CN112787937A - 报文转发方法及终端设备、计算机存储介质 - Google Patents

报文转发方法及终端设备、计算机存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请涉及报文转发技术领域，公开了报文转发方法及终端设备、计算机存储介质。该方法包括：利用FPGA和/或物理网口接收数据报文，并将数据报文发送至DPDK模块；其中，FPGA接收的数据报文通过PCIE驱动发送至DPDK模块；利用DPDK模块将数据报文进行解析，并根据解析结果将数据报文发送至物理网口或FPGA；利用物理网口或FPGA将数据报文进行转发。通过上述方式，能够解决非网口使用DPDK做网络报文转发的问题，提高报文转发设备的性能、通用性以及灵活性。

Description

报文转发方法及终端设备、计算机存储介质
技术领域
本申请涉及报文转发技术领域，特别是涉及一种报文转发方法及终端设备、计算机存储介质。
背景技术
目前在市场上对于DPDK(Data Plane Development Kit，数据平面开发套件)的使用都是针对物理网口，应用于网络报文转发的场景，提高转发效率降低硬件成本，对于非网口的场景暂时还没有。
目前在相关技术上，对于DPDK做报文转发的场景，两侧都是物理网口，网络报文从一个物理网口进，经过DPDK转发后从另外一个物理网口出去，两个物理网口都被DPDK接管。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供报文转发方法及终端设备、计算机存储介质，能够解决非网口使用DPDK做网络报文转发的问题，提高报文转发设备的性能、通用性以及灵活性。
本申请采用的一种技术方案是提供一种报文转发方法，该方法包括：利用FPGA和/或物理网口接收数据报文，并将数据报文发送至DPDK模块；其中，FPGA接收的数据报文通过PCIE驱动发送至DPDK模块；利用DPDK模块将数据报文进行解析，并根据解析结果将数据报文发送至物理网口或FPGA；利用物理网口或FPGA将数据报文进行转发。
其中，DPDK模块包括数据分发模块；利用FPGA和/或物理网口接收数据报文，并将数据报文发送至DPDK模块，包括：利用FPGA和/或物理网口接收数据报文，并将数据报文发送数据分发模块。
其中，DPDK模块包括报文处理模块；利用FPGA和/或物理网口接收数据报文，并将数据报文发送数据分发模块之后，包括：利用数据分发模块确认数据报文的转发端口，基于转发端口将数据报文发送至报文处理模块。
其中，利用DPDK模块将数据报文进行解析，并根据解析结果将数据报文发送至物理网口或FPGA，包括：利用报文处理模块对数据报文进行解析，并根据解析结果将数据报文发送至物理网口或FPGA。
其中，利用DPDK模块将数据报文进行解析，并根据解析结果将数据报文发送至物理网口或FPGA，包括：利用DPDK模块通过KNI模块将数据报文发送至内核态协议栈，以使内核态协议栈基于数据报文确认转发端口；基于转发端口将数据报文发送至物理网口或FPGA。
其中，利用DPDK模块通过KNI模块将数据报文发送至内核态协议栈，还包括：利用KNI模块将数据报文进行格式转换；在转换后将数据报文发送至内核态协议栈。
其中，KNI模块包括用户态KNI模块和内核态KNI模块；利用DPDK模块通过KNI模块将数据报文发送至内核态协议栈，还包括：在用户态KNI模块和内核态KNI模块之间使用队列的方式，将数据报文的指针发送至内核态协议栈。
其中，利用FPGA和/或物理网口接收数据报文，并将数据报文发送至DPDK模块之前，包括：利用UIO技术将PCIE驱动映射至用户态，并基于PCIE驱动虚拟出网口。
本申请采用的另一种技术方案是提供一种终端设备，该终端设备包括处理器以及与处理器连接的存储器；存储器用于存储程序数据，处理器用于执行程序数据，以实现如上述技术方案中提供的任一方法。
本申请采用的另一种技术方案是提供一种计算机存储介质，该计算机存储介质用于存储程序数据，程序数据在被处理器执行时，用于实现如上述技术方案中提供的任一方法。
本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请的一种报文转发方法，该方法包括：利用FPGA接收数据报文，并通过PCIE驱动将数据报文发送至DPDK模块；DPDK模块将数据报文进行解析，并根据解析结果将数据报文通过PCIE驱动发送至FPGA；利用FPGA将数据报文进行转发。通过上述方式，利用DPDK模块收发来自物理网口和/或FPGA通过PCIE驱动虚拟出的网口的数据报文，能够解决非网口使用DPDK做网络报文转发的问题，提高报文转发设备的性能、通用性以及灵活性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是本申请提供的报文转发方法一实施例的流程示意图；
图2是本申请提供的报文转发方法另一实施例的流程示意图；
图3是本申请提供的终端设备一实施例的结构示意图；
图4是本申请提供的计算机存储介质一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
参阅图1，图1是本申请提供的报文转发方法一实施例的流程示意图，该方法包括：
步骤11：利用FPGA和/或物理网口接收数据报文，并将数据报文发送至DPDK模块。
其中，FPGA接收的数据报文通过PCIE驱动发送至DPDK模块。
在本实施例中，报文转发设备可以是网络设备，如交换机、路由器等。不同于现有技术，本实施例中报文转发设备没有网络接口。
报文转发设备包括FPGA、PCIE总线、网口以及DPDK模块。FPGA通过PCIE驱动与DPDK模块实现跨协议通信。
FPGA可以包括多个输入接口、多个缓存模块和多个输出接口。
当FPGA中的任一数据接口接收到数据报文时，可以先将数据报文存在相应的缓存模块中，然后将数据报文的包头进行处理，组成数据包描述符。然后通过PCIE驱动将数据包描述符发送至DPDK模块。
步骤12：利用DPDK模块将数据报文进行解析，并根据解析结果将数据报文发送至物理网口或FPGA。
在一些实施例中，DPDK中采用纯轮询模式进行数据包收发，所有的收发包有关的中断在物理端口(本实施例的FPGA或物理网口)初始化的时候都会关闭。物理端口上的每一个收包队列，都会有一个对应的由收包描述符组成的软件队列来进行硬件和软件的交互。
DPDK驱动程序负责初始化好每一个收包描述符，其中包含把包缓冲内存块的物理地址填充到收包描述符对应的位置，并把对应的收包成功标志复位，通知FPGA把收到的包进行填充。FPGA将收到的包一一填充到对应的收包描述符表示的缓冲内存块中，将必要信息填充到收包描述符内，标记好收包成功标志。若一个缓冲区内存块大小不够存放一个完整数据包时，可能需要多个收包描述符来处理一个包。
针对每一个收包队列，DPDK都会有一个对应的软件线程负责轮询其中的收包描述符收包成功的标志位。当发现一个收包描述符的收包成功标志被硬件置位了，意味着有包已经存储到描述符对应的缓冲区内存块中。驱动程序将解析相应的收包描述符，填充对应缓冲内存块头部，将收包缓冲内存块存放到收包函数提供的数组中，同时分配好一个新的缓冲内存块给这个描述符，以便下一次收包。
针对每一个发包队列，DPDK都有一个对应的软件线程负责设置需要发送出去的包，DPDK驱动程序负责提取发包缓冲内存块的有效信息，根据内存缓存块中包的内容来负责初始化好每一个发包描述符，驱动程序将每个包翻译为一个或者多个发包描述符内能够理解的内容，写入发包描述符。当驱动程序设置好相应的发包描述符，FPGA就开始依据发包描述符内容来发包，驱动程序通过获取发包描述符内的RS发送状态位来决定发包是否结束以及对发包描述符和内存缓冲块进行回收。发包轮询就是轮询发包结束的硬件标志位，DPDK驱动程序会在发包线程内不断查询发包是否结束，FPGA根据RS以写回方式通知发包结束。
在一些实施例中，DPDK将内存封装在Mbuf结构体内，Mbuf主要用来封装网络帧缓存，所有的应用使用Mbuf结构来传输网络帧。对网络帧封装和处理时，将网络帧元数据和帧本身存放在固定大小的同一段缓存中，网络帧元数据的一部分内容由DPDK的网卡驱动写入。当一个网络帧被网卡接收时，DPDK网卡驱动将其存储在一个高效的环形缓冲区中，同时Mbuf的环形缓存区中创建了一个Mbuf对象。Mbuf对象被创建好后，网卡驱动根据分析出的帧信息将其初始化，并将其和实际帧对象逻辑相连，对网络帧的分析处理都集中在Mbuf，仅在必要的时候访问实际网络帧。
步骤13：利用物理网口或FPGA将数据报文进行转发。
通过物理网口或FPGA上的输出接口将数据报文转发至链路上。当步骤12中的数据报文发送至物理网口，则利用物理网口将数据报文进行转发。或当步骤12中的数据报文发送至FPGA，则利用FPGA将数据报文进行转发。
在本实施例中，可以利用FPGA可以对报文转发过程进行有针对性的配置，比如设置密钥，报文格式转换等。
区别于现有技术的情况，本实施例利用FPGA和/或物理网口接收数据报文，并将数据报文发送至DPDK模块；其中，FPGA接收的数据报文通过PCIE驱动发送至DPDK模块；利用DPDK模块将数据报文进行解析，并根据解析结果将数据报文发送至物理网口或FPGA；利用物理网口或FPGA将数据报文进行转发。通过上述方式，利用DPDK模块收发来自物理网口和/或FPGA通过PCIE驱动虚拟出的网口的数据报文，能够解决非网口使用DPDK做网络报文转发的问题，提高报文转发设备的性能、通用性以及灵活性。
参阅图2，图2是本申请提供的报文转发方法另一实施例的流程示意图。该方法包括：
步骤21：利用FPGA和/或物理网口接收数据报文，并将数据报文发送数据分发模块。
在本实施例中，DPDK模块包括数据分发模块、报文处理模块。
步骤21与上述实施例具有相同或相似的技术方案，这里不做赘述。
在步骤21之前，利用UIO技术将PCIE驱动映射至用户态，并基于PCIE驱动虚拟出网口。
步骤22：利用数据分发模块确认数据报文的转发端口，基于转发端口将数据报文发送至报文处理模块。
步骤23：利用报文处理模块对数据报文进行解析，并根据解析结果将数据报文发送至物理网口或FPGA。
步骤24：利用物理网口或FPGA将数据报文进行转发。
当步骤21中的数据报文发送至物理网口，则利用物理网口将数据报文进行转发。或当步骤21中的数据报文发送至FPGA，则利用FPGA将数据报文进行转发。
在一些实施例中，DPDK模块通过KNI模块将数据报文发送至内核态协议栈，以使内核态协议栈基于数据报文确认转发端口；基于转发端口将数据报文通过PCIE驱动发送至FPGA。
其中，DPDK模块通过KNI模块将数据报文发送至内核态协议栈，还包括：利用KNI模块将数据报文进行格式转换；在转换后将数据报文发送至内核态协议栈。
在一些实施例中，KNI模块包括用户态KNI模块和内核态KNI模块。在用户态KNI模块和内核态KNI模块之间使用队列的方式，将数据报文的指针发送至内核态协议栈。
在一些实施例中，DPDK模块具备网卡驱动功能，用于接管网卡后进行的数据的收发；DPDK模块还用于对DPDK收上来的数据进行分发用户态PCIE驱动，用于驱动PCIE外设(如FPGA)还用于完成CPU与外设之间的数据传输；还适配入DPDK的框架。KNI作为DPDK与内核态协议栈的桥梁完成数据对接。
FPGA接收数据报文后，通过PCIE驱动将数据报文发送至DPDK模块；数据报文进入DPDK模块中的数据分发模块后，数据分发模块根据条件判断数据报文应该往哪个端口转发，进而把数据包转到报文处理模块，在该模块可以对报文进行解析或各种处理；报文处理模块把报文通过虚拟的网络设备接口往下发送，报文到达PCIE驱动；数据报文到达驱动后，由PCIE驱动完成与PCIE外设(FPGA)之间的交互，进而通过外设传输出去。
在一些实施例中，DPDK模块包括核心库、PMD库、Classify库和Qos库。其中，核心库Core Libs提供系统抽象、大页内存、缓存池、定时器及无锁环等基础组件。PMD库，提供全用户态驱动，以便通过轮询和线程绑定得到极高网络吞吐，支持各种本地和虚拟网卡。Classify库，支持精确匹配，最长匹配和通配符匹配，提供常用包处理的查表操作。Qos库，提供网络服务质量相关组件，限速和调度。
在一些实施例中，可根据实际的需求，确定是由物理网口或FPGA来转发数据报文。
通过上述方式，利用DPDK模块收发来自物理网口和/或FPGA通过PCIE驱动虚拟出的网口的数据报文，能够解决非网口使用DPDK做网络报文转发的问题，提高报文转发设备的性能、通用性以及灵活性。
参阅图3，该终端设备30包括处理器31以及与处理器31连接的存储器32；存储器32用于存储程序数据，处理器31用于执行程序数据，以实现以下方法：
利用FPGA和/或物理网口接收数据报文，并将数据报文发送至DPDK模块；其中，FPGA接收的数据报文通过PCIE驱动发送至DPDK模块；利用DPDK模块将数据报文进行解析，并根据解析结果将数据报文发送至物理网口或FPGA；利用物理网口或FPGA将数据报文进行转发。
可以理解，处理器31用于执行程序数据时，还用于实现上述任一实施例方法。
在一些实施例中，终端设备30可以是报文转发设备。
在本实施例中，终端设备30通过实现上述方式，利用DPDK模块收发来自物理网口和/或FPGA通过PCIE驱动虚拟出的网口的数据报文，能够解决非网口使用DPDK做网络报文转发的问题，提高报文转发设备的性能、通用性以及灵活性。
参阅图4，图4是本申请提供的计算机存储介质一实施例的结构示意图，计算机存储介质40用于存储程序数据41，程序数据41在被处理器执行时，用于实现以下的方法步骤：
利用FPGA和/或物理网口接收数据报文，并将数据报文发送至DPDK模块；其中，FPGA接收的数据报文通过PCIE驱动发送至DPDK模块；利用DPDK模块将数据报文进行解析，并根据解析结果将数据报文发送至物理网口或FPGA；利用物理网口或FPGA将数据报文进行转发。
可以理解，程序数据41在被处理器执行时，还用于实现上述任一实施例方法。
在本实施例中，计算机存储介质40通过实现上述方式，利用DPDK模块收发来自物理网口和/或FPGA通过PCIE驱动虚拟出的网口的数据报文，能够解决非网口使用DPDK做网络报文转发的问题，提高报文转发设备的性能、通用性以及灵活性。
在本申请所提供的几个实施方式中，应该理解到，所揭露的方法以及设备，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施方式仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施方式方案的目的。
另外，在本申请各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
上述其他实施方式中的集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本申请各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种报文转发方法，其特征在于，所述方法包括：
利用FPGA和/或物理网口接收数据报文，并将所述数据报文发送至DPDK模块；其中，所述FPGA接收的数据报文通过PCIE驱动发送至所述DPDK模块；
利用所述DPDK模块将所述数据报文进行解析，并根据解析结果将所述数据报文发送至所述物理网口或所述FPGA；
利用所述物理网口或所述FPGA将所述数据报文进行转发。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述DPDK模块包括数据分发模块；
所述利用FPGA和/或物理网口接收数据报文，并将所述数据报文发送至DPDK模块，包括：
利用FPGA和/或物理网口接收数据报文，并将所述数据报文发送所述数据分发模块。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述DPDK模块包括报文处理模块；
所述利用FPGA和/或物理网口接收数据报文，并将所述数据报文发送所述数据分发模块之后，包括：
利用所述数据分发模块确认所述数据报文的转发端口，基于所述转发端口将所述数据报文发送至所述报文处理模块。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述利用所述DPDK模块将所述数据报文进行解析，并根据解析结果将所述数据报文发送至所述物理网口或所述FPGA，包括：
利用所述报文处理模块对所述数据报文进行解析，并根据解析结果将所述数据报文发送至所述物理网口或所述FPGA。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述利用所述DPDK模块将所述数据报文进行解析，并根据解析结果将所述数据报文发送至所述物理网口或所述FPGA，包括：
利用所述DPDK模块通过KNI模块将所述数据报文发送至内核态协议栈，以使所述内核态协议栈基于所述数据报文确认转发端口；
基于所述转发端口将所述数据报文发送至所述物理网口或所述FPGA。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
所述利用所述DPDK模块通过KNI模块将所述数据报文发送至内核态协议栈，还包括：
利用KNI模块将所述数据报文进行格式转换；
在转换后将所述数据报文发送至所述内核态协议栈。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
所述KNI模块包括用户态KNI模块和内核态KNI模块；
所述利用所述DPDK模块通过KNI模块将所述数据报文发送至内核态协议栈，还包括：
在所述用户态KNI模块和所述内核态KNI模块之间使用队列的方式，将所述数据报文的指针发送至所述内核态协议栈。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述利用FPGA和/或物理网口接收数据报文，并将所述数据报文发送至DPDK模块之前，包括：
利用UIO技术将所述PCIE驱动映射至用户态，并基于所述PCIE驱动虚拟出网口。
9.一种终端设备，其特征在于，所述终端设备包括处理器以及与所述处理器连接的存储器；
所述存储器用于存储程序数据，所述处理器用于执行所述程序数据，以实现如权利要求1-8任一项所述的方法。
10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质用于存储程序数据，所述程序数据在被处理器执行时，用于实现如权利要求1-8任一项所述的方法。
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