CN110855610B - 一种数据包的处理方法、装置及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种数据包的处理方法、装置和存储介质，其中，所述方法包括：利用所述服务器的网卡接收到待处理的数据包；根据预设的映射关系将所述数据包从所述网卡的硬件缓存区域拷贝到预先分配的用户态内存区域；将所述用户态内存区域中存储的所述数据包推送至用户态应用程序，以便所述用户态应用程序对推送的所述数据包进行相关处理。本发明实施例避免了将数据包从网卡的硬件缓存区域拷贝到内核态内存区域，再将数据包从内核态内存区域拷贝到用户态内存区域的过程，简化了数据包的处理流程，降低了CPU和网卡的资源消耗，避免了因网卡主动丢包而导致的视频卡顿和音画不同步的问题。

Description

一种数据包的处理方法、装置及存储介质

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，特别是涉及一种数据包的处理方法、装置，以及一种计算机可读存储介质。

背景技术

视联网是一种基于以太网硬件的用于高速传输高清视频及专用协议的专用网络，视联网是以太网的更高级形态，是一个实时网络。视联网作为以音视频数据传输为主的服务网络系统，其承载的数据量是非常大的。

目前，视联网中数据接收方对数据的处理流程为：网卡接收数据、数据传输到网络协议栈(内核态)、数据从网络协议栈(内核态)传输到用户态、用户态应用程序使用数据。其中，数据传输到网络协议栈(内核态)之后需要经过一系列复杂的处理，若网卡接收到的数据量巨大，将消耗大量的CPU和网卡的处理性能，甚至会产生网卡主动丢包的情况，导致视频卡顿和音画不同步的问题。

基于此背景，结合视联网协议和所负载数据的特殊性：

1)视联网协议位于网络七层协议中的第二层，即以太网层；但是操作系统内核中的网络协议栈，处理的多是网络协议中的第三层(即IP层)及以上层的协议。

2)视联网的数据，主要以音视频为主。

考虑到这两点的特定需求，才有的这个地址映射驱动功能的开发，就是对于二层的协议的处理，不需要再到内核的层面多处理一遍，浪费有限的计算资源。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明实施例以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种数据包的处理方法、装置，以及一种计算机可读存储介质。

为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种数据包的处理方法，应用于服务器，包括：利用所述服务器的网卡接收到待处理的数据包；根据预设的映射关系将所述数据包从所述网卡的硬件缓存区域拷贝到预先分配的用户态内存区域；将所述用户态内存区域中存储的所述数据包推送至用户态应用程序，以便所述用户态应用程序对推送的所述数据包进行相关处理。

可选地，所述根据预设的映射关系将所述数据包从所述网卡的硬件缓存区域拷贝到用户态内存区域的步骤，包括：根据所述硬件缓存区域的各存储单元的索引地址与所述用户态内存区域的各存储单元的索引地址之间的映射关系，将所述数据包从所述硬件缓存区域拷贝到所述用户态内存区域。

可选地，在利用所述服务器的网卡接收到待处理的数据包的步骤之前，所述方法还包括：为所述网卡挂载地址映射驱动程序，在所述地址映射驱动程序的挂载过程中，生成所述网卡的所述硬件缓存区域与所述用户态内存区域之间的映射关系；其中，所述地址映射驱动程序用于预先分配所述用户态内存区域，并将所述硬件缓存区域与所述用户态内存区域进行关联。

可选地，在所述根据预设的映射关系将所述数据包从所述网卡的硬件缓存区域拷贝到预先分配的用户态内存区域的步骤之前，所述方法还包括：判断所述数据包中是否携带有所述地址映射驱动程序的文件描述符；若所述数据包中携带有所述地址映射驱动程序的文件描述符，则通过所述地址映射驱动程序对应的所述网卡接收到所述数据包，将所述数据包从所述网卡的硬件缓存区域拷贝到所述地址映射驱动程序在服务器的内存中。

可选地，所述利用所述服务器的网卡接收到待处理的数据包的步骤，包括：基于所述地址映射驱动程序的接口监听所述网卡接收到所述数据包。

可选地，所述用户态应用程序用于对所述数据包进行信令解析，以便从所述数据包的数据负载部分提取出音视频数据。

本发明实施例还公开了一种数据包的处理装置，应用于服务器，包括：接收模块，用于利用所述服务器的网卡接收到待处理的数据包；拷贝模块，用于根据预设的映射关系将所述数据包从所述网卡的硬件缓存区域拷贝到预先分配的用户态内存区域；推送模块，用于将所述用户态内存区域中存储的所述数据包推送至用户态应用程序，以便所述用户态应用程序对推送的所述数据包进行相关处理。

可选地，所述拷贝模块，用于根据所述硬件缓存区域的各存储单元的索引地址与所述用户态内存区域的各存储单元的索引地址之间的映射关系，将所述数据包从所述硬件缓存区域拷贝到所述用户态内存区域。

可选地，所述装置还包括：生成模块，用于在所述接收模块利用所述服务器的网卡接收到待处理的数据包之前，为所述网卡挂载地址映射驱动程序，在所述地址映射驱动程序的挂载过程中，生成所述网卡的所述硬件缓存区域与所述用户态内存区域之间的映射关系；其中，所述地址映射驱动程序用于预先分配所述用户态内存区域，并将所述硬件缓存区域与所述用户态内存区域进行关联。

可选地，所述装置还包括：判断模块，用于在所述拷贝模块根据预设的映射关系将所述数据包从所述网卡的硬件缓存区域拷贝到预先分配的用户态内存区域之前，判断所述数据包中是否携带有所述地址映射驱动程序的文件描述符；所述拷贝模块，用于在所述数据包中携带有所述地址映射驱动程序的文件描述符时，通过所述地址映射驱动程序对应的所述网卡接收到所述数据包，将所述数据包从所述网卡的硬件缓存区域拷贝到所述地址映射驱动程序在服务器的内存中。

可选地，所述接收模块，用于基于所述地址映射驱动程序的接口监听所述网卡接收到所述数据包。

可选地，所述用户态应用程序用于对所述数据包进行信令解析，以便从所述数据包的数据负载部分提取出音视频数据。

本发明实施例还公开了一种装置，包括：一个或多个处理器；和其上存储有指令的一个或多个机器可读介质，当由所述一个或多个处理器执行时，使得所述装置执行如本发明实施例所述的一个或多个的数据包的处理方法。

本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，其存储的计算机程序使得处理器执行如本发明实施例所述的数据包的处理方法。

本发明实施例包括以下优点：

本发明实施例提供的数据包的处理方案，可以应用于服务器中，利用服务器的网卡接收到待处理的数据包，根据预设的映射关系将数据包从网卡的硬件缓存区域拷贝到预先分配的用户态内存区域，再将用户态内存区域中存储的数据包推送至用户态应用程序，以便用户态应用程序对推送的数据包进行相关处理。

在本发明实施例中，在利用网卡接收到待处理的数据包之后，直接将数据包从网卡的硬件缓存区域拷贝到用户态内存区域，避免了将数据包从网卡的硬件缓存区域拷贝到内核态内存区域，再将数据包从内核态内存区域拷贝到用户态内存区域的过程，简化了数据包的处理流程，降低了CPU和网卡的资源消耗，避免了因网卡主动丢包而导致的视频卡顿和音画不同步的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的数据包的处理方案的整体框图；

图2是内核态对数据包的处理流程图；

图3是本发明实施例提供的数据包的处理方案的处理流程图；

图4是本发明实施例的一种数据包的处理方法的步骤流程图；

图5是本发明实施例的一种基于视联网的快速I/O操作方法的设计原理图；

图6是本发明实施例的一种数据包的处理装置的结构框图；

图7是本发明的一种视联网的组网示意图；

图8是本发明的一种节点服务器的硬件结构示意图；

图9是本发明的一种接入交换机的硬件结构示意图；

图10是本发明的一种以太网协转网关的硬件结构示意图。

具体实施方式

通常，应用程序采用基于内核态网络协议栈的接口方式监听数据包。其中，接收数据包是一个复杂的过程，涉及很多底层的技术细节，大致需要以下几个步骤：

1)网卡收到数据包。

2)将数据包从网卡硬件缓存转移到服务器内存中。

3)网卡通过中断告诉内核有数据包进来。

4)将数据包传输到网络层。

5)网际协议(Internet Protocol，IP)层通过检查数据包的IP头进行校验，以检查数据包是否有效。若有效，则删除IP头，将数据包发送到传输控制协议(TransmissionControl Protocol，TCP)层。

6)TCP层检查数据包是否有效，并搜索与数据包连接的TCP控制块，利用TCP控制块处理数据包。

7)数据包被协议层送到接收缓冲区。

8)应用程序通过获取数据包，并对数据包进行操作。

在原理上，数据包的接收方对数据包的处理过程可以为：网卡接收数据包→数据包传输至网络协议栈(内核态)→数据包从网络协议栈(内核态)传输到用户态→用户态应用程序使用数据包。数据包需要经过上述四次拷贝、删除操作。其中，应用程序的内核态表示应用程序通过系统调用，占用CPU资源，进而可以访问内存的所有数据，包括外围设备，如硬盘、网卡等。CPU也可以将自身从一个程序切换为另一个程序。应用程序的用户态表示应用程序只能受限地访问内存中的数据，且不允许访问外围设备，CPU的能力被剥夺，CPU的资源可以被其他进程获取。

参照图1，示出了本发明实施例提供的数据包的处理方案的整体框图。本发明实施例提供的数据包的处理方案可以将上述四次拷贝、删除操作简化为三次拷贝、删除操作。简化后的过程为网卡接收数据包→数据包拷贝到用户态→用户态应用程序使用数据包。简化后的过程减少了数据包传输到内核态，再从内核态传输转到用户态的操作。在数据量瞬时非常庞大，且操作方式单一的情况下，尤其是无需内核中的网络协议栈处理的数据，可以有效减少CPU和网卡的资源占用量，进而减少数据包因硬件的处理性能下降导致的网卡主动丢包的情况，避免视频卡顿和音画不同步的问题。

参照图2，示出了内核态对数据包的处理流程图。数据包经过网卡队列传输至循环缓冲区(Ring Buffer)，再依次经过驱动程序、IP层、TCP/UDP层、用户接收缓存区和用户应用程序。参照图3，示出了本发明实施例提供的数据包的处理方案的处理流程图。即在上述图2的基础之上，数据包经过网卡队列传输至循环缓冲区(Ring Buffer)，经过驱动程序直接到用户应用程序，数据包不经过网络协议层，不需要经过网络协议层的层层数据解析操作(因为基于视联网协议的数据无需内核网络协议栈的解析处理)。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图4，示出了本发明实施例的一种数据包的处理方法的步骤流程图，该数据包的处理方法可以应用于服务器中，该数据包的处理方法具体可以包括如下步骤：

步骤401，利用服务器的网卡接收到待处理的数据包。

在本发明实施例中，可以预先为服务器的网卡安装特定的地址映射驱动程序，该地址映射驱动程序可以预先分配一块存储空间，该存储空间为一块共享内存区域，该共享内存区域可以供应用程序的用户态直接访问，可以称该共享内存区域为用户态内存区域。该地址映射驱动程序将分配的用户态内存区域与网卡的硬件缓存区域相关联。也就是说，在本步骤401之前，通过挂载网卡对应的地址映射驱动程序，并利用地址映射驱动程序生成硬件缓存区域与用户态内存区域之间的映射关系。

在本发明的一种优选实施例中，本步骤401在获得待处理的数据包时，可以基于网卡的特定的地址映射驱动程序的接口监听到待处理的数据包。该地址映射驱动程序的接口可以包括如下四个：初始化创建接口，用于创建地址映射驱动程序的调用实例；数据包接收接口，用于接收数据包；数据包发送接口，用于发送数据包；销毁接口，用于销毁地址映射驱动程序的实例。本步骤401在监听数据包时，可以基于数据包接收接口监听到待处理的数据包。

步骤402，根据预设的映射关系将数据包从网卡的硬件缓存区域拷贝到应用程序的用户态内存区域。

在本发明实施例中，本步骤402在从网卡的硬件缓存区域拷贝数据包到应用程序的用户态内存区域时，可以根据硬件缓存区域的各存储单元的索引地址与用户态内存区域的各存储单元的索引地址之间的映射关系，将数据包从硬件缓存区域拷贝到应用程序的用户态内存区域。该映射关系即网卡的特定的地址映射驱动程序预先将网卡的硬件缓存区域与用户态内存区域进行关联得到的映射关系。

在本发明的一种优选实施例中，在本步骤402之前，可以判断数据包中是否携带有地址映射驱动程序的文件描述符，若数据包中携带有地址映射驱动程序的文件描述符，则执行步骤402；若数据包中未携带地址映射驱动程序的文件描述符，则将数据包从硬件缓存区域拷贝到服务器的内存中，供内核态处理。

步骤403，将用户态内存区域中存储的数据包推送至应用程序，以便应用程序对推送的数据包进行相关处理。

在本发明实施例中，应用程序可以在用户态对数据包进行信令解析，以便从数据包的数据负载部分提取出音视频数据。

基于上述关于一种数据包的处理方法的相关说明，下面介绍一种基于视联网的快速输入/输出(Input/Output，I/O)操作方法。首先，介绍一下该快速IO操作方法中涉及到的技术术语。

16位视联网：视联网的第一个版本，支持最大寻址空间为65536个。

64位视联网：视联网的第二个版本，支持最大寻址空间为2的64次方个。

Linux系统：一套免费使用和自由传播的类Unix操作系统，是一个基于可移植操作系统接口(Portable Operating System Interface，POSIX)和Unix的多用户、多任务、支持多线程和多CPU的操作系统。本发明实施例采用的Linux系统为CentOS操作系统。

CentOS操作系统：社区企业操作系统(Community Enterprise OperatingSystem)是Linux系统的发行版之一。本发明实施例采用的是CentOS7及以上的系统版本。

Linux Kernel：一般指Linux系统内核，也可以称为“核心”。本发明实施例采用3.10及以上的内核版本。

零拷/zero-copy：通过减少或消除关键通信路径上影响速率的操作，降低数据传输的操作系统开销和协议处理开销，从而有效提高通信性能，实现高速数据传输。

快速IO/fastIO：基于零拷的设计理念，实现数据的快速收发报文的方法。

网卡/NIC(Network Interface Card)：也称网络适配器，是电脑与局域网相互连接的设备。

Shell：Linux系统的命令行，接收用户命令，然后调用相应的应用程序。本发明实施例采用bash来做验证。

RX-ring：网卡中用来接收数据包的队列。

TX-ring：网卡中用来发送数据包的队列。

网卡丢包：当系统处理遇到性能瓶颈时，网卡主动丢弃数据包。

驱动程序：是一种可以使计算机和设备通信的特殊程序。相当于硬件的接口，操作系统只有通过这个接口，才能控制硬件设备的工作。

内核态:应用程序通过系统调用，利用CPU访问内存所有数据，包括外围设备，例如硬盘、网卡。CPU也可以将自己从一个程序切换到另一个程序。

用户态:应用程序只能受限的访问内存中的数据，且不允许访问外围设备.CPU的能力被剥夺，CPU资源可以被其他应用程序获取。

中断：是指在CPU正常运行期间，由于内外部事件或由程序预先安排的事件引起的CPU暂时停止正在运行的程序，转而为该内部或外部事件或预先安排的事件服务的程序中去，服务完毕后再返回去继续运行被暂时中断的程序。Linux系统中通常分为外部中断(又叫硬件中断)和内部中断(又叫异常)。

硬中断：由硬件(本发明实施例主要涉及的硬件是网卡)自己生成，具有随机性，硬中断被CPU接收后，触发执行中断处理程序。中断处理程序只会处理关键性的、短时间内可以处理完的工作，剩余耗时较长的工作，会放到中断之后，由软中断来完成。硬中断也被称为上半部分。

软中断：由硬中断对应的中断处理程序生成，往往是预先在代码里实现好的，不具有随机性。也被称为下半部分。

Buffer：操作系统为程序的数据分配的存储空间。

因为视联网中需要传输大量的音视频数据包，若服务器的CPU处理性能遇到瓶颈，会出现网卡或交换机主动丢包的问题。为有效解决网卡主动丢包的问题，避免CPU在处理瞬时数据量巨大而导致的性能瓶颈问题。并且在视联网的协议解析无需内核的网络协议栈处理的特定前提下，在不需要提升硬件性能的情形下，采用零拷机制，实现降低CPU处理负载，提升数据处理效率的目的。

参照图5，示出了本发明实施例的一种基于视联网的快速I/O操作方法的设计原理图。该快速I/O操作方法通过视联网获取音视频数据发送方的音视频数据，再将获取到的音视频数据传输至应用程序服务器。客户端可以对应用程序服务器接收到的音视频数据进行相关处理。其中，应用程序服务器获取音视频数据的过程可以包括如下步骤：

首先，将地址映射驱动程序安装在应用程序服务器上。启动地址映射驱动程序，利用地址映射驱动程序生成内存映射配置信息表，利用内存映射配置信息表将网卡的硬件缓存区域与用户态内存区域进行关联。其次，音视频数据传输到应用程序服务器的网卡，网卡将音视频数据存储至硬件缓存区域，地址映射驱动程序将硬件缓存区域的音视频数据直接拷贝到用户态内存区域。最后，用户应用程序从用户态内存区域读取音视频数据，对音视频数据进行相关处理。

本发明实施例提供的数据包的处理方案，可以应用于服务器中，利用服务器的网卡接收到待处理的数据包，根据预设的映射关系将数据包从网卡的硬件缓存区域拷贝到预先分配的用户态内存区域，再将用户态内存区域中存储的数据包推送至应用程序，以便应用程序对推送的数据包进行相关处理。

在本发明实施例中，在利用网卡接收到待处理的数据包之后，直接将数据包从网卡的硬件缓存区域拷贝到应用程序的用户态内存区域，避免了将数据包从网卡的硬件缓存区域拷贝到内核态内存区域，再将数据包从内核态内存区域拷贝到用户态内存区域的过程，简化了数据包的处理流程，降低了CPU和网卡的资源消耗，避免了因网卡主动丢包而导致的视频卡顿和音画不同步的问题。

本发明实施例通过地址映射驱动程序采用共享内存的方式预先分配用户态内存区域，节省了内存空间的反复申请和释放。

本发明实施例避免了网络协议栈对数据包的处理，减轻了CPU的处理负担，有效提升数据包的处理效率。避免了网卡因CPU处理慢而导致的网卡主动丢包的问题。

本发明实施例中的技术方案应用于视联网中，音视频数据不经过网络协议栈，省去了网络协议栈的层层数据解析过程，减少了系统调用和数据处理时的时间消耗。应用程序利用映射关系可以直接与网卡的硬件缓冲区域交互，降低了CPU和网卡的资源消耗，提升了音视频数据的处理效率。

本发明实施例避免了网络协议栈对音视频数据的处理，保证了音视频数据的完整性，提升了画面的质量，减少了画面的卡顿和花屏的现象，可有效提升音视频数据播放的连续性，有效减少音视频数据传输的时延，提升客户观看音视频数据的体验。

需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。

参考图6，示出了本发明实施例的一种数据包的处理装置的结构框图，所述装置应用于服务器，所述装置可以包括如下模块：

接收模块61，用于利用所述服务器的网卡接收到待处理的数据包；

拷贝模块62，用于根据预设的映射关系将所述数据包从所述网卡的硬件缓存区域拷贝到预先分配的用户态内存区域；

推送模块63，用于将所述用户态内存区域中存储的所述数据包推送至用户态应用程序，以便所述用户态应用程序对推送的所述数据包进行相关处理。

在本发明的一种优选实施例中，所述拷贝模块62，用于根据所述硬件缓存区域的各存储单元的索引地址与所述用户态内存区域的各存储单元的索引地址之间的映射关系，将所述数据包从所述硬件缓存区域拷贝到所述用户态内存区域。

在本发明的一种优选实施例中，所述装置还包括：

生成模块64，用于在所述接收模块61利用所述服务器的网卡接收到待处理的数据包之前，为所述网卡挂载地址映射驱动程序，在所述地址映射驱动程序的挂载过程中，生成所述网卡的所述硬件缓存区域与所述用户态内存区域之间的映射关系；

其中，所述地址映射驱动程序用于预先分配所述用户态内存区域，并将所述硬件缓存区域与所述用户态内存区域进行关联。

在本发明的一种优选实施例中，所述装置还包括：

判断模块65，用于在所述拷贝模块62根据预设的映射关系将所述数据包从所述网卡的硬件缓存区域拷贝到预先分配的用户态内存区域之前，判断所述数据包中是否携带有所述地址映射驱动程序的文件描述符；

所述拷贝模块62，用于在所述数据包中携带有所述地址映射驱动程序的文件描述符时，通过所述地址映射驱动程序对应的所述网卡接收到所述数据包，将所述数据包从所述网卡的硬件缓存区域拷贝到所述地址映射驱动程序在服务器的内存中。

在本发明的一种优选实施例中，所述接收模块61，用于基于所述地址映射驱动程序的接口监听所述网卡接收到所述数据包。

在本发明的一种优选实施例中，所述用户态应用程序用于对所述数据包进行信令解析，以便从所述数据包的数据负载部分提取出音视频数据。

对于数据包的处理装置实施例而言，由于其与数据包的处理方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见数据包的处理方法实施例的部分说明即可。

为使本领域技术人员更好地理解本发明实施例，以下对视联网进行介绍：

视联网是网络发展的重要里程碑，是一个实时网络，能够实现高清视频实时传输，将众多互联网应用推向高清视频化，高清面对面。

视联网采用实时高清视频交换技术，可以在一个网络平台上将所需的服务，如高清视频会议、视频监控、智能化监控分析、应急指挥、数字广播电视、延时电视、网络教学、现场直播、VOD点播、电视邮件、个性录制(PVR)、内网(自办)频道、智能化视频播控、信息发布等数十种视频、语音、图片、文字、通讯、数据等服务全部整合在一个系统平台，通过电视或电脑实现高清品质视频播放。

视联网所应用的部分技术如下所述：

网络技术(Network Technology)

视联网的网络技术创新改良了传统以太网(Ethernet)，以面对网络上潜在的巨大第一视频流量。不同于单纯的网络分组包交换(Packet Switching)或网络电路交换(Circuit Switching)，视联网技术采用Packet Switching满足Streaming需求。视联网技术具备分组交换的灵活、简单和低价，同时具备电路交换的品质和安全保证，实现了全网交换式虚拟电路，以及数据格式的无缝连接。

交换技术(Switching Technology)

视联网采用以太网的异步和包交换两个优点，在全兼容的前提下消除了以太网缺陷，具备全网端到端无缝连接，直通用户终端，直接承载IP数据包。用户数据在全网范围内不需任何格式转换。视联网是以太网的更高级形态，是一个实时交换平台，能够实现目前互联网无法实现的全网大规模高清视频实时传输，将众多网络视频应用推向高清化、统一化。

服务器技术(Server Technology)

视联网和统一视频平台上的服务器技术不同于传统意义上的服务器，它的流媒体传输是建立在面向连接的基础上，其数据处理能力与流量、通讯时间无关，单个网络层就能够包含信令及数据传输。对于语音和视频业务来说，视联网和统一视频平台流媒体处理的复杂度比数据处理简单许多，效率比传统服务器大大提高了百倍以上。

储存器技术(Storage Technology)

统一视频平台的超高速储存器技术为了适应超大容量和超大流量的媒体内容而采用了最先进的实时操作系统，将服务器指令中的节目信息映射到具体的硬盘空间，媒体内容不再经过服务器，瞬间直接送达到用户终端，用户等待一般时间小于0.2秒。最优化的扇区分布大大减少了硬盘磁头寻道的机械运动，资源消耗仅占同等级IP互联网的20％，但产生大于传统硬盘阵列3倍的并发流量，综合效率提升10倍以上。

网络安全技术(Network Security Technology)

视联网的结构性设计通过每次服务单独许可制、设备与用户数据完全隔离等方式从结构上彻底根除了困扰互联网的网络安全问题，一般不需要杀毒程序、防火墙，杜绝了黑客与病毒的攻击，为用户提供结构性的无忧安全网络。

服务创新技术(Service Innovation Technology)

统一视频平台将业务与传输融合在一起，不论是单个用户、私网用户还是一个网络的总合，都不过是一次自动连接。用户终端、机顶盒或PC直接连到统一视频平台，获得丰富多彩的各种形态的多媒体视频服务。统一视频平台采用“菜谱式”配表模式来替代传统的复杂应用编程，可以使用非常少的代码即可实现复杂的应用，实现“无限量”的新业务创新。

视联网的组网如下所述：

视联网是一种集中控制的网络结构，该网络可以是树型网、星型网、环状网等等类型，但在此基础上网络中需要有集中控制节点来控制整个网络。

如图7所示，视联网分为接入网和城域网两部分。

接入网部分的设备主要可以分为3类：节点服务器，接入交换机，终端(包括各种机顶盒、编码板、存储器等)。节点服务器与接入交换机相连，接入交换机可以与多个终端相连，并可以连接以太网。

其中，节点服务器是接入网中起集中控制功能的节点，可控制接入交换机和终端。节点服务器可直接与接入交换机相连，也可以直接与终端相连。

类似的，城域网部分的设备也可以分为3类：城域服务器，节点交换机，节点服务器。城域服务器与节点交换机相连，节点交换机可以与多个节点服务器相连。

其中，节点服务器即为接入网部分的节点服务器，即节点服务器既属于接入网部分，又属于城域网部分。

城域服务器是城域网中起集中控制功能的节点，可控制节点交换机和节点服务器。城域服务器可直接连接节点交换机，也可直接连接节点服务器。

由此可见，整个视联网络是一种分层集中控制的网络结构，而节点服务器和城域服务器下控制的网络可以是树型、星型、环状等各种结构。

形象地称，接入网部分可以组成统一视频平台(虚线圈中部分)，多个统一视频平台可以组成视联网；每个统一视频平台可以通过城域以及广域视联网互联互通。

视联网设备分类

1.1本发明实施例的视联网中的设备主要可以分为3类：服务器，交换机(包括以太网协转网关)，终端(包括各种机顶盒，编码板，存储器等)。视联网整体上可以分为城域网(或者国家网、全球网等)和接入网。

1.2其中接入网部分的设备主要可以分为3类：节点服务器，接入交换机(包括以太网协转网关)，终端(包括各种机顶盒，编码板，存储器等)。

各接入网设备的具体硬件结构为：

节点服务器：

如图8所示，主要包括网络接口模块801、交换引擎模块802、CPU模块803、磁盘阵列模块804；

其中，网络接口模块801，CPU模块803、磁盘阵列模块804进来的包均进入交换引擎模块802；交换引擎模块802对进来的包进行查地址表805的操作，从而获得包的导向信息；并根据包的导向信息把该包存入对应的包缓存器806的队列；如果包缓存器806的队列接近满，则丢弃；交换引擎模块802轮询所有包缓存器队列，如果满足以下条件进行转发：1)该端口发送缓存未满；2)该队列包计数器大于零。磁盘阵列模块804主要实现对硬盘的控制，包括对硬盘的初始化、读写等操作；CPU模块803主要负责与接入交换机、终端(图中未示出)之间的协议处理，对地址表805(包括下行协议包地址表、上行协议包地址表、数据包地址表)的配置，以及，对磁盘阵列模块804的配置。

接入交换机：

如图9所示，主要包括网络接口模块(下行网络接口模块901、上行网络接口模块902)、交换引擎模块903和CPU模块904；

其中，下行网络接口模块901进来的包(上行数据)进入包检测模块905；包检测模块905检测包的目地地址(DA)、源地址(SA)、数据包类型及包长度是否符合要求，如果符合，则分配相应的流标识符(stream-id)，并进入交换引擎模块903，否则丢弃；上行网络接口模块902进来的包(下行数据)进入交换引擎模块903；CPU模块904进来的数据包进入交换引擎模块903；交换引擎模块903对进来的包进行查地址表906的操作，从而获得包的导向信息；如果进入交换引擎模块903的包是下行网络接口往上行网络接口去的，则结合流标识符(stream-id)把该包存入对应的包缓存器907的队列；如果该包缓存器907的队列接近满，则丢弃；如果进入交换引擎模块903的包不是下行网络接口往上行网络接口去的，则根据包的导向信息，把该数据包存入对应的包缓存器907的队列；如果该包缓存器907的队列接近满，则丢弃。

交换引擎模块903轮询所有包缓存器队列，可以包括两种情形：

如果该队列是下行网络接口往上行网络接口去的，则满足以下条件进行转发：1)该端口发送缓存未满；2)该队列包计数器大于零；3)获得码率控制模块产生的令牌；

如果该队列不是下行网络接口往上行网络接口去的，则满足以下条件进行转发：1)该端口发送缓存未满；2)该队列包计数器大于零。

码率控制模块908是由CPU模块904来配置的，在可编程的间隔内对所有下行网络接口往上行网络接口去的包缓存器队列产生令牌，用以控制上行转发的码率。

CPU模块904主要负责与节点服务器之间的协议处理，对地址表906的配置，以及，对码率控制模块908的配置。

以太网协转网关：

如图10所示，主要包括网络接口模块(下行网络接口模块1001、上行网络接口模块1002)、交换引擎模块1003、CPU模块1004、包检测模块1005、码率控制模块1008、地址表1006、包缓存器1007和MAC添加模块1009、MAC删除模块1010。

其中，下行网络接口模块1001进来的数据包进入包检测模块1005；包检测模块1005检测数据包的以太网MAC DA、以太网MAC SA、以太网length or frame type、视联网目地地址DA、视联网源地址SA、视联网数据包类型及包长度是否符合要求，如果符合则分配相应的流标识符(stream-id)；然后，由MAC删除模块1010减去MAC DA、MAC SA、length orframe type(2byte)，并进入相应的接收缓存，否则丢弃；

下行网络接口模块1001检测该端口的发送缓存，如果有包则根据包的视联网目地地址DA获知对应的终端的以太网MAC DA，添加终端的以太网MAC DA、以太网协转网关的MACSA、以太网length or frame type，并发送。

以太网协转网关中其他模块的功能与接入交换机类似。

终端：

主要包括网络接口模块、业务处理模块和CPU模块；例如，机顶盒主要包括网络接口模块、视音频编解码引擎模块、CPU模块；编码板主要包括网络接口模块、视音频编码引擎模块、CPU模块；存储器主要包括网络接口模块、CPU模块和磁盘阵列模块。

1.3城域网部分的设备主要可以分为2类：节点服务器，节点交换机，城域服务器。其中，节点交换机主要包括网络接口模块、交换引擎模块和CPU模块；城域服务器主要包括网络接口模块、交换引擎模块和CPU模块构成。

2、视联网数据包定义

2.1接入网数据包定义

接入网的数据包主要包括以下几部分：目的地址(DA)、源地址(SA)、保留字节、payload(PDU)、CRC。

如下表所示，接入网的数据包主要包括以下几部分：

DA

SA

Reserved

Payload

CRC

其中：

目的地址(DA)由8个字节(byte)组成，第一个字节表示数据包的类型(例如各种协议包、组播数据包、单播数据包等)，最多有256种可能，第二字节到第六字节为城域网地址，第七、第八字节为接入网地址；

源地址(SA)也是由8个字节(byte)组成，定义与目的地址(DA)相同；

保留字节由2个字节组成；

payload部分根据不同的数据报的类型有不同的长度，如果是各种协议包的话是64个字节，如果是单组播数据包话是32+1024＝1056个字节，当然并不仅仅限于以上2种；

CRC有4个字节组成，其计算方法遵循标准的以太网CRC算法。

2.2城域网数据包定义

城域网的拓扑是图型，两个设备之间可能有2种、甚至2种以上的连接，即节点交换机和节点服务器、节点交换机和节点交换机、节点交换机和节点服务器之间都可能超过2种连接。但是，城域网设备的城域网地址却是唯一的，为了精确描述城域网设备之间的连接关系，在本发明实施例中引入参数：标签，来唯一描述一个城域网设备。

本说明书中标签的定义和MPLS(Multi-Protocol Label Switch，多协议标签交换)的标签的定义类似，假设设备A和设备B之间有两个连接，那么数据包从设备A到设备B就有2个标签，数据包从设备B到设备A也有2个标签。标签分入标签、出标签，假设数据包进入设备A的标签(入标签)是0x0000，这个数据包离开设备A时的标签(出标签)可能就变成了0x0001。城域网的入网流程是集中控制下的入网过程，也就意味着城域网的地址分配、标签分配都是由城域服务器主导的，节点交换机、节点服务器都是被动的执行而已，这一点与MPLS的标签分配是不同的，MPLS的标签分配是交换机、服务器互相协商的结果。

如下表所示，城域网的数据包主要包括以下几部分：

DA

SA

Reserved

标签

Payload

CRC

即目的地址(DA)、源地址(SA)、保留字节(Reserved)、标签、payload(PDU)、CRC。其中，标签的格式可以参考如下定义：标签是32bit，其中高16bit保留，只用低16bit，它的位置是在数据包的保留字节和payload之间。

本发明实施例还提供了一种装置，包括：

一个或多个处理器；和

其上存储有指令的一个或多个机器可读介质，当由所述一个或多个处理器执行时，使得所述装置执行如本发明实施例所述的一个或多个的数据包的处理方法。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其存储的计算机程序使得处理器执行如本发明实施例所述的数据包的处理方法。

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、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理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处理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处理终端设备上，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处理，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包的处理方法、装置和一种计算机可读存储介质进行了详细介绍，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 (14)

1.一种数据包的处理方法，其特征在于，应用于服务器，包括：

为网卡挂载地址映射驱动程序，在所述地址映射驱动程序的挂载过程中，生成所述网卡的所述硬件缓存区域与所述用户态内存区域之间的映射关系；

利用所述服务器的所述网卡接收到待处理的数据包；所述数据包为无需经过内核态内存区域的网络协议栈处理的利用视联网协议封装的数据包；

根据预设的映射关系将所述数据包从所述网卡的硬件缓存区域拷贝到预先分配的用户态内存区域；所述用户态内存区域为供用户态应用程序直接访问的共享内存区域；

将所述用户态内存区域中存储的所述数据包推送至用户态应用程序，以便所述用户态应用程序对推送的所述数据包进行相关处理。

2.根据权利要求1所述的数据包的处理方法，其特征在于，所述根据预设的映射关系将所述数据包从所述网卡的硬件缓存区域拷贝到用户态内存区域的步骤，包括：

根据所述硬件缓存区域的各存储单元的索引地址与所述用户态内存区域的各存储单元的索引地址之间的映射关系，将所述数据包从所述硬件缓存区域拷贝到所述用户态内存区域。

3.根据权利要求1所述的数据包的处理方法，其特征在于，所述地址映射驱动程序用于预先分配所述用户态内存区域，并将所述硬件缓存区域与所述用户态内存区域进行关联。

4.根据权利要求3所述的数据包的处理方法，其特征在于，在所述根据预设的映射关系将所述数据包从所述网卡的硬件缓存区域拷贝到预先分配的用户态内存区域的步骤之前，所述方法还包括：

判断所述数据包中是否携带有所述地址映射驱动程序的文件描述符；

若所述数据包中携带有所述地址映射驱动程序的文件描述符，则通过所述地址映射驱动程序对应的所述网卡接收到所述数据包，将所述数据包从所述网卡的硬件缓存区域拷贝到所述地址映射驱动程序在服务器的内存中。

5.根据权利要求3所述的数据包的处理方法，其特征在于，所述利用所述服务器的网卡接收到待处理的数据包的步骤，包括：

基于所述地址映射驱动程序的接口监听所述网卡接收到所述数据包。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的数据包的处理方法，其特征在于，所述用户态应用程序用于对所述数据包进行信令解析，以便从所述数据包的数据负载部分提取出音视频数据。

7.一种数据包的处理装置，其特征在于，应用于服务器，包括：

生成模块，用于为网卡挂载地址映射驱动程序，在所述地址映射驱动程序的挂载过程中，生成所述网卡的所述硬件缓存区域与所述用户态内存区域之间的映射关系；

接收模块，用于利用所述服务器的所述网卡接收到待处理的数据包；所述数据包为无需经过内核态内存区域的网络协议栈处理的利用视联网协议封装的数据包；

拷贝模块，用于根据预设的映射关系将所述数据包从所述网卡的硬件缓存区域拷贝到预先分配的用户态内存区域；所述用户态内存区域为供用户态应用程序直接访问的共享内存区域；

推送模块，用于将所述用户态内存区域中存储的所述数据包推送至用户态应用程序，以便所述用户态应用程序对推送的所述数据包进行相关处理。

8.根据权利要求7所述的数据包的处理装置，其特征在于，所述拷贝模块，用于根据所述硬件缓存区域的各存储单元的索引地址与所述用户态内存区域的各存储单元的索引地址之间的映射关系，将所述数据包从所述硬件缓存区域拷贝到所述用户态内存区域。

9.根据权利要求7所述的数据包的处理装置，其特征在于，所述地址映射驱动程序用于预先分配所述用户态内存区域，并将所述硬件缓存区域与所述用户态内存区域进行关联。

10.根据权利要求9所述的数据包的处理装置，其特征在于，所述装置还包括：

判断模块，用于在所述拷贝模块根据预设的映射关系将所述数据包从所述网卡的硬件缓存区域拷贝到预先分配的用户态内存区域之前，判断所述数据包中是否携带有所述地址映射驱动程序的文件描述符；

所述拷贝模块，用于在所述数据包中携带有所述地址映射驱动程序的文件描述符时，通过所述地址映射驱动程序对应的所述网卡接收到所述数据包，将所述数据包从所述网卡的硬件缓存区域拷贝到所述地址映射驱动程序在服务器的内存中。

11.根据权利要求9所述的数据包的处理装置，其特征在于，所述接收模块，用于基于所述地址映射驱动程序的接口监听所述网卡接收到所述数据包。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的数据包的处理装置，其特征在于，所述用户态应用程序用于对所述数据包进行信令解析，以便从所述数据包的数据负载部分提取出音视频数据。

13.一种装置，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；和

其上存储有指令的一个或多个机器可读介质，当由所述一个或多个处理器执行时，使得所述装置执行如权利要求1至6所述的一个或多个的数据包的处理方法。

14.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储的计算机程序使得处理器执行如权利要求1至6任一项所述的数据包的处理方法。

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