CN110300074A - 一种ip报文分片重组方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种本发明一种IP报文分片重组方法，其中，包括：建立标识指针管理表；建立重组信息管理表；IP报文缓存；进行报文超时管理；重读读取控制用于控制重组报文的读取，发送到下级业务处理模块。本发明提出了一种分片重组的设计方法，整个设计引入了标识(Identification)指针管理、重组信息管理、IP报文缓存、重组超时和重组读取控制，确保分片报文能够快速定位属于某一个IP报文分组，并将数据缓存，有效判断所有报文是否全部结束。

Description

一种IP报文分片重组方法
技术领域
本发明涉及报文传输技术，特别涉及一种IP报文分片重组方法。
背景技术
目前，TCP重组方法通常是监测TCP传输过程中整个连接过程的全部数据，即三次握手建立连接，四次握手断开连接。中间传输数据时由于各个报文的TCP序列号满足一定的顺序关系，根据各个报文的TCP序列号进行TCP的重组。相当于一个布袋，在收到TCP三次握手时打开布袋，然后将各个报文放入布袋中，收到四次握手断开连接时，扎住布袋，在此基础上，在对TCP分片报文进行重组时，一方面，需要查找TCP分片报文的源IP和与TCP分片报文的源IP相对应的目的IP，以确定相应的TCP会话；另一方面，每次中间传输的TCP分片报文都需要多次比对同一TCP会话的源IP和与TCP分片报文的源IP相对应的目的IP,如果传输的TCP分片报文属于该TCP会话则将收到的TCP分片报文保存；直至TCP分片报文全部传输完毕，然后再根据各个TCP分片报文的TCP序列号进行排序，最终输出重组后的TCP报文。
可见，现有的TCP重组方法在TCP重组过程中，通过遍历多个TCP会话，查找TCP分片报文的源IP和与TCP分片报文的源IP相对应的目的IP，并且，在重组过程中，需要频繁比对同一TCP会话的多个TCP分片报文，因此造成TCP重组效率低。
现有的TCP重组方法在TCP重组过程中，通过遍历多个TCP会话，查找TCP分片报文的源IP和与TCP分片报文的源IP相对应的目的IP，并且，在重组过程中，需要频繁比对同一TCP会话的多个TCP分片报文，因此造成TCP重组效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种IP报文分片重组方法，用于解决上述现有技术的问题。
本发明一种IP报文分片重组方法，其中，包括：建立标识指针管理表；建立重组信息管理表；IP报文缓存工作机制包括:如果当前分片所属的IP报文第一次到来，按照申请到的标识指针ID_PTR#I，根据当前分片报文的偏移offset，写入标识指针ID_PTR#I中当前分片对应的逻辑区域；如果当前分片报文查询命中重组信息管理表，使用命中的重组信息管理表对应的标识指针ID_PTR#J，按照报文的偏移offset，写入标识指针ID_PTR#J中当前分片对应的逻辑区域；进行报文超时管理包括：如果当前分片所属的IP报文第一次到来，按照申请到的标识指针ID_PTR#I，触发重组计数；每隔一段时间，读取重组计数，若发现重组超时，通知重组信息管理表；报文读取重组读取控制包括：接收到重组信息管理通知的重组完成指示，根据标识指针ID_PTR#L和重组报文长度，控制报文的读取；当报文读取完毕后，通知标识指针管理，释放当前IP报文申请的标识指针ID_PTR#L；接收到重组信息管理通知的超时指示，直接释放当前IP报文申请的标识指针ID_PTR#M。
根据本发明的IP报文分片重组方法的一实施例，其中，标识指针管理表工作机制包括：链表初始化，将数据顺序写入到FIFO；复位初始化：复位阶段将标识指针写入FIFO；同一标识第一个到来分片申请标识管理指针；重组完成分片报文，释放回写标识管理指针。
根据本发明的IP报文分片重组方法的一实施例，其中，重组信息管理表工作机制包括：复位初始化：将重组信息管理表表项所有指针对应的信息写0；当接收到IP报文时，读取重组信息管理表，并使用重组信息管理表中的标识head_id，源IP地址SIP和目的IP地址DIP信息和接收到的IP报文分片首部中提取的标识Identification、源IP地址SIP和目的IP地址DIP做比较；当读取到某个标识指针ID_PTR#P的重组信息有效位为0还没有匹配时，表明当前IP报文分片是第一次到来；停止读取重组信息管理表后续地址，向标识管理指针申请一个指针，将对应的重组信息有效位写1，标识head_id、源IP地址SIP和目的IP地址DIP更新为当前分片信息；分片数rv_cnt加1；如果当前报文为最后一个分片，将最后一个分片的偏移offset填入表项中的报文偏移offset；如果当前报文为第一个分片，根据第一个分片的长度计算下一个分片偏移offset，填入表项中的报文偏移offset；当读取到某个标识指针ID_PTR#P的标识head_id、源IP地址SIP和目的IP地址DIP和当前信息匹配时，表明当前分片报文和重组信息管理表中记录的分片属于同一报文，分片数rv_cnt加1；如果当前报文为最后一个分片，将最后一个分片的偏移offset填入表项中的报文偏移offset；如果接收到的报文为第一个分片报文，计算下一个分片报文的偏移offset，在表项中的报文偏移offset非零的情况下，比较判断当前报文的最大分片数，并写入表项pre_cnt；当读取到某个标识指针ID_PTR#P的标识head_id、源IP地址SIP和目的IP地址DIP和当前信息匹配时，如果接收到的报文数量等于表项pre_cnt值，表明分片报文重组完成；将表项指针对应的表项回写0，清除原有表项分片信息，计算重组报文长度，通知重组读取控制；当报文重组超时，根据重组超时给出的指针标识ID_PTR#M，回写0清除超时重组分片对应的重组表项信息，通知重组读取控制。
根据本发明的IP报文分片重组方法的一实施例，其中，报文缓存于程序内部的RAM或片外的缓存芯片。
根据本发明的IP报文分片重组方法的一实施例，其中，逻辑上将一块RAM按照标识指针进行划分，每个标识指针对应的区域能够缓存一个最大IP报文。
根据本发明的IP报文分片重组方法的一实施例，其中，IP报文分片重组的超时异常处理流程包括：A1建立报文重组表项，重组表项指针对应的超时计时器开始计数；A2计时器记录是否出现超时，如果出现，执行步骤A3，否则执行步骤A4；A3通知重组读取控制释放超时重组标识指针；A4判断重组是否完成，如未完成转回A2，完成执行A5；A5通知重组信息管理清零重组标识指针对应信息；A6清除重组标识指针对应超时计数。
根据本发明的IP报文分片重组方法的一实施例，其中，IP报文分片重组的正常数据处理流程包括：B1建立报文重组表项，重组表项指针对应的超时计时器开始计数；B2计时0器记录是否出现超时，如果出现，执行步骤B3，否则执行步骤B4；B3通知重组读取控制释放超时重组标识指针；B4判断重组是否完成，如未完成转回B2，否则执行B5；B5通知重组信息管理清零重组标识指针对应信息；B6清除重组标识指针对应超时计数。
本发明提出了一种分片重组的设计方法，整个设计引入了标识(Identification)指针管理、重组信息管理、IP报文缓存、重组超时和重组读取控制，确保分片报文能够快速定位属于某一个IP报文分组，并将数据缓存，有效判断所有报文是否全部结束。
附图说明
图1所示为标识管理表示意图；
图2所示为重组信息管理表；
图3为IP报文缓存示意图；
图4所示为重组超时示意图；
图5所示为IP报文分片重组的超时异常处理流程图；
图6所示为IP报文分片重组的正常数据处理流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明一种IP报文分片重组方法，包括：
图1所示为标识管理表示意图，如图1所示，存储该表的结构为先进先出的缓存FIFO(以下统称FIFO)，缓存大小需满足整个设计中分片报文的最大延时。
标识指针管理表的工作机制包括：
链表初始化：将数据0到NUM-1顺序写入到FIFO,其中NUM为缓存深度；
工作过程包括：
1)复位初始化：复位阶段将标识指针写入FIFO；
2)同一标识第一个到来分片申请标识管理指针；
3)重组完成分片报文，释放回写标识管理指针.
图2所示为重组信息管理表，如图2所示，这里以最大支持4个分片说明该设计方法，图2中“ID_PTR#0,ID_PTR#1,…,ID_PTR#NUM-1”代表标识指针；valid_i代表标识指针ID_PTR#0对应的重组信息是否有效；offset_i代表标识指针ID_PTR#0对应的首分片长度预期的下一个分片偏移offset或最后一个分片的偏移offset；pre_cnt_i代表标识指针ID_PTR#0对应的最大分片数；rv_cnt_i代表标识指针ID_PTR#0对应的已接收的分片数；head_id_i代表标识指针ID_PTR#0对应的IP首部中的标识Identification；sip_i代表标识指针ID_PTR#0对应的IP首部中的源IP地址SIP；dip_i代表标识指针ID_PTR#0对应的IP首部中的目的IP地址DIP。其他标识指针对应描述相同。
重组信息管理表工作机制包括：
工作过程，包括：：
1)复位初始化：将重组信息管理表表项所有指针对应的信息写0；
2)当接收到IP报文时，读取重组信息管理表，并使用重组信息管理表中的标识head_id，源IP地址SIP和目的IP地址DIP信息和接收到的IP报文分片首部中提取的标识Identification、源IP地址SIP和目的IP地址DIP做比较；
3)当读取到某个标识指针ID_PTR#P的重组信息有效位valid信息为0还没有匹配时，表明当前IP报文分片是第一次到来；停止读取重组信息管理表后续地址，向标识管理指针申请一个指针，将对应的重组信息有效位valid写1，标识head_id、源IP地址SIP和目的IP地址DIP更新为当前分片信息；分片数rv_cnt加1；如果当前报文为最后一个分片，将最后一个分片的偏移offset填入表项中的报文偏移offset；如果当前报文为第一个分片，根据第一个分片的长度计算下一个分片偏移offset，填入表项中的报文偏移offset；
4)当读取到某个标识指针ID_PTR#P的标识head_id、源IP地址SIP和目的IP地址DIP和当前信息匹配时，表明当前分片报文和重组信息管理表中记录的分片属于同一报文，分片数rv_cnt加1；如果当前报文为最后一个分片，将最后一个分片的偏移offset填入表项中的报文偏移offset；如果接收到的报文为第一个分片报文，计算下一个分片报文的偏移offset，在表项中的报文偏移offset非零的情况下(表明最后一个分片报文先于第一个分片报文到来)，比较判断当前报文的最大分片数，并写入表项pre_cnt；
5)当读取到某个标识指针ID_PTR#P的标识head_id、源IP地址SIP和目的IP地址DIP和当前信息匹配时，如果接收到的报文数量＝pre_cnt,表明分片报文重组完成；将表项指针对应的表项回写0，清除原有表项分片信息，计算重组报文长度，通知重组读取控制；
6)当报文重组超时，根据重组超时给出的指针标识ID_PTR#M,回写0清除超时重组分片对应的重组表项信息，通知重组读取控制。
图3为IP报文缓存示意图，如图3所示，报文重组要求对同一IP报文的不同分片报文进行缓存，待属于此IP报文的所有分片报文全部缓存完毕，意味着分片重组完成，而报文可缓存与程序内部的RAM，也可以缓存到片外的缓存芯片，如DDR/SRAM/FLASH等，以下缓存以RAM为例。
逻辑上将一块RAM按照标识指针进行划分，每个标识指针对应的区域能够缓存一个最大IP报文。
IP报文缓存工作机制包括:
工作过程：
1)如果当前分片所属的IP报文第一次到来，按照申请到的标识指针ID_PTR#I，根据当前分片报文的偏移offset，写入标识指针ID_PTR#I中当前分片对应的逻辑区域；
2)如果当前分片报文查询命中重组信息管理表，使用命中的重组信息管理表对应的标识指针ID_PTR#J，按照报文的偏移offset，写入标识指针ID_PTR#J中当前分片对应的逻辑区域，IP报文缓存如图3所示。
图4所示为重组超时示意图，如图4所示，重组超时用于监控分片重组异常。图4中“ID_PTR#0,ID_PTR#1,…,ID_PTR#NUM-1”代表标识指针；valid_i代表标识指针ID_PTR#0对应的重组超时计数是否有效；cnt_i代表重组超时计数。
超时工作机制：
工作过程：
1)如果当前分片所属的IP报文第一次到来，按照申请到的标识指针ID_PTR#I，将valid写1，触发重组计数；
2)每隔一段时间，读取重组计数。若发现重组超时，通知重组信息管理表，并清零当前标识指针ID_PTR#I对应的valid和cnt，IP报文重组超时如图4所示。
图5所示为IP报文分片重组的超时异常处理流程图，图6所示为IP报文分片重组的正常数据处理流程图，如图5以及图6所示，重读读取控制用于控制重组报文的读取，发送到下级业务处理模块。
读取工作机制包括：
工作过程：
1)接收到重组信息管理通知的重组完成指示，根据标识指针ID_PTR#L和重组报文长度，控制报文的读取；当报文读取完毕后，通知标识指针管理，释放当前IP报文申请的标识指针ID_PTR#L；
2)接收到重组信息管理通知的超时指示，直接释放当前IP报文申请的标识指针ID_PTR#M。
与现有技术相比，本发明提出的技术方案通过构建“标识指针管理”、“重组信息管理”、“报文缓存”、“重组超时管理”和“重组读取控制”五大机制相互配合，可有效实现IP报文的分片重组，设计者采用此机制可以根据实际情况灵活选择实现方案，所以本发明具有一定的工程实用价值。
下面按照逻辑对整IP分片报文重组的处理过程进行简单叙述；
IP报文分片重组的超时异常处理流程包括：
A1建立报文重组表项，重组表项指针对应的超时计时器开始计数；
A2计时器记录是否出现超时，如果出现，执行步骤A3，否则执行步骤A4；
A3通知重组读取控制释放超时重组标识指针；
A4判断重组是否完成，如未完成转回A2，完成执行A5；
A5通知重组信息管理清零重组标识指针对应信息；
A6清除重组标识指针对应超时计数。
IP报文分片重组的正常数据处理流程包括：
B1建立报文重组表项，重组表项指针对应的超时计时器开始计数；
B2计时器记录是否出现超时，如果出现，执行步骤B3，否则执行步骤B4；
B3通知重组读取控制释放超时重组标识指针；
B4判断重组是否完成，如未完成转回B2，否则执行B5；
B5通知重组信息管理清零重组标识指针对应信息；
B6清除重组标识指针对应超时计数。
本发明提出了一种分片重组的设计方法，整个设计引入了标识(Identification)指针管理、重组信息管理、IP报文缓存、重组超时和重组读取控制，确保分片报文能够快速定位属于某一个IP报文分组，并将数据缓存，有效判断所有报文是否全部结束。本发明提出的技术方案通过构建“标识指针管理”、“重组信息管理”、“报文缓存”、“重组超时管理”和“重组读取控制”五大机制相互配合，可有效实现IP报文的分片重组，设计者采用此机制可以根据实际情况灵活选择实现方案，具有一定的工程实用价值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种IP报文分片重组方法，其特征在于，包括：
建立标识指针管理表；
建立重组信息管理表；
IP报文缓存工作机制包括:
如果当前分片所属的IP报文第一次到来，按照申请到的标识指针ID_PTR#I，根据当前分片报文的偏移offset，写入标识指针ID_PTR#I中当前分片对应的逻辑区域；
如果当前分片报文查询命中重组信息管理表，使用命中的重组信息管理表对应的标识指针ID_PTR#J，按照报文的偏移offset，写入标识指针ID_PTR#J中当前分片对应的逻辑区域；
进行报文超时管理包括：
如果当前分片所属的IP报文第一次到来，按照申请到的标识指针ID_PTR#I，触发重组计数；
每隔一段时间，读取重组计数，若发现重组超时，通知重组信息管理表；
报文读取重组读取控制包括：
接收到重组信息管理通知的重组完成指示，根据标识指针ID_PTR#L和重组报文长度，控制报文的读取；当报文读取完毕后，通知标识指针管理，释放当前IP报文申请的标识指针ID_PTR#L；
接收到重组信息管理通知的超时指示，直接释放当前IP报文申请的标识指针ID_PTR#M。
2.如权利要求1所述的IP报文分片重组方法，其特征在于，标识指针管理表工作机制包括：
链表初始化，将数据顺序写入到FIFO；
复位初始化：复位阶段将标识指针写入FIFO；
同一标识第一个到来分片申请标识管理指针；
重组完成分片报文，释放回写标识管理指针。
3.如权利要求1所述的IP报文分片重组方法，其特征在于，重组信息管理表工作机制包括：
复位初始化：将重组信息管理表表项所有指针对应的信息写0；
当接收到IP报文时，读取重组信息管理表，并使用重组信息管理表中的标识head_id，源IP地址SIP和目的IP地址DIP信息和接收到的IP报文分片首部中提取的标识Identification、源IP地址SIP和目的IP地址DIP做比较；
当读取到某个标识指针ID_PTR#P的重组信息有效位为0还没有匹配时，表明当前IP报文分片是第一次到来；停止读取重组信息管理表后续地址，向标识管理指针申请一个指针，将对应的重组信息有效位写1，标识head_id、源IP地址SIP和目的IP地址DIP更新为当前分片信息；分片数rv_cnt加1；如果当前报文为最后一个分片，将最后一个分片的偏移offset填入表项中的报文偏移offset；如果当前报文为第一个分片，根据第一个分片的长度计算下一个分片偏移offset，填入表项中的报文偏移offset；
当读取到某个标识指针ID_PTR#P的标识head_id、源IP地址SIP和目的IP地址DIP和当前信息匹配时，表明当前分片报文和重组信息管理表中记录的分片属于同一报文，分片数rv_cnt加1；如果当前报文为最后一个分片，将最后一个分片的偏移offset填入表项中的报文偏移offset；如果接收到的报文为第一个分片报文，计算下一个分片报文的偏移offset，在表项中的报文偏移offset非零的情况下，比较判断当前报文的最大分片数，并写入表项pre_cnt；
当读取到某个标识指针ID_PTR#P的标识head_id、源IP地址SIP和目的IP地址DIP和当前信息匹配时，如果接收到的报文数量等于表项pre_cnt值，表明分片报文重组完成；将表项指针对应的表项回写0，清除原有表项分片信息，计算重组报文长度，通知重组读取控制；
当报文重组超时，根据重组超时给出的指针标识ID_PTR#M，回写0清除超时重组分片对应的重组表项信息，通知重组读取控制。
4.如权利要求1所述的IP报文分片重组方法，其特征在于，报文缓存于程序内部的RAM或片外的缓存芯片。
5.如权利要求4所述的IP报文分片重组方法，其特征在于，逻辑上将一块RAM按照标识指针进行划分，每个标识指针对应的区域能够缓存一个最大IP报文。
6.如权利要求1所述的IP报文分片重组方法，其特征在于，IP报文分片重组的超时异常处理流程包括：
A1建立报文重组表项，重组表项指针对应的超时计时器开始计数；
A2计时器记录是否出现超时，如果出现，执行步骤A3，否则执行步骤A4；
A3通知重组读取控制释放超时重组标识指针；
A4判断重组是否完成，如未完成转回A2，完成执行A5；
A5通知重组信息管理清零重组标识指针对应信息；
A6清除重组标识指针对应超时计数。
7.如权利要求1所述的IP报文分片重组方法，其特征在于，IP报文分片重组的正常数据处理流程包括：
B1建立报文重组表项，重组表项指针对应的超时计时器开始计数；
B2计时0器记录是否出现超时，如果出现，执行步骤B3，否则执行步骤B4；B3通知重组读取控制释放超时重组标识指针；
B4判断重组是否完成，如未完成转回B2，否则执行B5；
B5通知重组信息管理清零重组标识指针对应信息；
B6清除重组标识指针对应超时计数。
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