出接口中不存在当前指定的这个出接口)，则执行步骤S406；如果步骤S404判断当前保存的出接口有效，则执行步骤S410。

S406，采用SCTP偶联(或TCP连接、RTP会话)序号对下一跳数目取模的方式指定出接口。

需要说明的是，每个SCTP偶联(或TCP连接号、RTP会话号)都有唯一的序号，其中，对端IP地址相同的放到一起，配置为连续的序号，这样在步骤S406中就能够将出向负荷尽可能均分到不同的出接口上。路由表中多下一跳路由的每一个条目关联一个出接口，查询多下一跳路由得到的是一个路由索引数组，数组元素数目等于出接口数目，步骤S406对下一跳数目取模，实际上也就是对出接口数目取模。

S408，选择新的发送出接口。

S410，指定该接口为当前报文发送的出接口。

S412，SCTP(或TCP、UDP/RTP)协议处理模块将指定的出接口信息随同报文放入packet结构包中，传给IP层处理模块。

S414，IP层处理模块首先将传输层报文封装成外部IP报文，然后将出接口五元组信息中的出接口端口号封装到外部IP报文前。

S416，协议处理板上的支撑子系统根据出接口五元组信息查表得到接口板对应内部以太网接口的内部IP及MAC，封装成内部以太网报文后通过内部交换网送到接口板。

S418，接口板解封装内部报文，根据出接口信息选择对应的外部以太网接口，将外部IP报文发送出去。

综上所述，本发明既能充分发挥多接口负荷分担的优势，又尽可能地避免了由此带来的IP报文乱序和链路可靠性等问题，提高了系统对传输层协议处理的性能，用于3G通信设备和数据通信设备时，可保证信令、语音以及数据传输等业务的稳定性和可靠性。同时，本发明所述的方法和系统，操作使用简单方便，对本端IP网络层的实现方式以及外部的组网形式、对端的处理方式都没有特殊要求，具有很强的通用性和实用性。

此外，本发明所述的出接口自适应调整方法和系统中的接口类型包含但不局限于以太网类型接口，对于其他类型的接口，也可以实现本发明所述的出接口自适应调整方法和系统，因此，也在本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (16)

1.一种IP报文发送方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，IP入接口接收到外部IP报文后，所述IP入接口所在的接口板将所述外部IP报文和所述IP入接口的接口信息封装在一起生成第一内部报文，并将所述第一内部报文发送至协议处理板的IP层处理模块；

步骤二，所述IP层处理模块从所述第一内部报文中解析出所述IP入接口的接口信息和所述外部IP报文，并将所述IP入接口的接口信息和所述外部IP报文放入第一数据包结构中发送至所述协议处理板的传输层处理模块；

步骤三，所述传输层处理模块根据所述外部IP报文的地址和所述IP入接口的接口信息确定相应的传输层连接，并判断所述传输层连接保存的IP出接口是否与所述IP入接口一致；

步骤四，如果判断结果为否，则所述传输层处理模块指定新的IP出接口，并将所述新的IP出接口的接口信息和所述外部IP报文放入第二数据包结构中发送至所述IP层处理模块；

步骤五，所述IP层处理模块将所述外部IP报文和所述新的IP出接口的接口信息封装在一起生成第二内部报文，并将所述第二内部报文发送至所述新的IP出接口所在的接口板；以及

步骤六，所述新的IP出接口所在的接口板从所述第二内部报文中解析出所述新的IP出接口的接口信息和所述外部IP报文，并通过所述新的IP出接口将所述外部IP报文发送出去。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传输层处理模块指定所述新的IP出接口的过程包括以下步骤：

步骤a，所述传输层处理模块预指定新的IP出接口；

步骤b，所述传输层处理模块根据下一跳路由判断所述预指定的新的IP出接口是否有效；以及

步骤c，如果判断结果为是，则将所述预指定的新的IP出接口作为所述新的IP出接口，否则采用传输层连接序号对下一跳路由数目取模的方式指定所述新的IP出接口。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤a中，所述传输层处理模块根据特定的规则决定是否将所述IP入接口作为所述预指定的新的IP出接口。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述传输层处理模块根据以下规则来决定是否将所述IP入接口作为所述预指定的新的IP出接口：如果所述IP入接口变化后，连续收到的IP报文数量超过特定门限值，则将所述IP入接口作为所述预指定的新的IP出接口。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述IP入接口和所述IP出接口都是负荷分担的以太网接口。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，各所述以太网接口配置有不同的对外IP地址和介质访问控制地址。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过接口五元组标识各所述以太网接口。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述接口五元组包括以下信息：机架号、机框号、槽位号、中央处理单元号、以及端口号。

9.一种IP报文发送系统，其特征在于，包括：

至少一个接口板，包括报文接收单元和报文发送单元，用于接收和发送外部IP报文；以及

协议处理板，包括IP层处理模块和传输层处理模块，用于根据接收所述外部IP报文的接口的信息确定发送所述外部IP报文的接口，并通过所确定的发送所述外部IP报文的接口将所述外部IP报文发送出去。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述IP层处理模块用于将接收所述外部IP报文的接口的信息和所述外部IP报文放入数据包结构中发送至所述传输层处理模块，以及用于将发送所述外部IP报文的接口的信息和所述外部IP报文封装成内部报文发送至所述接口板。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述传输层处理模块用于根据所述外部IP报文的地址和接收所述外部IP报文的接口的信息确定相应的传输层连接，判断所述传输层连接保存的发送所述外部IP报文的接口是否与接收所述外部IP报文的接口一致，并在不一致的情况下，指定新的发送所述外部IP报文的接口。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述传输层处理模块还根据路由下一跳判断所指定的新的发送所述外部IP报文的接口是否有效，并在无效的情况下，重新指定。

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

路由处理板，包括接口表单元和路由表单元，用于存储各所述接口板的接口的相关信息以及对应于发送所述外部IP报文的路由的相关信息。

14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述路由处理板还包括：

接口管理单元，用于根据各所述接口板的状态变化，对所述接口表单元和所述路由表单元进行实时更新。

15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述接口板还包括：

接口状态检测单元，用于定期或不定期地检测所述接口板的状态，并在所述接口板的状态发生变化时，向所述路由处理板报告所述接口板的状态变化情况。

16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述协议处理板还包括：

路由查找单元，用于在发送或接收所述外部IP报文的过程中，查找所述接口表单元和所述路由表单元，以保证所指定的新的发送所述外部IP报文的接口有效。

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