CN107483628B - 基于dpdk的单向代理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于DPDK的单向代理方法及系统，所述方法包括：代理一端根据边界路由引导协议引导并采用DPDK接收应答端的应答报文；所述代理一端修改所述应答报文的原报头信息为新报头信息，同时建立所述原报头信息和所述新报头信息的映射关系，并根据所述新报头信息将修改后的所述应答报文和所述映射关系发送至代理二端；所述代理二端根据所述映射关系还原所述应答报文，并按照所述原报头信息将还原后的所述应答报文发送至请求端。本发明不改变原有请求端与应答端的连接关系，具有性能高、无连接资源需要、内存占用小的优点，很好的避免了端口、内存、连接等资源耗尽的问题，也解决了连接时间和请求响应时间失真的问题。

Description

基于DPDK的单向代理方法及系统

技术领域

本发明涉及计算机通信技术领域，尤其涉及一种基于DPDK的单向代理方法及系统。

背景技术

当前网络环境中，网络流量冗余度较高，用户对网络响应速度的要求也越来越高，往往需要通过对用户流量进行加速、冗余删除等优化技术手段，来提高带宽利用率和用户体验。为了对用户流量进行加速或者优化，通常是通过代理等方式，将流量引导至加速或者优化环境上进行处理。

传统的代理方式中，代理是通过重定向用户的请求报文进行转发，具体实现时，是客户端与代理服务器建立连接、代理服务器再与请求响应服务器建立连接，在某些特殊场景下，还需要通过一些复杂的特殊技术手段达到对用户和服务端全透明。

在上述传统的代理方式中，由于代理服务器需要参与并建立连接，在连接数较高的场景中，因频繁地建立与释放连接，极大的影响了性能，也容易出现端口耗尽的情况；同时，对于每一个连接，系统在处理时都需要为其创建一个连接跟踪项，并分配一些内存资源，容易出现内存和连接资源耗尽的情况。

并且，在传统代理通常的部署场景中，代理服务器与客户端之间通常是局域网，其网络时延会比客户端与服务端的之间的广域网网络时延要小很多，由于在代理场景下，与客户端完成连接建立的实际是代理服务器，这就会造成客户端感知的连接建立速度变快，然而由于响应内容最终还是需要服务端收到请求后再响应并发送，最终造成客户端感知连接建立速度变快，但服务端响应速度变慢的错觉，导致连接时间和响应时间的失真。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种基于DPDK的单向代理方法及系统。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种基于DPDK的单向代理方法，包括：

代理一端根据边界路由引导协议引导并采用DPDK接收应答端的应答报文；

所述代理一端修改所述应答报文的原报头信息为新报头信息，同时建立所述原报头信息和所述新报头信息的映射关系，并根据所述新报头信息将修改后的所述应答报文和所述映射关系发送至代理二端；

所述代理二端根据所述映射关系还原所述应答报文，并按照所述原报头信息将还原后的所述应答报文发送至请求端。

进一步的，所述方法还包括：所述代理一端判断是否首次接收包含有所述原报头信息的所述应答报文；

如果是，则所述代理一端为所述原报头信息分配唯一对应的标识符；

如果不是，则根据所述原报头信息查询所述原报头信息的标识符。

进一步的，所述代理一端修改所述应答报文的原报头信息为新报头信息的步骤具体为：

所述代理一端根据代理一端和代理二端的IP地址以及所述标识符，修改所述原报头信息中的源IP地址为所述代理一端的IP地址，目的IP地址为所述代理二端的IP地址，源端口和目的端口为所述标识符的高16位及低16位，得到所述新报头信息。

进一步的，所述建立原报头信息和新报头信息的映射关系的步骤具体为：

所述代理一端根据所述标识符建立所述原报头信息与所述新报头信息的映射关系。

进一步的，所述方法还包括：所述代理二端判断是否首次接收包含有所述标识符的所述应答报文；

如果是，则所述代理二端保存所述映射关系，并根据所述映射关系还原所述应答报文；

如果不是，则根据保存的所述映射关系还原所述应答报文。

进一步的，所述边界路由引导协议为OSPF协议或BGP协议。

另一方面，提供了一种基于DPDK的单向代理系统，包括代理一端和代理二端，所述代理一端包括引导模块和配置模块，所述代理二端包括还原模块；

所述引导模块，用于根据边界路由引导协议引导并采用DPDK接收应答端的应答报文；

所述配置模块，用于修改所述应答报文的原报头信息为新报头信息，同时建立所述原报头信息和所述新报头信息的映射关系，并根据所述新报头信息将修改后的所述应答报文和所述映射关系发送至代理二端；

所述还原模块，用于根据所述映射关系还原所述应答报文，并按照所述原报头信息将还原后的所述应答报文发送至请求端。

进一步的，所述代理一端还包括第一判断模块，所述第一判断模块用于：

判断是否首次接收包含有所述原报头信息的所述应答报文；

如果是，则为所述原报头信息分配唯一对应的标识符；

如果不是，则根据所述原报头信息查询所述原报头信息的标识符。

进一步的，所述配置模块还用于：根据代理一端和代理二端的IP地址以及所述标识符，修改所述原报头信息中的源IP地址为所述代理一端的IP地址，目的IP地址为所述代理二端的IP地址，源端口和目的端口为所述标识符的高16位及低16位，得到所述新报头信息。

进一步的，所述配置模块还用于：根据所述标识符建立所述原报头信息与所述新报头信息的映射关系。

进一步的，所述代理二端还包括第二判断模块，所述第二判断模块用于：

判断是否首次接收包含有所述标识符的所述应答报文；

如果是，则保存所述映射关系，所述还原模块根据所述映射关系还原所述应答报文；

如果不是，则所述还原模块根据保存的所述映射关系还原所述应答报文。

进一步的，所述边界路由引导协议为OSPF协议或BGP协议。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例根据边界路由引导协议引导并采用DPDK接收应答端的应答报文，由于只对应答端向请求端发送应答报文的过程进行代理，且代理一端和代理二端不参与连接建立，同时代理服务器通过DPDK高性能的收发报文，在链路时延不变的情况下，请求端和应答端连接建立的时间没有发生明显变化，应答端对连接请求内容的响应时间也和未经过代理的场景一致，解决了传统代理带来的连接时间和响应时间失真的问题。

同时，代理一端和代理二端不参与连接建立，不改变原有请求端与应答端的连接关系，具有性能高、无连接资源需要、内存占用少的优点，很好的避免了端口、内存、连接等资源耗尽的问题，同时，能够使请求端和应答端感知不到代理的存在，实现了对请求端和应答端全透明。

由于在整个代理转发过程中，只需要对源IP、目的IP、源端口、目的端口进行修改，不需要对协议信息进行修改，因此，在实际的应答报文发送过程中还是按照报文本身的协议类型进行发送，因此，本发明能够实现对全IP协议的支持。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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是本发明实施例一提供的一种基于DPDK的单向代理方法步骤流程图；

图2是本发明实施例一提供的另一种基于DPDK的单向代理方法步骤流程图；

图3是本发明实施例二提供的一种基于DPDK的单向代理系统示意图；

图4是本发明实施例二提供的另一种基于DPDK的单向代理系统示意图。

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，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例提供了一种基于DPDK的单向代理方法，参见图1，包括如下步骤：

S101：代理一端根据边界路由引导协议引导并采用DPDK接收应答端的应答报文。

在实际应用场景中，由于用户的请求流量往往具有流量小、优化意义不大的特点，因此只需要对响应该请求的响应流量进行优化，即可起到显著提高带宽利用率和用户体验。

在本实施例中，所述边界路由引导协议为OSPF(Open Shortest Path First，开放式最短路径优先)协议或BGP(Border Gateway Protocol，边界网关协议)。

具体而言，代理一端及对应交换机部署运行有边界路由引导协议服务，例如OSPF协议或BGP，上述边界路由引导协议能够将符合设定路由规则的报文引导至指定接收端，本实施例中的指定接收端为代理一端。

以OSPF为例，OSPF是一种内部网关协议，用于在单一自治系统内决策路由，通过它可以配置一些路由规则，将符合路由规则的报文引导至指定接收端，例如配置引导目的IP(Internet Protocol，网络互连协议)地址为192.168.0.1报文的路由规则，则从交换机经过的目的IP地址为192.168.0.1的报文将被引导至指定接收端。

在本实施例中，对DPDK(Data Plane Development Kit，数据平面开发套件)进行简单介绍，DPDK是一款基于用户层面收发网卡报文的高性能数据收发开发套件，由于其不需要进过系统繁杂的协议栈处理、不需要涉及内核与用户态之间的系统调用与拷贝、各CPU(Central Processing Unit，中央处理器)之间不需要互相竞争等锁等特性，具有极高的报文收发性能。

本实施例利用DPDK能够在用户态进行报文收发的特性，可以在出口机房和请求端的机房分别部署运行有DPDK的代理一端和代理二端，利用DPDK提供的脚本与各机房的网卡进行网卡绑定，配置收发报文的指定网口，代理一端和代理二端再从DPDK配置的指定网口收取应答端的应答报文，并对其进行解析处理。

S102：所述代理一端修改所述应答报文的原报头信息为新报头信息，同时建立所述原报头信息和所述新报头信息的映射关系，并根据所述新报头信息将修改后的所述应答报文和所述映射关系发送至代理二端。

在本实施例中，代理一端通过DPDK直接从网卡收到的报文，是链路上传输的完整报文，其含有完整的头部信息，因此，代理一端可以通过修改应答报文的头部信息，使得该应答报文通过代理网络转发至请求端。

在本实施例中，上述代理一端修改所述应答报文的原报头信息为新报头信息的步骤具体为：

代理一端根据代理一端和代理二端的IP地址以及所述标识符，修改所述原报头信息中的源IP地址为代理一端的IP地址，目的IP地址为代理二端的IP地址，源端口和目的端口为标识符的高16位及低16位，得到所述新报头信息。

具体而言，为了使应答报文通过代理网络转发至请求端，首先需要代理一端将应答报文发送至代理二端，代理二端再将报文转发至请求端，在上述发送过程中，需要对应答报文的报头信息进行修改与还原，修改报头信息的同时，还需要将还原报头信息所需要的信息通过一定的手段发送至代理二端。

先对修改报头信息的方式进行说明。报头信息可以是由源IP、目的IP、源端口、目的端口组成的四元组信息，也可以是由源IP、目的IP、源端口、目的端口、协议信息组成的五元组信息，由于在整个代理转发过程中，只需要对源IP、目的IP、源端口、目的端口进行修改，不需要对协议信息进行修改，因此，在实际的应答报文发送过程中还是按照报文本身的协议类型进行发送，因此，本发明能够实现对全IP协议的支持。

对于原报头信息的源端口和目的端口的修改，由于代理一端和代理二端特有的通信情形，可以将标识符的高16位及低16位分别作为新报头信息的源端口和目的端口，其中，上述标识符是由代理一端进行分配，并与该原报头信息唯一对应，其能够区分不同报头信息，同时还可以根据该标识符建立原报头信息和新报头信息的映射关系。

在本实施例中，上述建立原报头信息和新报头信息的映射关系的步骤具体为：

所述代理一端根据所述标识符建立所述原报头信息与所述新报头信息的映射关系。

具体而言，所述代理一端可以根据哈希一致性，例如使用hash表，利用上述原报头信息做hash，标识符作为value，建立原报头信息与所述新报头信息的映射关系，原报头信息可以放在报文的数据段，或者通过管理通道同步至代理二端，便于代理二端根据上述映射关系将新报头信息还原为原报头信息。

S103：所述代理二端根据所述映射关系还原所述应答报文，并按照所述原报头信息将还原后的所述应答报文发送至请求端。

具体而言，代理二端根据映射关系查找到应答报文的原报头信息，并将新报头信息修改为原报头信息，实现应答报文的还原，再通过DPDK将还原后的应答报文通过配置好的指定网口发送至请求端，从而完成应答报文的代理转发。

需要说明的是，由于DPDK直接从网卡收发报文不需要经过繁杂的协议栈处理、不需要进行内核与用户态之间的资源相互拷贝、不存在CPU之间相互竞争锁资源等，极大的降低了代理一端和代理二端收发报文的时间，并且，由于只是对报文头部信息进行修改，相比链路延迟，所耗费的时间也是可以忽略的。

由于上述代理一端和代理二端不参与连接建立，不改变原有请求端与应答端的连接关系，具有性能高、无连接资源需要、内存占用小的优点，很好的避免了端口、内存和连接等资源耗尽的问题，同时，能够使请求端和应答端感知不到代理的存在，实现了对请求端和应答端全透明。

并且，由于只对应答端向请求端发送应答报文的过程进行代理，且代理一端和代理二端不参与连接建立，同时代理服务器通过DPDK高性能的收发报文，在链路时延不变的情况下，请求端和应答端连接建立的时间没有发生明显变化，应答端对连接请求内容的响应时间也和未经过代理的场景一致，解决了传统代理带来的连接时间和响应时间失真的问题。

参见图2，本发明实施例还提供了一种实施方式，能够较好的节省代理一端和代理二端对应答报文的处理时间，提高了系统性能。

S201：代理一端根据边界路由引导协议引导并采用DPDK接收应答端的应答报文。

S202：代理一端判断是否首次接收包含有所述原报头信息的所述应答报文。

如果代理一端是首次接收包含有所述原报头信息的所述应答报文，则进入下一步骤：

S2031：所述代理一端为所述原报头信息分配唯一对应的标识符。

需要说明的是，在这种情况下，代理一端还可以对建立的映射关系进行保存，并在再次接收到包含同样原报头信息的应答报文时，直接查询对应的标识符，并按照保存的映射关系修改所述应答报文的原报头信息为新报头信息，不用再重复建立映射关系。

如果代理一端不是首次接收包含有所述原报头信息的所述应答报文，则进入下一步骤：

S2032：根据所述原报头信息查询所述原报头信息的标识符。

代理一端在获取到标识符后，进入下一步骤：

S204：所述代理一端修改所述应答报文的原报头信息为新报头信息，同时建立所述原报头信息和所述新报头信息的映射关系，并根据所述新报头信息将修改后的所述应答报文和所述映射关系发送至代理二端。本步骤具体的过程前述已有详细说明，在此不再赘述。

代理二端在接收到应答报文后，进入下一步骤：

S205：代理二端判断是否首次接收包含有所述标识符的所述应答报文。

如果代理二端是首次接收包含有所述标识符的所述应答报文，则进入下一步骤：

S2061：代理二端保存所述映射关系，并根据所述映射关系还原所述应答报文。

如果代理二端不是首次接收包含有所述标识符的所述应答报文，则进入下一步骤：

S2062：根据保存的所述映射关系还原所述应答报文。

代理二端在还原应答报文后，进入下一步骤：

S207：代理二端将还原后的应答报文发送至请求端。

代理一端通过对已建立的映射关系进行保存，并按照保存的映射关系对之后具有相同标识符的应答报文，直接进行报头信息的修改，同理，代理二端按照保存的映射关系直接还原应答报文，较好的节省了代理一端和代理二端对应答报文的处理时间，提高了系统性能。

实施例二

参见图3，本发明实施例提供了一种基于DPDK的单向代理系统，可以执行实施例一中提供的基于DPDK的单向代理方法，包括代理一端31和代理二端32，所述代理一端31包括引导模块311和配置模块312，所述代理二端32包括还原模块321；

所述引导模块311，用于根据边界路由引导协议引导并采用DPDK接收应答端的应答报文；

所述配置模块312，用于修改所述应答报文的原报头信息为新报头信息，同时建立所述原报头信息和所述新报头信息的映射关系，并根据所述新报头信息将修改后的所述应答报文和所述映射关系发送至代理二端；

所述还原模块321，用于根据所述映射关系还原所述应答报文，并按照所述原报头信息将还原后的所述应答报文发送至请求端。

参见图4，在本实施例中，所述代理一端31还包括第一判断模块313，所述第一判断模块313用于：

判断是否首次接收包含有所述原报头信息的所述应答报文；

如果是，则为所述原报头信息分配唯一对应的标识符；

如果不是，则根据所述原报头信息查询所述原报头信息的标识符。

在本实施例中，所述配置模块312还用于：根据代理一端31和代理二端32的IP地址以及所述标识符，修改所述原报头信息中的源IP地址为所述代理一端31的IP地址，目的IP地址为所述代理二端32的IP地址，源端口和目的端口为所述标识符的高16位及低16位，得到所述新报头信息。

在本实施例中，所述配置模块312还用于：根据所述标识符建立所述原报头信息与所述新报头信息的映射关系。

再次参见图4，在本实施例中，所述代理二端32还包括第二判断模块322，所述第二判断模块322用于：

判断是否首次接收包含有所述标识符的所述应答报文；

如果是，则保存所述映射关系，所述还原模块321根据所述映射关系还原所述应答报文；

如果不是，则所述还原模块321根据保存的所述映射关系还原所述应答报文。

需要说明的是，上述第一判断模块313和第二判断模块322可以同时存在于该系统中，也可以以单个形式存在于该系统中。

在本实施例中，所述边界路由引导协议为OSPF协议或BGP协议。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

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实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (12)

1.一种基于DPDK的单向代理方法，其特征在于，所述方法包括：

代理一端根据边界路由引导协议引导并采用DPDK接收应答端的应答报文；

所述代理一端修改所述应答报文的原报头信息为新报头信息，同时建立所述原报头信息和所述新报头信息的映射关系，并根据所述新报头信息将修改后的所述应答报文和所述映射关系发送至代理二端；

所述代理二端根据所述映射关系还原所述应答报文，并按照所述原报头信息将还原后的所述应答报文发送至请求端。

2.根据权利要求1所述的基于DPDK的单向代理方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述代理一端判断是否首次接收包含有所述原报头信息的所述应答报文；

如果是，则所述代理一端为所述原报头信息分配唯一对应的标识符；

如果不是，则根据所述原报头信息查询所述原报头信息的标识符。

3.根据权利要求2所述的基于DPDK的单向代理方法，其特征在于，所述代理一端修改所述应答报文的原报头信息为新报头信息的步骤具体为：

所述代理一端根据代理一端和代理二端的IP地址以及所述标识符，修改所述原报头信息中的源IP地址为所述代理一端的IP地址，目的IP地址为所述代理二端的IP地址，源端口和目的端口为所述标识符的高16位及低16位，得到所述新报头信息。

4.根据权利要求3所述的基于DPDK的单向代理方法，其特征在于，所述建立原报头信息和新报头信息的映射关系的步骤具体为：

所述代理一端根据所述标识符建立所述原报头信息与所述新报头信息的映射关系。

5.根据权利要求4所述的基于DPDK的单向代理方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述代理二端判断是否首次接收包含有所述标识符的所述应答报文；

如果是，则所述代理二端保存所述映射关系，并根据所述映射关系还原所述应答报文；

如果不是，则根据保存的所述映射关系还原所述应答报文。

6.根据权利要求1所述的基于DPDK的单向代理方法，其特征在于，所述边界路由引导协议为OSPF协议或BGP协议。

7.一种基于DPDK的单向代理系统，其特征在于，所述系统包括代理一端和代理二端，所述代理一端包括引导模块和配置模块，所述代理二端包括还原模块；

所述引导模块，用于根据边界路由引导协议引导并采用DPDK接收应答端的应答报文；

所述配置模块，用于修改所述应答报文的原报头信息为新报头信息，同时建立所述原报头信息和所述新报头信息的映射关系，并根据所述新报头信息将修改后的所述应答报文和所述映射关系发送至代理二端；

所述还原模块，用于根据所述映射关系还原所述应答报文，并按照所述原报头信息将还原后的所述应答报文发送至请求端。

8.根据权利要求7所述的基于DPDK的单向代理系统，其特征在于，所述代理一端还包括第一判断模块，所述第一判断模块用于：

判断是否首次接收包含有所述原报头信息的所述应答报文；

如果是，则为所述原报头信息分配唯一对应的标识符。

9.根据权利要求8所述的基于DPDK的单向代理系统，其特征在于，所述配置模块还用于：根据代理一端和代理二端的IP地址以及所述标识符，修改所述原报头信息中的源IP地址为所述代理一端的IP地址，目的IP地址为所述代理二端的IP地址，源端口和目的端口为所述标识符的高16位及低16位，得到所述新报头信息。

10.根据权利要求9所述的基于DPDK的单向代理系统，其特征在于，所述配置模块还用于：根据所述标识符建立所述原报头信息与所述新报头信息的映射关系。

11.根据权利要求10所述的基于DPDK的单向代理系统，其特征在于，所述代理二端还包括第二判断模块，所述第二判断模块用于：

判断是否首次接收包含有所述标识符的所述应答报文；

如果是，则保存所述映射关系，所述还原模块根据所述映射关系还原所述应答报文；

如果不是，则所述还原模块根据保存的所述映射关系还原所述应答报文。

12.根据权利要求7所述的基于DPDK的单向代理系统，其特征在于，所述边界路由引导协议为OSPF协议或BGP协议。

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