CN102833144A - 网卡数据传输方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种网卡数据传输方法，包括：在源端主机的Linux操作系统的应用层设置用于发送的控制参数，并在源端主机的Linux操作系统的kernel层定义与控制参数格式相同的数据结构；在所述应用层创建底层套接字，并将控制参数、源端地址、目的地址及发送内容封装至封包中；在源端主机中将封包由所述应用层发送至所述kernel层中的数据链路层；在数据链路层中解析封包，将要发送的封包及控制参数进行分离；在源端主机中根据分离出的控制参数管控封包的发送过程。本发明还提供一种网卡数据传输系统。本发明可以将封包直接由Linux操作系统的应用层发送至数据链路层，可以准确、稳定、高效的进行网卡数据的传输。

Description

网卡数据传输方法及系统

技术领域

本发明涉及一种网卡数据传输方法及系统。

背景技术

在目前的测试中，网卡传输封包的大致机制如下：在源端主机Linux操作系统的应用层创建通讯端传输封包，该封包通过OSI 7层模型自上而下层层转发，到达Linux操作系统的kernel层中的数据链路层；在数据链路层网卡的驱动程序将该封包写入网卡共享的write_buffer中，并对write_buffer中的封包进行分割，在物理层将分割后封包以序列的形式传送到网络中去，网络中的目的主机将根据封包中的目的地址来接受属于自己的封包。

该测试方法虽然能达到传输数据，及验证物理链路的连通性的目的，但是在工厂测试项目中，测试的目的往往只是验证物理链路的连通性和数据在网卡之间传输的峰值，所以不需要数据通过完整的OSI七层。而在OSI七层模型中，封包从应用层往下传输资料的过程中，根据相关协议与机制，封包每经过一层，都要在头部做相关封装的动作才往下传输，耗时相当长，成为封包传输的一大瓶颈，且无法得到物理层的数据在网卡之间传输的峰值；再者，封包从Linux操作系统的应用层传到Linux操作系统的kernel层以及从Linux操作系统的kernel层返回报告给Linux操作系统的应用层的过程中，也需要耗费掉响应的传输时间，这也就成了封包传送的另一瓶颈。假设Linux操作系统的应用层要发送1000个封包，如果用常规的方法做这件事情，Linux操作系统的应用层需要与Linux操作系统的kernel层进行1000次的沟通，这是非常耗时的事情；另外，传送给目的网卡的数据由于从上至下的传输，数据包有丢失的可能性，存在稳定性的隐患，有时无法正确响应给源端主机Linux操作系统的应用层，从而无法有效判断数据是否准确传送到目的地。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种网卡数据传输方法，能够将封包直接由Linux操作系统的应用层发送至数据链路层，可准确、稳定、高效的进行网卡数据的传输。

鉴于以上内容，还有必要提供一种网卡数据传输系统，能够将封包直接由Linux操作系统的应用层发送至数据链路层，可准确、稳定、高效的进行网卡数据的传输。

所述网卡数据传输方法，应用于网卡的数据传输，该方法包括以下步骤：设置步骤：在源端主机的Linux操作系统的应用层设置用于发送的控制参数，并在源端主机的Linux操作系统的kernel层定义与控制参数格式相同的数据结构；封装步骤：在所述应用层创建底层套接字，并将控制参数、源端地址、目的地址及发送内容封装至封包中，所述源端地址为源端主机中第一网卡的MAC地址，所述目的地址为目的主机中第二网卡的MAC地址，所述源端主机与目的主机通过网络连接；发送步骤：在源端主机中将封包由所述应用层发送至所述kernel层中的数据链路层；解析步骤：在数据链路层中解析封包，将要发送的封包及控制参数进行分离，所述控制参数包括发送参数、随机设置参数、延时参数、反馈参数和调试参数；管控步骤：在源端主机中根据分离出的控制参数管控封包的发送过程。

所述网卡数据传输系统，运行于计算机中，该系统包括：设置模块，用于在源端主机的Linux操作系统的应用层设置用于发送的控制参数，并在源端主机的Linux操作系统的kernel层定义与控制参数格式相同的数据结构；封装模块，用于在所述应用层创建底层套接字，并将控制参数、源端地址、目的地址及发送内容封装至封包中，所述源端地址为源端主机中第一网卡的MAC地址，所述目的地址为目的主机中第二网卡的MAC地址，所述源端主机与目的主机通过网络连接；发送模块，用于在源端主机中将封包由所述应用层发送至所述kernel层中的数据链路层；解析模块，用于在数据链路层中解析封包，将要发送的封包及控制参数进行分离，所述控制参数包括发送参数、随机设置参数、延时参数、反馈参数和调试参数；管控模块，用于在源端主机中根据分离出的控制参数管控封包的发送过程。

相较于现有技术，所述的网卡数据传输方法及系统，能够将封包直接由Linux操作系统的应用层发送至数据链路层，并可减少Linux操作系统的应用层与Linux操作系统的kernel层沟通的次数，可准确、稳定、高效的进行网卡数据的传输。

附图说明

图1是本发明网卡数据传输系统较佳实施例的架构图。

图2是本发明网卡数据传输系统较佳实施例的功能模块图。

图3是本发明网卡数据传输方法较佳实施例的流程图。

图4是本发明网卡数据传输方法较佳实施例的管控子流程图。

图5是本发明网卡数据传输系统较佳实施例的网卡数据传输示例图。

图6是本发明网卡数据传输系统较佳实施例所定义的数据结构。

主要元件符号说明

源端主机	1
		网卡数据传输系统	10
第一网卡	11
		网络	2
目的主机	3
		第二网卡	30
设置模块	100
		封装模块	101
发送模块	102
		解析模块	103
管控模块	104
		发送单元一	105
判断单元	106
		计数单元一	107
沟通单元	108
		计数单元二	109

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

如图1所示，是本发明网卡数据传输系统较佳实施例的架构图。

网卡数据传输系统10运行于源端主机1中，该源端主机1还包括第一网卡11，所述源端主机1通过网络2与目的主机3连接，目的主机3中包含第二网卡30。所述网络2可以是企业内部网（Intranet）或以太网（Ethernet），也可以是互联网（Internet）或其它类型的通讯网络。

所述第一网卡11和第二网卡30可内置于同一主机中，也可分别位于不同主机中，通过网络2进行连接。本较佳实施例以第一网卡11和第二网卡30位于不同主机中，通过网络2进行连接为例进行介绍。

如图2所示，是本发明网卡数据传输系统较佳实施例的功能模块图。

所述网卡数据传输系统10包括设置模块100、封装模块101、发送模块102、解析模块103、管控模块104。

所述设置模块100用于在源端主机1的Linux操作系统的应用层设置用于发送的控制参数，并在源端主机1的Linux操作系统的kernel层定义与控制参数格式相同的数据结构。所述数据结构用来接收和解析应用层所设置的控制参数。

所述控制参数包括：发送参数、随机设置参数、延时参数、反馈参数和调试参数等。所述发送参数用于设定投递封包的次数；所述随机设置参数用于在分割封包的过程中，进行封包的数据内容及长度的控制；所述延时参数用于控制发送时间间隔；所述反馈参数用于封包发送失败时，控制重新发送封包的次数；所述调试参数用于封包的发送过程中显示的相关信息的输出，但此时需用户进行相关命令的输入。

如图6所示，所述数据结构包含：Control、Dest Address、Source Address、Type/Length、Data，所述Control中包含：Burst、Random、Delay、Retry、Debug。数据结构中Control用于接收和解析应用层所设置的控制参数，Control中对应各项分别对应接收控制参数中各参数，Burst对应发送参数，Random对应随机设置参数，Delay对应延时参数，Retry对应反馈参数，Debug对应调试参数。所述Dest Address用于接收封包中目的地址，所述Source Address用于接收封包中源端地址，所述Type/Length用于接收封包的类型及长度，所述Data用于接收封包内容。

在Linux操作系统中，所述kernel层也可称为核心层或内核层，实际对应的是操作系统中的内核，kernel层负责与各种底层硬件沟通，各种适配器的驱动就是在kernel层实现的。

所述封装模块101用于在源端主机1的Linux操作系统的应用层创建底层套接字，并将控制参数、源端地址、目的地址及发送内容封装至封包中。所述源端地址为源端主机1中第一网卡11的MAC地址，所述目的地址为目的主机3中第二网卡30的MAC地址。

底层套接字的格式为：int fd = socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, IPPROTO_TCP); 通过底层套接字可以绑定第一网卡11，即通过操作底层套接字可以实现对第一网卡11的控制。上述底层套接字格式中的SOCK_RAW可以换成SOCK_PACKET，换成SOCK_PACKET之后的底层套接字与原来为SOCK_RAW的底层套接字功能相同，但是绑定第一网卡11的方式不同。

底层套接字可以实现封包直接由Linux操作系统的应用层发送至数据链路层的目的，从而绕开OSI七层模型中的前五层，此五层为：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层。

所述发送模块102用于在源端主机1中将封包由Linux操作系统的应用层发送至Linux操作系统的kernel层中的数据链路层。在内核即kernel层中，包括数据链路层、物理层及第一网卡11的驱动程序。

如图5所示，在Linux操作系统的应用层中进行封包的封装，通过底层套接字可以实现由Linux操作系统的应用层直接发送至数据链路层，绕开OSI七层模型中的应用层、表示层、会话层、传输层和网络层这五层。在kernel层中包括数据链路层及物理层。

所述解析模块103用于在源端主机1的数据链路层中解析封包，将要发送的封包及控制参数进行分离。

在kernel层中的数据链路层接收到来自Linux操作系统的应用层的封包后，根据所定义的数据结构对封包的内容进行解析，分离出要发送的封包和控制参数。在数据链路层第一网卡11的驱动程序将分离出的要发送的封包写入第一网卡11的write_buffer中。

所述管控模块104用于在源端主机1中根据分离出的控制参数管控封包的发送过程。

所述管控模块104包括以下子模块：发送单元一105、判断单元106、计数单元一107、沟通单元108、计数单元二109。

所述发送单元一105用于将源端主机1中所分割的封包发送至目的主机3，封包的发送时间间隔由延时参数决定。

在数据链路层第一网卡11的驱动程序将write_buffer中的封包进行分割，在物理层将分割后的封包传送至网络2中，经网络2发送至目的主机3，目的主机3将根据封包中的目的地址来接受属于自己的封包。在将write_buffer中的封包进行分割的过程中，可由随机设置参数对要分割的封包的数据内容及长度进行控制。

所述判断单元106用于在源端主机1的Linux操作系统的kernel层中，对目的主机3的返回值进行判断，从而判断封包是否发送成功。

当封包发送成功时，目的主机3将返回一个正值至源端主机1的kernel层，而当封包发送失败时，目的主机3将返回一个负值至源端主机1的kernel层。

所述计数单元一107用于当封包发送成功时，统计发送的封包成功投递的次数，判断封包成功投递的次数是否达到M次。所述M值，为发送参数设定的封包投递的次数。

所述计数单元二109用于当封包发送失败时，统计封包重新发送的次数，判断重新发送的次数是否已达到N次。所述N值为反馈参数所设置的，封包发送失败时，重新发送封包的次数。

所述沟通单元108用于当封包成功投递的次数达到M次时，或封包重新发送N次依然失败后，源端主机1的Linux操作系统的kernel层与Linux操作系统的应用层进行沟通。

Linux操作系统的kernel层与Linux操作系统的应用层的沟通时，返回封包发送完成时相关信息至Linux操作系统的应用层，以供用户查看。当失败时，显示的信息为，如成功发送多少个封包、在发送哪个封包时失败等。当成功时，显示的信息为，如成功发送多少个封包、总共耗时多少等。各个封包的发送过程中对应的返回值及各个封包发送过程中的相关信息显示，由调试参数控制输出，但此时需用户进行相关命令的输入。

如图3所示，是本发明网卡数据传输方法较佳实施例的流程图。

步骤S100，所述设置模块100在源端主机1的Linux操作系统的应用层设置用于发送的控制参数，并在源端主机1的Linux操作系统的kernel层定义与控制参数格式相同的数据结构。所述数据结构用来接收和解析应用层所设置的控制参数。

步骤S101，所述封装模块101在源端主机1的Linux操作系统的应用层创建底层套接字，并将控制参数、源端地址、目的地址及发送内容封装至封包中。所述源端地址为源端主机1中第一网卡11的MAC地址，所述目的地址为目的主机3中第二网卡30的MAC地址。

底层套接字的格式为：int fd = socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, IPPROTO_TCP); 通过底层套接字可以绑定第一网卡11，即通过操作底层套接字可以实现对第一网卡11的控制。上述底层套接字格式中的SOCK_RAW可以换成SOCK_PACKET，换成SOCK_PACKET之后的底层套接字与原来为SOCK_RAW的底层套接字功能相同，但是绑定第一网卡11的方式不同。

底层套接字可以实现封包直接由Linux操作系统的应用层发送至数据链路层的目的，从而绕开OSI七层模型中的前五层，此五层为：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层。

步骤S102，所述发送模块102在源端主机1中将封包由Linux操作系统的应用层发送至Linux操作系统的kernel层中的数据链路层。在kernel层中，包括数据链路层、物理层及第一网卡11的驱动程序。

如图5所示，在Linux操作系统的应用层中进行封包的封装，通过底层套接字可以实现由Linux操作系统的应用层直接发送至数据链路层，绕开OSI七层模型中的应用层、表示层、会话层、传输层和网络层这五层。在kernel层中包括数据链路层及物理层。

步骤S103，所述解析模块103在源端主机1的数据链路层中解析封包，将要发送的封包及控制参数进行分离。

在kernel层中的数据链路层接收到来自Linux操作系统的应用层的封包后，根据所定义的数据结构对封包的内容进行解析，分离出要发送的封包和控制参数。在数据链路层第一网卡11的驱动程序将分离出的要发送的封包写入第一网卡11的write_buffer中。

步骤S104，所述管控模块104在源端主机1中根据分离出的控制参数管控封包的发送过程。具体管控过程将在图4中详细介绍。

如图4所示，是本发明网卡数据传输方法较佳实施例的管控子流程图。

步骤S1040，所述发送单元一105将源端主机1中所分割的封包发送至目的主机3，封包的发送时间间隔由延时参数决定。

在数据链路层第一网卡11的驱动程序将write_buffer中的封包进行分割，在物理层将分割后的封包传送至网络2中，经网络2发送至目的主机3，目的主机3将根据封包中的目的地址来接受属于自己的封包。在将write_buffer中的封包进行分割的过程中，可由随机设置参数对要分割的封包的数据内容及长度进行控制。

步骤S1041，所述判断单元106在源端主机1的Linux操作系统的kernel层中，对目的主机3的返回值进行判断，从而判断封包是否发送成功。当封包发送成功时，执行步骤S1042，当封包发送失败时，执行步骤S1044。

当封包发送成功时，目的主机3将返回一个正值至源端主机1的kernel层，而当封包发送失败时，目的主机3将返回一个负值至源端主机1的kernel层。

步骤S1042，所述计数单元一107统计发送的封包成功投递的次数，判断封包成功投递的次数是否达到M次。当封包成功投递的次数达到M次时，执行步骤S1043，当封包成功投递的次数没有达到M次时，返回步骤S1040。所述M值，为发送参数设定的封包投递的次数。

步骤S1044，所述计数单元二109统计封包重新发送的次数，判断是否已达到N次。所述N值为反馈参数所设置的当封包发送失败时，重新发送封包的次数。当达到N次时，执行步骤S1043，当没有达到N次时，返回步骤S1040。

步骤S1043，所述沟通单元108控制源端主机1的Linux操作系统的kernel层与Linux操作系统的应用层进行沟通。

Linux操作系统的kernel层与Linux操作系统的应用层进行沟通时，返回封包发送完成时相关信息至Linux操作系统的应用层，以供用户查看。当失败时，显示的信息为，如成功发送多少个封包、在发送哪个封包时失败等。当成功时，显示的信息为，如成功发送多少个封包、总共耗时多少等。各个封包的发送过程中对应的返回值及各个封包发送过程中的相关信息显示，由调试参数控制输出，但此时需用户进行相关命令的输入。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种网卡数据传输方法，其特征在于，该方法包括步骤：

设置步骤：在源端主机的Linux操作系统的应用层设置用于发送的控制参数，并在源端主机的Linux操作系统的kernel层定义与控制参数格式相同的数据结构；

封装步骤：在所述应用层创建底层套接字，并将控制参数、源端地址、目的地址及发送内容封装至封包中，所述源端地址为源端主机中第一网卡的MAC地址，所述目的地址为目的主机中第二网卡的MAC地址，所述源端主机与目的主机通过网络连接；

发送步骤：在源端主机中将封包由所述应用层发送至所述kernel层中的数据链路层；

解析步骤：在数据链路层中解析封包，将要发送的封包及控制参数进行分离，所述控制参数包括发送参数、随机设置参数、延时参数、反馈参数和调试参数；

管控步骤：在源端主机中根据分离出的控制参数管控封包的发送过程。

2.如权利要求1所述的网卡数据传输方法，其特征在于，所述管控步骤包括：

发送步骤一：将源端主机中分割的封包发送至目的主机，封包的发送时间间隔由延时参数决定；

判断步骤：在所述kernel层中，根据目的主机的返回值判断封包是否发送成功，当封包发送成功时，则执行计数步骤一，当封包发送失败时，则执行计数步骤二；

计数步骤一：统计发送的封包成功投递的次数，当封包成功投递的次数达到M次时，则执行沟通步骤，当封包成功投递的次数没有达到M次时，则返回发送步骤一，所述M值，为发送参数设定的封包投递的次数；

计数步骤二：统计封包重新发送的次数，当封包重新发送的次数达到N次时，则执行沟通步骤，否则，返回发送步骤一，所述N值，为反馈参数所设置的封包发送失败时，重新发送封包的次数；

沟通步骤：所述kernel层与所述应用层进行沟通。

3.如权利要求2所述的网卡数据传输方法，其特征在于，所述发送步骤一包括：

在数据链路层第一网卡的驱动程序将分离出的要发送的封包写入第一网卡的write_buffer中，并对write_buffer中封包进行分割，在物理层经网络将分割后封包发送至目的主机，其中由随机设置参数控制要分割的封包的数据内容及长度。

4.如权利要求2所述的网卡数据传输方法，其特征在于，所述沟通步骤还包括：

返回封包发送完成时的信息至所述应用层，供用户查看。

5.如权利要求1所述的网卡数据传输方法，其特征在于，所述底层套接字用于实现封包直接由所述应用层发送至数据链路层的目的。

6.一种网卡数据传输系统，其特征在于，该系统包括：

设置模块，用于在源端主机的Linux操作系统的应用层设置用于发送的控制参数，并在源端主机的Linux操作系统的kernel层定义与控制参数格式相同的数据结构；

封装模块，用于在所述应用层创建底层套接字，并将控制参数、源端地址、目的地址及发送内容封装至封包中，所述源端地址为源端主机中第一网卡的MAC地址，所述目的地址为目的主机中第二网卡的MAC地址，所述源端主机与目的主机通过网络连接；

发送模块，用于在源端主机中将封包由所述应用层发送至所述kernel层中的数据链路层；

解析模块，用于在数据链路层中解析封包，将要发送的封包及控制参数进行分离，所述控制参数包括发送参数、随机设置参数、延时参数、反馈参数和调试参数；

管控模块，用于在源端主机中根据分离出的控制参数管控封包的发送过程。

7.如权利要求6所述的网卡数据传输系统，其特征在于，所述管控模块包括：

发送单元一，用于将源端主机中分割的封包发送至目的主机，封包的发送时间间隔由延时参数决定；

判断单元，在所述kernel层中，根据目的主机的返回值判断封包是否发送成功；

计数单元一，用于当封包发送成功时，统计发送的封包成功投递的次数，判断封包成功投递的次数是否达到M次；所述M值，为发送参数设定的封包投递的次数；

计数单元二，用于当封包发送失败时，统计封包重新发送的次数，判断是否已达到N次，所述N值，为反馈参数所设置的当封包发送失败时，重新发送封包的次数；

沟通单元，用于当封包投递数达到M次时，或封包发送N次依然失败后，控制所述kernel层与所述应用层进行沟通。

8.如权利要求7所述的网卡数据传输系统，其特征在于，所述发送单元一的具体操作为：

在数据链路层第一网卡的驱动程序将分离出的要发送的封包写入第一网卡的write_buffer中，并对write_buffer中封包进行分割，在物理层经网络将分割后封包发送至目的主机，其中由随机设置参数控制要分割的封包的数据内容及长度。

9.如权利要求7所述的网卡数据传输系统，其特征在于，所述沟通单元还用于返回封包发送完成时的信息至所述应用层，供用户查看。

10.如权利要求6所述的网卡数据传输系统，其特征在于，所述封装模块中底层套接字用于实现封包直接由所述应用层发送至数据链路层的目的。

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