CN106254269B - 一种报文转发方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种报文转发方法及装置，应用于框式设备上，所述框式设备包括CPU和ASIC芯片，所述方法包括：当ASIC芯片接收到的报文匹配于预定义的ACL策略时，将所述报文发送至CPU；该CPU执行基于第一类QoS功能的操作，并将所述报文返回至所述ASIC芯片；该ASIC芯片执行基于第二类QoS功能的操作。这样将ASIC芯片与CPU结合实现QoS功能，从而一方面可以灵活结合业务实现QoS功能，另一方面可以避免占用CPU的处理资源，解决系统性能下降的问题，兼顾实现QoS功能的多种优点。

Description

一种报文转发方法及装置

技术领域

本申请涉及网络通信技术领域，特别是一种报文转发方法及装置。

背景技术

QoS(Quality of Service，服务质量)是一个综合指标，用于衡量使用一个服务的满意程度。目前采用的QoS技术的功能有：流量分类、拥塞管理、拥塞避免、流量监管及流量整形等，最终为具有不同网络需求的业务提供所承诺的服务。其中，QoS功能可以通过ASIC硬件实现，也可以通过CPU实现。

在相关技术中，往往单独使用CPU或者ASIC(Application SpecificIntegratedCircuits，专用集成电路)芯片执行基于QoS功能的操作。然而，在使用CPU实现QoS功能时，对于诸如拥塞管理、拥塞避免、流量整形等与业务无关的QoS功能，对处理器的资源占用巨大，会给系统带来较大的负担，造成系统性能下降；在使用ASIC芯片实现QoS功能时，ASIC芯片可以按照预配置的逻辑快速处理上述的拥塞管理、拥塞避免、流量整形等与业务无关的QoS功能，但是对于诸如流量分类、流量监管等与业务相关的QoS功能，无法灵活与业务实现结合，所以单独使用任一方法实现QoS功能都无法兼顾提高系统性能和灵活处理业务的特点。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种报文转发方法及装置，可以在实现QoS功能时，既保证较高的业务灵活性，又能够将系统性能维持在较高水平，从而解决相关技术中两者无法兼顾的问题。

具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：

根据本发明的第一方面，提出了一种报文转发方法，应用于框式设备上，所述框式设备包括CPU和ASIC芯片，所述方法包括：

当ASIC芯片接收到的报文匹配于预定义的ACL策略时，将所述报文发送至CPU；

所述CPU执行基于第一类QoS功能的操作，并将所述报文返回至所述ASIC芯片；

所述ASIC芯片执行基于第二类QoS功能的操作。

根据本发明的第二方面，提出了一种报文转发装置，应用于框式设备上，所述框式设备包括CPU和ASIC芯片，所述装置包括：

发送单元，当ASIC芯片接收到的报文匹配于预定义的ACL策略时，将所述报文发送至CPU；

第一执行单元，所述CPU执行基于第一类QoS功能的操作，并将所述报文返回至所述ASIC芯片；

第二执行单元，所述ASIC芯片执行基于第二类QoS功能的操作。

由上述技术方案可知，本发明通过将CPU与ASIC芯片结合实现QoS功能，在利用CPU执行与业务相关的第一类QoS功能时，可以确保QoS功能与业务灵活结合，而在利用ASIC芯片执行与业务无关的第二类QoS功能时，可以利用预定义的处理逻辑对相关QoS功能实现快速处理，避免占用CPU的处理资源，从而在实现QoS功能时，兼顾业务灵活性与高性能。

附图说明

图1是本发明一示例性实施例的一种报文转发方法流程图；

图2是本发明一示例性实施例的一种网络架构的示意图；

图3是本发明一示例性实施例的ASIC芯片与CPU两方交互流程示意图；

图4是本发明实现流量整形功能的示意图；

图5是本发明一示例性实施例的一种报文转发装置示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

在相关技术中，往往单独使用CPU或者ASIC芯片执行基于QoS功能的操作。然而，在使用CPU实现QoS功能时，执行基于QoS功能中的拥塞管理、拥塞避免和流量整形等功能的操作时会占用较多的处理器周期，给系统带来较大的负担，造成系统性能下降；在使用ASIC芯片实现QoS功能时，执行基于QoS功能中的流量分类和流量监管等功能的操作时又无法灵活与具体业务结合，所以单独使用任一方法实现QoS功能都无法兼顾系统性能和灵活处理业务的特点。

因此，本发明通过提出一种报文转发的改进方案，可以解决相关技术中的上述问题，下面结合实施例进行说明。

图1是本发明一示例性实施例的一种报文转发方法流程图，如图1所示，该方法应用于框式设备上，该框式设备包括CPU和ASIC芯片，其中，该方法具体包括以下步骤：

在步骤101中，当ASIC芯片接收到的报文匹配于预定义的ACL策略时，将所述报文发送至CPU。

在本实施例中，ASIC芯片接收报文后，将该报文的报文特征(例如源MAC地址、源IP地址、目的MAC地址、目的IP地址等)与预定义的ACL(Access Control List，访问控制列表)策略进行匹配，并将匹配于ACL策略的报文添加转发头后上送至CPU，以供CPU执行基于QoS功能的操作。

在步骤102中，所述CPU执行基于第一类QoS功能的操作，并将所述报文返回至所述ASIC芯片。

在本实施例中，所述第一类QoS功能可以包括流量分类、流量监管等，对于这些QoS功能与业务的关联程度较大，CPU能够将其与业务实现灵活结合。进一步地，CPU执行基于第一类QoS功能的操作后，可以根据匹配于该报文的转发策略为该报文添加相应的QoS标记，以便ASIC芯片根据该QoS标记执行基于第二类QoS功能的操作(详见步骤103)。

其中，在步骤101中，ASIC芯片可以在匹配于ACL策略的报文中添加转发头，使得CPU可以将上述的QoS标记添加于该转发头后，将该报文下发至ASIC芯片进行处理，以便区分于该报文的其他内容。

在本实施例中，所述第一类QoS功能与业务的关联程度大于所述第二类QoS功能与该业务的关联程度。例如，第一类QoS功能可以为与业务存在关联性的流量分类、流量监管等，而第二类QoS功能可以为与业务无关的拥塞管理、拥塞避免和流量整形等；当然，本发明不对此进行限制。

在步骤103中，所述ASIC芯片执行基于第二类QoS功能的操作。

在本实施例中，ASIC芯片根据CPU添加的QoS标记执行基于第二类QoS功能的操作。

在本实施例中，QoS标记可以包括转发优先级和丢弃优先级：

针对所述第二类QoS功能中的拥塞管理，ASIC芯片可以按照所述转发优先级的大小进行报文转发，其中高优先级的报文先于低优先级的报文被转发；

针对所述第二类QoS功能中的拥塞避免，ASIC芯片可以按照所述丢弃优先级的大小进行报文丢弃，其中高优先级的报文先于低优先级的报文被丢弃。这样可以通过优先转发或优先丢弃报文实现带宽保证。

由上述技术方案可知，本发明通过将CPU与ASIC芯片结合实现QoS功能，在利用CPU执行与业务相关的第一类QoS功能时，可以确保QoS功能与业务灵活结合，而在利用ASIC芯片执行与业务无关的第二类QoS功能时，可以利用预定义的处理逻辑对相关QoS功能实现快速处理，避免占用CPU的处理资源，从而在实现QoS功能时，兼顾业务灵活性与高性能。

为了便于理解，下面结合图2和图3对本发明的技术方案做进一步的详细说明。其中，图2是本发明一示例性实施例的一种网络架构的示意图，参见图2：在框式设备上集成CPU和ASIC芯片，其中，CPU用于执行基于第一类QoS功能的操作，ASIC芯片用于执行基于第二类QoS功能的操作；而如图3所示，CPU与ASIC芯片配合实现QoS处理的过程，可以包括以下步骤：

在步骤301中，ASIC芯片接收报文。

在本实施例中，假设ASIC芯片接收到如图2所示的报文a、报文b和报文c。

在步骤302中，判断报文是否匹配于预定义的ACL策略。

在本实施例中，步骤301中ASIC芯片接收到报文后，将该报文的报文特征(例如源MAC地址、源IP地址、目的MAC地址、目的IP地址等)与预定义的ACL策略进行匹配。

例如，当ACL策略预定义的源IP网段为(192.168.2.1-192.168.2.255)时，如果ASIC芯片接收的报文a的源IP地址是192.168.2.222，报文b的源IP地址是192.168.2.128，而接收到的报文c的源IP地址是192.168.3.1，那么，报文a和报文b属于该网段，而报文c不属于该网段，则表明报文a和报文b匹配于ACL策略，可以进入步骤303a；报文c不匹配于ACL策略，可以通过步骤303b直接进行转发。

在步骤303a中，当报文匹配于预定义的ACL策略时，为报文添加转发头。

在本实施例中，ASIC芯片为匹配于ACL策略的报文添加转发头，CPU可以将下述步骤306所述的QoS标记添加于该转发头。其中，所述添加转发头是通过ASIC芯片在报文头前加载特定的字节实现，该特定字节携带能被ASIC芯片识别的报文信息。

在步骤303b中，当报文不匹配于预定义的ACL策略时，ASIC芯片直接转发该报文。

在本实施例中，ASIC芯片可以实现一部分QoS功能，即与业务无关的第二类QoS功能。当确定ASIC芯片接收的报文不匹配于ACL策略时，表明该报文需要执行的QoS功能与业务无关，可以通过ASIC芯片直接进行转发，并利用ASIC芯片执行基于第二类QoS功能的操作。

在步骤304中，ASIC芯片将添加转发头的报文上送至CPU。

在本实施例中，ASIC芯片将添加转发头的报文上送至CPU，以供CPU执行基于第一类QoS功能的操作(详见步骤305)。

在步骤305中，CPU执行基于第一类QoS功能的操作。

在本实施例中，所述第一类QoS功能可以包括流量分类、流量监管等，对于这些QoS功能与业务的关联程度较大，CPU能够将其与业务实现灵活结合。

例如，针对流量分类而言，QoS功能中的流量分类不仅可以区分BT(BitTorrent，比特流)下载的流量和网页浏览产生的流量，还可以区分基于OSI(Open SystemInterconnection，开放系统互联)参考模型的4-7层不同流量，其中，区分流量类型可以综合源MAC地址、目的MAC地址、源IP地址、目的IP地址、源端口号以及目的端口号等对流量进行精细的分类；针对流量监管而言，QoS功能中的流量监管不仅可以对应用BT下载时的流量进行监管，还可以对使用PPPoE链路拨号上线的用户的流量进行监管。

在本实施例中，所述第一类QoS功能与业务的关联程度大于所述第二类QoS功能与该业务的关联程度。例如，第一类QoS功能可以为与业务存在关联性的流量分类、流量监管等，而第二类QoS功能可以为与业务无关的拥塞管理、拥塞避免和流量整形等；当然，本发明不对此进行限制。

在步骤306中，CPU在报文转发头中添加QoS标记。

在本实施例中，CPU执行基于第一类QoS功能的操作后，可以根据匹配于该报文的转发策略为该报文添加相应的QoS标记，该QoS标记可以包括转发优先级和丢弃优先级，CPU根据转发优先级和丢弃优先级的大小优先转发或优先丢弃所述报文。其中，转发优先级高的报文会先于转发优先级低的报文被转发，丢弃优先级高的报文会先于丢弃优先级低的报文被丢弃。

例如，假设转发优先级包括0-7八个转发优先级级别，丢弃优先级也包括0-7八个丢弃优先级级别，那么针对图2中ASIC芯片接收到的报文a、报文b和报文c，由于报文a携带的信息最重要，报文b携带的信息比报文c携带的信息重要，故根据其转发策略可以将报文a的转发优先级设置为5，丢弃优先级设置为1，报文b的转发优先级设置为3，丢弃优先级设置为2，报文c的转发优先级设置为0，丢弃优先级设置为6，这样报文a会被优先转发，而报文c则会被优先丢弃。

在步骤307中，CPU将添加QoS标记的报文下送至ASIC芯片。

在本实施例中，CPU将添加QoS标记的报文下送至ASIC芯片，以供ASIC芯片执行基于第二类QoS功能的操作(详见步骤308)。

在步骤308中，ASIC芯片执行基于第二类QoS功能的操作。

在本实施例中，ASIC芯片根据CPU添加的QoS标记执行基于第二类QoS功能的操作。

在本实施例中，步骤306中的QoS标记可以包括转发优先级和丢弃优先级：

针对所述第二类QoS功能中的拥塞管理，ASIC芯片可以按照所述转发优先级的大小进行报文转发，其中高优先级的报文先于低优先级的报文被转发；

针对所述第二类QoS功能中的拥塞避免，ASIC芯片可以按照所述丢弃优先级的大小进行报文丢弃，其中高优先级的报文先于低优先级的报文被丢弃。这样可以通过优先转发或优先丢弃报文实现带宽保证。

例如，假设图2中ASIC芯片接收到报文a、报文b和报文c，可以将报文a的转发优先级设置为5，丢弃优先级设置为1，报文b的转发优先级设置为3，丢弃优先级设置为2，报文c的转发优先级设置为0，丢弃优先级设置为6。当遇到线路拥塞，需要进行拥塞管理时，由于报文a的转发优先级高于报文b和报文c，按照优先转发高优先级的报文，报文a会被优先于报文b和报文c被转发；需要进行拥塞避免时，由于报文c的丢弃优先级高于报文a和报文b，按照优先丢弃高优先级的报文，报文c会被优先于报文a和报文b被丢弃。而针对第二类QoS功能中的流量整形，通常使用缓冲区和令牌桶来实现，当报文的发送速度过快时，首先在缓冲区进行缓存，在令牌桶的控制下再均匀地发送这些被缓存的报文。

例如，图4所示为ASIC芯片执行流量整形功能过程的示意图，参见图4：通过接口发送报文的速度过快时，需要通过缓冲区和令牌桶控制报文的发送速度，令牌桶按照用户设定的速度向桶中放置令牌，如果桶中有足够的令牌可以用来发送报文，则报文继续被发送，同时令牌桶中的令牌数按照报文的长度相应减少；当令牌桶中的令牌少到不能再发送报文时，报文被缓存在队列中，被缓存的报文定时会被取出来进行发送，每次发送都会与令牌桶中的令牌数作比较，直到令牌桶中的令牌数减小到不足以发送报文，或队列中的报文全部被发送完毕为止。其中，LR(Line Rate，接口限速)限制的是接口发送报文的总速率。

与前述报文转发方法的实施例相对应，本申请还提供了报文转发装置的实施例。

本申请实现报文转发的装置的实施例可以应用在框式设备上。装置实施例可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。以软件实现为例，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在设备的处理器将非易失性存储器中对应的计算机程序指令读取到内存中运行形成的。从硬件层面而言，除了处理器、内存、网络接口、以及非易失性存储器之外，实施例中装置所在的设备通常根据该设备的实际功能，还可以包括其他硬件，对此不再赘述。

图5是本发明一示例性实施例的一种报文转发装置示意图，该装置包括：发送单元501、第一执行单元502和第二执行单元503。

其中，发送单元501，当ASIC芯片接收到的报文匹配于预定义的ACL策略时，将所述报文发送至CPU。

第一执行单元502，所述CPU执行基于第一类QoS功能的操作，并将所述报文返回至所述ASIC芯片。

第二执行单元503，所述ASIC芯片执行基于第二类QoS功能的操作。

可选的，所述第一执行单元执行的第一类QoS功能与业务的关联程度大于所述第二执行单元执行的第二类QoS功能与该业务的关联程度。

可选的，还包括：

第一添加单元504，CPU根据匹配于所述报文的转发策略为该报文添加相应的QoS标记；

所述第二执行单元通过下述方式执行基于第二类QoS功能的操作：

根据所述QoS标记执行基于第二类QoS功能的操作。

可选的，还包括：

第二添加单元505，所述ASIC芯片为所述报文添加转发头，所述转发头用于承载所述CPU添加的所述QoS标记。

可选的，所述第一添加单元添加的QoS标记包括转发优先级和丢弃优先级；所述第二执行单元根据所述第一添加单元添加的QoS标记通过下述方式执行基于第二类QoS功能的操作：

针对所述第二类QoS功能中的拥塞管理，按照所述转发优先级的大小进行报文转发，其中高优先级的报文先于低优先级的报文被转发；

针对所述第二类QoS功能中的拥塞避免，按照所述丢弃优先级的大小进行报文丢弃，其中高优先级的报文先于低优先级的报文被丢弃。

上述装置中各个单元的功能和作用的实现过程具体详见上述方法中对应步骤的实现过程，在此不再赘述。

对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本申请方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

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，凡在本申请的精神和原则之内，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)

1.一种报文转发方法，其特征在于，应用于框式设备上，所述框式设备包括CPU和ASIC芯片，所述方法包括：

当ASIC芯片接收到的报文匹配于预定义的ACL策略时，将所述报文发送至CPU；

所述CPU执行基于第一类QoS功能的操作，并将所述报文返回至所述ASIC芯片；

所述ASIC芯片执行基于第二类QoS功能的操作；

其中，所述第一类QoS功能与业务存在关联，所述第一类QoS功能与业务的关联程度大于所述第二类QoS功能与该业务的关联程度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

还包括：CPU根据匹配于所述报文的转发策略为该报文添加相应的QoS标记；

所述ASIC芯片执行基于第二类QoS功能的操作包括：根据所述QoS标记执行基于第二类QoS功能的操作。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

所述ASIC芯片为所述报文添加转发头，所述转发头用于承载所述CPU添加的所述QoS标记。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述QoS标记包括转发优先级和丢弃优先级；所述根据所述QoS标记执行基于第二类QoS功能的操作包括：

针对所述第二类QoS功能中的拥塞管理，按照所述转发优先级的大小进行报文转发，其中高优先级的报文先于低优先级的报文被转发；

针对所述第二类QoS功能中的拥塞避免，按照所述丢弃优先级的大小进行报文丢弃，其中高优先级的报文先于低优先级的报文被丢弃。

5.一种报文转发装置，其特征在于，应用于框式设备上，所述框式设备包括CPU和ASIC芯片，所述装置包括：

发送单元，当ASIC芯片接收到的报文匹配于预定义的ACL策略时，将所述报文发送至CPU；

第一执行单元，所述CPU执行基于第一类QoS功能的操作，并将所述报文返回至所述ASIC芯片；

第二执行单元，所述ASIC芯片执行基于第二类QoS功能的操作；

其中，所述第一类QoS功能与业务存在关联，所述第一类QoS功能与业务的关联程度大于所述第二类QoS功能与该业务的关联程度。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，

还包括：第一添加单元，CPU根据匹配于所述报文的转发策略为该报文添加相应的QoS标记；

所述第二执行单元通过下述方式执行基于第二类QoS功能的操作：

根据所述QoS标记执行基于第二类QoS功能的操作。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

第二添加单元，所述ASIC芯片为所述报文添加转发头，所述转发头用于承载所述CPU添加的所述QoS标记。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一添加单元添加的QoS标记包括转发优先级和丢弃优先级；所述第二执行单元根据所述第一添加单元添加的QoS标记通过下述方式执行基于第二类QoS功能的操作：

针对所述第二类QoS功能中的拥塞管理，按照所述转发优先级的大小进行报文转发，其中高优先级的报文先于低优先级的报文被转发；

针对所述第二类QoS功能中的拥塞避免，按照所述丢弃优先级的大小进行报文丢弃，其中高优先级的报文先于低优先级的报文被丢弃。