CN114244785A - 5g数据流量乱序处理方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种5G数据流量乱序处理方法，包括：判断TCP会话里的FIN包或RESET包是否在同一个TCP会话里传输的其它报文之前到达网络安全设备；若是，则确定网络流量中存在乱序；将FIN包或RESET包放入缓冲队列，并加上当前的时间戳；当设置的报文缓冲时间T到达之后，将缓冲的FIN包或RESET包送入至数据包发送队列进行发送。本发明还公开了一种5G数据流量乱序处理装置。该发明能够解决TCP会话中的FIN包或RESET包出现乱序而导致对网元设备的上层业务产生重要影响的问题，使5G网络安全设备能够对TCP传输的报文进行保序处理，提高了容错处理性能，也大大提高了5G无线网络安全设备可靠性与准确性。

Description

5G数据流量乱序处理方法及其装置
技术领域
本发明涉及数据通信报文处理领域。更具体地说，本发明涉及一种5G数据流量乱序处理方法及其装置。
背景技术
随着社会、技术和经济的发展，5G移动网的大规模应用已经开始，未来移动网络会像传统有线网络一样，承载的用户终端和流量会越来越大，部署于5G移动网络和传统有线网络的网元设备会面对越来越大的流量负载压力，对于单台或单板卡的网元业务单元的处理能力要求也越来越高，传统的基于内核的网络协议栈越来越无法满足处理性能的要求，随着DPDK等用户态收包技术的发展，一些对性能要求很高的业务也已经开始逐步的将网络协议栈往用户态进行迁移。
当前使用的用户态协议栈目前还没有统一的实现方法，不同的用户态协议栈为了性能的考虑，对一些协议状态的处理可能没有内核完善。如果设备性能压力过大，达到了设备性能临界点时，就会导致网络的数据收发中存在乱序的情况，当fin包或者reset包在同一个正常会话连接的其它报文之前到达，会导致系统不能按照正常的时间顺序和逻辑进行数据处理，从而会引起额外的异常数据包。在处理5G移动网络流量时，会经常碰到这种乱序的情况，在面对TCP的fin包或者reset包处理逻辑不是那么完备的情况下，如果没有适宜的容错机制，这会对网元设备的上层业务处理产生重要影响。
在现网应用中，乱序的情况不可避免。对于传统的路由器等设备，其主要实现的是数据包的转发，一般不会对乱序的情况进行处理。用于5G网的网络设备，具有较大的内存容量和高并发的处理能力，在此类设备部署的时候，可以对这种情况进行处理。针对如何解决TCP的fin包或者reset的乱序的问题，此专利提出了独特的解决思路与方案。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种5G数据流量乱序处理方法和装置，能够解决TCP会话中的FIN包或RESET包出现乱序而导致对网元设备的上层业务产生重要影响的问题，使5G网络安全设备能够对TCP传输的报文进行保序处理，提高了容错处理性能，也大大提高了5G无线网络安全设备的可靠性与准确性。
为了实现本发明的这些目的和其它优点，第一方面，本发明提供了一种5G数据流量乱序处理方法，包括：
判断TCP会话里的FIN包或RESET包是否在同一个TCP会话里传输的其它报文之前到达网络安全设备；
若是，则确定网络流量中存在乱序；
将FIN包或RESET包放入缓冲队列，并加上当前的时间戳；
当设置的报文缓冲时间T到达之后，将缓冲的FIN包或RESET包送入至数据包发送队列进行发送。
优选的是，所述的5G数据流量乱序处理方法，所述报文缓冲时间T的计算方式为：T＝T2-T1，其中，T2为当前TCP会话发起时的服务响应ACK报文的到达时间，T1为当前TCP会话发起时的客户端SYN报文的到达时间。
优选的是，所述的5G数据流量乱序处理方法，所述判断TCP会话里的FIN包或RESET包是否在同一个TCP会话里传输的其它报文之前到达网络安全处理设备具体包括：
网络安全设备收到TCP数据包并通过协议栈处理报文时，对TCP数据包中每个报文的SEQ和ACK标记进行判断；
判断是否是TCP的FIN包，若是，且收到的当前TCP会话数据不完整；
则确定FIN包在同一TCP会话里的其它报文之前到达网络安全设备；
判断是否是TCP的RESET包，若是，且收到的当前TCP会话数据不完整；
则确定RESET包在同一TCP会话里的其它报文之前到达网络安全设备。
优选的是，所述的5G数据流量乱序处理方法，当设置的报文缓冲时间T达到之后，将缓冲的FIN包或RESET包送入至数据包发送队列进行发送具体包括：
在网络安全设备上，通过定时器触发轮询任务，然后对处理报文缓冲任务的缓冲队列进行轮询；
在正常的数据包处理完成发送后，对当前包处理线程对应的缓冲队列进行判断，判断缓冲队列上第一个数据包是否已经到了报文缓冲时间T；
若第一个数据包已经到了报文缓冲时间T，则当前包处理线程触发对第一个数据包的发送；
否则，结束缓存数据包的处理。
优选的是，所述的5G数据流量乱序处理方法，还包括：
在多核情况下，每一个收包处理核均创建自己的数据包缓冲队列，以使CPU不同核心在对缓冲队列进行处理时不会冲突。
第二方面，本发明提供了一种5G数据流量乱序处理装置，包括：
报文接收模块，其用于接收TCP会话数据包；
报文标记判断模块，其用于判断TCP会话里的FIN包或RESET包是否在同一个TCP会话里传输的其它报文之前到达网络安全设备；
缓冲包处理模块，其用于将需要缓冲的FIN包或RESET包放入缓冲队列，并加上当前的时间戳；
缓冲时间设置模块，其用于设置FIN包或RESET包的缓冲时间；
缓冲时间判断模块，其用于判断设置的报文缓冲时间T是否到达，若设置的报文缓冲时间T到达之后，所述缓冲包处理模块将缓冲的FIN包或RESET包送入至数据包发送队列。
优选的是，所述的5G数据流量乱序处理装置，还包括：
第一计算模块，其用于计算报文缓冲时间T。
第三方面，本发明还提供了一种电子设备，包括：至少一个多核处理器，以及与所述至少一个多核处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个多核处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个多核处理器执行，以使所述至少一个多核处理器执行所述的方法。
第四方面，本发明还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被多核处理器执行时，实现所述的方法。
本发明至少包括以下有益效果：本发明公开的方法和装置，在5G网络安全设备上对TCP会话的状态进行跟踪，若FIN包或RESET包早于同一个TCP会话里传输的其它报文之前到达网络安全设备，则说明网络流量中存在乱序，对FIN包或RESET包进行缓冲延时转发，能够避免在大流量情况下，FIN包或RESET包由于乱序导致业务端的高性能协议栈处理出现问题。且对FIN包或RESET包进行缓冲延时转发时，在5G网络安全设备上通过轮询任务线程，由定时器触发轮询任务，然后对处理报文缓冲任务的缓冲队列进行轮询，实现ns级精度的时间判断。当时间到达后，就把FIN包或RESET包送入到数据包发送队列进行发送，保证了对FIN包或RESET包的时延引入和设置的等待时间一致。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的一实施例中5G数据流量乱序处理方法的流程示意图；
图2为本发明的又一实施例中5G数据流量乱序处理方法的流程示意图；
图3为本发明的又一实施例中5G数据流量乱序处理装置的模块关系结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
本发明一实施例提供了一种5G数据流量乱序处理方法，用于5G数据流量乱序处理装置，所述装置为具有实现本发明实施例所述方法功能的装置或设备，如图1所示，所述方法包括下列步骤：
S101、判断TCP会话里的FIN包或RESET包是否在同一个TCP会话里传输的其它报文之前到达网络安全设备，若是，执行S102，若不是，执行S103。
其中，在TCP会话中，FIN包表示结束会话，关闭连接，当通信结束希望断开连接，通信双方之间相互交换FIN位置为1的TCP段；RESET包表示复位，连接重置，表示TCP连接中出现异常必须强制断开连接。因此，当FIN包或者RESET包在同一个正常会话连接的其它报文之前到达，这就会导致网络设备不能按照正常的时间顺序和逻辑进行数据处理，从而产生错误的结果。
S102、确定网络流量中存在乱序，将FIN包或RESET包放入缓冲队列，并加上当前的时间戳，继续执行步骤S104。
其中，将FIN包和RESET包放入缓冲队列，进行短时间的缓冲，暂缓对FIN包和RESET包的发送。由于将FIN包和RESET包放入缓冲队列时，加上了当时的时间戳，因此，可以设置报文缓冲时间，当报文缓冲时间到达之后，再进行发送，这样既保证了FIN包和RESET包不会乱序，也保证了由于缓冲引入的时延可控。报文缓冲时间的计算方式为：T＝T2-T1，其中，T2为当前TCP会话发起时的服务响应ACK报文的到达时间，T1为当前TCP会话发起时的客户端SYN报文的到达时间。
S103、转发数据包。
S104、当设置的报文缓冲时间T到达之后，将缓冲的FIN包或RESET包送入至数据包发送队列进行发送。
在上述实施例中，在5G网络安全设备上对TCP会话的状态进行跟踪，若FIN包或RESET包早于同一个TCP会话里传输的其它报文之前到达网络安全设备，则说明网络流量中存在乱序，对FIN包或RESET包进行缓冲延时转发，能够避免在大流量情况下，FIN包或RESET包由于乱序导致业务端的高性能协议栈处理出现问题。
需要说明的是，现在单台网络安全设备的处理能力一般都已经在100Gbps以上，按照单核心10Gbps的处理能力，平均包长700字节来计算，在包处理过程中进行缓冲超时的判断引入的时延误差要小于1us，这种级别的时延误差一般运营商是可以接受的。
本发明又一实施例提供一种5G数据流量乱序处理方法，如图2所示，所述方法包括排：
S201、网络安全设备收到TCP数据包并通过协议栈处理报文时，对TCP数据包中每个报文的SEQ和ACK标记进行判断。
S202、判断是否是TCP的FIN包，若是，执行S203，若不是，执行S204。
S203、判断收到的当前TCP会话数据是否完整，若不完整，则确定FIN包在同一TCP会话里的其它报文之前到达网络安全设备，继续执行S205，若完整，则执行S204。
S204、转发数据包；
S205、将FIN包放入缓冲队列，并加上当前的时间戳。
S206、判断是否是TCP的RESET包，若是，执行S207，若不是，执行S204.
S207、判断收到当前TCP会话数据是否完整，若不完整，则确定RESET包在同一TCP会话里的其它报文之前到达网络安全设备，继续执行S208，若完整，则执行S204。
S208、将RESET包放入缓冲队列，并加上当前的时间戳。
S209、通过定时器触发轮询任务，然后对处理报文缓冲任务的缓冲队列进行轮询，判断缓冲队列是否存在缓冲数据包，若存在，执行S210，若不在，则当前线程处理下一个未缓冲的数据包。
S210、判断缓冲队列中的第一数据包是否已经到了设置的报文缓冲时间T。
S211、若第一个数据包已经到了报文缓冲时间T，则当前包处理线程触发对第一个数据包的发送。
S212、若第一个数据包未达到报文缓冲时间T，则当前包处理线程结束对该缓冲队列缓存数据包的处理，继续处理下一个未缓冲的数据包。
需要说明的是，数据包的缓冲队列为先进先出的队列，每一个数据包在放入缓冲队列时均需要加入当前的时间戳。用于数据包延时发送的缓冲队列是独立专用的，只处理需要延时发送的FIN包和RESET包，数据包的数量不大，从而避免了若FIN包或RESET包的报文缓冲时间戳超时间了，但FIN包或RESET前面还有数据包的情况。
还需要说明的是，TCP传输时，会对TCP会话中的数据进行拆分，在拆分数据时，会先算好每一块数据相当于从头开始的第几个字节，在发送这一块数据时，将算好的字节数写在TCP头部中，用整个网络包的长度减去头部的长度可以得到数据的长度，因此接收方可以计算出发送数据的长度。序号SEQ用来标识从TCP发送端向TCP接收端发送的数据字节流，它表示在这个报文段中的第一个数据字节，TCP连接中传送的字节流中的每个字节都按顺序编号，第一个字节的编号随机产生，SEQ就是这个报文段中的第一字节的数据编号；确认序号ACK，表示确认序号有效，ACK确认号为发送的上一个数据包中的序列号加上该数据包所带的数据的大小。因此，在5G网络安全的设备上对TCP的状态进行跟踪，通过判断TCP会话中每个报文的SEQ和ACK标记，可以来计算当前会话是否存在数据不完整，TCP会话里FIN包与RESET包是否已经早于未到达的同一TCP会话里传输数据的报文到达网络安全处理设备。
为了实现多核情况下的高性能处理，在其中一具体实施方式中，所述的5G数据流量乱序处理方法，还包括：
在多核情况下，每一个收包处理核均创建自己的数据包缓冲队列，以使CPU不同核心在对缓冲队列进行处理时不会冲突。
本发明又一实施例还提供了一种5G数据流量乱序处理装置，如图3所示，包括：
报文接收模块10，其用于接收TCP会话数据包；
报文标记判断模块20，其用于判断TCP会话里的FIN包或RESET包是否在同一个TCP会话里传输的其它报文之前到达网络安全设备；
缓冲包处理模块30，其用于将需要缓冲的FIN包或RESET包放入缓冲队列，并加上当前的时间戳；
缓冲时间设置模块40，其用于设置FIN包或RESET包的缓冲时间；
缓冲时间判断模块50，其用于判断设置的报文缓冲时间T是否到达，若设置的报文缓冲时间T到达之后，所述缓冲包处理模块将缓冲的FIN包或RESET包送入至数据包发送队列。
在其中一具体实施方式中，所述的5G数据流量乱序处理装置，还包括：
第一计算模块，其用于计算报文缓冲时间T。
本发明又一实施例还提供了一种电子设备，包括：至少一个多核处理器，以及与所述至少一个多核处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个多核处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个多核处理器执行，以使所述至少一个多核处理器执行所述的方法。
本发明又一实施例还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被多核处理器执行时，实现所述的方法。
综上，本发明实施例提供的5G数据流量乱序处理方法和装置，能够解决TCP会话中的FIN包或RESET包出现乱序而导致对网元设备的上层业务产生重要影响的问题，使5G网络安全设备能够对TCP传输的报文进行保序处理，提高了容错处理性能，也大大提高了5G无线网络安全设备的可靠性与准确性。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.5G数据流量乱序处理方法，其特征在于，包括：
判断TCP会话里的FIN包或RESET包是否在同一个TCP会话里传输的其它报文之前到达网络安全设备；
若是，则确定网络流量中存在乱序；
将FIN包或RESET包放入缓冲队列，并加上当前的时间戳；
当设置的报文缓冲时间T到达之后，将缓冲的FIN包或RESET包送入至数据包发送队列进行发送。
2.如权利要求1所述的5G数据流量乱序处理方法，其特征在于，所述报文缓冲时间T的计算方式为：T＝T2-T1，其中，T2为当前TCP会话发起时的服务响应ACK报文的到达时间，T1为当前TCP会话发起时的客户端SYN报文的到达时间。
3.如权利要求1所述的5G数据流量乱序处理方法，其特征在于，所述判断TCP会话里的FIN包或RESET包是否在同一个TCP会话里传输的其它报文之前到达网络安全处理设备具体包括：
网络安全设备收到TCP数据包并通过协议栈处理报文时，对TCP数据包中每个报文的SEQ和ACK标记进行判断；
判断是否是TCP的FIN包，若是，且收到的当前TCP会话数据不完整；
则确定FIN包在同一TCP会话里的其它报文之前到达网络安全设备；
判断是否是TCP的RESET包，若是，且收到的当前TCP会话数据不完整；
则确定RESET包在同一TCP会话里的其它报文之前到达网络安全设备。
4.如权利要求3所述的5G数据流量乱序处理方法，其特征在于，当设置的报文缓冲时间T达到之后，将缓冲的FIN包或RESET包送入至数据包发送队列进行发送具体包括：
在网络安全设备上，通过定时器触发轮询任务，然后对处理报文缓冲任务的缓冲队列进行轮询；
在正常的数据包处理完成发送后，对当前包处理线程对应的缓冲队列进行判断，判断缓冲队列上第一个数据包是否已经到了报文缓冲时间T；
若第一个数据包已经到了报文缓冲时间T，则当前包处理线程触发对第一个数据包的发送；
否则，结束缓存数据包的处理。
5.如权利要求1所述的5G数据流量乱序处理方法，其特征在于，还包括：
在多核情况下，每一个收包处理核均创建自己的数据包缓冲队列，以使CPU不同核心在对缓冲队列进行处理时不会冲突。
6.5G数据流量乱序处理装置，其特征在于，包括：
报文接收模块，其用于接收TCP会话数据包；
报文标记判断模块，其用于判断TCP会话里的FIN包或RESET包是否在同一个TCP会话里传输的其它报文之前到达网络安全设备；
缓冲包处理模块，其用于将需要缓冲的FIN包或RESET包放入缓冲队列，并加上当前的时间戳；
缓冲时间设置模块，其用于设置FIN包或RESET包的缓冲时间；
缓冲时间判断模块，其用于判断设置的报文缓冲时间T是否到达，若设置的报文缓冲时间T到达之后，所述缓冲包处理模块将缓冲的FIN包或RESET包送入至数据包发送队列。
7.如权利要求6所述的5G数据流量乱序处理装置，其特征在于，还包括：
第一计算模块，其用于计算报文缓冲时间T。
8.电子设备，其特征在于，包括：至少一个多核处理器，以及与所述至少一个多核处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个多核处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个多核处理器执行，以使所述至少一个多核处理器执行权利要求1-5中任一项所述的方法。
9.存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被多核处理器执行时，实现权利要求1-5中任一项所述的方法。
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