CN114221781A - 流量过滤方法与系统、电子设备及存储介质 - Google Patents

流量过滤方法与系统、电子设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种流量过滤方法与系统、电子设备及存储介质。该方法包括：加载过滤相关的配置项；基于配置项对流量进行过滤，其中，配置项包括流量唯一标识与流量唯一标识对应的过滤项，其中，过滤项包括流量特征过滤项、流量大小过滤项、流量门控过滤项中的一项或多项。本发明通过各种流量过滤方式在指定时隙放行指定特征的流量同时过滤丢弃其他特征的数据流量，从而有效保障目标流量的传输时延并减小传输抖动。

Description

流量过滤方法与系统、电子设备及存储介质
技术领域
本发明涉及网络通信、车载网络以及新型工业互联网领域，具体地，涉及一种TSN(Time Sensitive Networking，时延敏感网络)场景下的流量过滤方法与系统、电子设备及存储介质。
背景技术
TSN指在IEEE802.1标准框架下，基于特定应用需求制定的一组“子标准”，旨在为以太网协议建立“通用”的时间敏感机制，以确保网络数据传输的时间确定性。TSN位于数据链路层，从底层架构中改变了以太网的不确定性，触发了以太网本身的一次自我迭代。
流量过滤技术在接入网中存在广泛的应用，其成功解决了接入网的网络可靠性、安全性等难题，同时还能防止网络攻击以及ARP(以太网地址解析协议)欺骗攻击。当前新型通信网络(例如，车载网络)对网络安全更加关注，对数据安全要求较为严格，因此需要一种能够有效保障目标流量的传输时延并减小传输抖动的流量过滤方法。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种流量过滤方法与系统、电子设备及存储介质。
第一方面，本发明提供一种流量过滤方法，包括：
加载过滤相关的配置项；
基于所述配置项对流量进行过滤，
其中，所述配置项包括流量唯一标识与所述流量唯一标识对应的过滤项，
其中，所述过滤项包括流量特征过滤项、流量大小过滤项、流量门控过滤项中的一项或多项。
进一步地，所述配置项通过以下步骤来生成：
初始化各项参数；
循环处理所述各项参数中的每一条流量，针对每一条流量按顺序生成对应协议的配置；
将所述协议的配置互相关联，
其中，所述各项参数包括网络拓扑、网络流量、流量参数、传输路径。
进一步地，所述针对每一条流量按顺序生成对应协议的配置包括生成门控列表条目、计算交换设备入口处流量、提取流量最大帧长以及提取流量特征。
进一步地，所述流量特征过滤项包括流量的最大帧长。
进一步地，所述流量大小过滤项包括流量的限制带宽。
进一步地，所述流量门控过滤项包括指定时隙通过的流量优先级。
进一步地，所述流量唯一标识为流量中的五元组信息与VLAN TAG中的一项或多项。
第二方面，本发明提供一种流量过滤系统，包括：
配置项加载单元，用于加载过滤相关的配置项；以及
流量过滤单元，用于基于所述配置项对流量进行过滤，
其中，所述配置项包括流量唯一标识与所述流量唯一标识对应的过滤项，
其中，所述过滤项包括流量特征过滤项、流量大小过滤项、流量门控过滤项中的一项或多项。
第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面中任一项所述流量过滤方法的步骤。
第四方面，本发明提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面中任一项所述流量过滤方法的步骤。
本发明通过各种流量过滤方式在指定时隙放行指定特征的流量同时过滤丢弃其他特征的数据流量，从而有效保障目标流量的传输时延并减小传输抖动。
附图说明
图1是根据本发明的流量过滤方法的示意图；
图2是根据本发明的流量过滤系统层整体设备内部功能结构图；
图3是根据本发明的生成配置的流程图；
图4是根据本发明的设备之间的连接关系图；
图5是根据本发明的流量过滤系统的结构示意图；以及
图6是根据本发明的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，以下描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
图1是根据本发明的流量过滤方法的流程图。参照图1，该过滤方法包括以下步骤：
步骤S101：加载过滤相关的配置项；基于配置项对流量进行过滤，
其中，配置项包括流量唯一标识与流量唯一标识对应的过滤项，其中，过滤项包括流量特征过滤项、流量大小过滤项、流量门控过滤项中的一项或多项。
针对本发明提出的流量过滤方法，以下提供了一种流量过滤方案。首先通过结合过滤装置对流量特征提取，再生成特定的过滤配置下发至过滤装置，采用控制器统一调度的模式，统一规划传输链路，规划不同过滤装置对同一流量的特征识别，分时隙生成不同的配置。
根据本发明的实施例，一种流量过滤系统层整体设备(如图2所示)可以包括TSN设备、TSN-SDN控制器和TSN流量过滤装置，其中TSN设备可以汇报拓扑信息、设备信息以及流量信息等，收发数据，将数据封装为TSN协议；TSN-SDN控制器可以发现网络拓扑、接收来自设备发送的信息汇总(包括拓扑、设备以及流量信息等)、规划数据流量传输路径、提取流量在不同过滤装置中的特征、下发配置至过滤装置中执行；TSN流量过滤装置可以加载控制器下发的配置项而转发数据流，并根据配置项在不同时隙过滤或放行对应特征的流量。
在本发明中，配置项可以包括流量特征项(与流量唯一标识相关)、需要过滤流量的特征最大值、指定时隙通过的流量优先级、需要限制速率的流量峰值流量大小。
具体地，配置项的内容可以包括交换设备识别码(可以为设备名称、设备IP地址、设备MAC地址)、交换设备中的流量唯一标识(下文中也称为流量ID)、唯一标识对应的门控过滤项、唯一标识对应的流量大小过滤项、唯一标识对应的流量特征过滤项。
如图2所示，流量特征提取包括提取流量中的五元组信息以及VLAN TAG(也称为VLAN标识，作为报文中的一段，共两字节，其中12位是VLAN ID，3位为优先级)，并选择其中任意一项或多项组合配置形成流量唯一标识，其中，五元组信息是指源IP地址、源端口、目的IP地址、目的端口和传输层协议，VLAN TAG用于标识VLAN信息，也就是说，流量唯一标识可以是五元组信息与VLAN TAG中的一项或多项。
如图2所示，可以具有多种流量过滤方式。例如，流量特征过滤、流量门控过滤、流量大小过滤。
具体地，流量特征过滤包括：按照流量唯一标识，对报文不符合配置的最大帧长进行过滤。
例如，在某个采集器流量帧长为1000B的情况下，当该采集器的流量发送至交换设备处时，如果该流量唯一标识对应的最大帧长为500B，则该流量被过滤。再例如，在某个采集器流量帧长为500B的情况下，当该采集器的流量发送至交换设备处时，如果该流量唯一标识对应的最大帧长为500B，则该流量可以通过。
流量门控过滤包括：按照流量唯一标识，根据流量配置的优先级，使流量仅在指定时隙内通过指定的交换设备。
例如，在某个交换设备的门控格式中时隙为10us到20us的情况下，该流量唯一标识对应的、具有预定优先级的流量可以在上述时隙内通过该交换设备。再例如，在某个交换设备的门控格式中时隙为10us到20us的情况下，该流量唯一标识对应的、不具有预定优先级的流量无法在上述时隙内通过该交换设备。
流量大小过滤包括：按照流量唯一标识，通过限制流量的带宽速率，使超出预定带宽速率的流量不通过或延迟通过。
例如，在某个采集器与交换设备之间的流量带宽为100MB，配置流量唯一标识以及对应流量为50MB的情况下，则该流量唯一标识对应的100MB带宽的流量只有50MB可以通过，剩余被丢弃或者延迟通过。再例如，在某个采集器与交换设备之间的流量带宽为100MB，配置流量唯一标识以及对应流量为200MB的情况下，该流量唯一标识对应的100MB带宽的流量可以通过。
在本发明中，生成配置项包括：首先确定网络拓扑等相关参数、再找出流量转发所有可用路径、再根据转发路径和流量的时延要求激计算到达过滤装置的开始和结束时间、然后提取流量在每一个途径的过滤装置中的流量特征、提取最大帧、计算数据流量速率、最后针对每一个过滤装置形成对应的配置。
为了更清楚地示出本发明，以下提供了配置的生成过程：通过TSN-SDN控制器配置流量信息(包括源地址、目的地址、流量大小、周期、发出时间)、优先级、时延要求等参数，此处可以是多条流；TSN-SDN控制器手动输入或者自动发现拓扑，查找范围内的拓扑结构，包括终端设备、转发TSN交换机等，将拓扑缓存在控制器本地，并且实时更新；控制器在接收到配置信息后，经过计算生成流量识别表与门控表(其中，流量识别表包含流量ID和对应的流量特征、流量ID和对应的流量大小、流量ID和对应的最大帧长、流量ID和对应的门控ID；门控表包含门控ID和对应的具体门控项条目)，下发至过滤装置执行。具体包括：初始化各项参数(包括网络拓扑、流量、流量相关参数、流量转发路径)，再循环处理每一条流量，针对每一条流量按顺序处理对应协议的配置生成(包括Qbv、带宽预留、CB等TSN相关协议)，再关联各个协议配置，最后等所有流量处理完成之后统一下发所有配置至过滤装置执行。
具体过程如图3所示：
1)配置网络拓扑、配置流量、配置流量相关的参数，配置流使用的协议类型；
其中，网络拓扑配置包括设备通过发送网络报文探测局域网内其他设备信息，还可以直接修改或添加拓扑中的节点设备来获取最终的网络拓扑结构，获取所有设备的MAC地址，获取各交换设备配置的端口VLAN信息，
网络流量配置包括配置拓扑使用的带宽大小，配置流量的发出终端设备以及接收终端设备名称，
流量相关参数配置包括流量发出周期、周期内流量发出时间点或时间段、流量发出报文大小、流量预期要求时延、流量优先级、流量所属VLAN信息、所使用协议类型。
2)检查是否配置流量路径，如果配置直接下一步，如果没有配置则先查找所有可以用流量到终端节点的路径集合，并按照加权系数从小到达排列；
其中，流量路径配置包括结合流量的预期要求时延和最短路径原则，在满足要求时延的基础之上优先选择最短路径，满足时延要求需要结合流量大小和路径中的所有链路带宽，以及路径中的交换设备的转发所耗时延，
3)新建变量i(i的初始值可以设置为0)；
4)判断变量i值是否小于集合大小并且是否已经生成配置项，如果是则进行第5步，如果否则进行第6步；
5)根据配置的协议类型调用对应的协议配置生成模块：
a)如果使用Qbv协议，则根据路径对途径的交换设备出口处生成流量调度列表，生成后执行下一条，如果不使用则执行下一条；
b)如果使用带宽预留协议，则为路径中的每一条链路预留带宽值，预留后执行下一条，如果不使用则执行下一条；
c)如果使用CB冗余路径协议，则选定冗余路径并生成配置项，生成后执行下一条，如果不使用则执行下一条；
d)其他协议类型处理；
e)关联上述所有配置项，针对同一设备的配置项集合处理；
f)i值加1；
g)重复第4步骤；
6)最后根据配置项生成门控表和识别表，并下发至执行设备。
流量识别表可以针对不同设备标识同一条流量，提取该流量的特征，并在不同设备中给予特定标记，从而在不同设备中能够唯一区分该流量。门控表可以针对同一流量在不同交换设备入口处，按照该流量在当前设备的内部优先级以及流量特征，针对流量划定通过时隙，也即该流量只能在规定时隙内通过当前交换设备入口，该时隙、流量特征以及优先级组合成门控表。
以下参照图4以3种类型的采集器作为示例，描述了配置参数并生成配置项的详细过程。
如图4所示，通过交换设备转发至数据中心，其中采集器1数据流作为关键保障流，其他两个作为非关键流和干扰流，通过控制器配置整个网络拓扑以及采集器1流量的相关参数并生成配置，下发至交换设备1和交换设备2执行。
图4给出了3个数据流量模型，采集器1流量的主要参数为：周期1毫秒、流量周期内开始发送时间0毫秒、帧长为500B、流量大小4Mbps、流量优先级7、目的地址为数据中心、时延要求50us、VLAN ID配置为1，采集器2与采集器3持续输出流量，目的地址为数据中心，VLAN ID配置为1，其中采集器2流量帧长为1000B，采集器3流量帧长为500B，周期均为1毫秒，采集器1与交换设备1链路带宽100MB，采集器2与交换设备1链路带宽100MB，采集器3与交换设备2链路带宽1GB，交换设备1与交换设备2链路带宽1GB，数据中心与交换设备2链路带宽为1GB，转发路径为数据经过交换设备1到交换设备2，最后转发至数据中心。
因此，门控表和识别表生成流程为：
步骤1：首先将以上参数配置到控制器中，并配置使用Qbv协议；
步骤2：由于本次已经配置路径，所不需要再查找路径，直接下一步新建变量i＝0；
步骤3：判断变量i值是否小于路径集合(案例值为1)或者是否已经生成配置表，如果成立则执行3.1，否则执行步骤4；
步骤3.1：当前选用Qbv协议，因此先生成Qbv相关的配置，包括交换设备1和交换设备2的流量出口处生成Qbv需要的配置信息(流量调度列表)；
步骤3.2：无其他协议需要处理，因此跳过执行3.3；
步骤3.3：结合3.1步骤生成的配置信息，首先在交换设备处提取流量识别特征，根据数据中心地址以及流量的VLAN ID判定其在交换设备1的流识别ID为1，同理在交换设备2处的流识别ID为1，此处可以生成流量识别表；再根据3.1的Qbv生成的配置信息，可以得到识别表(包含流量识别ID1和对应的最大帧长500B、对应的最大流量4Mbps)，以及门控表(包含时隙信息)，在本实施例中，交换设备1的门控格式为循环时间为1毫秒，时隙为42us到43us，优先级7对应的队列7状态为开可以通过，其他优先级关；
步骤3.4：i＝i+1，回到步骤3判断i值；
步骤4：控制器根据上文生成的表，提取对应交换设备1和交换设备2各自的配置项表，将两个配置表分别下发至交换设备中按照配置项加载执行。
步骤5：当采集器2流量发送至交换设备1处时，提取其流量特征并识别为流ID1，根据对应流ID为1对应的最大帧长为500B，因此其流量被过滤(采集器2流量帧长为1000B)；
步骤6：从到达数据中心的流量发现，流量大小恒定为4Mbps，采集器1和采集器3流量均存在丢包。
由以上可知，本发明的配置项生成方法通过提取流量在不同过滤装置中的流量特征、提取流量最大帧、生成门控条目、计算流量速率，从而针对每个过滤装置形成对应的配置项。在生成上述配置项的基础上，利用最大帧过滤、门控过滤、流量大小过滤的方式在指定时隙放行指定特征的流量同时过滤丢弃其他特征的数据流量，有效地保障目标流量的传输时延并减小传输抖动。
图5是根据本发明的流量过滤系统的结构示意图。参照图5，该系统500包括：
配置项加载单元501，用于加载过滤相关的配置项；以及
流量过滤单元503，用于基于配置项对流量进行过滤，
其中，配置项包括流量唯一标识与流量唯一标识对应的过滤项，其中，过滤项包括流量特征过滤项、流量大小过滤项、流量门控过滤项中的一项或多项。
由以上可知，系统500的单元501与503可以分别执行参照上述实施例描述的流量过滤方法中的各个步骤，此处将不再对其细节进行描述。
另一方面，本发明提供了一种电子设备。如图6所示，电子设备600包括处理器601、存储器602、通信接口603和通信总线604。
其中，处理器601、存储器602、通信接口603通过通信总线604完成相互间的通信。
处理器601用于调用存储器602中的计算机程序，处理器601执行计算机程序时实现如上所述的本发明实施例所提供的流量过滤方法的步骤。
此外，上述存储器中的计算机程序可以通过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，本发明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，包括若干计算机程序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)执行本发明各个实施例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，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明提供了一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上所述的本发明实施例所提供的流量过滤方法的步骤。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
最后应说明的是：以上实施例仅用于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 (10)

1.一种流量过滤方法，其特征在于，包括：
加载过滤相关的配置项；
基于所述配置项对流量进行过滤，
其中，所述配置项包括流量唯一标识与所述流量唯一标识对应的过滤项，
其中，所述过滤项包括流量特征过滤项、流量大小过滤项、流量门控过滤项中的一项或多项。
2.根据权利要求1所述的流量过滤方法，其特征在于，所述配置项通过以下步骤来生成：
初始化各项参数；
循环处理所述各项参数中的每一条流量，针对每一条流量按顺序生成对应协议的配置；
将所述协议的配置互相关联，
其中，所述各项参数包括网络拓扑、网络流量、流量参数、传输路径。
3.根据权利要求2所述的流量过滤方法，其特征在于，所述针对每一条流量按顺序生成对应协议的配置包括生成门控列表条目、计算交换设备入口处流量、提取流量最大帧长以及提取流量特征。
4.根据权利要求2所述的流量过滤方法，其特征在于，所述流量特征过滤项包括流量的最大帧长。
5.根据权利要求2所述的流量过滤方法，其特征在于，所述流量大小过滤项包括流量的限制带宽。
6.根据权利要求2所述的流量过滤方法，其特征在于，所述流量门控过滤项包括指定时隙通过的流量优先级。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的流量过滤方法，其特征在于，所述流量唯一标识为流量中的五元组信息与VLAN TAG中的一项或多项。
8.一种流量过滤系统，其特征在于，包括：
配置项加载单元，用于加载过滤相关的配置项；以及
流量过滤单元，用于基于所述配置项对流量进行过滤，
其中，所述配置项包括流量唯一标识与所述流量唯一标识对应的过滤项，
其中，所述过滤项包括流量特征过滤项、流量大小过滤项、流量门控过滤项中的一项或多项。
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7中任一项所述流量过滤方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述流量过滤方法的步骤。
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