CN105323300B - 针对层信息的可配置提取处理大协议层的方法以及设备 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及针对层信息的可配置提取处理大协议层的方法以及设备。用于处理大协议层的装置的实施例涉及优化字段选择电路的实施。该实施为解析数据包中的硬件解析器引擎提供类似软件的灵活性。所述实施限制每一层的大小并且将任何超过该大小的层分离为更小的层。所述解析器引擎如同其从非分离的层提取数据一样从分离的层提取数据，并且接着将所提取的数据级联为最终结果。

Description

针对层信息的可配置提取处理大协议层的方法以及设备
技术领域
本发明涉及一种网络数据包。更具体地，本发明涉及一种针对层信息的可配置提取处理大协议层的方法以及设备。
背景技术
网络数据包包括多个业务层或协议层，其中每一个层都与其他层独立。虽然传统的硬件实施提供解析能力，但是传统的硬件实施不够灵活并且资源低效。这种不灵活性和低效性的一个限制是各个层的最大长度。这种限制由必须被构建在硬件中的字段选择电路所支配。进入硬件的逻辑与最大层长度成正比。例如，为了从层中以可编程的方式提取“T”总字节，其中该层可以具有“L”字节的大小，该层所需要的字节MUX的总数为T*(L:1)个MUX。由此，“L”越大，字段选择电路的大小就越大，这就增加了硬件成本。如果解析器引擎能够处理数据包中的多个层，那么总MUX结构成本就是字段选择电路的大小乘以解析器引擎所支持的层的数目。
发明内容
用于处理大协议层的装置的实施例涉及优化字段选择电路的实施。这种实施在解析数据包时为硬件解析器引擎提供类似软件的灵活性。该实施限制每一层的大小并且将任何超出该大小的层分离为较小的层。解析器引擎如同从非分离层提取数据一样从分离的层提取数据并且接着将所提取的数据级联为最终的结果。
在一个方面，提供一种实施解析器引擎的方法。该方法包括：基于协议层将数据包的层进行分离，使得数据包的协议层的每一个都分隔开。在一些实施例中，将数据包的层分离包括将数据包的每个协议层的层类型存储在第一阵列中并且将数据包的每一个协议层所结束的位置的偏移存储在第二阵列中。
所述方法包括进一步将数据包的协议层中具有大于预定大小的大小的协议层的每一个分离为多个层。基于进一步的分离对第一阵列和第二阵列进行更新。在一些实施例中，预定大小为软件限定的。
所述方法包括处理所有的分离层。在一些实施例中，处理所有的分离层包括将分离层的每一层归纳为通用格式并且从所归纳的分离层的每一层选择内容。在一些实施例中，从所归纳的分离层的每一层选择内容包括将来自通用命令集合中的至少一个应用到所归纳的分离层从而从所归纳的分离层提取字段。在一些实施例中，通用命令集合中的每一个都与协议层中的特定字段无关。
在一些实施例中，所述方法包括来自处理的级联结果被加以级联从而形成令牌，其中所述令牌被用于数据包的进一步处理。
在一些实施例中，所述方法包括将位矢量应用到来自处理的结果从而形成针对哈希函数的输入，其中所述哈希函数的输出是标识数据包应当采用等价多径路由中的哪个等价多径路由的唯一签名。
在另一方面，提供一种实施解析器引擎的方法。所述方法包括基于协议层将数据包的层进行分离从而使得数据包的协议层的每一个都分隔开。
所述方法还包括保持与协议层的每一个的层类型以及协议层的每一个所结束的位置的偏移有关的信息。在一些实施例中，与层类型有关的信息存储在第一阵列中，与偏移有关的信息存储在第二阵列中。
所述方法还包括将数据包的协议层中任何具有大于预定大小的大小的协议层进一步分离为第一部分和第二部分，其中第一部分具有预定大小。预定大小为软件限定的。
所述方法还包括基于进一步的分离对信息进行更新。在一些实施例中，对信息进行更新包括：将与第一部分和第二部分的层类型有关的信息存储在第一阵列的序列元素中，并且将与第一部分和第二部分的偏移有关的信息存储在第二阵列的序列元素中。
所述方法还包括：基于确定第二部分具有大于预定大小的大小，对第二部分重复进一步分离的步骤和更新的步骤。
所述方法还包括处理所有的分离层。在一些实施例中，在处理之前，将分离层的每一个归纳为通用格式。在一些实施例中，处理分离层包括从所归纳的层中提取数据。
在另一个方面，提供了一种实现网络交换机的方法。所述方法包括基于协议层对数据包进行解析，由此初始化第一阵列和第二阵列。在一些实施例中，解析数据包包括标识数据包中的每一层的层类型，将每一层的层类型存储在第一阵列中，标识数据包中每一层所结束的位置的偏移，并且将每一层所结束的位置的偏移存储在第二阵列中。在一些实施例中，所述方法包括将第一阵列和第二阵列存储在网络交换机的存储器中。
所述方法还包括：将第一阵列的每个元素与可编程寄存器进行比较，以确定与该元素相关联的层是否需要被分离。在一些实施例中，可编程寄存器包括：层类型(layerType)字段，其指示何者与相对应的输入相匹配；分离长度(splitLength)字段，其指示相对应的层应当以其而被分离的偏移；以及新层类型(newLayerType)字段，其指示新分离层的层类型值。在一些实施例中，在对数据包进行解析之前，该方法包括经由软件对层类型字段、分离长度字段以及新层类型字段进行编程。
所述方法还包括，基于确定与该元素相关联的层需要被分离，来分离该层。
所述方法还包括：根据分离来对第一阵列和第二阵列进行更新，并且从与第一阵列的每个元素相关联的层提取数据。
在一些实施例中，所述方法包括将所提取的数据结合以由此形成最终结果。在一些实施例中，将位矢量应用到来自逻辑AND运算的结果，其中对来自层的所提取的数据以及位掩码应用逻辑AND运算中的每一个。
在另一个实施例中，提供一种解析器引擎。该解析器引擎包括：电路，其被配置为基于协议层对数据包的层进行分离，使得数据包的协议层的每一个被分隔开，进一步将数据包的协议层中具有大于预定大小的大小的每个协议层分离为多个层，并且对所有的分离层进行处理。
在一些实施例中，保持与协议层的每一个的层类型以及协议层的每一个所结束的位置的偏移有关的信息。在将数据包的协议层中具有大于预定大小的大小的每个协议层进一步分离为多个层后，对该信息进行更新。
在一些实施例中，所述电路还被配置为：将来自处理的结果加以级联从而形成令牌，其中所述令牌被用于数据包的进一步处理。
在一些实施例中，所述电路还被配置为：将位矢量应用到来自处理的结果，以形成针对哈希函数的输入。
附图说明
如附图所说明的，从以下关于本发明示例性实施例的更为具体的描述，前述内容将会变得明显，其中贯穿各个示图的相同的参考标号指代相同的部分。所列附图未必按照比例绘制，其关注点在于阐释本发明的实施例。
图1图示了根据本发明的一些实施例的解析器引擎的方法。
图2图示了根据本发明的一些实施例的解析器引擎的另一方法。
图3图示了根据本发明的一些实施例的网络交换机的方法。
具体实施方式
在下面的描述中，列出了各种细节用于解释。然而，本领域的技术人员应当意识到，本发明可以无需使用这些特定的细节而实施。这样，本发明并不意在限于所示出的实施例，而是应当被赋予与这里所描述的原则和特征相一致的最宽广的范围。
用于处理大协议层的装置的实施例涉及一种优化字段选择电路的实施。这种实施在解析数据包时为硬件解析器引擎提供类似软件的灵活性。该实施限制每一层的大小并且将超过该大小的任何层分离为较小的层。解析器引擎如同从非分离层提取数据一样从分离的层提取数据并且接着将所提取的数据级联为最终的结果。
例如网络交换机的网络设备能够对网络业务进行切换/路由。所述网络交换机包括至少一个输入/进入端口和至少一个输出/出去端口，用于接收和发送数据包。在一些实施例中，网络交换机还包括解析器和重写器。解析器可以包括一个或多个解析器引擎，以识别网络数据包的内容，并且重写器可以包括一个或多个重写引擎，以在数据包被从网络交换机发送出去之前对数据包进行修改。解析器引擎(多个解析器引擎)以及重写器引擎(多个重写器引擎)是灵活的并且在可编程的基础上进行操作。
网络交换机还包括用于存储网络交换机所使用的数据的存储器。例如，存储器存储在实施中所使用的至少两个阵列，以保持对分离层的跟踪。对于另一个例子，存储器存储通用命令集合，以从协议头部中提取字段。对于又一个示例而言，存储器还存储计数和统计信息。
在以太网中，数据包包括多个协议层。每一个协议层承载不同的信息，一些公知的层的例子有：
Ethernet
PBB Ethernet
ARP
IPV4
IPV6
MPLS
FCOE
TCP
UDP
ICMP
IGMP
GRE
ICMPv6
VxLAN
TRILL
CNM
理论上说，协议层可以按照任何的顺序出现。然而，仅会出现这些层的一些公知的组合。这些层的有效组合的一些例子有：
Ethernet
Ethernet,ARP
Ethernet,CNM
Ethernet,FCoE
Ethernet,IPV4
Ethernet,,IPV4,ICMP
Ethernet,IPV4,IGMP
对于数据包解析操作，数据包被分解为层。这种分离是基于例如上面所列的公知的层来完成的。正如上面所解释的，在传统的硬件实施中，为了以可编程的方法从层中提取“T”总数字节，其中该层可以具有的大小为“L”字节，该层所需要的字节MUX的总数为T*(L:1)个MUX。由此，“L”越大，字段选择电路的大小就越大，这就增加了硬件成本。
当前的实施优化了解析器引擎的字段选择电路。当前的实施依赖于关于字节处理顺序的假定。典型地，解析器引擎的字节输出顺序与字节在进入层中出现的顺序相匹配。例如，如果将选择字节1、字节3和字节5，那么字节出现的顺序就是1、3、5，而不是3、1、5或5、3、1或任何其他这样的组合。基于这种假定，所需要的MUX的总数不再是T*(L:1)，而是(L:1)+(L-1:1)+(L-2:1)+(L-3:1)+…+(T:1)，假设T＜L。
由于硬件的成本与层“L”的长度成正比，当前的实施限制了其所要支持的“L”的大小并且将任何超过长度“L”的层分离为N个较小的层。来自N个分离的层的信息如同解析器引擎从单一层中进行的提取一样而被提取并且接着被级联回到最终结果。所提取的数据可以用于形成令牌或哈希输入。示例性的从数据包的数据提取在提交于【日期】的名称为“AMethod of Extracting Data from Packets and An Apparatus thereof”的美国专利申请序列号No.【代理人案卷号XPL-02100】，以及提交于【日期】的名称为“A Method ofForming a Hash Input from Packet Contents and An Apparatus thereof”的美国专利申请序列号No.【代理人卷号XPL-02200】中有所讨论，其全部内容通过参考被并入于此。
当前的实施以降低的硬件成本有利地实现相同的功能。当前实施的序列可以被总结为：
(1)对进入数据包进行解析，并且标识每一个层的层类型以及每个层所结束的位置的偏移。该信息被存储在两个阵列中，即layerType[]和layerEndPtr[]。
(2)在解析结束时，将每一个layerType[]和可编程寄存器进行比较。所述可编程寄存器包括下述字段：
layerType:指示相对应输入所匹配的层类型；
splitLength:指示该层将被分离的位置的偏移；以及
newLayerType:指示新分离层的层类型值。
针对该比对的示例性的伪码如表1所示。
表1
Figure BDA0000713178750000081
解析器引擎为高度可配置的硬件解析器引擎，其就网络业务如何被解析提供类似软件的灵活性。图1图示了根据本发明的一些实施例的解析器引擎的方法100。解析器引擎是网络交换机的一部分并且标识网络数据包的内容。在步骤105，基于协议层将数据包的层进行分离，使得数据包的协议层的每一个都分隔开。数据包的每一个协议层的层类型存储在第一阵列中，即layerType[]。数据包的每一协议层结束的位置的偏移存储在第二阵列中，即layerEndzptr[]。
在步骤110，数据包的协议层中具有大于预定大小的大小的每个协议层被进一步分离为多个层。第一阵列和第二阵列基于进一步的分离。预定大小为软件限定的。
在步骤115，对所有的分离层进行处理。在一些实施例中，分离层的每一个被归纳为通用格式。从归纳的分离层的每一个选择内容。在一些实施例中，通用命令集合中的至少一个被应用到所归纳的分离层，由此从所归纳的分离层提取字段。在一些实施例中，通用命令集合中的每一个都与协议层中的特定字段无关。在一些实施例中，来自处理的结果被加以级联以形成令牌，所述令牌被用于数据包的进一步处理。可替代地，将位矢量应用到来自处理的结果以形成针对哈希函数的输入，其中所述哈希函数的输出是标识数据包应当采用等价多径路由中的哪个等价多径路由的唯一签名。
图2图示了根据本发明的一些实施例的解析器引擎的另一方法200。在步骤205，基于协议层将数据包的层进行分离，使得数据包的协议层的每一个都分隔开。
在步骤210，保持与协议层的每一个的层类型以及协议层的每一个所结束的位置的偏移有关的信息。与层类型有关的信息存储在第一阵列(例如，layerType[])中。与偏移有关的信息存储在第二阵列(例如，layerEndzptr[])中。
在步骤215，将数据包的协议层中任何具有大于预定大小的大小的协议层进一步分离为第一部分和第二部分，其中第一部分具有预定大小。预定大小为软件限定的。
在步骤220，基于进一步的分离来对信息进行更新。将与第一部分和第二部分的层类型有关的信息存储在第一阵列的序列元素中。将与第一部分和第二部分的偏移有关的信息存储在第二阵列的序列元素中。
在步骤225，基于确定第二部分具有大于预定大小的大小，对第二部分重复步骤215和步骤220；以及
在步骤230，处理所有的分离层。在一些实施例中，在步骤230之前，将分离层的每一个归纳为通用格式。在一些实施例中，处理分离层包括从所归纳的层中提取数据。
图3图示了根据本发明的一些实施例的网络交换机的方法300。在步骤305，基于协议层对数据包进行解析。根据解析，初始化第一阵列(例如，layerType[])和第二阵列(例如，layerEndzptr[])。当数据包被解析时，数据包中的每一层的层类型被标识并且存储在第一阵列中，数据包中每一层所结束的位置的偏移被标识并且存储在第二阵列中。第一阵列和第二阵列被存储在网络交换机的存储器中。
在步骤310，将第一阵列的每个元素与可编程寄存器进行比较，以确定与该元素相关联的层是否需要被分离。可编程寄存器包括：层类型(layerType)字段，其指示何者与相对应的输入相匹配；分离长度(splitLength)字段，其指示相对应的层应当以其而被分离的偏离；以及新层类型(newLayerType)字段，其指示新分离层的层类型值。典型地，在步骤305之前，经由软件对层类型字段、分离长度字段以及新层类型字段进行编程。
在步骤315，基于确定与该元素相关联的层需要被分离，来分离该层。
在步骤320，根据分离，对第一阵列和第二阵列进行更新。
在步骤325，从与第一阵列的每个元素相关联的层提取数据。在一些实施例中，将所提取的数据结合以由此形成最终结果。可替代地，将位矢量应用到来自逻辑AND运算的结果，其中对来自层的所提取的数据和位掩码应用逻辑AND运算中的每一个。
该实施依赖于这样一种假定，即解析器引擎的字节输出顺序与字节在进入层中出现的顺序相匹配，从而有利地优化解析器引擎的字段选择电路。任何超出预定大小的层被分离为较小的层。解析器引擎如同从非分离层提取数据一样从分离层提取数据并且接着将所提取的数据级联为最终结果。
本领域普通技术人员将会认识到，还存在其他的用途和优势。虽然参照多个特定细节对本发明进行了描述，但本领域普通技术人员应当认识到，本发明可以实施为其他的特定形式，而不会背离本发明的精神。由此，本领域普通技术人员将会理解到，本发明不限于前述的说明性细节，而应当由所附的权利要求来限定。

Claims (32)

1.一种实施解析器引擎的方法，所述方法包括：
利用所述解析器引擎将数据包的头部进行分离，所述头部具有多个协议层，其中所述分离基于所述协议层，使得所述头部的所述协议层中的每个协议层都被分隔开；
利用所述解析器引擎将所述头部的所述协议层中具有大于预定大小的大小的每个协议层进一步分离为多个层子段；以及
利用所述解析器引擎处理所有的所述子段。
2.根据权利要求1所述的方法，其中将数据包的层分离包括：将所述数据包的每个协议层的层类型存储在第一阵列中并且将所述数据包的每个协议层所结束的位置的偏移存储在第二阵列中。
3.根据权利要求2所述的方法，其中进一步分离所述数据包的每个层包括：基于所述进一步的分离，更新所述第一阵列和所述第二阵列。
4.根据权利要求1所述的方法，其中处理所有的所述子段包括：
将所述子段中的每一子段归纳为通用格式；以及
从所归纳的子段中的每一子段选择内容。
5.根据权利要求4所述的方法，其中从所归纳的子段中的每一子段选择内容包括：将来自通用命令集合中的至少一个通用命令应用到所归纳的子段，以由此从所归纳的子段提取字段。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述通用命令集合中的每一个通用命令对所述协议层中的特定字段不可知。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：级联来自所述处理的结果以形成令牌，其中所述令牌被用于所述数据包的进一步处理。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：将位矢量应用到来自所述处理的结果，以形成针对哈希函数的输入。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述数据包具有本体，并且所述数据包的所述分离包括所述头部的分离，由此形成所述头部的分隔的部分，并且所述协议层的所述进一步的分离包括将所述头部的所述分隔的部分分离成子部分。
10.一种实施解析器引擎的方法，所述方法包括：
利用所述解析器引擎将数据包的头部进行分离，所述头部具有多个协议层，其中所述分离基于所述协议层，使得所述头部的所述协议层中的每个协议层都被分隔开；
保持与所述协议层中的每个协议层的层类型以及所述协议层中的每个协议层所结束的位置的偏移有关的信息；
将所述头部的所述协议层中任何具有大于预定大小的大小的协议层进一步分离为第一部分和第二部分，其中所述第一部分具有所述预定大小；
基于所述进一步的分离，对所述信息进行更新；
基于确定所述第二部分具有大于所述预定大小的大小，对所述第二部分重复所述进一步分离的步骤和所述更新的步骤；以及
处理所有的所分离的层。
11.根据权利要求10所述的方法，其中将与所述层类型有关的信息存储在第一阵列中，并将与所述偏移有关的信息存储在第二阵列中。
12.根据权利要求11所述的方法，其中更新所述信息包括：
将与所述第一部分和所述第二部分的层类型有关的信息存储在所述第一阵列的序列元素中；以及
将与所述第一部分和所述第二部分的偏移有关的信息存储在所述第二阵列的序列元素中。
13.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：在保持信息之前，软件限定所述预定大小。
14.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：在处理之前，将所分离的层中的每一层归纳为通用格式。
15.根据权利要求14所述的方法，其中处理所分离的层包括从所归纳的层中提取数据。
16.一种实施网络交换机的方法，所述方法包括：
对数据包的头部进行解析，所述头部具有多个协议层，其中所述解析基于所述协议层，由此分隔开所述头部的所述协议层的每一协议层并且初始化第一阵列和第二阵列；
将所述第一阵列的每个元素与可编程寄存器进行比较，以确定与所述元素相关联的协议层中的一个协议层是否需要被分离；
基于确定与所述元素相关联的所述协议层中的所述一个协议层需要被分离，来分离所述协议层中的所述一个协议层；
根据所述分离，对所述第一阵列和所述第二阵列进行更新；以及
从与所述第一阵列的每个元素相关联的所述协议层提取数据。
17.根据权利要求16所述的方法，其中对数据包进行解析包括：
标识所述数据包中的所述协议层中的每一协议层的层类型；
将所述协议层中的每一协议层的所述层类型存储在所述第一阵列中；
标识所述数据包中所述协议层中的每一协议层所结束的位置的偏移；以及
将所述协议层中的每一协议层所结束的位置的所述偏移存储在所述第二阵列中。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述可编程寄存器包括：
层类型字段，其指示何者与相对应的输入相匹配；
分离长度字段，其指示所述协议层中的相对应的协议层应当以其而被分离的偏移；以及
新层类型字段，其指示新分离层的层类型值。
19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括：在对数据包进行解析之前，经由软件对所述层类型字段、所述分离长度字段以及所述新层类型字段进行编程。
20.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：将所述第一阵列和所述第二阵列存储在所述网络交换机的存储器中。
21.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：将所提取的数据结合以由此形成最终结果。
22.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：将位矢量应用到来自逻辑AND运算的结果，其中对来自所述协议层中的一个协议层的所提取的数据和位掩码应用所述逻辑AND运算中的每一个。
23.一种网络交换机，包括：
输入端口和输出端口，用于接收和发送数据包，所述数据包中的每个数据包具有包括多个协议层的头部；
存储器，用于存储第一阵列和第二阵列以保持对所述协议层的跟踪；以及
解析器引擎，用于将数据包的头部分离为所述协议层，以用于将所述协议层中的任何超过预定大小的协议层进一步分离为多个子层，并且用于从所有的所述子层提取数据。
24.根据权利要求23所述的网络交换机，其中所述预定大小是软件限定的。
25.根据权利要求23所述的网络交换机，其中所述解析器引擎将所提取的数据进一步级联以形成令牌，其中所述令牌被用于所述数据包的进一步处理。
26.根据权利要求23所述的网络交换机，其中所述解析器引擎进一步：
对用于所述子层中的每个子层的所提取的数据以及位掩码应用逻辑AND运算；以及
将位矢量应用到来自所述逻辑AND运算的结果，以形成哈希函数的输入。
27.根据权利要求26所述的网络交换机，其中所述哈希函数的输出是标识所述数据包应当采用等价多径路由中的哪个等价多径路由的唯一签名。
28.一种解析器引擎，包括电路，所述电路被配置为：
对数据包的头部进行分离，所述头部具有多个协议层，其中所述分离基于所述协议层，使得所述头部的所述协议层中的每个协议层被分隔开；
将所述头部的所述协议层中具有大于预定大小的大小的每个协议层进一步分离为多个子层；以及
处理所有的所述子层。
29.根据权利要求28所述的解析器引擎，其中保持与所述协议层中的每个协议层的层类型以及所述协议层中的每个协议层所结束的位置的偏移有关的信息。
30.根据权利要求29所述的解析器引擎，其中在将所述数据包的所述协议层中具有大于预定大小的大小的每个协议层进一步分离为多个子层后，对所述信息进行更新。
31.根据权利要求28所述的解析器引擎，其中所述电路还被配置为将来自所述处理的结果加以级联以形成令牌，其中所述令牌被用于所述数据包的进一步处理。
32.根据权利要求28所述的解析器引擎，其中所述电路还被配置为：将位矢量应用到来自所述处理的结果，以形成针对哈希函数的输入。
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