CN113553137B - 一种nfv架构下基于dpdk的接入能力网元高速数据处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种NFV架构下基于DPDK的接入能力网元高速数据处理方法。该方法包括：步骤1：配置I/O透传方式的虚拟主机接口；步骤2：加载VFIO和VFIO‑PCI驱动，分配内存挂载巨页，绑定网卡然后启动虚拟机；步骤3：设置网口、队列和逻辑核对应关系；所述逻辑核分为I/O核和Worker核；步骤4：网卡的RSS驱动接收数据包并将其分发到对应的队列，以供该队列所绑定的I/O核对其进行处理；步骤5：I/O核采用负载均衡算法再将数据包分配到不同的Worker核上；步骤6：Worker核接到数据包后先对数据包进行解析，然后查表判断该数据包是否应该丢弃，若为有效数据包，则接着判断该数据包应转发至哪个网口并送入该网口的发送队列。

Description

一种NFV架构下基于DPDK的接入能力网元高速数据处理方法
技术领域
本发明涉及通信网安全防护技术领域，尤其涉及一种NFV架构下基于DPDK的接入能力网元高速数据处理方法。
背景技术
随着通信技术的发展和业务种类的丰富，5G、IMS网络逐渐向IP化、扁平化的方向演进，主流运营商为了降低成本、实现业务快速部署和灵活化资源配置，普遍选择使用网络虚拟化技术（NFV）。然而这样则会面临新的问题，一方面，虽然NFV的数据包收发过程与传统网络架构处理流程基本一致，但虚拟化会造成设备接入处理能力下降；另一方面，带宽越来越大，业务承载数据体量越来越高，需要接入处理的流量呈现指数级增加。因此，面向5G、IMS网络的安全防护系统需要对高速接入数据进行监测处理。
发明内容
针对现有的面向5G、IMS网络的数据处理方法存在数据处理能力较低的问题，本发明提供一种NFV架构下基于DPDK的接入能力网元高速数据处理方法，能有效提高安全防护系统在虚拟环境下对高速接入数据的转发效率和业务处理性能。
本发明提供一种NFV架构下基于DPDK的接入能力网元高速数据处理方法，包括：
步骤1：配置I/O透传方式的虚拟机接口；
步骤2：加载VFIO和VFIO-PCI驱动，分配内存挂载巨页，绑定网卡然后启动虚拟机；
步骤3：设置网口、队列和逻辑核对应关系；所述逻辑核分为I/O核和Worker核；
步骤4：网卡的RSS驱动接收数据包并将其分发到对应的队列，以供该队列所绑定的I/O核对其进行处理；
步骤5：I/O核采用负载均衡算法再将数据包分配到不同的Worker核上；
步骤6：Worker核接到数据包后先对数据包进行解析，然后查表判断该数据包是否应该丢弃，若为有效数据包，则接着判断该数据包应转发至哪个网口并送入该网口的发送队列。
进一步地，步骤1具体包括：
采用SR-IOV技术，通过PCIe总线多路复用将一个物理网卡分成多个VF。
进一步地，步骤3具体包括：
为连接线路侧的第一网口配置m个接收队列和m个发送队列；为连接业务侧的第二网口配置m个接收队列和m个发送队列；其中，每个所述接收队列和发送队列均从0开始编号；
将两个网口编号相同的接收队列和发送队列绑定至同一个逻辑核。
进一步地，步骤4具体包括：
网卡的RSS驱动接收数据包，获取所述数据包的源IP地址、目的IP地址和协议信息；
根据源IP地址、目的IP地址和协议信息通过配置的哈希函数计算出哈希值，取哈希值的低n位作为RETA的索引，根据RETA存储的值分发到对应的接收队列。
进一步地，所述配置的哈希函数为RSS对称哈希算法。
本发明的有益效果：
本发明直接把物理设备分配给虚拟机使用的方式，能使虚拟机获得近乎本地的性能，并且CPU开销不高；并且通过引入SR-IOV技术可以解决一台物理设备赋予多个虚拟机时物理网卡不足的问题；通过引入DPDK技术极大提高了数据接入能力以及数据处理效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种NFV架构下基于DPDK的接入能力网元高速数据处理方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的虚拟主机接口实现方式图；
图3为本发明实施例提供的DPDK在负载均衡模式下过滤分发报文的逻辑图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供一种NFV架构下基于DPDK的接入能力网元高速数据处理方法，包括以下步骤：
S101：配置I/O透传方式的虚拟机接口；
具体地，如图2所示，采用SR-IOV技术，通过PCIe总线多路复用将一个物理网卡分成多个VF。在NFV架构下，物理设备上的网络功能同硬件剥离，以软件化的VNF（virtualnetworkfunction，虚拟网络功能）形式运行，从而实现网络设备形态的通用化，方便设备功能灵活扩展。在图2中， VNF部署在虚拟机中，为了进一步优化虚拟机内部I/O性能，可以让DPDK接管网卡I/O驱动，这样VNF可以绕过Linux内核网络协议栈，通过调用DPDK的用户态API进行快速转发。
在实际应用中，具体操作为：在BIOS打开VT-D和SR-IOV支持选项，然后进入ESXi硬件配置页面，找到需要进行配置的SR-IOV网卡，配置完成后重新启动ESXi。
本发明实施例中的直接把物理设备分配给虚拟机使用的方式，能使虚拟机获得近乎本地的性能，并且CPU开销不高；并且通过引入SR-IOV技术可以解决一台物理设备赋予多个虚拟机时物理网卡不足的问题。
S102：加载VFIO和VFIO-PCI驱动，分配内存挂载巨页，绑定网卡然后启动虚拟机；
S103：设置网口、队列和逻辑核对应关系；所述逻辑核分为I/O核和Worker核；
具体地，使用该方法的系统包括两个网口：连接线路侧的第一网口和连接业务侧的第二网口。队列类型分为发送队列和接收队列。为连接线路侧的第一网口配置m个接收队列和m个发送队列；为连接业务侧的第二网口配置m个接收队列和m个发送队列；其中，每个所述接收队列和发送队列均均从0开始编号；将两个网口编号相同的接收队列和发送队列绑定至同一个逻辑核。
例如，如图3所示，使用该数据处理方法的系统一共有两个网口（即网口0(port0)和网口1(port1)），一个连接线路侧一个连接业务侧，为每个网口分别配置四个接收队列和四个发送队列，绑定在四个I/O核上。例如，对于I/O核Lcore 0来说，该I/O核上共有四个队列，分别是网口0的接收队列0、发送队列0和网口1的接收队列0、发送队列0；对于I/O核Lcore 1来说，该I/O核上共有四个队列，分别是网口0的接收队列1、发送队列1和网口1的接收队列1、发送队列1；以此类推可知I/O核Lcore 2和I/O核Lcore3所绑定的接收队列和发送队列。
本发明实施例中的上述队列配置方式能够更好地配合RSS对称算法，使得双向同源数据包可以分配到同一个逻辑核上进行处理。
S104：网卡的RSS驱动接收数据包并将其分发到对应的队列，以供该队列所绑定的I/O核对其进行处理；
具体地，网卡的RSS驱动接收数据包，获取所述数据包的源IP地址、目的IP地址和协议信息；根据源IP地址、目的IP地址和协议信息通过配置的哈希函数计算出哈希值，取哈希值的低n位作为RETA（redirection table）的索引，根据RETA存储的值分发到对应的接收队列，以便该接收队列所绑定的I/O核对数据包进行处理。RETA（redirection table）：表示重定向表。
作为一种可实施方式，为了使对称信息的数据包在同一个逻辑核上处理，从而提高性能，此处选择的哈希函数为RSS对称哈希算法。
S105：I/O核采用负载均衡算法再将数据包分配到不同的Worker核上；
具体地，本发明实施例一共使用了8个逻辑核，其中四个逻辑核被称作“I/O核”，每个“I/O核”绑定两个网口的接收和发送队列（共四个），从而实现数据接入和转发；另外四个称作“Worker核”，用来解析处理数据包。这个过程就像流水线工作一样，网口现对接收到的数据包通过RSS对称哈希算法将数据包分配到不同的“I/O核”上，这样当数据量大的时候可以提高数据接入转发效率，这是第一层负载均衡；然后“I/O核”再根据数据包的源IP地址、目的IP地址和协议信息采用三元哈希算法计算得到哈希值将该数据包分配到不同Worker逻辑核上进行解析处理，且同源同宿，这是第二次负载均衡。
S106：Worker核接到数据包后先对数据包进行解析，然后查表判断该数据包是否应该丢弃，若为有效数据包，则接着判断该数据包应转发至哪个网口并送入该网口的发送队列。
具体地，该步骤中所查询的表由5G、IMS网络安全防护系统的控制模块进行维护。
本发明主要针对在网络功能虚拟化（NFV）情况下高速接入网元提高业务处理性能相关的场景，提供了一种面向5G、IMS网络的基于DPDK的高速数据处理方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种NFV架构下基于DPDK的接入能力网元高速数据处理方法，其特征在于，包括：
步骤1：配置I/O透传方式的虚拟机接口；具体包括：采用SR-IOV技术，通过PCIe总线多路复用将一个物理网卡分成多个VF；采用DPDK接管网卡I/O驱动使得部署在虚拟机中的VNF可以绕过Linux内核网络协议栈，通过调用DPDK的用户态API进行快速转发；
步骤2：加载VFIO和VFIO-PCI驱动，分配内存挂载巨页，绑定网卡然后启动虚拟机；
步骤3：设置网口、队列和逻辑核对应关系；所述逻辑核分为I/O核和Worker核；具体包括：为连接线路侧的第一网口配置m个接收队列和m个发送队列；为连接业务侧的第二网口配置m个接收队列和m个发送队列；其中，每个所述接收队列和发送队列均从0开始编号；将两个网口编号相同的接收队列和发送队列绑定至同一个逻辑核；
步骤4：网卡的RSS驱动接收数据包并将其分发到对应的队列，以供该队列所绑定的I/O核对其进行处理；具体包括：网卡的RSS驱动接收数据包，获取所述数据包的源IP地址、目的IP地址和协议信息；根据源IP地址、目的IP地址和协议信息通过配置的哈希函数计算出哈希值，取哈希值的低n位作为RETA的索引，根据RETA存储的值分发到对应的接收队列；RETA指重定向表；
步骤5：I/O核采用负载均衡算法再将数据包分配到不同的Worker核上；具体包括：I/O核根据数据包的源IP地址、目的IP地址和协议信息采用三元哈希算法计算得到哈希值将该数据包分配到不同Worker逻辑核上进行解析处理，且同源同宿；
步骤6：Worker核接到数据包后先对数据包进行解析，然后查表判断该数据包是否应该丢弃，若为有效数据包，则接着判断该数据包应转发至哪个网口并送入该网口的发送队列。
2.根据权利要求1所述的接入能力网元高速数据处理方法，其特征在于，所述配置的哈希函数为RSS对称哈希算法。
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