CN103200084B - 基于网络处理器的报文预处理方法、装置及网络处理器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于网络处理器的报文预处理方法、装置及网络处理器，其中所述方法包括：预先建立报文头信息与预处理结果之间的对应关系；根据待处理报文的报文头，查找与所述报文头匹配的报文头信息；根据所述对应关系，确定查找到的报文头信息所对应的预处理结果；解析所确定的预处理结果，并根据解析结果执行对应的处理。本发明能够节约网络处理器的微码资源。

Description

基于网络处理器的报文预处理方法、装置及网络处理器

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种基于网络处理器的报文预处理方法、装置及网络处理器。

背景技术

现今通信网络发展速度非常快，网络流量的增长及新业务的出现，需要网络设备具有线速和灵活的处理能力。网络处理器凭借其高速处理及灵活的可编程性，已成为当今网络中数据处理的有效解决方案。

网络处理器完成的主要功能就是报文的解析及处理。首先解析报文，获取其相应的业务流程（如OSI的二层、三层或MPLS等），然后跳转到相应的业务流程，由驻留在微引擎中的微码完成报文的处理。

通常网络处理器的解析工作由微码完成。微码读取包头，将包头内容与预设条件比较获知其相应的业务流程，这样做的不足是非常浪费微码指令。而微码指令空间是网络处理器最宝贵的资源。因此，亟需一种报文处理方法，能够节约网络处理器的微码资源。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的是提供一种基于网络处理器的报文预处理方法、装置及网络处理器，节约网络处理器在报文处理过程中使用的微码资源。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供方案如下：

一种基于网络处理器的报文预处理方法，包括

预先建立报文头信息与预处理结果之间的对应关系；

根据待处理报文的报文头，查找与所述报文头匹配的报文头信息；

根据所述对应关系，确定查找到的报文头信息所对应的预处理结果；

解析所确定的预处理结果，并根据解析结果执行对应的处理。

优选地，上述方法中，所述预先建立报文头信息与预处理结果之间的对应关系包括：

在第一存储器中存储所述报文头信息，以及在与所述第一存储器相关联的第二存储器中存储所述预处理结果。

优选地，上述方法中，所述第一存储器为三重内容可寻址存储器TCAM，所述第二存储器为静态存储器SRAM。

优选地，上述方法中，所述报文头信息包括：

二层处理的报文头信息是报文的二层头、VLAN、EType和payload；

三层处理的报文头信息是报文的二层头、VLAN、EType、IP头和payload；

MPLS处理的报文头信息是二层头、VLAN、EType、IP头和payload；

ARPRequest协议报文的报文头信息是二层头、EType和payload；

ARPReply协议报文的报文头信息是二层头、EType和payload；

802.1x协议报文的报文头信息是二层头、EType和payload。

优选地，上述方法中，所述预处理结果包括：

用于指示是否将报文上送CPU处理的上送CPU标记；

用于指示处理报文的微码业务流程的业务ID号；

用于提供给微码处理的包头控制信息，所述包头控制信息包括报文头类型及相应的偏移量。

优选地，上述方法中，所述解析所确定的预处理结果，并根据解析结果执行对应的处理包括：

在所确定的预处理结果中的上送CPU标记指示需要上送CPU时，将所述待处理报文上送CPU处理；以及，

根据所确定的预处理结果中的业务ID号和包头控制信息，将所述待处理报文的包头控制信息发送给对应的微码业务处理模块进行处理。

本发明实施例还提供了一种基于网络处理器的报文预处理装置，包括

对应模块，用于预先建立报文头信息与预处理结果之间的对应关系；

查找模块，用于根据待处理报文的报文头，查找与所述报文头匹配的报文头信息，并根据所述对应关系，确定查找到的报文头信息所对应的预处理结果；

解析处理模块，用于解析所确定的预处理结果，并根据解析结果执行对应的处理。

优选地，上述装置中，所述对应模块，进一步用于在第一存储器中存储所述报文头信息，以及在与所述第一存储器相关联的第二存储器中存储所述预处理结果。

优选地，上述装置中，所述第一存储器为三重内容可寻址存储器TCAM，所述第二存储器为静态存储器SRAM。

优选地，上述装置中，所述匹配条件包括：

二层处理的报文头信息是报文的二层头、VLAN、EType和payload；

三层处理的报文头信息是报文的二层头、VLAN、EType、IP头和payload；

MPLS处理的报文头信息是二层头、VLAN、EType、IP头和payload；

ARPRequest协议报文的报文头信息是二层头、EType和payload；

ARPReply协议报文的报文头信息是二层头、EType和payload；

802.1x协议报文的报文头信息是二层头、EType和payload。

优选地，上述装置中，所述预处理结果包括：

用于指示是否将报文上送CPU处理的上送CPU标记；

用于指示处理报文的微码业务流程的业务ID号；

用于提供给微码处理的包头控制信息，所述包头控制信息包括报文头类型及相应的偏移量。

优选地，上述装置中，所述解析处理模块包括：

报文上送模块，用于在所确定的预处理结果中的上送CPU标记指示需要上送CPU时，将所述待处理报文上送CPU处理；以及，

业务流程处理模块，用于根据所确定的预处理结果中的业务ID号和包头控制信息，将所述待处理报文的包头控制信息发送给对应的微码业务处理模块进行处理。

本发明实施例还提供了一种网络处理器，包括以上所述的报文预处理装置。

从以上所述可以看出，本发明实施例提供的基于网络处理器的报文预处理方法、装置及网络处理器，提供查找匹配操作取代微码指令解析报文，首先解决了协议报文上送的处理，使协议报文在微码处理起始阶段就挑选出来并上送CPU，减少了不必要的微码处理；其次根据报文头，解析出报文类型，确定其所需要进入的微码处理流程，从而解决了传统网络处理器利用微码指令进行报文解析的指令浪费问题；另外，在报文解析同时，获取了包头信息（报文头类型、偏移）并传递给后面业务流程处理模块，使得微码更加方便的访问包头，有效缩减了指令。

附图说明

图1为本发明实施例提供的报文预处理方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的报文预处理装置的结构示意图；

图3为本发明另一实施例实现报文预处理的装置的结构框图；

图4为基于图3所示装置的流程图；

图5为本发明实施例的预处理结果的一种示例图；

图6为本发明实施例的预处理装置的一种示例图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。

通常，网络处理器利用微码解析报文，一步一步的读出报文头，和预置条件比较，逐步解析出报文类型，并跳转到相应的业务处理流程处理。这种方法的弊端就是需要浪费很多的微码指令完成报文解析，而微码指令空间是网络处理器最宝贵的资源。

为节约网络处理器的微码资源，本发明实施例提供了一种基于网络处理器的报文预处理方法、装置及网络处理器，通过预先建立好匹配条件和业务流程的对应关系，后续预处理过程中可以直接通过查找匹配的方式进行报文预处理，避免使用微码指令对报文进行解析，从而可以节约微码资源。

请参照图1，本发明实施例提供的基于网络处理器的报文预处理方法，包括以下步骤：

步骤11，预先建立报文头信息与预处理结果之间的对应关系。

这里，可以在第一存储器中存储所述报文头信息，以及在与所述第一存储器相关联的第二存储器中存储所述预处理结果。具体的，所述第一存储器可以是三重内容可寻址存储器（TCAM），所述第二存储器可以使静态存储器（SRAM）。

具体地讲，本实施例将报文头信息作为预置的匹配条件。其中，二层处理的预置条件是二层头（目的MAC非网关MAC）+VLAN（0个或多个）+帧类型（EType）+净荷（payload）；普通三层处理的预置条件是二层头（目的MAC为网关MAC+VLAN（0个或多个）+EType（值为0x0800）+IP头+payload；MPLS处理的预置条件是二层头（目的MAC为网关MAC）+VLAN（0个或多个）+etherType（值为0x8847）+IP头+payload；ARPRequest协议报文的预置条件是二层头（目的MAC为0xffffffffffff）+EType（值为0x0806）+payload；ARPReply协议报文的预置条件是二层头（目的MAC为机架MAC）+EType（值为0x0806）+payload；802.1x协议报文的预置条件是二层头（目的MAC为0x0180c2000003）+EType（值为0x888e）+payload。

预处理结果包括：用于指示是否将报文上送CPU处理的上送CPU标记；用于指示处理报文的微码业务流程的业务ID号；用于提供给微码处理的包头控制信息，所述包头控制信息包括报文头类型及相应的偏移量。其中，上送CPU标记主要针对一些需要上送cpu的协议报文，如ARP协议、OSPF协议、802.1x协议等；微码业务流程即为该报文需要进入的转发流程，二层、三层、MPLS等；包头控制信息指提供给微码处理需要的包头信息，包括报文包含哪些头类型，每种头类型的起始偏移信息。

步骤12，根据待处理报文的报文头，查找与所述报文头匹配的报文头信息。

步骤13，根据所述对应关系，确定查找到的报文头信息所对应的预处理结果。

上述步骤12和步骤13，根据接收到的待处理报文的报文头，在TCAM中查找匹配的报文头信息，在查找到匹配的报文头信息之后，进一步在SRAM中查找到该报文头信息所对应的预处理方式。

步骤14，解析所确定的预处理结果，并根据解析结果执行对应的处理。

这里，根据解析结果执行对应的处理，具体可以包括：

在所确定的预处理结果中的上送CPU标记指示需要上送CPU时，将待处理报文上送CPU处理；以及，

根据所确定的预处理结果中的业务ID号和包头控制信息，将待处理报文的包头控制信息发送给对应的微码业务处理模块进行处理。

从以上所述可以看出，本发明实施例在网络处理器流水线引擎起始阶段，利用一次查找匹配操作（TCAM访问），首先解决了协议报文上送的处理，使协议报文在微码处理起始阶段就挑选出来并上送CPU，减少了不必要的微码处理；其次根据报文头，解析出报文类型，确定其所需要进入的微码处理流程，从而解决了传统NP利用微码指令进行报文解析的指令浪费问题；另外，在报文解析同时，获取了包头信息（报文头类型、偏移）并传递给后面业务流程处理模块，使得微码更加方便的访问包头，有效缩减了指令。

基于以上方法，本发明实施例还提供了一种报文预处理的装置以及包括该装置的网络处理器。请参照图2，该装置包括：

对应模块，用于预先建立报文头信息与预处理结果之间的对应关系；

查找模块，用于根据待处理报文的报文头，查找与所述报文头匹配的报文头信息，并根据所述对应关系，确定查找到的报文头信息所对应的预处理结果；

解析处理模块，用于解析所确定的预处理结果，并根据解析结果执行对应的处理。

其中，所述对应模块，进一步用于在第一存储器中存储所述报文头信息，以及在与所述第一存储器相关联的第二存储器中存储所述预处理结果。具体的，所述第一存储器为TCAM，所述第二存储器为SRAM。

这里，所述解析处理模块具体可以包括：

报文上送模块，用于在所确定的预处理结果中的上送CPU标记指示需要上送CPU时，将待处理报文上送CPU处理；以及，

业务流程处理模块，用于根据所确定的预处理结果中的业务ID号和包头控制信息，将待处理报文的包头控制信息发送给对应的微码业务处理模块进行处理。

图3则给出了本发明另一实施例实现报文预处理的装置的结构框图。请参照图3，可以看出该装置包括：

键值组装模块101，用于根据报文头组装TCAM查表键值，并将键值送往报文匹配模块102。

报头匹配模块102，包含TCAM模块及与TCAM模块相连的SRAM模块，其中：

TCAM模块103，用于将包头内容与TCAM中预先存储的预置条件进行匹配。

SRAM模块104，用于返回与TCAM相关联的SRAM中存放的匹配结果。

匹配结果处理模块105，用于解析报文匹配模块返回的匹配结果。

报文上送模块106，用于根据需要将报文上送CPU处理。

业务流程处理模块107，包含二层转发、三层转发、MPLS等各种业务转发模块，根据解析结果执行对应的业务转发处理。

图4进一步给出了基于图3所示装置的流程图，包括：

步骤201，流程开始阶段；

步骤202，组装查找TCAM的键值，从报文头中读取前面N个字节作为查TCAM的键值（这里，N>20字节）；

步骤203，TCAM匹配查找键值并返回SRAM中的查表结果，查表结果中包含是否上送CPU、业务ID及包头控制信息；

步骤204，根据查表结果中上送CPU标记判断是否需要上送CPU：如果CPU标记等于1，则进入步骤205；否则进入步骤206；

步骤205，将报文上送CPU处理；

步骤206，根据业务ID送往相应的微码业务处理流程处理；

步骤207，流程结束。

图5给出了本发明实施例的预处理结果的一种示例图，其中，报文处理结果存放于与TCAM相关联的SRAM中，内容可以包括：

1）上送CPU标记

等于1则上送CPU（如协议报文）；否则，不上送CPU。

2）业务ID号

预置的业务流ID号。匹配结果处理模块根据该业务ID将报文送至相应的业务流处理模块处理。本发明实施例的一种实现中可以有以下业务ID号的对应关系，其中：

1．表示二层转发模块；

2．表示三层转发模块；

3．表示MPLS转发模块；

以上所示的ID号分配仅为举例说明，并不作为本发明的任何限定。

3）包头控制信息

包括包头类型及相应偏移。包头类型定义如下：

1．二层头（目的MAC+源MAC），长度12字节；

2．VLAN头，长度4字节；

3．EtherType，以太头类型字段，长度2字节；

4．MPLS标签，长度4字节；

5．IP头，长度20字节；

这里，偏移是相对于包头起始地址而言的。

图6给出了本发明实施例的预处理装置的一种示例图，举例说明预处理装置的实现。其中，图6左边为TCAM内容，示意图中包含了前面5个条目；右边为相关联的SRAM，存储匹配结果。

图6中，5个条目中分别为：

1．ARPRequest协议报文

报文特征:目的MAC全1，etherType=0x0806；

匹配结果：上送CPU标记为1；

2．ARPReply协议报文

报文特征:目的MAC为网关MAC，etherType=0x0806；

匹配结果：上送CPU标记为1；

3．三层单播报文

报文特征:目的MAC网关MAC，etherType=0x0800；

匹配结果：上送CPU标记为0；业务流ID为2（L3流程）；包头类型包括1/2/3/5（分别为L2/VLAN/eType/IP），偏移分别为（0x0/0xc/0x10/0x12）；

4．二层单播报文

报文特征:目的MAC非网关MAC；

匹配结果：上送CPU标记为0；业务流ID为1（L2流程）；包头类型包括1/2/3/5（分别为L2/vlan/eType/IP），偏移分别为（0x0/0xc/0x10/0x12）；

5．MPLS标签包

报文特征:目的MAC网关MAC，etherType=0x8847；

匹配结果：上送CPU标记为0；业务流ID为3（MPLS流程）；包头类型包括1/3/4/5（分别为L2/eType/label/IP），偏移分别为（0x0/0xc/0xe/0x12）；

图6中，假设网关MAC为0x112233445566，图6中所有数字都是采用十六进制的表示方式，其中*为掩码标记，代表不关心其内容。

此说明书中所描述的许多功能部件都被称为模块，以便更加特别地强调其实现方式的独立性。

本发明实施例中，模块可以用软件实现，以便由各种类型的处理器执行。举例来说，一个标识的可执行代码模块可以包括计算机指令的一个或多个物理或者逻辑块，举例来说，其可以被构建为对象、过程或函数。尽管如此，所标识模块的可执行代码无需物理地位于一起，而是可以包括存储在不同位里上的不同的指令，当这些指令逻辑上结合在一起时，其构成模块并且实现该模块的规定目的。

实际上，可执行代码模块可以是单条指令或者是许多条指令，并且甚至可以分布在多个不同的代码段上，分布在不同程序当中，以及跨越多个存储器设备分布。同样地，操作数据可以在模块内被识别，并且可以依照任何适当的形式实现并且被组织在任何适当类型的数据结构内。所述操作数据可以作为单个数据集被收集，或者可以分布在不同位置上（包括在不同存储设备上），并且至少部分地可以仅作为电子信号存在于系统或网络上。

在模块可以利用软件实现时，考虑到现有硬件工艺的水平，所以可以以软件实现的模块，在不考虑成本的情况下，本领域技术人员都可以搭建对应的硬件电路来实现对应的功能，所述硬件电路包括常规的超大规模集成（VLSI）电路或者门阵列以及诸如逻辑芯片、晶体管之类的现有半导体或者是其它分立的元件。模块还可以用可编程硬件设备，诸如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备等实现。

以上所述仅是本发明的实施方式，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，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种基于网络处理器的报文预处理方法，其特征在于，包括

预先建立报文头信息与预处理结果之间的对应关系；

根据待处理报文的报文头，查找与所述报文头匹配的报文头信息；

根据所述对应关系，确定查找到的报文头信息所对应的预处理结果；

解析所确定的预处理结果，并根据解析结果执行对应的处理；

所述预处理结果包括：

用于指示是否将报文上送CPU处理的上送CPU标记；

用于指示处理报文的微码业务流程的业务ID号；

用于提供给微码处理的包头控制信息，所述包头控制信息包括报文头类型及相应的偏移量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预先建立报文头信息与预处理结果之间的对应关系包括：

在第一存储器中存储所述报文头信息，以及在与所述第一存储器相关联的第二存储器中存储所述预处理结果。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一存储器为三重内容可寻址存储器TCAM，所述第二存储器为静态存储器SRAM。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述报文头信息包括：

二层处理的报文头信息是报文的二层头、VLAN、EType和payload；

三层处理的报文头信息是报文的二层头、VLAN、EType、IP头和payload；

MPLS处理的报文头信息是二层头、VLAN、EType、IP头和payload；

ARPRequest协议报文的报文头信息是二层头、EType和payload；

ARPReply协议报文的报文头信息是二层头、EType和payload；

802.1x协议报文的报文头信息是二层头、EType和payload。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述解析所确定的预处理结果，并根据解析结果执行对应的处理包括：

在所确定的预处理结果中的上送CPU标记指示需要上送CPU时，将所述待处理报文上送CPU处理；以及，

根据所确定的预处理结果中的业务ID号和包头控制信息，将所述待处理报文的包头控制信息发送给对应的微码业务处理模块进行处理。

6.一种基于网络处理器的报文预处理装置，其特征在于，包括

对应模块，用于预先建立报文头信息与预处理结果之间的对应关系；

查找模块，用于根据待处理报文的报文头，查找与所述报文头匹配的报文头信息，并根据所述对应关系，确定查找到的报文头信息所对应的预处理结果；

解析处理模块，用于解析所确定的预处理结果，并根据解析结果执行对应的处理；

所述预处理结果包括：

用于指示是否将报文上送CPU处理的上送CPU标记；

用于指示处理报文的微码业务流程的业务ID号；

用于提供给微码处理的包头控制信息，所述包头控制信息包括报文头类型及相应的偏移量。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述对应模块，进一步用于在第一存储器中存储所述报文头信息，以及在与所述第一存储器相关联的第二存储器中存储所述预处理结果。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一存储器为三重内容可寻址存储器TCAM，所述第二存储器为静态存储器SRAM。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，匹配条件包括：

二层处理的报文头信息是报文的二层头、VLAN、EType和payload；

三层处理的报文头信息是报文的二层头、VLAN、EType、IP头和payload；

MPLS处理的报文头信息是二层头、VLAN、EType、IP头和payload；

ARPRequest协议报文的报文头信息是二层头、EType和payload；

ARPReply协议报文的报文头信息是二层头、EType和payload；

802.1x协议报文的报文头信息是二层头、EType和payload。

10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述解析处理模块包括：

报文上送模块，用于在所确定的预处理结果中的上送CPU标记指示需要上送CPU时，将所述待处理报文上送CPU处理；以及，

业务流程处理模块，用于根据所确定的预处理结果中的业务ID号和包头控制信息，将所述待处理报文的包头控制信息发送给对应的微码业务处理模块进行处理。

11.一种网络处理器，其特征在于，包括如权利要求6至10任一项所述的报文预处理装置。