CN105681201A - 报文的规则匹配方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种报文的规则匹配方法和装置，该方法包括：对接收的报文进行解析，以获取报文的五元组、L2层长度、L3层长度、L4层长度、L5层长度、ACK值和SEQ值；根据预定的规则对报文进行精确匹配和范围匹配。本发明通过在进行五元组规则匹配时添加了范围匹配的字段，大大提高了系统的性能。

Description

报文的规则匹配方法和装置
技术领域
本发明涉及网络报文领域，具体来说，涉及一种报文的规则匹配方法和装置。
背景技术
在网络安全领域，需要检测报文是否是异常流量或者需要对某些IP段的报文进行后续的异常检测。在异常检测中，报文各个层报文的长度、TCP确认字符(ACK)号和SEQ(Linux中一个预设的外部命令)号是判断报文是否异常的重要标识。现有的技术一般是先对报文进行五元组(包括源IP、目的IP、源端口、目的端口、传输层协议)匹配，然后对命中的报文进行异常检测，具体的异常检测方式是利用软件分析报文的长度、TCPACK、SEQ值进行范围匹配，检测是否有异常，从而判断报文是否是属于异常包。
由此可见，现有技术中，五元组匹配和范围匹配分开进行，而范围匹配一般采用软件的方法实现，大大影响了体统处理流量的性能。
针对相关技术中的上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的上述问题，本发明提出一种报文的规则匹配方法和装置，能够提高系统的性能。
本发明的技术方案是这样实现的：
根据本发明的一个方面，提供了一种报文的规则匹配方法。
该规则匹配方法包括：
对接收的报文进行解析，以获取报文的五元组、L2层长度、L3层长度、L4层长度、L5层长度、ACK值和SEQ值；
根据预定的规则对报文进行精确匹配和范围匹配。
其中，预定的规则包括对应报文的五元组、L2层长度、L3层长度、L4层长度、L5层长度、ACK值和SEQ值的多个数据域，多个数据域包括：规则的下限值、规则的上限值、规则的掩码、比较的类型。
其中，在根据预定的规则对报文进行精确匹配时，可根据预定的规则对报文的五元组中的源IP、目的IP和传输层协议作精确匹配。
此外，在根据预定的规则对报文进行范围匹配时，可根据预定的规则对报文的五元组中的源端口、目的端口和L2层长度、L3层长度、L4层长度、L5层长度、ACK值和SEQ值作范围匹配。
根据本发明的另一方面，提供了一种报文的规则匹配装置。
该规则匹配装置包括：
解析模块，用于对接收的报文进行解析，以获取报文的五元组、L2层长度、L3层长度、L4层长度、L5层长度、ACK值和SEQ值；
匹配模块，用于根据预定的规则对报文进行精确匹配和范围匹配。
其中，预定的规则包括对应报文的五元组、L2层长度、L3层长度、L4层长度、L5层长度、ACK值和SEQ值的多个数据域，多个数据域包括：规则的下限值、规则的上限值、规则的掩码、比较的类型。
此外，匹配模块包括第一匹配子模块，用于根据预定的规则对报文的五元组中的源IP、目的IP和传输层协议作精确匹配。
另外，匹配模块进一步包括第二匹配子模块，用于根据预定的规则对报文的五元组中的源端口、目的端口和L2层长度、L3层长度、L4层长度、L5层长度、ACK值和SEQ值作范围匹配。
本发明通过在进行五元组规则匹配时添加了范围匹配的字段，大大提高了系统的性能。
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，下面描述中的附图仅仅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是根据本发明实施例的报文的规则匹配方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的报文的规则匹配方法的系统流程图；
图3是根据本发明实施例的IPV4规则格式；
图4是根据本发明实施例的报文的规则匹配装置的框图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例，提供了一种报文的规则匹配方法。
如图1所示，根据本发明实施例的规则匹配方法包括：
步骤S101，对接收的报文进行解析，以获取报文的五元组、L2层长度、L3层长度、L4层长度、L5层长度、ACK值和SEQ值；
步骤S103，根据预定的规则对报文进行精确匹配和范围匹配。
为了更好的理解本发明的上述技术方案，下面结合一具体实施例来对本发明的上述技术方案进行详细阐述。
如图2所示，网络报文首先经过现场可编程门阵列(FPGA)进行报文解析，提取报文的五元组(源IP、目的IP、源端口、目的端口、传输层协议)、L2层长度(报文数据链路层头的长度)、L3层长度(报文网络层头的长度)、L4层长度(报文传输层头的长度)、L5层长度(报文应用层的长度)、TCPACK值、SEQ值，将各个字段按照一定规则进行排序组合，然后送入TCAM(一种硬件搜索芯片)进行规则匹配，TCAM中预先存放要匹配的规则，如果命中，则返回规则的命中信息。
其中，在TCAM中添加规则时，需要按照一定格式进行，本发明中将TCAM分为两个区，分别存放IPV4规则、IPV6规则。其中，IPV4规则分区的位宽为288bit，IPV6规则分区位宽为576bit。
下面主要介绍IPV4规则的实现，IPV6只是五元组不同，其他都类似，因此不再赘述。
在TCAM中添加规则时，涉及到如图3所示的对应报文的五元组、L2层长度、L3层长度、L4层长度、L5层长度、ACK值和SEQ值的4个数据域：Data：规则的下限值；Data_higher：规则的上限值；Mask：规则的掩码；stripe_type(比较的类型)：标识每个字段要比较，包含‘>＝’、‘<’和‘＝’操作。
其中，对于Mask来说，赋值为ff表示作出掩码操作，不需要进行比较匹配，赋值为0表示需要进行比较匹配，而源IP的值设置为参数msip，参数msip的赋值可以为0，也可以为ff；目的IP的值设置为参数mdip，参数mdip的赋值可以为0，也可以为ff、传输层协议的值设置为参数mproto，参数mproto的赋值可以为0，也可以为ff，即源IP、目的IP、传输层协议、和usr_id为精确匹配，可以支持掩码操作，五元组中的源端口sport、目的端口dport和L2层长度l2_len、L3层长度l3_len、L4层长度l4_len、L5层长度l5_len、ACK值和SEQ值的字段为范围匹配，不支持掩码。
此外，规则中还增加一个usr_id字段，占用一个字节，用于标识规则类型。
因此，在一个实施例中，在根据预定的规则对报文进行精确匹配时，可根据预定的规则对报文的五元组中的源IP、目的IP和传输层协议作精确匹配。
此外，在一个实施例中，在根据预定的规则对报文进行范围匹配时，可根据预定的规则对报文的五元组中的源端口、目的端口和L2层长度、L3层长度、L4层长度、L5层长度、ACK值和SEQ值作范围匹配。
另外，在上述实施例中，由于所用TCAM只支持16位的范围比较。但TCPAck/Sep号值都为32bit，所以要对添加的规则进行处理。
假设有如下TCPAck/Sep号x[31:0]的32bit的范围比较：
且下限值a[31:0]<x[31:0]<上限值b[31:0]
那么对此规则进行拆分，分为低16位和高16位，先比较高16位，这样容易进行比较：
a[31:0]<x[31:0]描述为：(x[31:16]>a[31:16]||x[31:16]＝＝a[31:16]&&x[15:0]>a[15:0])
x[31:0]<b[31:0]描述为：(x[31:16]<b[31:16]||x[31:16]＝＝b[31:16]&&x[15:0]<b[15:0])
令，x1＝x[31:16]，x0＝x[15:0]，a1＝a[31:16]，a0＝a[15:0]，b1＝b[31:16]，b0＝b[15:0]
则，a[31:0]<x[31:0]<b[31:0]可以写为：
(x1>a1)||(x1＝＝a1&&x0>a0)&&((x1<b1)||(x1＝＝b1&&x0<b0))
＝(x1>a1&&((x1<b1)||(x1＝＝b1&&x0<b0))||
(x1＝＝a1&&x0>a0)&&((x1<b1)||(x1＝＝b1&&x0<b0))
＝(x1>a1&&x1<b1)||(x1>a1&&(x1＝＝b1&&x0<b0))||
(x1＝＝a1&&x0>a0)&&(x1<b1)||(x1＝＝a1&&x0>a0)&&(x1＝＝b1&&x0<b0))
最终，可以拆成如下四条规则：
规则1.(x1>a1&&x1<b1)
规则2.(x1>a1&&(x1＝＝b1&&x0<b0))
规则3.(x1＝＝a1&&x0>a0)&&(x1<b1)
规则4.(x1＝＝a1&&x0>a0)&&(x1＝＝b1&&x0<b0))
在具体实现中，考虑到TCAM只能实现‘>＝’操作，本系统中最终实现如下：
而参照图3可知，本发明的在TCAM中的一条规则中包括两个32bit字段(ack和seq)，因此，还需要对两个字段的范围比较进行组合处理，所以一条规则拆分成9条规则：
规则1：
tcp_seq范围：x[31:16]＝＝lower.tcp_seq[31:16],x[15:0]>＝lower.tcp_seq[15:0]
tcp_ack范围：x[31:16]＝＝lower.tcp_ack[31:16],x[15:0]>＝lower.tcp_ack[15:0]
规则2：
tcp_seq范围：x[31:16]＝＝lower.tcp_seq[31:16],x[15:0]>＝lower.tcp_seq[15:0]
tcp_ack范围：x[31:16]＝＝higher.tcp_ack[31:16],x[15:0]<＝higher.tcp_ack[15:0]
规则3：
tcp_seq范围：x[31:16]＝＝lower.tcp_seq[31:16],x[15:0]>＝lower.tcp_seq[15:0]
tcp_ack规则：lower.tcp_ack[31:16]+1<＝x[31:16]<＝higher.tcp_ack[31:16]-1,低16位不关心；
规则4：
tcp_seq范围：x[31:16]＝＝higher.tcp_seq[31:16],x[15:0]<＝higher.tcp_seq[15:0]
tcp_ack范围：x[31:16]＝＝lower.tcp_ack[31:16],x[15:0]>＝lower.tcp_ack[15:0]
规则5：
tcp_seq范围：x[31:16]＝＝higher.tcp_seq[31:16],x[15:0]<＝higher.tcp_seq[15:0]
tcp_ack范围：x[31:16]＝＝higher.tcp_ack[31:16],x[15:0]<＝higher.tcp_ack[15:0]
规则6：
tcp_seq范围：x[31:16]＝＝higher.tcp_seq[31:16],x[15:0]<＝higher.tcp_seq[15:0]
tcp_ack范围：lower.tcp_ack[31:16]+1<＝x[31:16]<＝higher.tcp_ack[31:16]-1,低16位不关心
规则7：
tcp_seq范围：lower.tcp_seq[31:16]+1<＝x[31:16]<＝higher.tcp_seq[31:16]-1,低16位不关心
tcp_ack范围：x[31:16]＝＝lower.tcp_ack[31:16],x[15:0]>＝lower.tcp_ack[15:0]
规则8：
tcp_seq范围：lower.tcp_seq[31:16]+1<＝x[31:16]<＝higher.tcp_seq[31:16]-1,低16位不关心
tcp_ack范围：x[31:16]＝＝higher.tcp_ack[31:16],x[15:0]<＝higher.tcp_ack[15:0]
规则9：
tcp_seq范围：lower.tcp_seq[31:16]+1<＝x[31:16]<＝higher.tcp_seq[31:16]-1,低16位不关心
tcp_ack范围：lower.tcp_ack[31:16]+1<＝x[31:16]<＝higher.tcp_ack[31:16]-1,低16位不关心
将上述九条规则添加入TCAM，它们命中后返回规则id相同，只要有其中一条规则命中，则就认为报文命中了此规则，即此报文异常。
根据本发明的实施例，还提供了一种报文的规则匹配装置。
如图4所示，根据本发明实施例的规则匹配装置包括：
解析模块41，用于对接收的报文进行解析，以获取报文的五元组、L2层长度、L3层长度、L4层长度、L5层长度、确认字符ACK值和SEQ值；
匹配模块42，用于根据预定的规则对报文进行精确匹配和范围匹配。
其中，在一个实施例中，预定的规则包括对应报文的五元组、L2层长度、L3层长度、L4层长度、L5层长度、ACK值和SEQ值的多个数据域，多个数据域包括：规则的下限值、规则的上限值、规则的掩码、比较的类型。
此外，在一个实施例中，根据本发明实施例的匹配模块42包括第一匹配子模块(未示出)，用于根据预定的规则对报文的五元组中的源IP、目的IP和传输层协议作精确匹配。
另外，在一个实施例中，根据本发明实施例的匹配模块42进一步包括第二匹配子模块(未示出)，用于根据预定的规则对报文的五元组中的源端口、目的端口和L2层长度、L3层长度、L4层长度、L5层长度、ACK值和SEQ值作范围匹配。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过在传统的五元组规则匹配的基础上增加了范围匹配的字段，并用硬件实现了32bit数据的范围比较，大大提高了系统的性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种报文的规则匹配方法，其特征在于，包括：
对接收的报文进行解析，以获取所述报文的五元组、L2层长度、L3层长度、L4层长度、L5层长度、确认字符ACK值和SEQ值；
根据预定的规则对所述报文进行精确匹配和范围匹配。
2.根据权利要求1所述的规则匹配方法，其特征在于，所述预定的规则包括对应所述报文的五元组、L2层长度、L3层长度、L4层长度、L5层长度、ACK值和SEQ值的多个数据域，所述多个数据域包括：规则的下限值、规则的上限值、规则的掩码、比较的类型。
3.根据权利要求1所述的规则匹配方法，其特征在于，根据预定的规则对所述报文进行精确匹配包括：
根据预定的所述规则对所述报文的五元组中的源IP、目的IP和传输层协议作精确匹配。
4.根据权利要求1所述的规则匹配方法，其特征在于，根据预定的规则对所述报文进行范围匹配包括：
根据预定的所述规则对所述报文的五元组中的源端口、目的端口和所述L2层长度、L3层长度、L4层长度、L5层长度、ACK值和SEQ值作范围匹配。
5.一种报文的规则匹配装置，其特征在于，包括：
解析模块，用于对接收的报文进行解析，以获取所述报文的五元组、L2层长度、L3层长度、L4层长度、L5层长度、确认字符ACK值和SEQ值；
匹配模块，用于根据预定的规则对所述报文进行精确匹配和范围匹配。
6.根据权利要求5所述的规则匹配装置，其特征在于，所述预定的规则包括对应所述报文的五元组、L2层长度、L3层长度、L4层长度、L5层长度、ACK值和SEQ值的多个数据域，所述多个数据域包括：规则的下限值、规则的上限值、规则的掩码、比较的类型。
7.根据权利要求5所述的规则匹配装置，其特征在于，所述匹配模块包括第一匹配子模块，用于根据预定的所述规则对所述报文的五元组中的源IP、目的IP和传输层协议作精确匹配。
8.根据权利要求5所述的规则匹配装置，其特征在于，所述匹配模块进一步包括第二匹配子模块，用于根据预定的所述规则对所述报文的五元组中的源端口、目的端口和所述L2层长度、L3层长度、L4层长度、L5层长度、ACK值和SEQ值作范围匹配。
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