CN103023616B - 一种以太网帧业务识别方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种以太网帧业务识别方法，首先对帧类型进行判断，然后将数据帧分段后对每一个分段进行相应子条件判断，将前面所述判断进行组合后输出判断组合结果。其中，所述子条件可以根据实际需要进行配置，所述判断组合也是根据需要进行灵活组合，兼顾灵活性和资源需求，且可根据需要扩展。本申请还公开了一种以太网帧业务识别装置。本申请提供的以太网帧业务识别方案兼顾灵活性和资源需求，并且易于实现线速处理。

Description

一种以太网帧业务识别方法和装置

技术领域

本申请涉及计算机及互联网技术领域，尤其涉及一种以太网帧业务识别方法和装置。

背景技术

随着互联网的发展，其上承载的业务越来越多，数据速率越来越高，造成了网络严重拥塞，使得网络性能进一步劣化，很大程度上影响了网络业务的正常运行。同时，新业务的广泛应用也给网络的信息安全监测管理带来了极大的挑战。为了保证网络的服务质量，对业务进行监测和控制成为了必须解决的问题。

业务识别正是解决这些问题的基础，对业务的监管前提就是要从纷繁复杂的业务流中的识别出各类业务，从而为带宽估算、流量整形、QoS管理、服务等级协议保障等提供坚实的基础。而由此就要求业务识别要灵活、高速，并且要考虑实现的复杂性、功耗等等。

因为业务是复杂且变化的，所以要求业务识别能够灵活配置，而且要能够线速处理；目前常用的方法是用通用处理器加专门的业务识别软件实现，实现方式较为灵活，但难以达到线速即时处理，随着数据速率的不断提高其难度还不断增大，并且成本高昂、功耗很大，尤其是应用在接入网中难以接受；如果改用专用硬件电路实现，则灵活性很难保证，且为了线速处理，要并行判断，需要大量的资源。

发明内容

本申请提供了一种以太网帧业务识别方法和装置，兼顾灵活性和资源需求，并且易于实现线速处理。

本申请实施例提供的一种以太网帧业务识别方法，包括：

A、接收输入的数据帧，对输入的数据帧做固定时延的缓存；

B、对所述数据帧的帧类型进行判断；按二、三层和四层协议分别计数，并输出计数结果；

C、将数据帧按照预设单位长度分段，根据所述计数结果对数据帧的每一个分段进行数据定位，对数据帧的每一个分段对应的子条件做判断，输出结果为是否满足该子条件；

D、将子条件判断结果以及帧类型判断结果中选择需要的若干个判断结果做逻辑与，将所述逻辑与的输出结果作为一个判断组合结果；

E、输出所有组合判断结果为满足的判断组合单元的序号，同时输出缓存的数据帧。

较佳地，每一个判断组合单元具有相应的优先级，序号小的判断组合单元的优先级高；

所述步骤E为：输出组合判断结果为满足的优先级最高的判断组合单元的序号，同时输出缓存的数据帧。

较佳地，所述分段的长度为2字节。

本申请实施例还提供一种以太网帧业务识别装置，该装置包括：数据缓存、计数、帧类型判断单元，至少一个基本比较单元，至少一个判断组合单元和结果输出单元；

所述数据缓存、计数、帧类型判断单元用于接收输入的数据帧，对输入的数据帧做固定时延的缓存，在结果输出单元输出的同时输出缓存的数据帧；对所述数据帧的帧类型进行判断；按二、三层和四层协议对数据帧分别计数，并输出计数结果至基本比较单元；

所述基本比较单元用于根据所述计数结果对数据帧的每一个分段进行数据定位，对数据帧的每一个分段对应的子条件做判断，输出结果为是否满足该子条件；

所述判断组合单元用于将基本比较单元输出的子条件判断结果以及数据缓存、计数、帧类型判断单元输出的帧类型判断结果中选择需要的若干个判断结果做逻辑与，将所述逻辑与的输出结果作为一个判断组合结果输出；

所述结果输出单元用于接收来自各个判断组合单元的组合判断结果，输出所有组合判断结果为满足的判断组合单元的序号。

较佳地，所述每一个判断组合单元具有相应的优先级，序号小的判断组合单元的优先级高；

所述结果输出单元用于接收来自各个判断组合单元的组合判断结果，输出组合判断结果为满足的优先级最高的判断组合单元的序号。

较佳地，所述分段的长度为2字节。

较佳地，所述基本比较单元包括：

比较目标子单元：用于保存预设的比较目标值；

屏蔽位指示子单元，设置该分段中的每一个比特位是否需要判断，需要比较的比特位置1，其他置0；

位置指示子单元，用于指示该分段在数据帧中的位置；

位置类型子单元：长度为2比特，取值为0，表示二层帧中位置，用于二层域数据的判断；取值为1，表示三层帧中的位置，用于三层域数据的判断；取值为2表示四层位置，用于四层域数据的判断；

判断条件子单元，长度为3比特，用于指示该子条件中分段与比较目标值之间的关系，所述关系可以是等于、不等于、大于、小于、大于等于或小于等于六种情况。

较佳地，该装置由特定应用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA实现。

从以上技术方案可以看出，首先对帧类型进行判断，然后将数据帧分段后对每一个分段进行相应子条件判断，将前面所述判断进行组合后输出判断组合结果。其中，所述子条件可以根据实际需要进行配置，所述判断组合也是根据需要进行灵活组合，兼顾灵活性和资源需求，且可根据需要扩展。

附图说明

图1为本申请实施例提供的以太网帧业务识别装置示意图；

图2为本申请实施例提供的以太网帧业务识别方法流程图。

具体实施方式

由于业务的复杂多样性，必须对不同位置、不同内容、不同长度的数据进行判断，可能有很多不同的判断条件，并且要支持线速处理，各个条件要同时判断，要并行处理，会占用较多资源。所以必须要构思好的电路结构，尽量使资源共享。基于上述考虑，本申请提供了一种以太网帧业务识别方法和装置，有基本的可配置的判断子条件，灵活可配的判断组合，兼顾灵活性和资源需求，且可根据需要扩展。

为使本申请技术方案的技术原理、特点以及技术效果更加清楚，以下结合具体实施例对本申请技术方案进行详细阐述。

因为判断域的长度不一致，为了灵活性，将以太帧的全部数据按照预定单位长度分段，将每一个分段做一个子条件判断，然后多个子条件可以组合在一起输出判断结果。

由于判断虚拟局域网（VLAN）、IPv4、IPv6等帧类型是基本常用的，所以用固定电路单独判断，节省资源。

有些判断子条件可能是全局公用的，所以设部分判断子条件到所有条件组合，VLAN、IPv4、IPv6、IP等帧类型也到所有条件组合、因此可以对基本比较单元进行分组，将同属于全局公用的多个基本比较单元分为一组，或者将常同时使用的多个子条件对应的基本比较单元分为一组。

因为IPv4帧头的长度不固定，并且TCP端口等四层域的位置不固定，所以帧定位计数分为三类，分别表示二层、三层或四层的位置。

本申请实施例提供的以太网帧业务识别装置的基本结构如图1所示，图中的（4）或（8）表示该组基本比较单元包括的基本比较单元的个数为4个或8个，连线上的/4、/8分别代表数据位宽为4bit或8bit，即如果一组基本比较单元中有几个基本比较单元则输出几个结果。图1所示只是一个实施例，可根据实际需要对基本比较单元的数目以及分组方式进行任意扩展。

该以太网帧业务识别装置100包括：

数据缓存、计数、帧类型判断单元101：用于接收输入的数据帧，对输入的数据帧做固定时延的缓存，使结果输出单元107输出的比较结果能与数据帧同步输出，利于后续处理；对常用且明确的VLAN、IPv4、IPv6帧类型做基本判断；按二、三层和四层协议对数据帧分别计数，并输出计数结果，提供给基本比较单元用于数据定位。例如，当前字节是第二层的第十个字节，那么第二层计数输出就是10，就是指明当前数据在帧中的位置。

第1组基本比较单元102至第n组基本比较单元104：

每一组基本比较单元包含若干个基本比较单元，每一个基本比较单元用于对数据帧的一个分段对应的子条件做判断，根据设置做比较，输出结果为是否满足该子条件。n的数目可根据需要设定。本申请实施例中，每一个分段对应的单位长度为2字节（byte）。在实际应用中，每一个分段对应的单位长度也可以设置为其他值。

基本比较单元的具体内容设置如下：

比较目标子单元：用于保存长度为16比特（bit）预设的比较目标值。

屏蔽位指示子单元，设置该分段的每一个比特位是否需要判断，需要比较的比特位置1，其他置0。长度为16比特。

位置指示子单元，用于指示该分段在数据帧中的位置。

位置类型子单元：长度为2比特，取值为0，表示二层帧中位置，用于MAC地址等二层域数据的判断；取值为1，表示三层帧中的位置，用于IP地址等三层域数据的判断；取值为2表示四层位置，用于TCP端口等四层域数据的判断。

判断条件子单元：长度为3比特，用于指示该子条件中分段与比较目标值之间的关系，所述关系可以是等于、不等于、大于、小于、大于等于或小于等于（=、/=、>、<、>=、<=）六种情况。

第1判断组合单元105至第m判断组合单元106，其中m的具体取值根据是实际需要设定。较佳地，每个判断组合单元具有相应的优先级，序号越小的判断组合单元的优先级越高。

根据设置，从n个基本比较单元输出的子条件判断结果以及数据缓存、计数、帧类型判断单元输出的帧类型判断结果选择需要的若干个判断结果做逻辑与，将所述逻辑与的输出结果作为一个判断组合结果。一个判断组合结果是1bit数据，取值为1表示条件满足，取值为0表示不满足。每一个判断组合单元内部有8套组合电路，共可输出8个组合判断结果。

结果输出单元107，用于接收来自各个判断组合单元的组合判断结果，输出所有组合判断结果为满足的判断组合单元的序号，也可按预定优先级只输出满足的最高优先级的判断组合单元序号。

本申请实施例提供的一种以太网帧业务识别方法流程如图2所示，包括：

步骤201：接收输入的数据帧，对输入的数据帧做固定时延的缓存；

步骤202：对所述数据帧的帧类型进行判断；按二、三层和四层协议分别计数，并输出计数结果；

步骤203：将数据帧按照预设单位长度分段，根据所述计数结果对数据帧的每一个分段进行数据定位，对数据帧的每一个分段对应的子条件做判断，输出结果为是否满足该子条件；

步骤204：将子条件判断结果以及帧类型判断结果中选择需要的若干个判断结果做逻辑与，将所述逻辑与的输出结果作为一个判断组合结果；

步骤205：输出所有组合判断结果为满足的判断组合单元的序号，同时输出缓存的数据帧。

例如，要查找IPv4协议域的值等于x80的帧，该域是第三层的第九个字节，任选一个基本比较单元作如下设置：

因为该域是属于IPv4内的，即三层协议，所以位置类型设置为3层；

位置值设为8；

因为每个基本比较单元比的是16bit数据，而该域是第9个字节的8bit数据，所以低8比特屏蔽位设为0，高8bit设为1，只比较高8bit，即第9个字节；

比较目标值设为X80，判断条件设为等于。

则业务识别过程为：在一个判断组合单元内设把前面设置的基本比较单元的输出结果和IPv4的判断输出结果与在一起，作为完整的条件判断的输出，这样在输入满足条件的数据帧时即会输出指示，筛选出所要查找的数据帧。

本申请实施例提出的太网帧业务识别装置可以通过硬件电路结构实现，例如可在特定应用集成电路（ASIC，Application Specific Integrated Circuit）或现场可编程门阵列（FPGA，Field－Programmable GateArray）中实现，结构清晰简单，易于使用，且可根据需要随意扩展规模，易于实现线速处理；兼顾灵活性和资源需求，可灵活配置不同的判断内容，满足业务的不断发展；充分复用资源，可以低成本、低功耗的满足需求。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请的保护范围，凡在本申请技术方案的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种以太网帧业务识别方法，其特征在于，包括：

A、接收输入的数据帧，对输入的数据帧做固定时延的缓存；

B、对所述数据帧的帧类型进行判断；按二、三层和四层协议分别计数，并输出计数结果；

C、将数据帧按照预设单位长度分段，根据所述计数结果对数据帧的每一个分段进行数据定位，对数据帧的每一个分段对应的子条件做判断，输出结果为是否满足该子条件；

D、将子条件判断结果以及帧类型判断结果中选择需要的若干个判断结果做逻辑与，将所述逻辑与的输出结果作为一个判断组合结果；

E、输出所有组合判断结果为满足的判断组合单元的序号，同时输出缓存的数据帧。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每一个判断组合单元具有相应的优先级，序号小的判断组合单元的优先级高；

所述步骤E为：输出组合判断结果为满足的优先级最高的判断组合单元的序号，同时输出缓存的数据帧。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述分段的长度为2字节。

4.一种以太网帧业务识别装置，其特征在于，该装置包括：数据缓存、计数、帧类型判断单元，至少一个基本比较单元，至少一个判断组合单元和结果输出单元；

所述数据缓存、计数、帧类型判断单元用于接收输入的数据帧，对输入的数据帧做固定时延的缓存，在结果输出单元输出的同时输出缓存的数据帧；对所述数据帧的帧类型进行判断；按二、三层和四层协议对数据帧分别计数，并输出计数结果至基本比较单元；

所述基本比较单元用于根据所述计数结果对数据帧的每一个分段进行数据定位，对数据帧的每一个分段对应的子条件做判断，输出结果为是否满足该子条件；

所述判断组合单元用于将基本比较单元输出的子条件判断结果以及数据缓存、计数、帧类型判断单元输出的帧类型判断结果中选择需要的若干个判断结果做逻辑与，将所述逻辑与的输出结果作为一个判断组合结果输出；

所述结果输出单元用于接收来自各个判断组合单元的组合判断结果，输出所有组合判断结果为满足的判断组合单元的序号。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述各个判断组合单元具有相应的优先级，序号小的判断组合单元的优先级高；

所述结果输出单元用于接收来自各个判断组合单元的组合判断结果，输出组合判断结果为满足的优先级最高的判断组合单元的序号。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述分段的长度为2字节。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述基本比较单元包括：

比较目标子单元：用于保存预设的比较目标值；

屏蔽位指示子单元，设置该分段中的每一个比特位是否需要判断，需要比较的比特位置1，其他置0；

位置指示子单元，用于指示该分段在数据帧中的位置；

位置类型子单元：长度为2比特，取值为0，表示二层帧中位置，用于二层域数据的判断；取值为1，表示三层帧中的位置，用于三层域数据的判断；取值为2表示四层位置，用于四层域数据的判断；

判断条件子单元，长度为3比特，用于指示该子条件中分段与比较目标值之间的关系，所述关系可以是等于、不等于、大于、小于、大于等于或小于等于六种情况。

8.根据权利要求4至7任一项所述的装置，其特征在于，该装置由特定应用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA实现。