CN101635676B - 一种报文处理方法和一种网络设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种报文处理方法，包括：网络操作系统NOS向驱动提供一个业务流表查询接口；当驱动接收到报文时，通过调用所述业务流表查询接口获得NOS上的业务流表内容，并查询所获得的业务流表内容中是否存在与所接收报文中的业务流标识对应的条目；是则，驱动将所接收的报文按照对应条目中的内容进行业务处理并转发；否则，驱动将所接收的报文进行适配处理后上送给NOS。本发明还公开了一种网络设备。本发明的技术方案大大提高了报文转发效率。

Description

一种报文处理方法和一种网络设备

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，尤指一种报文处理方法和一种网络设备。

背景技术

现有的网络设备一般都由网络操作系统(NOS，Network OperatingSystem)和驱动部分构成。其中，NOS部分提供完整的网络功能，驱动适配不同的硬件，使能NOS能够在具体硬件上正常工作。

NOS为了屏蔽底层硬件的区别，会定义一些标准的报文上送格式，屏蔽不同产品的硬件差异。NOS会定义一个标准的报文入口，不同的产品都按统一的报文入口进行报文封装，进行报文处理，同时NOS为了适应不同产品的需求，在处理上需要兼容不容产品的流程，这样在处理性能上难免比较低。下面以NOS的网络地址转换(NAT，Network Address Translation)为例进行说明。

图1是现有技术中的NOS进行NAT转换处理的流程示意图。参见图1，对于一条流的首报文，首先经过驱动的适配处理，完成MBUF封装，然后进入NOS进行2层报文处理，2层报文处理完成后进行3层路由转发处理，检查出接口发现需要进行NAT业务处理，则查询NAT规则，获取NAT转换信息，建立NAT会话表，完成NAT地址转换，然后进行2层封装后下发给驱动，驱动进行适配处理后将报文发送出去。对于该流的首报文后的后续报文，同样经过驱动的适配处理完成MBUF封装，然后进行NOS进行2层报文处理，2层报文处理后，查询NAT会话表，如果命中NAT会话表(由于首报文时已建立了相应的NAT会话表项，因此同一跳流的后续报文一定会命中)，则根据命中结果进行NAT地址转换，同时获取NAT会话表中的路由下一跳信息，进行2层封装后下发给驱动，驱动进行适配处理后将报文发送出去。可见，后续报文由于不用进行3层路由转发(但还需要进行除路由转发以外的其他的网络层处理)，省略了NAT规则的查找，所以后续报文的转发性能要好于新建流时的首报文的转发性能。

NOS对于其他业务的处理，例如防火墙、IPv4或IPv6地址转换业务的处理过程与图1所示的过程相似，只要将图1中NAT业务处理过程替换为其他的业务处理过程即可。

可见，通过NOS的标准业务处理流程中，即使是业务的后续报文也需要经过驱动的报文封装，在NOS上进行2层处理后，在三层处理时才能通过会话表加快处理流程。因此现有的NOS的业务处理过程中的报文转发效率低。

发明内容

本发明提供了一种报文处理方法，该方法大大提高了报文转发效率。

本发明还提供了一种网络设备，该网络设备大大提高了报文转发效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

本发明公开了一种报文处理方法，网络操作系统NOS向驱动提供一个业务流表查询接口，该方法包括：

当驱动接收到报文时，通过调用所述业务流表查询接口获得NOS上的业务流表内容，并查询所获得的业务流表内容中是否存在与所接收报文中的业务流标识对应的条目；

当所获得的业务流表内容中存在与所接收报文中的业务流标识对应的条目时，驱动将所接收的报文按照对应条目中的内容进行业务处理并转发；

反之，当所获得的业务流表内容中不存在与所接收报文中的业务流标识对应的条目时，驱动将所接收的报文进行适配处理后上送给NOS。

本发明还公开了一种网络设备，该网络设备包括：网络操作系统NOS和驱动，

NOS，用于向驱动提供一个业务流表查询接口；

驱动，用于在接收到报文时，通过调用所述业务流表查询接口获得NOS上的业务流表内容，并查询所获得的业务流表内容中是否存在与所接收报文中的业务流标识对应的条目；是则，将所接收的报文按照对应条目中的内容进行业务处理并转发；否则，将所接收的报文进行适配处理后上送给NOS。

由上述技术方案可见，本发明这种网络操作系统NOS向驱动提供一个业务流表查询接口，当驱动接收到报文时，通过调用所述业务流表查询接口获得NOS上的业务流表内容，并查询所获得的业务流表内容中是否存在与所接收报文中的业务流标识对应的条目，是则将所接收的报文按照对应条目中的内容进行业务处理并转发，否则将所接收的报文进行适配处理后上送给NOS的技术方案，使得驱动通过业务流表查询接口获知业务流表中已经存在所接收报文对应的条目时，直接根据对应条目内容对报文进行业务处理并转发，这样驱动无需将所有报文都上送到NOS进行处理，从而大大提高了报文转发效率。

附图说明

图1是现有技术中的NOS进行NAT转换处理的流程示意图；

图2是本发明实施例中的一种报文处理方法的流程图；

图3是本发明实施例中的一种报文处理方法的较佳流程图；

图4是本发明实施例一种网络设备的组成结构框图。

具体实施方式

图2是本发明实施例中的一种报文处理方法的流程图。在该方法中，网络操作系统NOS向驱动提供一个业务流表查询接口，则该方法中的报文处理流程包括：

步骤201，当驱动接收到报文时，通过调用业务流表查询接口获得NOS上的业务流表内容，并查询所获得的业务流表内容中是否存在与所接收报文中的业务流标识对应的条目，是则执行步骤202，否则执行步骤203。

本步骤中，所述NOS上的业务流表的内容与现有技术中的相同，即业务流表中的每个条目包括：业务流标识和对应的业务处理信息。例如，对于NAT转换业务来说，业务流表即为NAT会话表，业务流表中的每个条目包括：业务流标识和NAT转换信息。这里业务流标识一般为IP五元组：源IP地址+源端口+协议类型+目的IP地址+目的端口。NAT转换信息一般包括：NAT转换地址和路由下一跳信息。

本步骤中，驱动调用业务流表查询接口，会刷新NOS上的业务流表，避免业务流表老化。这与现有技术中的每次查询业务流表时刷新业务流，避免业务流表老化的机制类似。

步骤202，当所获得的业务流表内容中存在与所接收报文中的业务流标识对应的条目时，驱动将所接收的报文按照对应条目中的内容进行业务处理并转发。

本步骤中，由于驱动不需要将报文上送NOS处理，而是根据业务流表中的对应条目直接进行业务处理以及转发，因此在本发明实施例中，还将不同业务流对应的出口链路层封装信息挂接在业务流表中，即业务流表的每个条目除了包括业务流标识和对应的业务处理信息以外，还包括对应的出接口和出口链路层封装信息。这样，驱动将所接收报文按照对应条目中的业务处理信息进行业务处理后，根据对应条目中的出接口和出口链路封装信息对报文进行出口链路封装并发送。

步骤203，当所获得的业务流表内容中不存在与所接收报文中的业务流标识对应的条目时，驱动将所接收的报文进行适配处理后上送给NOS。

本步骤中，驱动将所接收的报文进行适配处理后上送给NOS之后，NOS对报文进行的处理与现有技术相同，具体包括：NOS首先对报文进行链路层处理，然后进行网络层处理后查询业务流表中是否存在与报文中的业务流标识对应的条目；如果业务流表中存在与报文中的业务流标识对应的条目，则NOS将报文按照对应条目中的内容进行业务处理，然后进行出口链路封装后下发给驱动；如果业务流表中不存在与报文中的业务流标识对应的条目，则NOS对报文进行网络层转发处理，然后进行业务处理，并在业务流表中增加相应的条目，最后进行出口链路封装后下发给驱动；驱动从NOS接收到报文后，进行适配处理并发送。

图2所示的技术方案，使得驱动通过业务流表查询接口获知业务流表中已经存在所接收报文对应的条目时，直接根据对应条目内容对报文进行业务处理并转发，这样驱动无需将所有报文都上送到NOS进行处理，从而大大提高了报文转发效率。

在一条业务流中，除了首报文以外，可能还有一些报文必须要走NOS的标准业务流程，即对于这些报文驱动不能直接转发。例如，需要进行应用层网关(ALG，Application Layer Gateway)处理的报文，以及TCP连接没有建立时的业务流报文等。考虑到这一点，在本发明实施例中，还在业务流表中增加了加速标记，即业务流表中的每个条目除了包括业务流标识、业务处理信息、出接口和出口链路封装信息以及加速标记。这样，当一条业务流中报文必须由NOS处理时，NOS将业务流表中的对应于该业务流的条目中的加速标志设置为无效；反之，NOS将业务流表中的对应于该业务流的条目中的加速标志设置为有效。则在步骤202中，当所获得的业务流表内容中存在与所接收报文中的业务流标识对应的条目时，驱动将所接收的报文按照对应条目中的内容进行业务处理并转发之前，进一步判断对应条目中的加速标记是否有效，是则执行所述将所接收的报文按照对应条目中的内容进行业务处理并转发的步骤，否则将所接收的报文进行适配处理后上送给NOS，由NOS按照现有流程对报文进行处理。此时的报文处理流程如图3所示。

图3是本发明实施例中的一种报文处理方法的较佳流程图。如图3所示，包括以下步骤：

步骤301，驱动网络接收到报文后，驱动通过调用业务流表查询接口获得NOS上的业务流表内容，并查询所获得的业务流表内容中是否存在与所接收报文中的业务流标识对应的条目，是则执行步骤302，否则执行步骤304。

步骤302，如果所获得的业务流表内容中存在与所接收报文中的业务流标识对应的条目，则驱动进一步判断该对应条目中的加速标记是否有效，是则执行步骤303，否则执行步骤304。

步骤303，驱动将报文按照对应条目中的业务处理信息进行业务处理后，根据对应条目中的出接口和出口链路封装信息对报文进行出口链路封装，然后报文通过驱动网口发送出去。结束流程。

步骤304，驱动对报文进行适配完成MBUF封装，获得接口信息后，上报给NOS。

步骤305，NOS对报文进行链路层处理。

步骤306，NOS对报文进行网络层转发以及业务处理。

步骤307，NOS对报文进行出口链路封装处理，然后下发给驱动。

步骤308，驱动完成从MBUF中获取报文，然后报文通过驱动网口发送出去。

上述步骤304～308与现有流程相同。

下面以NAT业务为例对本发明的方案进行进一步的说明，此时的业务流表称为NAT会话表，例如：

当私网IP 10.0.0.1首次以TCP访问公网IP 2.2.2.2时，报文进入到CPU，软件驱动收到报文后，通过调用NOS提供的查询接口获得NAT会话表的内容，直接根据IP五元组查找NAT会话表，由于是首次转发所以必然查找不到相应的条目，这时驱动对报文进行MBUF封装，填写MBUF信息，将物理端口转换成NOS能够识别的逻辑接口号，将报文上送给NOS的链路层处理，完成链路层处理后剥离链路层封装，然后进行IP转发处理，发现出接口配置了NAT业务，则查找NAT规则，得到NAT地址池，在NAT会话表中创建相应的NAT会话，填入NAT转换信息和挂接出接口和出口链路封装信息，然后完成NAT地址变换，将报文转发链路层进行出口链路封装，完成出口链路封装后，将报文交给驱动，驱动获取报文发送出去；

由于TCP是基于状态的协议，NAT会话表同样会跟踪TCP状态，当TCP的状态不是连接建立状态时，NOS将NAT会话表中的加速标志设置为无效，以保证NAT会话表的状态机能够正常处理；当TCP的状态是连接建立状态时，NOS将加速标志设置为有效。还需要说明的是，TCP的FIN报文和RST报文是表示拆除TCP连接的报文，该报文必须要上送NOS进行处理，因此驱动在接收到FIN报文或RST报文时，不管NAT会话表中的对应加速标志是否有效，都将报文上送给NOS；NOS接收到FIN报文或RST报文时，将NAT会话表中的对应加速标志设置为无效，以便后续的报文都能够被上送到NOS进行处理。

此外，对于需要作ALG处理的报文，业务流表中的加速标志也需要设置为无效，以便报文能够做ALG处理；

对于控制TCP连接建立的SYN、SYNACK、和ACK报文，虽然在其进入时能够在业务流表中查询到相应的条目，但由于此时TCP连接还未建立，加速标志为无效值，则这样报文会与首报文一样，上送到NOS平台，平台完成会话的TCP状态处理，进入连接建立状态后，设置加速标志为有效；

对于后续的TCP报文，驱动收到报文后，直接查询NOS提供的业务流表查询接口，获得NAT变换信息和链路层封装信息，直接进行NAT变换后完成链路层封装后，发送出去。

图4是本发明实施例一种网络设备的组成结构框图。如图4所示，该网络设备包括：NOS 401和驱动402，其中：

NOS 401，用于向驱动提供一个业务流表查询接口；

驱动402，用于在接收到报文时，通过调用所述业务流表查询接口获得NOS 401上的业务流表内容，并查询所获得的业务流表内容中是否存在与所接收报文中的业务流标识对应的条目；是则，将所接收的报文按照对应条目中的内容进行业务处理并转发；否则，将所接收的报文进行适配处理后上送给NOS。

在图4中，所述NOS 401，进一步用于当一条业务流中报文必须由NOS处理时，将业务流表中的对应于该业务流的条目中的加速标志设置为无效；反之，将业务流表中的对应于该业务流的条目中的加速标志设置为有效。

则所述驱动402，在所获得的业务流表内容中存在与所接收报文中的业务流标识对应的条目时，进一步用于判断对应条目中的加速标记是否有效，是则执行所述将所接收的报文按照对应条目中的内容进行业务处理并转发的步骤，否则将所接收的报文进行适配处理后上送给NOS 401。

在图4中，所述驱动402，进一步用于在接收到的报文是传输控制协议TCP中的FIN报文或RST报文时，无论判断出对应条目中的加速标记是否有效，都将所接收的FIN报文或RST报文进行适配处理后上送给NOS 401；

所述NOS 401，用于在TCP的状态不是连接建立状态时，将业务流表中的对应条目中加速标志设置为无效；用于在TCP的状态是连接建立状态时，将业务流表中的对应条目中加速标志设置为有效；用于在接收到驱动上送的FIN报文或RST报文时，将业务流表中的对应条目中的加速标记设置为无效；用于当一条流中的报文需要进行应用层网关ALG处理时，将业务流表中的对应条目中加速标志设置为无效。

在图4中，所述NOS 401，进一步用于在接收到来自驱动402的报文时，首先对报文进行链路层处理，然后进行网络层处理后查询业务流表中是否存在与报文中的业务流标识对应的条目；是则将报文按照对应条目中的内容进行业务处理，然后进行出口链路封装后下发给驱动；否则对报文进行网络层转发处理，然后进行业务处理，并在业务流表中增加相应的条目，最后进行出口链路封装后下发给驱动402；所述驱动402，进一步用于从NOS 401接收到报文后，进行适配处理并发送。

在图4所示的网络设备中，所述业务流表中的每个条目均包括：业务流标识、相应的业务处理信息、出接口和和出口链路封装信息；所述驱动402，用于将所接收报文按照对应条目中的业务处理信息进行业务处理后，根据对应条目中的出接口和出口链路封装信息对报文进行出口链路封装并发送。

综上所述，本发明这种网络操作系统NOS向驱动提供一个业务流表查询接口，当驱动接收到报文时，通过调用所述业务流表查询接口获得NOS上的业务流表内容，并查询所获得的业务流表内容中是否存在与所接收报文中的业务流标识对应的条目，是则将所接收的报文按照对应条目中的内容进行业务处理并转发，否则将所接收的报文进行适配处理后上送给NOS的技术方案，使得驱动通过业务流表查询接口获知业务流表中已经存在所接收报文对应的条目时，直接根据对应条目内容对报文进行业务处理并转发，这样驱动无需将所有报文都上送到NOS进行处理，从而大大提高了报文转发效率。

本发明的方案不需要修改NOS的处理流程，驱动的工作量也不大，但效果却显著。在现有技术中，为了适配NOS的输入，驱动需要做很多额外的工作，导致性能严重受到影响，例如，上送报文时需要封装MBUF，获得接口信息，保留硬件转发必要的信息到MBUF中，解封装硬件上送的命令头，下发时还需要做相反的工作，但使用本发明的方案后，对于可快速转发的报文，这些工作可以省略，转发性能得到了大大的提高。并且本发明的方案能够完全兼容NOS自身的业务流表的状态处理和表项老化。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种报文处理方法，其特征在于，网络操作系统NOS向驱动提供一个业务流表查询接口，该方法包括：

当驱动接收到报文时，通过调用所述业务流表查询接口获得NOS上的业务流表内容，并查询所获得的业务流表内容中是否存在与所接收报文中的业务流标识对应的条目；

当所获得的业务流表内容中存在与所接收报文中的业务流标识对应的条目时，驱动将所接收的报文按照对应条目中的内容进行业务处理并转发；

反之，当所获得的业务流表内容中不存在与所接收报文中的业务流标识对应的条目时，驱动将所接收的报文进行适配处理后上送给NOS；

当一条业务流中报文必须由NOS处理时，NOS将业务流表中的对应于该业务流的条目中的加速标志设置为无效；反之，NOS将业务流表中的对应于该业务流的条目中的加速标志设置为有效。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所获得的业务流表内容中存在与所接收报文中的业务流标识对应的条目时，驱动将所接收的报文按照对应条目中的内容进行业务处理并转发之前，该方法进一步包括：

驱动判断对应条目中的加速标记是否有效，是则执行所述将所接收的报文按照对应条目中的内容进行业务处理并转发的步骤，否则将所接收的报文进行适配处理后上送给NOS。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

当驱动接收到的报文是传输控制协议TCP中的FIN报文或RST报文时，无论驱动判断对应条目中的加速标记是否有效，都将所接收的FIN报文或RST报文进行适配处理后上送给NOS；

所述当一条业务流中报文必须由NOS处理时，NOS将业务流表中的对应于该业务流的条目中的加速标志设置为无效；反之，NOS将业务流表中的对应于该业务流的条目中的加速标志设置为有效包括：

当TCP的状态不是连接建立状态时，NOS将业务流表中的对应条目中加速标志设置为无效；

当TCP的状态是连接建立状态时，NOS将业务流表中的对应条目中加速标志设置为有效；

当NOS接收到驱动上送的FIN报文或RST报文时，将业务流表中的对应条目中的加速标记设置为无效；

当一条流中的报文需要进行应用层网关ALG处理时，NOS将业务流表中的对应条目中加速标志设置为无效。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在驱动将所接收的报文进行适配处理后上送给NOS之后，该方法进一步包括：

NOS首先对报文进行链路层处理，然后进行网络层处理后查询业务流表中是否存在与报文中的业务流标识对应的条目；

如果业务流表中存在与报文中的业务流标识对应的条目，则NOS将报文按照对应条目中的内容进行业务处理，然后进行出口链路封装后下发给驱动；

如果业务流表中不存在与报文中的业务流标识对应的条目，则NOS对报文进行网络层转发处理，然后进行业务处理，并在业务流表中增加相应的条目，最后进行出口链路封装后下发给驱动；

驱动从NOS接收到报文后，进行适配处理并发送。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述业务流表中的每个条目均包括：业务流标识、相应的业务处理信息、出接口和出口链路封装信息；

所述驱动将所接收的报文按照对应条目中的内容进行业务处理并转发包括：驱动将所接收报文按照对应条目中的业务处理信息进行业务处理后，根据对应条目中的出接口和出口链路封装信息对报文进行出口链路封装并发送。

6.一种网络设备，该网络设备包括：网络操作系统NOS和驱动，其特征在于，

NOS，用于向驱动提供一个业务流表查询接口，并用于当一条业务流中报文必须由NOS处理时，将业务流表中的对应于该业务流的条目中的加速标志设置为无效；反之，将业务流表中的对应于该业务流的条目中的加速标志设置为有效；

驱动，用于在接收到报文时，通过调用所述业务流表查询接口获得NOS上的业务流表内容，并查询所获得的业务流表内容中是否存在与所接收报文中的业务流标识对应的条目；是则，将所接收的报文按照对应条目中的内容进行业务处理并转发；否则，将所接收的报文进行适配处理后上送给NOS。

7.如权利要求6所述的网络设备，其特征在于，

所述驱动，在所获得的业务流表内容中存在与所接收报文中的业务流标识对应的条目时，进一步用于判断对应条目中的加速标记是否有效，是则执行所述将所接收的报文按照对应条目中的内容进行业务处理并转发的步骤，否则将所接收的报文进行适配处理后上送给NOS。

8.如权利要求7所述的网络设备，其特征在于，

所述驱动，进一步用于在接收到的报文是传输控制协议TCP中的FIN报文或RST报文时，无论判断出对应条目中的加速标记是否有效，都将所接收的FIN报文或RST报文进行适配处理后上送给NOS；

所述NOS，用于在TCP的状态不是连接建立状态时，将业务流表中的对应条目中加速标志设置为无效；用于在TCP的状态是连接建立状态时，将业务流表中的对应条目中加速标志设置为有效；用于在接收到驱动上送的FIN报文或RST报文时，将业务流表中的对应条目中的加速标记设置为无效；用于当一条流中的报文需要进行应用层网关ALG处理时，将业务流表中的对应条目中加速标志设置为无效。

9.如权利要求6或7所述的网络设备，其特征在于，

所述NOS，进一步用于在接收到来自驱动的报文时，首先对报文进行链路层处理，然后进行网络层处理后查询业务流表中是否存在与报文中的业务流标识对应的条目；是则将报文按照对应条目中的内容进行业务处理，然后进行出口链路封装后下发给驱动；否则对报文进行网络层转发处理，然后进行业务处理，并在业务流表中增加相应的条目，最后进行出口链路封装后下发给驱动；

所述驱动，进一步用于从NOS接收到报文后，进行适配处理并发送。

10.如权利要求6所述的网络设备，其特征在于，所述业务流表中的每个条目均包括：业务流标识、相应的业务处理信息、出接口和出口链路封装信息；

所述驱动，用于将所接收报文按照对应条目中的业务处理信息进行业务处理后，根据对应条目中的出接口和出口链路封装信息对报文进行出口链路封装并发送。

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