CN113438176B - 一种处理分片ip数据包的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种处理分片IP数据包的方法。保存网络数据连接的IP数据流的IP五元组信息以及处理方法。在第一个分片IP数据包到达时，利用分片四元组信息计算分片哈希值，记录该分片四元组信息到IP五元组信息的映射关系。当后续分片IP数据包到达时，比较新收到的分片IP数据包的分片哈希值、分片序号和之前存储的分片IP数据包的分片哈希值、分片序号。如果两者完全一致，根据之前记录的映射关系找到对应的IP五元组信息。如果完全匹配，判定新收到的分片IP数据包和该IP五元组信息对应的IP数据包属于同一个数据流，根据存储的处理办法对新收到的分片IP数据包进行相应处理。本申请为后续的分片IP数据包提供快速寻找到相应的处理方法。

Description

一种处理分片IP数据包的方法及装置
技术领域
本申请涉及一种分片的IP数据包的处理方法。
背景技术
通信网络中当传输的IP数据包超过路径中所能支持的最大传输单元时，一个原始的IP数据包将会被拆解为多个分片的IP数据包。原始的IP数据包与分片的IP数据包具有基本相同的IP头部信息，但是在IP层以上的其他层次——比如传输层的信息——就有所不同。例如，只有第一个分片的IP数据包包含传输层头部信息。另外，分片的IP数据包由于网络延时等，到达接收端的顺序可能和原始分片顺序不同。接收端或中间路径的某个节点在接收到属于同一个原始IP数据包的所有分片IP数据包以后，才将这些分片的IP数据包重新打包还原成原始的IP数据包。
当网络加速器等硬件设备没有足够的内存存储分片的IP数据包时，由于获取不到分片的IP数据包的完整信息，不能对分片的IP数据包进行加速处理，或者加速处理有错误。如果交给硬件设备中的软件处理，则处理速度比较慢，影响速率。如果增加硬件缓存，一方面增加了成本和设计复杂度，包括设计合适的缓存大小、设计处理缓存IP数据包等；另一方面也增加了IP数据包的端到端延时。
发明内容
本申请所要解决的技术问题是提供一种由硬件设备处理分片IP数据包的方法。
为解决上述技术问题，本申请提出了一种处理分片IP数据包的方法，包括如下步骤。步骤S1：在网络数据连接建立以后，在硬件设备中保存该网络数据连接的IP数据流的IP五元组信息，以及对该网络数据连接的IP数据流的处理方法。步骤S2：在第一个分片IP数据包到达时，硬件设备利用该分片IP数据包的分片四元组信息计算分片哈希值，将分片哈希值和分片序号存入硬件设备中，同时记录该分片四元组信息到IP五元组信息的映射关系。步骤S3：当后续分片IP数据包到达时，硬件设备根据新收到的分片IP数据包的分片四元组信息计算分片哈希值，比较新收到的分片IP数据包的分片哈希值、分片序号和之前存储的分片IP数据包的分片哈希值、分片序号；如果两者完全一致，进入步骤S4；否则进入步骤S6。步骤S4：根据之前记录的分片四元组信息到IP五元组信息的映射关系，找到对应的IP五元组信息；再比较新收到的分片IP数据包中的源IP地址、目的IP地址、协议号与找到的IP五元组中存储的对应信息；如果三者完全一致，进入步骤S5；否则进入步骤S6。步骤S5：判定新收到的分片IP数据包和该IP五元组信息对应的IP数据包属于同一个数据流，根据存储的对该IP数据流的处理办法，对新收到的分片IP数据包进行相应处理。步骤S6：判定硬件设备中没有存储新收到的分片IP数据包所属数据流的处理办法，后续交给软件处理。上述方法先建立分片IP数据包和所属数据流的处理方法之间的联系，为后续的分片IP数据包提供快速寻找到相应的处理方法。
进一步地，所述步骤S1中，属于同一网络数据连接的IP数据流包含一个或多个IP数据包，这些IP数据包具有相同的IP五元组信息。
进一步地，所述IP五元组信息是指源IP地址、目的IP地址、源端口、目的端口、协议号。
进一步地，所述步骤S1中，所述对IP数据流的处理包括从某端口转发出去、添加相应的数据链路头、做网络地址转换的任一种或多种。
进一步地，所述步骤S2中，属于同一个原始IP数据包的分片IP数据包具有相同的分片四元组信息。
进一步地，所述分片四元组信息是指源IP地址、目的IP地址、分片序号、协议号。
进一步地，所述步骤S2中，硬件设备设置存储分片IP数据包的信息的最大数量；当超过该最大数量时，用最近最少使用LRU算法将存储的老的分片IP数据包的信息删除，再添加新的分片IP数据包的信息。
进一步地，所述步骤S2中，硬件设备采用分片过期控制策略控制存储分片IP数据包的信息的有效性；所述分片过期控制策略是指：当新添加一个分片IP数据包的信息时，同时开启一个定时器，设置定时时长；当有属于该分片IP数据包的后续分片IP数据包到来时，令该定时器重新开始计时；如果没有后续的分片IP数据包继续到达，在该定时器超时后，清除该定时器对应的分片IP数据包的信息。
进一步地，根据IP数据包中的MF标志和分片偏移字段确定IP数据包的种类；如果MF标志为0，分片偏移字段也为0，表示是原始的IP数据包；如果MF标志为1，分片偏移字段为0，表示是第一个分片IP数据包；如果MF标志为1，分片偏移字段为非0，表示是中间的分片IP数据包；如果MF标志为0，分片偏移字段为非0，表示是最后一个分片IP数据包。
进一步地，所述步骤S5或步骤S6执行完毕后，如果所处理的不是最后一个分片IP数据包，回到步骤S3继续处理；所述步骤S5或步骤S6执行完毕后，如果所处理的是最后一个分片IP数据包，回到步骤S2继续处理，等待新的分片IP数据包。
本申请还提出了一种处理分片IP数据包的装置，包括第一保存单元、第二保存单元、第一判断单元、第二判断单元、第一执行单元和第二执行单元。所述第一保存单元用来在网络数据连接建立以后，保存该网络数据连接的IP数据流的IP五元组信息，以及对该网络数据连接的IP数据流的处理方法。所述第二保存单元用来在第一个分片IP数据包到达时，利用该分片IP数据包的分片四元组信息计算分片哈希值，保存该分片IP数据包的分片哈希值和分片序号，同时记录该分片四元组信息到IP五元组信息的映射关系。所述第一判断单元用来在后续分片IP数据包到达时，根据新收到的分片IP数据包的分片四元组信息计算分片哈希值，比较新收到的分片IP数据包的分片哈希值、分片序号和之前存储的分片IP数据包的分片哈希值、分片序号；如果两者完全一致，将新收到的分片IP数据包交给第二判断单元；否则将新收到的分片IP数据包交给第二执行单元。所述第二判断单元用来根据之前记录的分片四元组信息到IP五元组信息的映射关系，找到对应的IP五元组信息；再比较新收到的分片IP数据包中的源IP地址、目的IP地址、协议号与找到的IP五元组中存储的对应信息；如果三者完全一致，将新收到的分片IP数据包交给第一执行单元；否则将新收到的分片IP数据包交给第二执行单元。所述第一执行单元用来判定新收到的分片IP数据包和该IP五元组信息对应的IP数据包属于同一个数据流，根据存储的对该IP数据流的处理办法，对新收到的分片IP数据包进行相应处理。所述第二执行单元用来判定未存储新收到的分片IP数据包所属数据流的处理办法，后续交给软件处理。
本申请取得的技术效果是：第一，由硬件检测分片IP数据包，建立分片IP数据包和所属数据流的处理方法之间的联系，为后续的分片IP数据包提供处理方法；第二，流程简单，开销小、延时小，处理速度快；第三，不需要硬件、软件缓存分片IP数据包；第四，配置和控制灵活。
附图说明
图1是本申请提出的处理分片IP数据包的方法的流程示意图。
图2是本申请提出的处理分片IP数据包的装置的结构示意图。
图中附图标记说明：第一保存单元1、第二保存单元2、第一判断单元3、第二判断单元4、第一执行单元5、第二执行单元6。
具体实施方式
请参阅图1，本申请提出的处理分片IP数据包的方法包括如下步骤。
步骤S1：在网络数据连接建立以后，在硬件设备中保存该网络数据连接的IP数据流的IP五元组信息，以及对该网络数据连接的IP数据流的处理方法。属于同一网络数据连接的IP数据流包含一个或多个IP数据包，这些IP数据包具有相同的IP五元组信息——源IP地址、目的IP地址、源端口、目的端口、协议号。所述对IP数据流的处理例如包括从某端口转发出去、添加相应的数据链路头、做NAT（Network Address Translation，网络地址转换）等。
步骤S2：在第一个分片IP数据包到达时，硬件设备利用该分片IP数据包的分片四元组信息计算分片哈希值，将分片哈希值和分片序号存入硬件设备中，同时记录该分片四元组信息到IP五元组信息的映射关系，以方便利用分片四元组信息找到IP五元组信息以及对应的处理方法。属于同一个原始IP数据包的分片IP数据包具有相同的分片四元组信息——源IP地址、目的IP地址、分片序号、协议号。所述分片序号是指位于分片IP数据包中、用来标识原始IP数据包的独特的值。比如第一原始IP数据包被拆成7个分片IP数据包，那么隶属于第一原始IP数据包的所有分片IP数据包都有一个独特的分片序号。又如第二原始IP数据包被拆成14个分片IP数据包，那么隶属于第二原始IP数据包的所有分片IP数据包都有另外一个独特的分片序号。
步骤S3：当后续分片IP数据包到达时，硬件设备根据新收到的分片IP数据包的分片四元组信息计算分片哈希值，比较新收到的分片IP数据包的分片哈希值、分片序号和之前存储的分片IP数据包的分片哈希值、分片序号。
如果新收到的分片IP数据包的分片哈希值、分片序号和之前存储的分片IP数据包的分片哈希值、分片序号完全一致，进入步骤S4。
如果新收到的分片IP数据包的分片哈希值、分片序号和之前存储的分片IP数据包的分片哈希值、分片序号有任何一项不一致，则认为不匹配，进入步骤S6。
步骤S4：根据之前记录的分片四元组信息到IP五元组信息的映射关系，找到之前存储的分片IP数据包对应的IP五元组信息。再继续比较新收到的分片IP数据包中的源IP地址、目的IP地址、协议号与找到的IP五元组中存储的对应信息。
如果新收到的分片IP数据包中的源IP地址、目的IP地址、协议号与找到的IP五元组中存储的对应信息完全一致，进入步骤S5。
如果新收到的分片IP数据包中的源IP地址、目的IP地址、协议号与找到的IP五元组中存储的对应信息有任何一项不一致，则认为不匹配，进入步骤S6。
步骤S5：说明新收到的分片IP数据包和该IP五元组信息对应的IP数据包属于同一个数据流，根据存储的对该IP数据流的处理办法，对新收到的分片IP数据包进行相应处理。
步骤S6：说明硬件设备中没有存储新收到的分片IP数据包所属数据流的处理办法，后续交给软件处理。
硬件设备配置能够存储的分片四元组信息的个数。当实际使用中，超过该数目时，用LRU（Least recently used，最近最少使用）算法，将存储的老的分片四元组信息删除，添加新的分片四元组信息。这适用于所述步骤S2中。
硬件设备采用分片过期控制策略控制存储分片IP数据包的有效性。所述分片过期控制策略是指：当新添加一个分片IP数据包的存储信息时，同时开启一个定时器，根据需要设置合适的超时时间称为第一定时值。当有属于该分片IP数据包的后续分片IP数据包到来时，令该定时器重新开始计时。如果没有后续的分片IP数据包继续到达，在该定时器超时后，清除该定时器对应的分片IP数据包的存储信息。这是用来防止由于各种原因，没有属于该分片IP数据包的其他分片IP数据包到达，而长期占用分片IP数据包存储资源的情况发生。这适用于所述步骤S2中。
优选地，所述处理分片IP数据包的方法中，根据IP数据包中的MF标志和分片偏移字段确定IP数据包的种类。如果MF标志为0，分片偏移字段也为0，表示不是分片IP数据包，那么就是原始的IP数据包（不需要做分片处理，不走分片处理流程）。如果MF标志为1，分片偏移字段为0，表示是第一个分片IP数据包。如果MF标志为1，分片偏移字段为非0，表示是中间的分片IP数据包（既不是第一个分片，也不是最后一个分片）。如果MF标志为0，分片偏移字段为非0，表示是最后一个分片IP数据包。
优选地，所述步骤S5或步骤S6执行完毕后，如果所处理的不是最后一个分片IP数据包，回到步骤S3继续处理。所述步骤S5或步骤S6执行完毕后，如果所处理的是最后一个分片IP数据包，回到步骤S2继续处理，等待新的分片IP数据包。
请参阅图2，本申请提出的处理分片IP数据包的装置包括第一保存单元1、第二保存单元2、第一判断单元3、第二判断单元4、第一执行单元5和第二执行单元6。图2所示装置与图1所示方法相对应。所述处理分片IP数据包的装置例如为网络加速器。
所述第一保存单元1用来在网络数据连接建立以后，保存该网络数据连接的IP数据流的IP五元组信息，以及对该网络数据连接的IP数据流的处理方法。
所述第二保存单元2用来在第一个分片IP数据包到达时，利用该分片IP数据包的分片四元组信息计算分片哈希值，保存该分片IP数据包的分片哈希值和分片序号，同时记录该分片四元组信息到IP五元组信息的映射关系。
所述第一判断单元3用来在后续分片IP数据包到达时，根据新收到的分片IP数据包的分片四元组信息计算分片哈希值，比较新收到的分片IP数据包的分片哈希值、分片序号和之前存储的分片IP数据包的分片哈希值、分片序号。如果两者完全一致，将新收到的分片IP数据包交给第二判断单元4继续处理。如果两者有任何一项不一致，将新收到的分片IP数据包交给第二执行单元6继续处理。
所述第二判断单元4用来根据之前记录的分片四元组信息到IP五元组信息的映射关系，找到之前存储的分片IP数据包对应的IP五元组信息。再继续比较新收到的分片IP数据包中的源IP地址、目的IP地址、协议号与找到的IP五元组中存储的对应信息。如果三者完全一致，将新收到的分片IP数据包交给第一执行单元5继续处理。如果三者有任何一项不一致，将新收到的分片IP数据包交给第二执行单元6继续处理。
所述第一执行单元5用来判定新收到的分片IP数据包和该IP五元组信息对应的IP数据包属于同一个数据流，根据存储的对该IP数据流的处理办法，对新收到的分片IP数据包进行相应处理。
所述第二执行单元6用来判定未存储新收到的分片IP数据包所属数据流的处理办法，后续交给软件处理。
以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限定本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种处理分片IP数据包的方法，其特征是，包括如下步骤；
步骤S1：在网络数据连接建立以后，在硬件设备中保存该网络数据连接的IP数据流的IP五元组信息，以及对该网络数据连接的IP数据流的处理方法；
步骤S2：在第一个分片IP数据包到达时，硬件设备利用该分片IP数据包的分片四元组信息计算分片哈希值，将分片哈希值和分片序号存入硬件设备中，同时记录该分片四元组信息到IP五元组信息的映射关系；所述分片四元组信息是指源IP地址、目的IP地址、分片序号、协议号；所述分片序号是指位于分片IP数据包中、用来标识分片IP数据包所属原始IP数据包的唯一的值；
步骤S3：当后续分片IP数据包到达时，硬件设备根据新收到的分片IP数据包的分片四元组信息计算分片哈希值，比较新收到的分片IP数据包的分片哈希值、分片序号和之前存储的分片IP数据包的分片哈希值、分片序号；如果两者完全一致，进入步骤S4；否则进入步骤S6；
步骤S4：根据之前记录的分片四元组信息到IP五元组信息的映射关系，找到对应的IP五元组信息；再比较新收到的分片IP数据包中的源IP地址、目的IP地址、协议号与找到的IP五元组中存储的对应信息；如果三者完全一致，进入步骤S5；否则进入步骤S6；
步骤S5：判定新收到的分片IP数据包和该IP五元组信息对应的IP数据包属于同一个数据流，根据存储的对该IP数据流的处理办法，对新收到的分片IP数据包进行相应处理；
步骤S6：判定硬件设备中没有存储新收到的分片IP数据包所属数据流的处理办法，后续交给软件处理。
2.根据权利要求1所述的处理分片IP数据包的方法，其特征是，所述步骤S1中，属于同一网络数据连接的IP数据流包含一个或多个IP数据包，这些IP数据包具有相同的IP五元组信息。
3.根据权利要求2所述的处理分片IP数据包的方法，其特征是，所述IP五元组信息是指源IP地址、目的IP地址、源端口、目的端口、协议号。
4.根据权利要求1所述的处理分片IP数据包的方法，其特征是，所述步骤S1中，所述对IP数据流的处理包括从某端口转发出去、添加相应的数据链路头、做网络地址转换的任一种或多种。
5.根据权利要求1所述的处理分片IP数据包的方法，其特征是，所述步骤S2中，属于同一个原始IP数据包的分片IP数据包具有相同的分片四元组信息。
6.根据权利要求1所述的处理分片IP数据包的方法，其特征是，所述步骤S2中，硬件设备设置存储分片IP数据包的信息的最大数量；当超过该最大数量时，用最近最少使用LRU算法将存储的老的分片IP数据包的信息删除，再添加新的分片IP数据包的信息。
7.根据权利要求1所述的处理分片IP数据包的方法，其特征是，所述步骤S2中，硬件设备采用分片过期控制策略控制存储分片IP数据包的信息的有效性；所述分片过期控制策略是指：当新添加一个分片IP数据包的信息时，同时开启一个定时器，设置定时时长；当有属于该分片IP数据包的后续分片IP数据包到来时，令该定时器重新开始计时；如果没有后续的分片IP数据包继续到达，在该定时器超时后，清除该定时器对应的分片IP数据包的信息。
8.根据权利要求1所述的处理分片IP数据包的方法，其特征是，根据IP数据包中的MF标志和分片偏移字段确定IP数据包的种类；如果MF标志为0，分片偏移字段也为0，表示是原始的IP数据包；如果MF标志为1，分片偏移字段为0，表示是第一个分片IP数据包；如果MF标志为1，分片偏移字段为非0，表示是中间的分片IP数据包；如果MF标志为0，分片偏移字段为非0，表示是最后一个分片IP数据包。
9.根据权利要求1所述的处理分片IP数据包的方法，其特征是，所述步骤S5或步骤S6执行完毕后，如果所处理的不是最后一个分片IP数据包，回到步骤S3继续处理；所述步骤S5或步骤S6执行完毕后，如果所处理的是最后一个分片IP数据包，回到步骤S2继续处理，等待新的分片IP数据包。
10.一种处理分片IP数据包的装置，其特征是，包括第一保存单元、第二保存单元、第一判断单元、第二判断单元、第一执行单元和第二执行单元；所述装置为硬件设备；
所述第一保存单元用来在网络数据连接建立以后，保存该网络数据连接的IP数据流的IP五元组信息，以及对该网络数据连接的IP数据流的处理方法；
所述第二保存单元用来在第一个分片IP数据包到达时，利用该分片IP数据包的分片四元组信息计算分片哈希值，保存该分片IP数据包的分片哈希值和分片序号，同时记录该分片四元组信息到IP五元组信息的映射关系；所述分片四元组信息是指源IP地址、目的IP地址、分片序号、协议号；所述分片序号是指位于分片IP数据包中、用来标识分片IP数据包所属原始IP数据包的唯一的值；
所述第一判断单元用来在后续分片IP数据包到达时，根据新收到的分片IP数据包的分片四元组信息计算分片哈希值，比较新收到的分片IP数据包的分片哈希值、分片序号和之前存储的分片IP数据包的分片哈希值、分片序号；如果两者完全一致，将新收到的分片IP数据包交给第二判断单元；否则将新收到的分片IP数据包交给第二执行单元；
所述第二判断单元用来根据之前记录的分片四元组信息到IP五元组信息的映射关系，找到对应的IP五元组信息；再比较新收到的分片IP数据包中的源IP地址、目的IP地址、协议号与找到的IP五元组中存储的对应信息；如果三者完全一致，将新收到的分片IP数据包交给第一执行单元；否则将新收到的分片IP数据包交给第二执行单元；
所述第一执行单元用来判定新收到的分片IP数据包和该IP五元组信息对应的IP数据包属于同一个数据流，根据存储的对该IP数据流的处理办法，对新收到的分片IP数据包进行相应处理；
所述第二执行单元用来判定未存储新收到的分片IP数据包所属数据流的处理办法，后续交给软件处理。
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