CN109547361B - 一种用于fcf设备的报文处理方法及系统 - Google Patents

一种用于fcf设备的报文处理方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于FCF设备的报文处理方法及系统，本方案通过实时优先处理FIP协议报文，有效避免FIP协议维护的链路或者新建链路因为CPU未及时处理FIP报文而造成链路的断开或建立链路超时失败，影响了SAN网络的通信。

Description

一种用于FCF设备的报文处理方法及系统
技术领域
本发明涉及网络通信技术，具体涉及FIP协议虚拟链路的维护技术。
背景技术
以太网光纤通道(FCoE)是一种基于无损以太网络的光纤通道(FC)协议的存储区域网络(SAN)的整合得以实现的协议。FCoE通过将FC帧映射在以太网帧中并通过用虚拟链路替换物理光纤通道链路来使整合得以实现。
FCOE引入了FIP初始化协议来获取FCOE运行的相应vlan和与FCF虚拟通道的建立和维护。由于FCoE是运行在以太网上的存储协议，节点服务器首先需要FIP协议发现FCF设备，并与之建立起链路，并且此链路需要通过hello报文来维护。同时一台服务器可能会同时需要模拟出多个虚端口，每个虚端口都需要与FCF设备建立链路，并通过hello报文维护链路。虽然通过DCB等协议协商出报文的优先级和流控等方法可以避免服务器到FCF设备间以太网对FIP和FCoE不丢包。但是FIP协议是需要FCF设备上软件维护的。
FCF设备同时处理FIP协议报文和以太网数据报文，虽然FIP协议报文已高优先级收到软件CPU处理，但是FCF设备上的其它以太网端口同样可以收到与FIP报文优先级相同的以太网报文。这2类报文都需要CPU迅速响应处理。特别是在大型网络里面，会有很多到CPU需要软件处理的报文或者遭到攻击网络中出现异常流量等情况，都会导致FCF设备的CPU处理能力达到极限，就需要一种方法来保证FIP协议能够及时处理，否则FCF与服务器间的虚拟链路就会断开，引起服务器与存储设备通信异常。
由于FIP报文和以太网报文会竞争CPU资源，针对这两种业务数据在同一台设备上软件处理时，如何避免两者相互影响，避免导致软件上丢包或处理延迟，并且保证任何情况下都能及时优先处理FIP协议报文，是本领域亟需解决的问题。
发明内容
针对现有网络通信技术中，FIP协议报文和以太网报文竞争CPU资源引起FIP维护的虚拟链路断开或难以建立的问题，需要一种新的报文处理方案。
为此，本发明的目的在于提供一种用于FCF设备的报文处理方法，同时提供一种报文处理系统，以实现在FCF设备上实现随时优先处理FIP协议报文。
为了达到上述目的，本发明提供的用于FCF交换机的报文处理方法，实时优先处理FIP协议报文。
进一步的，所述报文处理方法通过报文优先级排序报文，使得FIP协议报文始终处于最高优先级，实时优先处理FIP协议报文。
进一步的，所述报文处理方法首先对所有的报文按照报文优先级进行分类，使得FIP协议报文始终处于高优先级；再对同一优先级的报文按照协议类型再排序，使得同一优先级下，FIP协议报文始终处于高优先级组。
进一步的，所述报文处理方法中，在处理低优先级报文过程中，如果接收到高优先级的报文，则中断处理低优先级报文，跳转到处理接收到的高优先级报文。
进一步的，所述报文处理方法中还通过芯片级别限制FIP协议报文通过设置芯片FP，匹配以太网类型为FIP的协议报文，对入端口的FIP协议报文流控，低于阈值的FIP协议报文送CPU，高于阈值的FIP协议报文直接丢弃。
为了达到上述目的，本发明提供的用于FCF交换机的报文处理系统，所述处理系统包括处理器，以及存储有计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序被处理器执行时实时优先处理FIP协议报文。
进一步的，所述报文处理系统包括：
报文接收子系统，接收FCF设备上所有端口的报文，并进行处理；
报文解析子系统，根据报文类型维护多个报文优先级别队列，同优先级别的对列中再按照协议类型再维护多优先级组；所述报文解析子系统对于接收到的报文进行解析，获取其报文类型，将FIP协议报文分入高优先级队列，并且在同优先级别的对列中将FIP协议报文分入高优先级组；
报文分发子系统，根据报文解析子系统确定的优先级，依次将报文分发到各协议模块；
报文处理模块子系统，通过各协议模块处理收到的报文。
进一步的，所述报文解析子系统主要由报文解析模块、报文队列管理模块、报文优先级分组模块三子模块构成；
报文解析模块，通过报文头部解析识别出报文的优先级信息和报文类型，从收到的大量报文中匹配发现FIP协议报文；
报文队列管理模块，根据报文解析模块的结果获得的优先级把报文放入相应的优先级队列，始终将FIP协议报文放入对应的最高优先级队列；
报文优先级分组模块，对同一优先级队列中的报文，按照报文类型再分到对应优先级组，始终将FIP协议报文分入最高优先级别组。
进一步的，所述报文处理子系统由FCF设备支持的各协议模块组成，各协议模块处理报文的过程可以被中断，当有高优先级的报文到来后，中断目前报文处理，跳转到高优先级报文处理。
进一步的，所述报文处理系统通过设置硬件芯片的FP表项，匹配协议类型为FIP协议报文，设置阈值进行流控，在硬件上入端口直接丢掉超过阈值的FIP协议报文。
本发明提供的方案通过2级报文排序方法可实时优先处理FIP协议报文，在即使有大量以太网报文冲击CPU的情况下，也能及时优先处理FIP协议报文，避免FIP协议维护的链路或者新建链路因为CPU未及时处理FIP报文而造成链路的断开或建立链路超时失败，影响了SAN网络的通信。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为本发明实例中FCF设备报文处理系统的示意图；
图2为本发明实例中优化的2级报文排序方法的示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
由于FCOE交换机融合了LAN和SAN数据类型，虽然使用了CEE协议避免了以太网链路的数据丢包，但FIP协议报文需要软件干预处理，2种业务数据在同一台设备上软件处理时，不开避免的会相互影响，导致软件上丢包或处理延迟。
对此，本方案采用优化的报文处理方法，该报文处理方法通过实时优先处理FIP协议报文，避免FIP协议维护的链路或者新建链路因为CPU未即使处理FIP报文而造成链路的断开或建立链路超时失败，影响了SAN网络的通信。。
具体的，本报文处理方法通过采用2级报文优先级处理方法，对接收到的所有报文进行优先级排序，使得FIP协议报文始终处于最高优先级，实时优先处理FIP协议报文。
由于FCF设备CPU作为一种竞争性资源，本方案首先将所有的报文先按照报文优先级进行分类，使得FIP协议报文始终处于高优先级队列；再对同一优先级的报文按照协议类型再排序，使得同一优先级下，FIP协议报文始终处于高优先级组，使得FIP协议报文总是处于最高优先级和最先处理的位置，从而实现实时优先处理FIP协议报文(如图2所示)。
另外，本方案在处理低优先级报文过程中，如果有高优先级的报文(如FIP协议报文)到来，则低优先级报文处理被中断，跳转到处理高优先级报文，保证高优先级报文不会因为其它报文的持续处理而抢占不到CPU处理资源。
对于FCF设备遭遇恶性的大量的到CPU报文的攻击，本方案通过对于已知协议类型的报文进行芯片级的FP规则限速，对于未知协议类型的报文在CPU上通过本方案提供的方法进行2级优先级排序，实现了FIP协议报文能及时处理，从而避免了SAN网络震荡。
针对上述的报文处理方案，本方案提供一种FCF设备报文处理系统，该系统若运行在FCF设备中，可使得该FCF设备能够实现上述报文处理功能。
本FCF设备报文处理系统以计算机程序的形式存在于相应的计算机可读介质中，并可以由相应的处理器调取并执行，以实现实时优先处理FIP协议报文。
同时，本系统还能够处理网络中突发某一种类型的大量报文：
对于为已知协议类型的协议报文，可通过芯片表项流控的方式进行报文流量控制，恶意的发送大量报文时，通过硬件芯片上直接丢弃，避免这些报文都收到CPU，浪费CPU资源；
对于未知协议类型的协议报文，将这类未知的协议报文送到CPU，通过本方案提供的2级报文优先级处理方法，进行低优先级处理或丢弃，尽量的减少了对FIP协议报文的影响。
参见图1，本FCF设备报文处理系统在实现时，在功能上主要包括：报文接收子系统、报文解析子系统、报文分发子系统、报文处理模块子系统。
报文接收子系统：用于接收处理FCF设备上所有端口包括以太网口和FC端口的报文。不同的端口收到的报文如果是到CPU的，都从与芯片连接的CPU口送到软件处理，本报文接收子系统根据端口号来区别这些报文是哪个端口收到的。
报文解析子系统：对于收到的报文解析其报文类型，使得FIP协议报文总是处于最高优先级和最先处理的位置。本模块主要是根据报文的以太网类型，例如FIP协议报文为0x8914。
报文分发子系统：根据报文解析子系统确定的报文类型及优先级别，依次把报文分发到各协议模块。
报文处理子系统：通过各协议模块处理收到的报文。
本系统为了保证实时优选处理FIP协议报文，系统中的报文解析子系统根据报文优先级分成多个优先级队列(如8个优先级队列)，把各报文按照优先级入相应队列；对于同优先级的对列中的报文，再按照报文协议类型再分优先级组分为：high、nornal、low三个组。由此，本系统中的报文解析子系统在对于接收到的报文进行解析，获取其报文类型，始终将接收到的FIP协议报文分入高优先级队列，并且在同优先级别的对列中将FIP协议报文始终分入高优先级的high组；这样即使不同端口收到和FIP相同优先级的报文放在同一个队列，但这个队列会按照协议类型再分组，通过设置可以只把FIP协议报文放到high组(如图2所示)。
本系统中的报文解析子系统主要由报文解析模块、报文队列管理模块、报文优先级分组模块三子模块构成。
报文解析模块，解析报文的mac地址、vlan信息、优先级信息和报文类型。通过该报文解析模块的解析，能够有效识别FIP协议报文的优先级和类型。通过报文头部解析，本系统可从CPU收到的大量报文中匹配发现FIP报文。
报文队列管理模块，根据报文解析模块的结果获得的优先级把报文放入相应的优先级队列。本模块设定FIP协议报文的优先级最高，始终将识别出的FIP协议报文放入对应的最高优先级队列。
报文优先级分组模块，是对同一优先级队列的报文，按照报文类型再分到high、normal和low三个优先级别分组。本模块设定FIP协议报文的优先级最高，本模块始终将报文解析模块得到的报文类型为FIP协议的报文分入优先级别最高组high(如图2所示)。
基于上述方案构成的报文解析子系统，能够将接收到的报文中的FIP协议报文始终放到最高优先级队列的最高high组中。
系统中后续的报文分发子系统，针对经过报文解析子系统解析处理的报文，首先处理最高优先级队列及队列中最高的high组报文。由于接收到的FIP协议报文始终被报文解析子系统分入最高优先级队列及队列中最高的high组，这样FIP协议报文能够本报文分发子系统实时优选的分入FIP协议模块中，能被FIP协议模块及时处理。
系统中的报文处理子系统由FCF设备支持的各协议模块组成，FIP协议模块处理FIP协议报文，FC模块处理FC报文等。各协议模块处理报文的过程都是可以抢占的，当有优先级高的FIP协议报文到来后，当前报文处理过程被高优先级FIP报文抢占，实现优先处理FIP协议报文。即，报文处理子系统中的各协议模块在处理报文过程中，系统检查是否有高优先级报文(如FIP协议报文)到来。如果有就中断目前报文处理，跳转到高优先级报文处理，保证高优先级报文不会因为其它报文的持续处理而抢占不到CPU处理资源。
针对大量的恶意高优先级FIP协议报文会使FIP协议模块一直处理FIP高优先级报文，其它报文没有机会处理。本系统采用芯片级别限制FIP协议报文的方式，对入端口的FIP报文进行限速。
具体的，本系统通过设置芯片的FP表项，匹配协议类型为的FIP协议类型，设置阈值进行流控，对端口收到的FIP协议报文进行流控，低于阈值的送CPU处理，超过阈值的FIP协议报文，在端口上就直接丢弃，不再送CPU。由此可对网络上人为恶意的发送大量FIP协议报文时，通过硬件芯片上直接丢弃，避免这些报文都送到CPU，浪费CPU资源。
以一个具体的应用实例来说明一下运行本报文处理系统的FCF设备进行报文处理的过程。
作为举例，运行本报文处理系统的FCF设备，其有16个以太网端口，8个fc端口。其中取有2个端口A和B分别连接node A和以太网B；node A与FCF设备通过FIP协议协商获取到报文的vlan和优先级为7。
据此，FCF设备在运行时，若设备中的node A口有以太网报文和FIP协议报文，以太报文的优先级为默认值0，FIP协议报文的优先级别为7；
同时，设备中的B口有大量的优先级为7，Ethertype类型X的报文，和其它优先级(低于7)的以太网报文。
据此，FCF设备中的FCF芯片在A口检查FIP报文的流量，若未超过设定的阈值，把FIP报文送到CPU；如果超过阈值，以阈值为标准，芯片上丢弃部分FIP报文，把部分送到CPU。
FCF设备中的FCF芯片把B收到的到CPU的报文，送到CPU处理，这些报文里有高优先级7的报文，也有低优先级的其它报文。
此时，FCF设备中的报文接收处理模块收到端口A和B上的报文，送到报文解析模块处理；
报文解析模块解析报文，依次对报文接收模块传递的报文进行解析处理，解析以太网报文头部，获取到报文的优先级和Ethertype。此时可以识别到FIP报文和其优先级7，把FIP报文放到优先级为7的队列。识别到Ethertype为x的报文优先级也为7，同理也放到优先级为7的队列。优先级队列7根据以太网类型再排序，排序原则为按照以太网类型人为设置的优先级，根据以太网类型把其对应到相应的组中，例如FIP协议放入high组，x类型的报文放入normal组中。对于收到的其它报文，其优先级低于7，同理放入其优先级对应的队列中。
接着，报文分发模块根据收到的报文类型，通知到对应的模块有报文到来请处理。FIP协议模块此时优先于x模块获的到通知，FIP模块连续从队列7的优先级组high上取报文并执行处理。取完high组中报文后，x模块得到通知处理报文。当x模块的报文处理完成后，其它低优先级队列上的报文继续处理。
在处理低优先级报文过程中，如果有高优先级报文到来，那么会先通知高优先级报文对应模块优先处理，保证了高优先级的报文总是先于低优先级的报文处理。使得FIP报文不会由于有大量的同等优先级的报文和低优先级报文而一直处于等待处理状态，保证了FIP报文的实时性。
上述过程可以保证FIP协议报文及时处理，在于其它报文竞争CPU资源时，总是优先处理，保证了FIP协议链路维护。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种用于FCF交换机的报文处理方法，其特征在于，针对接收到所有报文，实时优先处理FIP协议报文；首先将所有的报文先按照报文优先级进行分类，使得FIP协议报文始终处于高优先级队列；再对同一优先级的报文按照协议类型再排序，使得同一优先级下，FIP协议报文始终处于高优先级组，使得FIP协议报文总是处于最高优先级和最先处理的位置，对于FCF设备遭遇恶性的大量的到CPU报文的攻击，通过对于已知协议类型的报文进行芯片级的FP规则限速，对于未知协议类型的报文在CPU上进行2级优先级排序，使FIP协议报文能及时处理。
2.根据权利要求1所述的报文处理方法，其特征在于，所述报文处理方法通过报文优先级排序报文，使得FIP协议报文始终处于最高优先级，实时优先处理FIP协议报文。
3.根据权利要求2所述的报文处理方法，其特征在于，所述报文处理方法中，在处理低优先级报文过程中，如果接收到高优先级的报文，则中断处理低优先级报文，跳转到处理接收到的高优先级报文。
4.根据权利要求1所述的报文处理方法，其特征在于，所述报文处理方法中还通过芯片级别限制FIP协议报文，通过设置芯片的FP表项，匹配以太网类型为FIP的协议报文，对入端口的FIP协议报文进行流量控制，对于低于阈值的FIP协议报文送CPU处理，高于阈值的FIP协议报文直接丢弃。
5.一种用于FCF交换机的报文处理系统，所述处理系统包括处理器，以及存储有计算机程序的计算机可读介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，针对接收到所有报文，实时优先处理FIP协议报文；首先将所有的报文先按照报文优先级进行分类，使得FIP协议报文始终处于高优先级队列；再对同一优先级的报文按照协议类型再排序，使得同一优先级下，FIP协议报文始终处于高优先级组，使得FIP协议报文总是处于最高优先级和最先处理的位置，对于FCF设备遭遇恶性的大量的到CPU报文的攻击，通过对于已知协议类型的报文进行芯片级的FP规则限速，对于未知协议类型的报文在CPU上进行2级优先级排序，使FIP协议报文能及时处理。
6.根据权利要求5所述的报文处理系统，其特征在于，所述报文处理系统包括：
报文接收子系统，接收FCF设备上所有端口的报文，并进行处理；
报文解析子系统，根据报文类型维护多个报文优先级别队列，同优先级别的对列中再按照协议类型再维护多优先级组；所述报文解析子系统对于接收到的报文进行解析，获取其报文类型，将FIP协议报文分入高优先级队列，并且在同优先级别的对列中将FIP协议报文分入高优先级组；
报文分发子系统，根据报文解析子系统确定的优先级，依次将报文分发到各协议模块；
报文处理子系统，通过各协议模块处理收到的报文。
7.根据权利要求6所述的报文处理系统，其特征在于，所述报文解析子系统主要由报文解析模块、报文队列管理模块、报文优先级分组模块三子模块构成；
报文解析模块，通过报文头部解析识别出报文的优先级信息和报文类型，从收到的大量报文中匹配发现FIP协议报文；
报文队列管理模块，根据报文解析模块的结果获得的优先级把报文放入相应的优先级队列，始终将FIP协议报文放入对应的最高优先级队列；
报文优先级分组模块，对同一优先级队列中的报文，按照报文类型再分到对应优先级组，始终将FIP协议报文分入最高优先级别组。
8.根据权利要求6所述的报文处理系统，其特征在于，所述报文处理子系统由FCF设备支持的各协议模块组成，各协议模块处理报文的过程可以被中断，当有高优先级的报文到来后，中断目前报文处理，跳转到高优先级报文处理。
9.根据权利要求5所述的报文处理系统，其特征在于，所述报文处理系统通过设置硬件芯片的FP表项象，匹配协议类型为FIP协议报文，设置阈值进行流控，在硬件上入端口直接丢掉超过阈值的FIP协议报文。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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