CN111526137B - 兼容服务器和客户端模式的网络加速器及数据处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种兼容服务器和客户端模式的网络加速器及数据处理方法。其中，网络加速器包括相互独立的接收逻辑电路和发送逻辑电路，在接收逻辑电路执行数据接收流程的同时，发送逻辑电路执行数据发送流程；接收逻辑电路包括接收端口电路和接收控制电路，接收端口电路用于在接收到IP数据包时，获取IP数据包中携带的数据信息，将数据信息发送给接收控制电路；发送逻辑电路包括发送端口电路和发送控制电路，发送控制电路用于将数据包发送给发送端口电路，发送端口电路用于在接收到TCP数据包时，对TCP数据包进行封装后发送。本发明解决了接收功能和发送功能存在局限性的问题，提高了服务器和客户端之间的数据传送能力。

Description

兼容服务器和客户端模式的网络加速器及数据处理方法

技术领域

本发明实施例涉及计算机技术领域，具体涉及一种兼容服务器和客户端模式的网络加速器及数据处理方法。

背景技术

目前以美国加州SYBASE公司为首的数据库公司提出并实现的 Client/Server体系结构发展迅猛，凭借其高度的灵活性，数据的安全性以及低成本的特点，受到广大用户的青睐。Client/server(客户机/服务器，C/S)结构本身是一种计算机应用系统的形式，将一个计算机应用的大任务分解为许多个存在相互关系的子任务中，由多台计算机同时执行实现该任务。

发明人在实现本发明的过程中发现：由于规模的大小不同以及不断变化的功能需求，server和client的数量也随之相应改变，这就会导致成本提高并且消耗系统和网络资源，同时限制了服务器和客户端之间的数据传送能力，且现有的通信模式在接收功能和发送功能上仍存在一定的局限性。

发明内容

为了解决现有技术存在的至少一个问题，本发明实施例提供了一种兼容服务器和客户端模式的网络加速器及数据处理方法。

第一方面，本发明实施例提供了一种兼容服务器和客户端模式的网络加速器，包括相互独立的接收逻辑电路和发送逻辑电路，在所述接收逻辑电路执行数据接收流程的同时，所述发送逻辑电路执行数据发送流程；

所述接收逻辑电路包括接收端口电路和接收控制电路，所述接收端口电路用于在接收到IP数据包时，获取所述IP数据包中携带的数据信息，将所述数据信息发送给所述接收控制电路；

所述发送逻辑电路包括发送端口电路和发送控制电路，所述发送控制电路用于将数据包发送给所述发送端口电路，所述发送端口电路用于在接收到TCP数据包时，对所述TCP数据包进行封装后发送。

可选的，所述接收端口电路包括：

第一类型判断子电路，用于判断接收到的数据包的类型为IP数据包或者为ARP数据包；

IP信息提取子电路，用于提取所述IP数据包的IP信息。

可选的，所述接收端口电路还包括：

地址存储子电路，用于在接收到ARP数据包时，将所述ARP数据包的IP地址和MAC地址存储到缓存模块中。

可选的，所述接收端口电路还包括：

第一广播处理子电路，用于在所述ARP数据包为ARP广播数据包时，将所述ARP广播数据包发送给译码器进行地址译码，并发送 ARP请求数据包；

第一响应处理子电路，用于在所述ARP数据包为ARP响应数据包时，将所述ARP响应数据包发送给缓存模块。

可选的，所述接收端口电路还包括：

校验子电路，用于对收到的数据包计算校验和，判断接收到的数据包的包头是否正确，在所述接收到的数据包的包头正确时，缓存所述接收到的数据包，在所述接收到的数据包的包头不正确时，丢弃所述接收到的数据包。

可选的，所述发送端口电路包括：

第二类型判断子电路，用于判断接收到的数据包的类型为TCP 数据包或者ARP数据包；

地址提取子电路，用于从缓存模块中获取所述TCP数据包对应 IP的MAC地址；

封装子电路，用于对所述TCP数据包进行封装，并计算所述TCP 数据包的长度和最末数据的空白字节；

TCP处理子电路，用于检查TCP连接状态，并在确定建立连接时，发送TCP数据包，在确定未建立连接时，启动TCP建立连接。

可选的，所述发送端口电路还包括：

第二响应处理子电路，用于在所述ARP数据包为ARP请求数据包时，缓存所述ARP请求数据包的IP地址和MAC地址，并发送ARP 响应数据包；

第二广播处理子电路，用于在从所述缓存模块中未检索到对应 IP地址时，循环发送对应IP地址的ARP广播数据包，且在预设时间后停止发送所述ARP广播数据包，并发送ARP响应数据包。

第二方面，本发明实施例提供了一种基于上述网络加速器的数据处理方法，在所述接收逻辑电路执行数据接收流程的同时，所述发送逻辑电路执行数据发送流程；

所述数据接收流程包括：

在接收到IP数据包时，获取所述IP数据包中携带的数据信息，将所述数据信息发送给所述接收控制电路；

所述数据发送流程包括：

将数据包发送给所述发送端口电路，所述发送端口电路用于在接收到TCP数据包时，对所述TCP数据包进行封装后发送。

可选的，所述数据接收流程还包括：

在接收到ARP广播数据包时，将所述ARP广播数据包发送给译码器进行地址译码，并发送ARP请求数据包；

在接收到ARP响应数据包时，将所述ARP响应数据包发送给缓存模块。

可选的，所述数据发送流程还包括：

在接收到ARP请求数据包时，缓存所述ARP请求数据包的IP地址和MAC地址，并发送ARP响应数据包；

在从缓存模块中未检索到对应IP地址时，循环发送对应IP地址的ARP广播数据包，且在预设时间后停止发送所述ARP广播数据包，并发送ARP响应数据包。

本发明实施例的优点在于：本发明实施例通过设置相互独立的接收逻辑电路和发送逻辑电路，可采用硬件描述语言对接收逻辑电路和发送逻辑电路进行编辑，实现接收逻辑电路和发送逻辑电路的独立运行，互不干扰，且在接收逻辑电路执行数据接收流程的同时，发送逻辑电路执行数据发送流程，使得在接收功能和发送功能完全独立运行的基础上同时收发数据，从而实现全双工通信，无需区分服务器和客户端，解决了接收功能和发送功能存在局限性的问题，提高了服务器和客户端之间的数据传送能力，并在在一定程度上提高了数据传输的速度；而且，本发明实施例采用硬件结构实现全双工通信，提高了数据处理速度，从而提高了服务器和客户端之间的通信效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提出的一种兼容服务器和客户端模式的网络加速器的结构框图；

图2为本发明实施例提出的接收端口电路的结构框图；

图3为本发明实施例提出的发送端口电路的结构框图；

图4为本发明实施例提出的数据接收流程的流程示意图；

图5为本发明实施例提供的数据发送流程的流程示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

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。

图1为本发明实施例提出的一种兼容服务器和客户端模式的网络加速器的结构框图。该网络加速器采用硬件实现，同时兼容服务器和客户端两种模式，可实现服务器与客户端之间的全双工通信。具体的，如图1所示，本实施例提供的网络加速器1包括相互独立的接收逻辑电路10和发送逻辑电路20，在接收逻辑电路10执行数据接收流程的同时，发送逻辑电路20执行数据发送流程；

接收逻辑电路10包括接收端口电路11和接收控制电路12，接收端口电路11用于在接收到IP数据包时，获取IP数据包中携带的数据信息，将数据信息发送给接收控制电路12；

发送逻辑电路20包括发送端口电路21和发送控制电路22，发送控制电路20用于将数据包发送给发送端口电路21，发送端口电路 21用于在接收到TCP数据包时，对TCP数据包进行封装后发送。

本实施例中，接收逻辑电路10和发送逻辑电路20为相互独立的电路，采用硬件描述语言进行编辑，分别实现数据的接收和发送，且在接收逻辑电路10接收数据的同时，发送逻辑电路20能够发送数据。接收逻辑电路10可接收IP数据包和ARP数据包等数据包，发送逻辑电路20可发送TCP数据包和ARP数据包等数据包。

作为本实施例的一可选方案，采用FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)芯片实现接收逻辑电路10和发送逻辑电路20，即FPGA芯片包括接收逻辑电路10和发送逻辑电路20。FPGA芯片属于现场可编程逻辑器件，可使用Verilog语言进行编程设计，适用性好，且由于FPGA的并行性，网络加速器硬件层的各功能模块可独立运行，互不干扰，因此可完成全双工式发送/接收数据，而无需区分客户端与服务器。由此，本实施例采用FPGA完成网络加速器的设计，使得功能模块均以硬件电路的形式存在于 FPGA中，实现了并行高速处理，从而实现成本低，可靠性高的网络加速。

基于上述方案，在本实施例的一具体实施方案中，在网络加速器1接收数据时，接收端口电路11在接收到IP数据包时，对IP数据包进行解码，获取IP数据包中携带的数据信息，将数据信息发送给接收控制电路12；接收线程从接收控制电路12中提取数据信息，并读取数据。在网络加速器1发送数据时，发送线程提供待发送的数据包及其长度，向发送控制电路22 发出指令；发送控制电路22 将数据包进行处理后发送给发送端口电路21；发送端口电路21在接收到TCP数据包时，对TCP数据包进行封装后发送。其中，接收线程和发送线程为相互独立的线程，互不干扰，从而配合网络加速器1 的接收逻辑电路10和发送逻辑电路20分别完成接收和发送工作。

本实施例通过设置相互独立的接收逻辑电路和发送逻辑电路，可采用硬件描述语言对接收逻辑电路和发送逻辑电路进行编辑，实现接收逻辑电路和发送逻辑电路的独立运行，互不干扰，且在接收逻辑电路执行数据接收流程的同时，发送逻辑电路执行数据发送流程，使得在接收功能和发送功能完全独立运行的基础上同时收发数据，从而实现全双工通信，无需区分服务器和客户端，解决了接收功能和发送功能存在局限性的问题，提高了C/S结构的灵活性以及服务器和客户端之间的数据传送能力，并在在一定程度上提高了数据传输的速度；而且，本发明实施例采用硬件结构实现全双工通信，提高了数据处理速度，从而提高了服务器和客户端之间的通信效率。

基于上述实施例，针对接收逻辑电路，在本发明一可选实施例中，接收端口电路包括：第一类型判断子电路，用于判断接收到的数据包的类型为IP数据包或者为ARP数据包；IP信息提取子电路，用于提取IP数据包的IP信息。其中，IP信息包括源IP地址、目的 IP地址、IP数据包首部长度和IP数据包总长度。

示例性的，如图2所示，接收端口电路11包括第一类型判断子电路111和IP信息提取子电路112。在网络加速器接收到数据包时，第一类型判断子电路111从数据包的包头中提取协议字节，判断数据包的协议是IP协议还是ARP协议，当数据包的协议是IP协议时，第一类型判断子电路111判定接收到的数据包的类型为IP数据包；当数据包的协议是ARP协议时，第一类型判断子电路111判定接收到的数据包的类型为ARP数据包。在确定接收到的数据包的类型为 IP数据包时，IP信息提取子电路112提取IP数据包的IP信息，以将IP信息发送给接收控制电路。

作为本实施例的一可选方案，参见图2，接收端口电路11还包括：地址存储子电路113，用于在接收到ARP数据包时，将ARP数据包的IP地址和MAC地址存储到缓存模块30中。

作为本实施例的另一可选方案，继续参见图2，接收端口电路 11还包括：第一广播处理子电路114，用于在ARP数据包为ARP广播数据包时，将ARP广播数据包发送给译码器进行地址译码，并发送ARP请求数据包；第一响应处理子电路115，用于在ARP数据包为 ARP响应数据包时，将ARP响应数据包发送给缓存模块30，以直接存储ARP响应数据包。

另外，作为本实施例的又一可选方案，继续参见图2，接收端口电路11还包括：校验子电路116，用于对收到的数据包计算校验和，判断接收到的数据包的包头是否正确，在接收到的数据包的包头正确时，缓存接收到的数据包，在接收到的数据包的包头不正确时，丢弃接收到的数据包。该方案中，由于包头为固定长度，因此可通过判断包头的完整性来确定数据包的包头是否正确。例如，当校验子电路116判定接收到的数据包具有完整长度的包头时，确定该数据包的包头正确，缓存接收到的数据包；否则，确定该数据包的包头不正确，丢弃接收到的数据包。该方案中，数据包的包头包括Ping 数据包包头、ARP数据包包头和握手包包头等。

针对发送逻辑电路，在本发明另一可选实施例中，发送端口电路包括：第二类型判断子电路，用于判断接收到的数据包的类型为TCP数据包或者ARP数据包；地址提取子电路，用于从缓存模块中获取TCP数据包对应IP的MAC地址；封装子电路，用于对TCP数据包进行封装，并计算TCP数据包的长度和最末数据的空白字节；TCP 处理子电路，用于检查TCP连接状态，并在确定建立连接时，发送 TCP数据包，在确定未建立连接时，启动TCP建立连接。

示例性的，如图3所示，发送端口电路21包括第二类型判断子电路211、地址提取子电路212、封装子电路213和TCP处理子电路 214。当发送控制电路发送数据包给发送端口电路21时，第二类型判断子电路211从数据包的包头中提取协议字节，判断数据包的协议是TCP协议还是ARP协议，当数据包的协议是TCP协议时，第一类型判断子电路111判定接收到的数据包的类型为TCP数据包；当数据包的协议是ARP协议时，第一类型判断子电路111判定接收到的数据包的类型为ARP数据包。在接收到的数据包有TCP数据包时，为保证TCP数据包的有效发送，需要先检查TCP连接状态，若是已经建立连接，则直接发送TCP数据包，否则启动TCP建立连接。因此，本实施例中的发送端口电路21还可包括TCP处理子电路214，用于检查TCP连接状态，并在确定建立连接时，发送TCP数据包，在确定未建立连接时，启动TCP建立连接。

另外，本实施例中的缓存模块30与上述接收逻辑电路实施例中的缓存模块为同一缓存模块，存储有IP地址以及对应的MAC地址，地址提取子电路212根据IP地址从缓存模块30直接提取对应的MAC 地址。

作为本实施例的一可选方案，参见图3，发送端口电路21还包括：第二响应处理子电路215，用于在ARP数据包为ARP请求数据包时，缓存ARP请求数据包的IP地址和MAC地址，并发送ARP响应数据包；第二广播处理子电路216，用于在从缓存模块30中未检索到对应IP地址时，循环发送对应IP地址的ARP广播数据包，且在预设时间后停止发送ARP广播数据包，并发送ARP响应数据包。

示例性的，若发送端口电路21接收到的ARP数据包为ARP请求数据包，则将ARP请求数据包的IP地址和MAC地址存储到缓存模块 30，并基于ARP请求返回ARP响应数据包。若第二广播处理子电路 216在从缓存模块30中未检索到对应IP地址，则说明接收到的ARP 请求数据包中未携带IP地址，需要接收端再次发送ARP请求数据包。此时，第二广播处理子电路216循环发送对应IP地址的ARP广播数据包且持续预设时间，该预设时间可根据再次接收并处理ARP请求数据包的时间确定，例如可设置为该时间的整数倍，可选为3倍以上，以确保接收到的ARP请求数据包携带IP地址，之后，即可返回 ARP响应数据包。

基于上述实施例提供的网络加速器，本发明实施例还提供了一种的数据处理方法，在接收逻辑电路执行数据接收流程的同时，发送逻辑电路执行数据发送流程；

其中，数据接收流程包括：

在接收到IP数据包时，获取IP数据包中携带的数据信息，将数据信息发送给接收控制电路；

数据发送流程包括：

将数据包发送给发送端口电路，发送端口电路用于在接收到TCP 数据包时，对TCP数据包进行封装后发送。

本实施例提供的数据处理方法与上述实施例提供的网络加速器属于一个总的发明构思，该数据处理方法可由网络加速器来执行，具备相应的功能和有益效果。

可选的，数据接收流程还包括：

在接收到ARP广播数据包时，将ARP广播数据包发送给译码器进行地址译码，并发送ARP请求数据包；

在接收到ARP响应数据包时，将ARP响应数据包发送给缓存模块。

可选的，数据发送流程还包括：

在接收到ARP请求数据包时，缓存ARP请求数据包的IP地址和 MAC地址，并发送ARP响应数据包；

在从缓存模块中未检索到对应IP地址时，循环发送对应IP地址的ARP广播数据包，且在预设时间后停止发送ARP广播数据包，并发送ARP响应数据包。

基于上述技术方案，针对数据接收流程，在本实施例一具体方案中，如图4所示，数据接收流程具体可包括：

S101、接收数据包。

S102、对收到的数据包计算校验和，判断接收到的数据包的包头是否正确。

若判定接收到的数据包的包头正确，则执行S103；否则，执行 S110。

S103、缓存接收到的数据包。

S104、判断接收到的数据包的类型为IP数据包或者为ARP数据包。

S105、在接收到IP数据包时，获取IP数据包中携带的数据信息。

S106、将数据信息发送给接收控制电路。

S107、在接收到ARP数据包时，将ARP数据包的IP地址和MAC 地址存储到缓存模块中。

S108、在ARP数据包为ARP广播数据包时，将ARP广播数据包发送给译码器进行地址译码，并发送ARP请求数据包。

S109、在ARP数据包为ARP响应数据包时，将ARP响应数据包发送给缓存模块。

S110、丢弃接收到的数据包。

针对数据发送流程，在本实施例另一具体方案中，如图5所示，数据发送流程具体可包括：

S210、发送控制电路将数据包发送给发送端口电路。

S202、判断接收到的数据包的类型为TCP数据包或者ARP数据包。

S203、在接收到TCP数据包时，从缓存模块中获取TCP数据包对应IP的MAC地址。

S204、对TCP数据包进行封装，并计算TCP数据包的长度和最末数据的空白字节。

S205、发送TCP数据。

S206、在ARP数据包为ARP请求数据包时，缓存ARP请求数据包的IP地址和MAC地址，并发送ARP响应数据包。

S207、在从缓存模块中未检索到对应IP地址时，循环发送对应 IP地址的ARP广播数据包。

S208、在预设时间后停止发送ARP广播数据包，并发送ARP响应数据包。

本实施例提供的数据接收流程和数据发送流程可分别由上述实施例提供的接收逻辑电路和发送逻辑电路执行，未在本实施例详尽描述内容可参考上述网络加速器的实施例，此处不再赘述。

需要说明的是，在本文中，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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种兼容服务器和客户端模式的网络加速器，其特征在于，包括相互独立的接收逻辑电路和发送逻辑电路，在所述接收逻辑电路执行数据接收流程的同时，所述发送逻辑电路执行数据发送流程，采用现场可编程逻辑门阵列芯片实现接收逻辑电路和发送逻辑电路；

所述接收逻辑电路包括接收端口电路和接收控制电路，所述接收端口电路用于在接收到IP数据包时，获取所述IP数据包中携带的数据信息，将所述数据信息发送给所述接收控制电路；

所述发送逻辑电路包括发送端口电路和发送控制电路，所述发送控制电路用于将数据包发送给所述发送端口电路，所述发送端口电路用于在接收到TCP数据包时，对所述TCP数据包进行封装后发送。

2.根据权利要求1所述的网络加速器，其特征在于，所述接收端口电路包括：

第一类型判断子电路，用于判断接收到的数据包的类型为IP数据包或者为ARP数据包；

IP信息提取子电路，用于提取所述IP数据包的IP信息。

3.根据权利要求2所述的网络加速器，其特征在于，所述接收端口电路还包括：

地址存储子电路，用于在接收到ARP数据包时，将所述ARP数据包的IP地址和MAC地址存储到缓存模块中。

4.根据权利要求3所述的网络加速器，其特征在于，所述接收端口电路还包括：

第一广播处理子电路，用于在所述ARP数据包为ARP广播数据包时，将所述ARP广播数据包发送给译码器进行地址译码，并发送ARP请求数据包；

第一响应处理子电路，用于在所述ARP数据包为ARP响应数据包时，将所述ARP响应数据包发送给缓存模块。

5.根据权利要求2所述的网络加速器，其特征在于，所述接收端口电路还包括：

校验子电路，用于对收到的数据包计算校验和，判断接收到的数据包的包头是否正确，在所述接收到的数据包的包头正确时，缓存所述接收到的数据包，在所述接收到的数据包的包头不正确时，丢弃所述接收到的数据包。

6.根据权利要求1所述的网络加速器，其特征在于，所述发送端口电路包括：

第二类型判断子电路，用于判断接收到的数据包的类型为TCP数据包或者ARP数据包；

地址提取子电路，用于从缓存模块中获取所述TCP数据包对应IP的MAC地址；

封装子电路，用于对所述TCP数据包进行封装，并计算所述TCP数据包的长度和最末数据的空白字节；

TCP处理子电路，用于检查TCP连接状态，并在确定建立连接时，发送TCP数据包，在确定未建立连接时，启动TCP建立连接。

7.根据权利要求6所述的网络加速器，其特征在于，所述发送端口电路还包括：

第二响应处理子电路，用于在所述ARP数据包为ARP请求数据包时，缓存所述ARP请求数据包的IP地址和MAC地址，并发送ARP响应数据包；

第二广播处理子电路，用于在从所述缓存模块中未检索到对应IP地址时，循环发送对应IP地址的ARP广播数据包，且在预设时间后停止发送所述ARP广播数据包，并发送ARP响应数据包。

8.一种基于权利要求1-7任一所述的网络加速器的数据处理方法，其特征在于，在所述接收逻辑电路执行数据接收流程的同时，所述发送逻辑电路执行数据发送流程，采用现场可编程逻辑门阵列芯片实现接收逻辑电路和发送逻辑电路；

所述数据接收流程包括：

在接收到IP数据包时，获取所述IP数据包中携带的数据信息，将所述数据信息发送给所述接收控制电路；

所述数据发送流程包括：

将数据包发送给所述发送端口电路，所述发送端口电路用于在接收到TCP数据包时，对所述TCP数据包进行封装后发送。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述数据接收流程还包括：

在接收到ARP广播数据包时，将所述ARP广播数据包发送给译码器进行地址译码，并发送ARP请求数据包；

在接收到ARP响应数据包时，将所述ARP响应数据包发送给缓存模块。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述数据发送流程还包括：

在接收到ARP请求数据包时，缓存所述ARP请求数据包的IP地址和MAC地址，并发送ARP响应数据包；

在从缓存模块中未检索到对应IP地址时，循环发送对应IP地址的ARP广播数据包，且在预设时间后停止发送所述ARP广播数据包，并发送ARP响应数据包。

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