CN108111422A - 一种基于dpdk的数据高速多路转发方法及装置 - Google Patents

一种基于dpdk的数据高速多路转发方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于DPDK的数据高速多路转发方法及装置，该方法包括以下步骤：对源IP地址建立等价IP地址表；对等价IP地址表建立IP规则表，IP规则表中包括每个等价IP地址与目的IP地址之间的映射关系；当接收到IP数据包转发请求时，通过查询所述等价IP地址表和IP规则表得到源IP地址对应的目的IP地址；根据查询得到的源IP地址与目的IP地址的对应关系转发IP数据包。通过本发明的技术方案，提高了IP数据包转转发的效率和稳定性。

Description

一种基于DPDK的数据高速多路转发方法及装置
技术领域
本发明涉及数据通信领域，具体涉及一种基于DPDK的数据高速多路转发方法及装置
背景技术
DPDK(Data Plane Development Kit)是英特尔公司发布的一款用户加速包处理的开源库。DPDK由一系列通用库和网卡驱动组成，兼容多种网卡以及多种CPU架构。DPDK运行在Linux操作系统用户态，可以用于替代传统的Linux网络栈，执行高效的包处理。
软件定义网络(Software Defined Network,SDN)，是网络一种新型网络创新架构，是网络虚拟化的一种实现方式，其核心技术通过将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，使网络作为管道变得更加智能。
由于智能硬件的兴起，业界越来越多的网络设备具备了可编程的能力，同时由于硬件性能提升成本降低，使得以前通过硬件实现的功能逐步被基于X86架构的软件实现方式替代。同时软件定义网络的出现，使用软件实现报文转发成为云计算领域的一个新兴技术。本专利基于DPDK技术实现报文的高速多路转发，使得报文转发效率接近线速。同时通过优化IP转发查找算法提升IP报文的转发效率。
现有技术当中使用路由查找表进行报文转发是常用的多路报文转发算法，这种方式的查找效率主要受限于算法本身。
如图1所示，现有的路由表设计都是将网络的IP地址和下一跳的转发地址存储在同一张路由表中，并通过跳数衡量下次转发的选择目的地址。
从图1可以看到，首先，在选择IP地址的转发时需要查找路由表中的每一条记录信息，并且比对下一跳地址的距离决定转发动作，这种方法的执行效率低，IP转发速度慢。其次，现有技术复杂度高，不同节点间，即使数据一致也需要重新计算转发规则，使得系统重复计算的次数增多，系统实现的复杂度高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于DPDK的数据高速多路转发方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)对源IP地址建立等价IP地址表；
2)对等价IP地址表建立IP规则表，IP规则表中包括每个等价IP地址与目的IP地址之间的映射关系；
3)当接收到IP数据包转发请求时，通过查询所述等价IP地址表和IP规则表得到源IP地址对应的目的IP地址；
4)根据查询得到的源IP地址与目的IP地址的对应关系转发IP数据包。
根据本发明的方法，优选的，所述IP规则表包括等价源IP地址和目的IP地址之间的映射表，该映射表由单IP地址表和范围IP地址表组成。
根据本发明的方法，优选的，当接收到IP数据包转发请求时，根据等价IP地址表查询是否存在与源IP地址对应的等价IP地址，如果存在，根据等价IP地址确定目的IP地址，否则结束。
根据本发明的方法，优选的，所述根据等价IP地址表查询是否存在与源IP地址对应的等价IP地址包括：确定在单IP地址表中是否存在与等价IP地址对应的目的IP地址，如果存在，确定目的IP地址，否则根据所述范围IP地址表确定目的IP地址。
根据本发明的方法，优选的，所述等价IP地址表中的IP地址为IP地址的HASH值。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于DPDK的数据高速多路转发装置，其特征在于，该装置包括：
等价IP地址表建立模块，对源IP地址建立等价IP地址表；
IP规则表建立模块，对等价IP地址表建立IP规则表，所述IP规则表中包括每个等价IP地址与目的IP地址之间的映射关系；
IP地址查询模块，根据所述等价IP地址表和IP规则表查询IP数据包转发请求中的源IP地址对应的目的IP地址；
数据包转发模块，根据查询得到的源IP地址与目的IP地址的对应关系转发IP数据包。
根据本发明的装置，优选的，所述IP规则表包括等价源IP地址和目的IP地址之间的映射表，该映射表由单IP地址表和范围IP地址表组成。
根据本发明的装置，优选的，所述IP地址查询模块，根据等价IP地址表查询是否存在与IP数据包包含的源IP地址对应的等价IP地址，如果存在，根据等价IP地址确定目的IP地址。
根据本发明的装置，优选的，所述IP地址查询模块，确定在单IP地址表中是否存在与等价IP地址对应的目的IP地址，如果存在，确定目的IP地址，否则根据所述范围IP地址表确定目的IP地址。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该介质包括计算机程序指令，当执行所述计算机程序指令时，实现上述所述的方法。
通过本发明的技术方案，可以达到远超现有技术的文件处理带宽；优化后的IP转发查找算法稳定性高。
附图说明
图1是现有技术的IP路由图
图2是本发明的等价IP地址映射图
图3是本发明的IP规则映射图
图4是本发明的IP数据包转发流程图
图5是本发明的目的IP地址确定流程图
具体实施方式
<数据转发方法>
基于Intel DPDK实现网络抓包和转发管理，DPDK作为基础组件预装在系统中，通过调用DPDK的接口函数实现抓包和转发。按照控制台配置规则对网络包的源地址及目的地址做判断，根据判断结果来决定此网络是否被转发还是被丢弃，以此来实现IP报文的转发控制，可以有效提高数据转发的效率和稳定性。
本发明公开了一种基于DPDK的数据高速多路转发方法，该方法包括以下步骤：
1)对源IP地址建立等价IP地址表；
2)对等价IP地址表建立IP规则表，IP规则表中包括每个等价IP地址与目的IP地址之间的映射关系；
3)当接收到IP数据包转发请求时，通过查询所述等价IP地址表和IP规则表得到源IP地址对应的目的IP地址；
4)根据查询得到的源IP地址与目的IP地址的对应关系转发IP数据包。
所述IP规则表包括等价源IP地址和目的IP地址之间的映射表，该映射表由单IP地址表和范围IP地址表组成。
当接收到IP数据包转发请求时，根据等价IP地址表查询是否存在与源IP地址对应的等价IP地址，如果存在，根据等价IP地址确定目的IP地址，否则结束。
所述根据等价IP地址表查询是否存在与源IP地址对应的等价IP地址包括：确定在单IP地址表中是否存在与等价IP地址对应的目的IP地址，如果存在，确定目的IP地址，否则根据所述范围IP地址表确定目的IP地址。
所述等价IP地址表中的IP地址为IP地址的HASH值，等价IP的定义是IP地址的HASH值，以HASH值存储的目的是为了提升查询速度，哈希查找的运算复杂度是O((1)。如果使用IP地址进行存储，在进行查询过程中需要进行字符串比对，系统开销较大。
如图2-3，基于DPDK的数据高速多路转发引擎使用等价IP的方式对IP报文转发算法进行优化，等价IP存储方式如下：
如图3，存储时只存储等价IP的IP规则；
如图2，另存储一张源地址到等价IP的映射表；
按照图3，查询时要从等价表中查出等价IP，再从规则表中取出等价IP对应的规则。
存储IP规则，满足快速查询需要，存储结构见图3，具有以下特点：
1.针对IP无规律的特点，采用单一源地址到目的地址表的映射，而传统意义的IP转发控制为范围到范围的映射，无法有针对性的进行优化；
2.目的地址表由单地址表和范围地址表共同组成；本发明中的源IP地址可以映射到单地址表中的目的地址，也可以映射到地址范围表中的多个地址；
3.针对存在大量指向单一应用服务器的情况，将单一地址独立出来，供快速查询使用；
4.范围表设置最小开始值与最大结束值，快速判断某地址是否在地址表中。
如图4，描述了采用本发明的方案进行IP数据包转发的具体流程，具体包括：
S1，进行报文请求；
S2，获取映射的IP数据包；
S3，确定IP数据包中的源IP地址是否为等价IP地址，如果是，则跳转到步骤S4,否则通过等价IP地址表查找数据包中源IP地址对应的等价IP地址；
S4，根据等价IP地址查找IP规则表；
S5，判断IP规则表中是否包含该等价IP地址，如果是则跳转到步骤S6，否则丢弃IP数据包；
S6，根据确定的源IP地址和目的IP地址转发IP数据包；
S7,转发IP数据包；
S8，接收响应的IP数据包；
S9，转发响应IP数据包。
如图5，描述了图4中的IP规则表查找过程，具体如下：
S41，判断在等价IP地址是否存在于源IP地址队列中，如果是则跳转到步骤S42，否则结束；
S42，判断是否在单地址表中是否存在目的IP地址，如果是则转发IP数据包，否则跳转到步骤S43；
S43,在范围地址表中查找是否存在目的IP地址，如果是则转发IP数据包，否则结束。<数据转发装置>
本发明公开了一种基于DPDK的数据高速多路转发装置，该装置包括：
等价IP地址表建立模块，对源IP地址建立等价IP地址表；
IP规则表建立模块，对等价IP地址表建立IP规则表，所述IP规则表中包括每个等价IP地址与目的IP地址之间的映射关系；
目的IP地址查询模块，根据所述等价IP地址表和IP规则表查询IP数据包转发请求中的源IP地址对应的目的IP地址；
数据包转发模块，根据查询得到的源IP地址与目的IP地址的对应关系转发IP数据包。
所述IP规则表包括等价源IP地址和目的IP地址之间的映射表，该映射表由单IP地址表和范围IP地址表组成。
所述IP地址查询模块，根据等价IP地址表查询是否存在与IP数据包包含的源IP地址对应的等价IP地址，如果存在，根据等价IP地址确定目的IP地址。
所述IP地址查询模块，确定在单IP地址表中是否存在与等价IP地址对应的目的IP地址，如果存在，确定目的IP地址，否则根据所述范围IP地址表确定目的IP地址。
通过本发明的技术方案，可以达到远超现有技术的文件处理带宽；优化后的IP转发查找算法稳定性高。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式发送机或其他可编程数据发送终端设备的发送器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据发送终端设备的发送器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据发送终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据发送终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的发送，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种数据处理方法及装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于DPDK的数据高速多路转发方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)对源IP地址建立等价IP地址表；
2)对等价IP地址表建立IP规则表，IP规则表中包括每个等价IP地址与目的IP地址之间的映射关系；
3)当接收到IP数据包转发请求时，通过查询所述等价IP地址表和IP规则表得到源IP地址对应的目的IP地址；
4)根据查询得到的源IP地址与目的IP地址的对应关系转发IP数据包。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述IP规则表包括等价源IP地址和目的IP地址之间的映射表，该映射表由单IP地址表和范围IP地址表组成。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当接收到IP数据包转发请求时，根据等价IP地址表查询是否存在与源IP地址对应的等价IP地址，如果存在，根据等价IP地址确定目的IP地址，否则结束。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述查询所述等价IP地址表和IP规则表得到源IP地址对应的目的IP地址包括：确定在单IP地址表中是否存在与等价IP地址对应的目的IP地址，如果存在，确定目的IP地址，否则根据所述范围IP地址表确定目的IP地址。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等价IP地址表中的IP地址为IP地址的HASH值。
6.一种基于DPDK的数据高速多路转发装置，其特征在于，该装置包括：
等价IP地址表建立模块，对源IP地址建立等价IP地址表；
IP规则表建立模块，对等价IP地址表建立IP规则表，所述IP规则表中包括每个等价IP地址与目的IP地址之间的映射关系；
IP地址查询模块，根据所述等价IP地址表和IP规则表查询IP数据包转发请求中的源IP地址对应的目的IP地址；
数据包转发模块，根据查询得到的源IP地址与目的IP地址的对应关系转发IP数据包。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述IP规则表包括等价源IP地址和目的IP地址之间的映射表，该映射表由单IP地址表和范围IP地址表组成。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述IP地址查询模块，根据等价IP地址表查询是否存在与IP数据包包含的源IP地址对应的等价IP地址，如果存在，根据等价IP地址确定目的IP地址。
9.根据权利要求6的装置，其特征在于，所述IP地址查询模块，确定在单IP地址表中是否存在与等价IP地址对应的目的IP地址，如果存在，确定目的IP地址，否则根据所述范围IP地址表确定目的IP地址。
10.一种计算机可读存储介质，该介质包括计算机程序指令，其特征在于，当执行所述计算机程序指令时，实现权利要求1-5之一所述的方法。
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