CN102006304B - Tcp承载的上层协议数据单元的自动定界方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种TCP承载的上层协议数据单元的自动定界方法和系统，该方法包括，包括：A调整模块接收由TCP协议分析模块上传的TCP段，根据该TCP段的方向性信息确定该TCP段所属的TCP流，以及该TCP流承载的上层PDU所属的上层协议；B调整模块从公共模块中获取该上层协议在公共模块中注册的PDU定界策略；C所述调整模块根据获取的PDU定界策略，对接收到的TCP段进行定界处理。本发明中的方法相对于现有技术尽可能地在TCP流中解出上层PDU，减少被丢弃的TCP段，尤其是在TCP长连接的情形。

Description

TCP承载的上层协议数据单元的自动定界方法和系统

技术领域

本发明属于网络技术领域，尤其涉及一种通用TCP承载的上层协议数据单元的自动定界方法和系统。

背景技术

TCP是一个面向连接的传输协议，也是一个面向字节流的协议，在TCP数据包中，数据是作为字节流提交给接收方的，并没有内在的消息和消息边界。接收方在接收到TCP数据时也不知一个给定的读调用将会返回多少字节的数据量。

要分析基于TCP承载的上层协议数据，首要的问题就是要将收到的上层协议数据进行定界，以界定出一个完整的上层PDU(Protocol Data Unit，协议数据单元)，否则无法对上层协议数据进行解码分析等操作。

现有技术中存在一种对TCP承载的上层PDU进行定界的方法，将分片合包的过程以及解码过程都放在一个为特定上层协议专门设置的分析模块中，TCP承载的协议数据都被送往该分析模块中，该分析模块进行TCP流分析，跟踪TCP流的建立及销毁过程，只要分析模块跟踪到TCP流的建立过程，就能知道被传送的数据流的开始点，然后将数据流缓存起来，并根据上层协议的规范，找出一个该上层协议的PDU的结束位置，再以当前PDU的结束位置作为下一个PDU的开始点，再根据上层协议的规范，找出该下一个PDU的结束点，当缓存的数据不够长(即缓存的数据还不能合成一个完整的PDU)时，则继续接收下一个TCP段承载的数据，如此下去就能够逐个定界出各个PDU。这种方案中的分析模块既要处理分片合包定界，还要处理解码，使得模块实现的代码不够清晰，复杂度增加，不容易维护。另外，由于分析模块只跟踪TCP流的创建，因此如果错过了TCP流的创建过程，则该TCP流的内的所有PDU都无法进行分界，对于TCP短连接的情况，这种问题还不严重，但对于TCP长连接的情况则会比较严重。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种TCP承载的上层协议数据单元的自动定界方法和系统，能够充分利用TCP流，减少丢包率。

为实现上述目的，本发明提供一种TCP承载的上层协议数据单元(PDU)的自动定界方法，包括：

A调整模块接收由TCP协议分析模块上传的TCP段，根据该TCP段的方向性信息确定该TCP段所属的TCP流，以及该TCP流承载的上层PDU所属的上层协议；

B调整模块从公共模块中获取该上层协议在公共模块中注册的PDU定界策略；

C所述调整模块根据获取的PDU定界策略，对接收到的TCP段进行如下处理：对于当前接收到的TCP段所属的TCP流处于“未定位”状态的情况，调整模块检测当前接收到的TCP段是否是PDU的开始，如果是，则将当前接收到的TCP段所属的TCP流修改为“已定位”状态，并创建PDU，将当前接收到的TCP段以及后续接收到的属于同一TCP流、并且TCP段序号符合预期条件的TCP段中的数据顺序加入到所述创建的PDU中，直至该PDU完备，合成该PDU结束。

优选地，该方法还包括：

对于当前接收到的TCP段所属的TCP流处于“未定位”状态的情况，当检测到当前接收到的TCP段不是PDU的开始时，丢弃本TCP段，等待下一个TCP段，并返回继续执行A。

优选地，在步骤C中，如果后续接收到的TCP段的序号不符合预期条件，则调整模块清空PDU中的内容，并丢弃本次接收到TCP段，将当前接收到的TCP段所属的TCP流修改为“未定位”状态；等待下一个TCP段，返回执行步骤A。

优选地，在步骤C将TCP段加入到PDU之后，如果PDU仍不完备，则记下该PDU还需要填入的数据量，并计算下一个期望的TCP段的序号；所述TCP段序号符合的预期条件为该TCP段的序号等于所述计算的下一个期望的TCP段的序号。

优选地，在步骤C中将TCP段加入到PDU之后，如果PDU完备并且加入到PDU中的TCP段中的数据还有剩余，则建立下一个PDU，并将上述TCP段中尚未填入到上一个PDU中的数据填入到所述下一个PDU中。

优选地，还包括：

TCP协议分析模块在收到TCP段后，判断该TCP段在确定了TCP流承载的上层PDU所属的上层协议后，如果从公共模块中没有获取到该上层协议注册的PDU定界策略，则将该TCP流中的TCP段直接发送至上层协议分析模块。

优选地，还包括：

调整模块将合成成功的PDU发送至上层协议分析模块中。

本发明提供的TCP承载的上层PDU的自动定界方法对于未定位的TCP流，则检测作为PDU开始的TCP段，一旦找到该TCP段，则可以将将TCP段按顺序加入到一个PDU中，即使没有跟踪到TCP流的建立，也可以根据后续的作为某个PDU开始的TCP段对PDU进行定界，从而相对于现有技术尽可能地在TCP流中解出上层PDU，减少被丢弃的TCP段，尤其是在TCP长连接的情形。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实现本发明中的TCP承载的上层PDU的自动定界方法的系统框架的数据流示意图；

图2是本发明提供的TCP承载的上层PDU的自动定界方法的流程图；

图3是本发明中的TCP承载的上层PDU的自动定界方法的一个具体实现中的调整模块的主控函数的执行流程图；

图4是本发明中的TCP承载的上层PDU的自动定界方法的一个具体实现中的调整模块的TCP流处理对象的执行流程图；

图5是本发明中的每个上层协议在公共模块中注册的上层PDU定界方法的数据结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种TCP承载的上层PDU的自动定界方法，图1示出了该方法的数据流示意图。本发明中的上层PDU的自动定界方法涉及四个模块，分别为上层协议分析模块(记为APPProto)、TCP协议分析模块(记为TCPProto)、调整模块(记为TCPFixProto)和公共模块(记为NGNComm)。

其中，调整模块也是一种协议分析模块，该调整模块负责TCP承载的所有上行PDU定界的过程，不再需要针对每种上层协议均设置专门的处理模块。

图2是本发明提供的TCP承载的上层PDU的自动定界方法流程图。请同时参见图1和图2，该方法包括：

步骤S101：调整模块接收由TCP段分析模块上传的TCP段，根据该TCP段的方向性信息确定该TCP段所属的TCP流、以及该TCP流承载的上层PDU所属的上层协议。

这里TCP段的方向性信息包括源IP地址和源端口号，以及目的IP地址和目的端口号。由于TCP流承载的上层PDU所属的上层协议一般时域源端口号和目的端口号一一对应的，因此在得到TCP段的方向性信息后，即可确定该TCP段所属的TCP流的承载的上层PDU的上层协议。

这里，TCP协议分析模块将无序及有重复的TCP段(或者称为TCP包)变成有序的TCP流。TCP协议分析模块可以直接将有序的TCP流直接发送至调整模块，但是考虑到有些上层协议的PDU分界已经在上层协议分析模块中实现，为了减少对现有系统的修改量，本实施例中优选地，TCP协议分析模块在接收到TCP段时，根据该TCP段的方向性信息可以确定该TCP段所属的TCP流承载的上层PDU所属的上层协议，并判断在公共模块中是否已经注册该上层协议的PDU分界方法。如果已经注册，表明该上行协议的PDU定界需要借助调整模块完成，则TCP协议分析模块将该TCP段上传至调整模块。如果没有注册，表明该上行协议的PDU定界不需要调整模块完成，则TCP协议分析模块将该TCP段直接发送至上层协议分析模块，由上层协议分析模块自己对TCP流承载的PDU进行定界。

步骤S102：调整模块从公共模块中获得步骤S101中已经确定的上层协议在公共模块中注册的PDU定界策略。

在公共模块中为一些上层协议注册了相应的PDU定界策略，这里的PDU定界策略可以包括：该定界策略对应的上层协议的PDU的长度、头字节信息等。

步骤S103：调整模块根据获取的PDU定界策略，对接收到的承载该上层PDU的TCP段进行如下处理：

对于当前接收到的TCP段所述的TCP流处于“未定位”状态的情况，调整模块检测当前接收到的TCP段是否是PDU的开始，检测是否是PDU段的开始是根据该PDU的定界策略中设定的检测PDU开始的方法，例如检测TCP段的开始几个字节的内容是否与上层协议定义的PDU的开头几个字节是相同的。如果检测到当前接收到的TCP段是PDU的开始，则将当前的TCP段所属的TCP流修改为“已定位”状态，并为该TCP流创建一个PDU，将当前接收到的TCP段、以及后续接收到的属于同一TCP流并且TCP段序号符合预期条件的TCP段中的数据顺序加入到之前创建的PDU中，直至该PDU中的字节完备，合成该PDU结束。当合成一个PDU成功后，则调整模块将该PDU发送至上层协议分析模块中。

如果对于当前接收到的TCP段所属的TCP流处于“未定位”状态，当检测到当前接收到的TCP段不是PDU的开始时，丢弃本TCP段，等待下一个TCP段，返回继续执行步骤S101。

由此可见，本发明提供的TCP承载的上层PDU的自动定界方法对于未定位的TCP流，则检测作为PDU开始的TCP段，一旦找到该TCP段，则可以将将TCP段按顺序加入到一个PDU中，即使没有跟踪到TCP流的建立，也可以根据后续的作为某个PDU开始的TCP段对PDU进行定界，从而相对于现有技术尽可能地在TCP流中解出上层PDU，减少被丢弃的TCP段，尤其是在TCP长连接的情形。另外，由于各种上层协议的PDU定界方法都被注册到了公共模块中，而由一个共同的调整模块即可完成对各种上层协议的PDU的定界，避免了模块实现过程中的代码肿胀，减少了大量的重复工作。

以下以一个具体的例子详细说明本发明的具体实现。

在本例中仅仅详细描述调整模块的功能实现。

图3示出了该功能模块的主要功能的流程图，该功能可以通过一个主控函数实现(记为ParsePacket)。从TCP协议分析模块传入到调整模块中的TCP流都将经过该主控函数，并由该主控函数分析每一个TCP段。调整模块分析该TCP段的方向性信息，包括分析TCP段的源IP地址和源端口号、目的IP地址和目的端口号，由这些方向性信息确定该TCP段所属的TCP流和该TCP流承载的上层PDU的上层协议。并根据确定的TCP流寻找TCP流处理对象(记为TCPStream对象)，即执行步骤S301。如果存在，则将该TCP段发送至相应的处理对象中(对应步骤S302)；如果不存在，则为该TCP段所属的TCP流创建一个新的TCP流处理对象，并将该TCP段发送至该新创建的处理对象中(对应步骤S303)。

判断对TCP段的处理是否成功(对应步骤S304)，如果对TCP段处理成功，则弹出PDU并提交给上层协议分析模块处理(对应步骤S305)，而后指示传入下一个TCP段(对应步骤S306)，之后返回继续执行S301。

如果步骤S304中判断结果为不成功，则进行相应的失败处理(对应步骤S307)。

需要说明的是，上述TCP流处理对象的处理过程是对PDU进行定界的主要过程。

图4示出了上述TCP流处理对象处理过程的流程图。

首先判断本TCP段所属的TCP流是否处于“已定位”状态(步骤S401)，如果判断结果为否，表明该TCP段所属的TCP流处于“未定位”状态，则依据定位策略，判断当前的TCP是否刚好是一个上层PDU的开始(步骤S402)，对上层PDU开始的判断可以调用该PDU所属上层协议注册的定位策略中的相应函数(可以记为IsPDUStart)实现。

如果步骤S402中的判断结果为是，则设置本TCP流的状态为“已定位”状态(步骤S403)，并创建一个新的PDU，并设置为当前的PDU，为当前PDU开辟接收缓冲区，准备接收数据(步骤S404)。

在步骤S404后执行步骤S405：将当前TCP段中所需自己的数据填入当前PDU中。

而后判断该PDU是否完备(步骤S406)，即判断该PDU所填入的数据量是否满足上层协议对一个PDU数据量的要求。

当步骤S406的判断结果为是时，结束当前PDU的接收过程，并将该PDU加入到当前流的已完成PDU列表，并计算下一个期望的TCP段序号(步骤S407)。这里计算下一个期望的TCP段序号的目的在于：在接收到下一个TCP段时，可以验证前后两个到的TCP段之间是否有丢包的现象发生。

当步骤S407的判断结果为否时，表明该PDU中的数据量还不足，即PDU中的数据还不完整，暂时还没有定位出该PDU的尾部。此时需要计算出当前PDU还需要填入的数据量(在实际中可以描述为欠缺的字节数)，并计算下一个期望的TCP段的序号(步骤S408)，而后执行步骤S413：等待下一个TCP段。这里计算下一个期望的TCP段的序号的目的在于：在接收到后续的TCP段并准备继续填入当前的PDU中之前，可以首先验证是否存在丢包的现象，如果发现存在丢包现象，可以立即停止对当前PDU的定界过程。

在执行完步骤S407后，判断当前TCP段中的数据是否还有剩余，或者判断当前TCP段中的字节是否全部用完(步骤S409)。

如果步骤S409中判断出当前TCP段中的数据已经全部用完，没有剩余，则执行步骤S413。如果步骤S409中判断出当前TCP段中的数据仍有剩余，没有全部用完，则表明该TCP段中同时包含了前一个PDU的结束部分和后一个PDU的开始部分，此时针对该TCP段中剩余的数据执行步骤S404，即针对该TCP段中剩余的数据创建下一个新的PDU；而后针对该TCP段中剩余的数据执行步骤S405，即将该TCP段中剩余的数据填入针对该剩余的数据新创建的下一个PDU中。

当当前接收到的TCP段所属的TCP流已经处于“已定位”状态，则在步骤S401中的判断结果将为是，此时执行步骤S410：判断当前的TCP段的序号是否符合本TCP流的预期条件，即判断该TCP段的序号是否是在处理同一TCP流的上一个TCP段时、计算出的下一个期望的TCP段序号。

当步骤S410中的判断结果为是时，执行步骤S411，当步骤S410中的判断结果为否时，执行步骤S412：丢弃该TCP段，并清空为该TCP段所属的TCP流创建的PDU中的数据，并将该TCP流的状态修改为“未定位”状态。而后继续执行步骤S413。

在步骤S402中当判断当前TCP段不是上层PDU的开始时，丢弃本TCP段(对应步骤S414)。步骤S414执行完毕后，继续执行步骤S413。

图5示出了每个上层协议在公共模块中注册的上层PDU定界方法的数据结构(TCPFrmRegInfo)。其中，dwProtoID提供定界方法的协议ID，用于标识一个上层协议，该协议应该为TCP承载的上层协议。PfnGetPDULen是获取PDU长度的方法，属于函数指针类型。pfnIsPDUStart是判断当前数据的开头部分是否刚好为PDU的开始的方法，也属于函数指针类型。

另外，本发明将PDU定界过程抽象出来且单独剥离出来了，原本需要定界处理的上层协议几乎不再需要花精力去进行定界，而只需实现定界函数PfnGetPDULen、pfnIsPDUStart而已，原来很麻烦的过程变得非常简单，且调整模块有较大的通用性，因此复用性很强。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种TCP承载的上层协议数据单元(PDU)的自动定界方法，其特征在于，包括：

A调整模块接收由TCP协议分析模块上传的TCP段，根据该TCP段的方向性信息确定该TCP段所属的TCP流，以及该TCP流承载的上层PDU所属的上层协议；所述方向性信息包括源IP地址和源端口号，以及目的IP地址和目的端口号；

B调整模块从公共模块中获取该上层协议在公共模块中注册的PDU定界策略；

C所述调整模块根据获取的PDU定界策略，对接收到的TCP段进行如下处理：对于当前接收到的TCP段所属的TCP流处于“未定位”状态的情况，调整模块检测当前接收到的TCP段是否是PDU的开始，如果是，则将当前接收到的TCP段所属的TCP流修改为“已定位”状态，并创建PDU，将当前接收到的TCP段以及后续接收到的属于同一TCP流、并且TCP段序号符合预期条件的TCP段中的数据顺序加入到所述创建的PDU中，直至该PDU完备，合成该PDU结束。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

对于当前接收到的TCP段所属的TCP流处于“未定位”状态的情况，当检测到当前接收到的TCP段不是PDU的开始时，丢弃本TCP段，等待下一个TCP段，并返回继续执行A。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤C中，如果后续接收到的TCP段的序号不符合预期条件，则调整模块清空PDU中的内容，并丢弃本次接收到TCP段，将当前接收到的TCP段所属的TCP流修改为“未定位”状态；等待下一个TCP段，返回执行步骤A。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤C将TCP段加入到PDU之后，如果PDU仍不完备，则记下该PDU还需要填入的数据量，并计算下一个期望的TCP段的序号；所述TCP段序号符合的预期条件为该TCP段的序号等于所述计算的下一个期望的TCP段的序号。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤C中将TCP段加入到PDU之后，如果PDU完备并且加入到PDU中的TCP段中的数据还有剩余，则建立下一个PDU，并将上述TCP段中尚未填入到上一个PDU中的数据填入到所述下一个PDU中。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其特征在于，还包括：

TCP协议分析模块在收到TCP段后，判断该TCP段在确定了TCP流承载的上层PDU所属的上层协议后，如果从公共模块中没有获取到该上层协议注册的PDU定界策略，则将该TCP流中的TCP段直接发送至上层协议分析模块。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其特征在于，还包括：

调整模块将合成成功的PDU发送至上层协议分析模块中。

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