CN114285747B - 一种tcp数据接收方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种TCP数据接收方法、装置、设备及存储介质。该方法包括：通过FPGA接收网络层发送的网络数据，并对所述网络数据进行复制以得到所述网络数据和网络数据副本；通过所述FPGA将所述网络数据副本通过数据旁路发送给系统应用层，以便通过所述系统应用层对所述网络数据副本进行软件处理；利用所述FPGA内的TCP协议栈处理模块根据所述网络数据进行TCP链路维护。通过将直接复制网络数据得到的网络数据副本发送给应用层，由FPGA进行TCP链路维护，实现了用FPGA和软件结合方式提高了TCP数据接收速度，实现TCP数据的低延迟接收。
Description
技术领域
本发明涉及数据传输领域，特别涉及一种TCP数据接收方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
目前，随着高速接收发送的要求越来越高，对与接收和发送的低延迟需求越来越大，例如在金融市场领域，在行情获取和进行交易的服务上TCP接收数据还在大量使用，TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议)接收性能要求越来越高。现有技术中，通过FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)网卡硬件实现协议栈，然后传递数据给应用层，如图1所示，FPGA实现协议栈，然后上传数据的方式下，由于FPGA需要收到完整的TCP包，来判断数据是否正常才会上传，存在的FPGA接收完整包，以及处理的时间。现有技术中，还通过FPGA网卡透传数据，例如图2所示，即由软件来实现协议栈逻辑处理，软件实现协议栈逻辑，软件实现协议栈时，软件需要处理比较复杂的协议栈流程，可能会因此拖慢接收速度，降低了TCP数据接收速度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种TCP数据接收方法、装置、设备及介质，能够实现TCP数据的低延迟接收。其具体方案如下：
第一方面，本申请公开了一种TCP数据接收方法，包括：
通过FPGA接收网络层发送的网络数据，并对所述网络数据进行复制以得到所述网络数据和网络数据副本；
通过所述FPGA将所述网络数据副本通过数据旁路发送给系统应用层，以便通过所述系统应用层对所述网络数据副本进行软件处理；
利用所述FPGA内的TCP协议栈处理模块根据所述网络数据进行TCP链路维护。
可选的，所述利用所述FPGA内的TCP协议栈处理模块根据所述网络数据进行TCP链路维护，包括：
利用所述FPGA内的TCP协议栈处理模块根据所述网络数据进行TCP链路维护；所述TCP链路维护包括执行握手、建立连接、断开连接、发送ACK消息以及在判断丢失数据时请求数据重传。
可选的，所述利用所述FPGA内的TCP协议栈处理模块根据所述网络数据进行TCP链路维护，包括：
通过所述FPGA内的TCP协议栈处理模块判断所述网络数据内的TCP序列是否正常；
若所述网络数据内的TCP序列不正常，则反馈断开连接响应或请求数据重传；
若所述网络数据内的TCP序列正常，则反馈ACK消息。
可选的，所述TCP数据接收方法，还包括：
通过所述FPGA接收所述系统应用层发送的数据包，并利用所述TCP协议栈处理模块对所述数据包进行TCP封包得到封装后数据包，并将所述封装后数据包发送给所述网络层。
可选的，所述通过所述系统应用层对所述网络数据副本进行软件处理，包括：
通过所述系统应用层对所述网络数据副本进行软件处理；所述软件处理包括TCP状态检查和TCP序列检查；
根据TCP状态检查结果执行相应的响应操作，并根据TCP序列检查结果判断所述网络数据副本是否正常。
可选的，所述根据TCP状态检查结果执行相应的响应操作，包括：
若所述TCP状态检查结果为所述网络数据为握手包，则重置TCP序列号并进行状态复位；
若所述TCP状态检查结果为所述网络数据为重置请求或正常关闭连接请求，则不进行响应。
可选的，所述根据TCP序列检查结果判断所述网络数据副本是否正常，包括：
判断所述网络数据副本内的TCP序列是否正常；
若所述网络数据副本内的TCP序列不正常，则丢弃所述网络数据；
若所述网络数据副本内的TCP序列正常，则将所述网络数据副本转发给应用程序。
第二方面，本申请公开了一种TCP数据接收装置，包括：
复制模块，用于通过FPGA接收网络层发送的网络数据，并对所述网络数据进行复制以得到所述网络数据和网络数据副本；
发送模块，用于通过所述FPGA将所述网络数据副本通过数据旁路发送给系统应用层，以便通过所述系统应用层对所述网络数据副本进行软件处理；
处理模块，用于利用所述FPGA内的TCP协议栈处理模块根据所述网络数据进行TCP链路维护。
第三方面，本申请公开了一种电子设备，包括：
存储器，用于保存计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序，以实现前述的TCP数据接收方法。
第四方面，本申请公开了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序；其中计算机程序被处理器执行时实现前述的TCP数据接收方法。
本申请中，通过FPGA接收网络层发送的网络数据，并对所述网络数据进行复制以得到所述网络数据和网络数据副本；通过所述FPGA将所述网络数据副本通过数据旁路发送给系统应用层，以便通过所述系统应用层对所述网络数据副本进行软件处理；利用所述FPGA内的TCP协议栈处理模块根据所述网络数据进行TCP链路维护。由上可见，本实施例中FPGA接收到网络层发送的网络数据后，FPGA对网络数据进行复制，得到网络数据副本，然后将网络数据副本直接通过数据旁路发送给系统应用层，再利用TCP协议栈处理模块根据网络数据进行TCP链路维护，即FPGA板卡处理TCP数据前进行抄送，而不是处理完了再上传数据，TCP协议栈处理由FPGA板卡完成，应用层软件接收到的不是FPGA完全处理好的数据，也不需要实现完整TCP协议功能，只根据需求进行不要处理即可，由此，处理上既解决了纯FPGA处理方式的上传延迟问题，又解决了FPGA透传由软件处理协议栈数据太过于复杂，导致软件处理太慢影响性能的问题。实现了用FPGA和软件结合方式提高了TCP数据接收速度，实现TCP数据的低延迟接收，提供更好用户体验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的一种现有的TCP数据接收系统结构图；
图2为本申请提供的另一种现有的TCP数据接收系统结构图；
图3为本申请提供的一种TCP数据接收方法流程图；
图4为本申请提供的一种具体的TCP数据接收系统结构图；
图5为本申请提供的一种具体的TCP数据接收方法流程图；
图6为本申请提供的一种TCP数据接收装置结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
现有技术中，通过FPGA网卡硬件实现协议栈，然后传递数据给应用层，但由于FPGA需要收到完整的TCP包，来判断数据是否正常才会上传，存在的FPGA接收完整包，以及处理的时间。另外，通过FPGA网卡透传数据，即由软件来实现协议栈逻辑处理，但软件需要处理比较复杂的协议栈流程，可能会因此拖慢接收速度，降低了TCP数据接收速度。为克服上述技术问题本申请提出一种TCP数据接收方法，能够实现TCP数据的低延迟接收。
本申请实施例公开了一种TCP数据接收方法，参见图1所示，该方法可以包括以下步骤：
步骤S11：通过FPGA接收网络层发送的网络数据，并对所述网络数据进行复制以得到所述网络数据和网络数据副本。
本实施例中，首先通过FPGA接收网络层发送的网络数据，然后，对上述网络数据进行复制，以得到上述网络数据对应的网络数据副本，也就是说，本实施例中在硬件上将接收到的网络层发送的网络数据复制两份，且需要注意的是，此时的网络数据为未经过任何处理的数据，即接收到网络数据后首先进行复制。
步骤S12：通过所述FPGA将所述网络数据副本通过数据旁路发送给系统应用层，以便通过所述系统应用层对所述网络数据副本进行软件处理。
本实施例中，复制得到上述网络数据副本后，通过FPGA将上述网络数据副本通过数据旁路发送给系统应用层，以便系统应用层对网络数据副本进行软件处理。例如图4所示，FPGA收到网络数据，交给TCP协议栈处理模块进行链路维护逻辑处理前，抄送一份直接传递给系统应用层。
本实施例中，所述通过所述系统应用层对所述网络数据副本进行软件处理，可以包括：通过所述系统应用层对所述网络数据副本进行软件处理；所述软件处理包括TCP状态检查和TCP序列检查；根据TCP状态检查结果执行相应的响应操作，并根据TCP序列检查结果判断所述网络数据副本是否正常。即系统应用层收到网络数据，不执行完整的TCP协议处理，只根据需呀做简单的TCP状态检查，TCP序列(tcp sequence)连续性处理。
本实施例中，所述根据TCP状态检查结果执行相应的响应操作，可以包括：若所述TCP状态检查结果为所述网络数据为握手包，则重置TCP序列号并进行状态复位；若所述TCP状态检查结果为所述网络数据为重置请求或正常关闭连接请求，则不进行响应。即TCP状态检查包括检查是否是握手包，具体可以通过syn标识进行检查，如果是握手包则复位状态，重置TCP序列号；以及检查是否为重置，具体可以通过rst标识进行检查，或者TCP结束状态，具体可以通过fin标识进行检查，如果是结束或者重置，则说明连接异常，不做接受。
本实施例中，所述根据TCP序列检查结果判断所述网络数据副本是否正常，可以包括：判断所述网络数据副本内的TCP序列是否正常；若所述网络数据副本内的TCP序列不正常，则丢弃所述网络数据；若所述网络数据副本内的TCP序列正常，则将所述网络数据副本转发给应用程序。可以理解的是，TCP序列正常的情况下每条TCP数据的是连续的，即当条TCP序列是上条TCP消息的TCP序列+上条TCP消息长度，如果比较下来当条TCP序列小，则为重传，如果当条TCP序列大，则说明发生了丢包或者乱序，因此例如图5所示，对于网络数据副本内的TCP序列不正常是，丢弃当前网络数据；若网络数据副本内的TCP序列正常，则将网络数据副本转发给应用程序，即如果TCP序列正常，意味这数据正常可以传给相关应用程序了，如金融服务的行情程序或者交易程序。
本实施例中，所述TCP数据接收方法，还可以包括：通过所述FPGA接收所述系统应用层发送的数据包，并利用所述TCP协议栈处理模块对所述数据包进行TCP封包得到封装后数据包，并将所述封装后数据包发送给所述网络层。即如图3所示，针对系统应用层发送的数据包，通过FPGA接收所述，并利用FPGA内TCP协议栈处理模块对数据包进行TCP封包得到封装后数据包，然后将封装后数据包发送给网络层。
步骤S13：利用所述FPGA内的TCP协议栈处理模块根据所述网络数据进行TCP链路维护。
本实施例中，FPGA内的TCP协议栈处理模块根据网络数据进行TCP链路维护，所述利用所述FPGA内的TCP协议栈处理模块根据所述网络数据进行TCP链路维护，可以包括：利用所述FPGA内的TCP协议栈处理模块根据所述网络数据进行TCP链路维护；所述TCP链路维护包括执行握手、建立连接、断开连接、发送ACK消息以及在判断丢失数据时请求数据重传。可以理解的是，FPGA处理TCP协议内容的几乎所有情况，而对应用层的数据抄送在处理协议内容之前，也就是说协议内容等链路上的处理全由FPGA实现；软件层收到数据没有进行过协议处理，由软件层自己判断数据内容是否可以接收也就是说，协议栈相关处理由FPGA实现，软件不会影响FPGA的处理，而软件自己通过TCP包内容判断数据是否正常。
本实施例中，所述利用所述FPGA内的TCP协议栈处理模块根据所述网络数据进行TCP链路维护，可以包括：通过所述FPGA内的TCP协议栈处理模块判断所述网络数据内的TCP序列是否正常；若所述网络数据内的TCP序列不正常，则反馈断开连接响应或请求数据重传；若所述网络数据内的TCP序列正常，则反馈ACK消息。即例如图5所示，若网络数据内的TCP序列不正常，则反馈重置或断开连接响应或请求数据重传，若网络数据内的TCP序列正常，则回复ACK消息。
由上可见，本实施例中FPGA接收到网络层发送的网络数据后，FPGA对网络数据进行复制，得到网络数据副本，然后将网络数据副本直接通过数据旁路发送给系统应用层，再利用TCP协议栈处理模块根据网络数据进行TCP链路维护，即FPGA板卡处理TCP数据前进行抄送，而不是处理完了再上传数据，TCP协议栈处理由FPGA板卡完成，应用层软件接收到的不是FPGA完全处理好的数据，也不需要实现完整TCP协议功能，只根据需求进行不要处理即可，由此，处理上既解决了纯FPGA处理方式的上传延迟问题，又解决了FPGA透传由软件处理协议栈数据太过于复杂，导致软件处理太慢影响性能的问题。实现了用FPGA和软件结合方式提高了TCP数据接收速度，实现TCP数据的低延迟接收，提供更好用户体验。
相应的，本申请实施例还公开了一种TCP数据接收装置，参见图6所示，该装置包括：
复制模块11，用于通过FPGA接收网络层发送的网络数据，并对所述网络数据进行复制以得到所述网络数据和网络数据副本；
发送模块12，用于通过所述FPGA将所述网络数据副本通过数据旁路发送给系统应用层，以便通过所述系统应用层对所述网络数据副本进行软件处理；
处理模块13，用于利用所述FPGA内的TCP协议栈处理模块根据所述网络数据进行TCP链路维护。
由上可见，本实施例中FPGA接收到网络层发送的网络数据后，FPGA对网络数据进行复制，得到网络数据副本，然后将网络数据副本直接通过数据旁路发送给系统应用层，再利用TCP协议栈处理模块根据网络数据进行TCP链路维护，即FPGA板卡处理TCP数据前进行抄送，而不是处理完了再上传数据，TCP协议栈处理由FPGA板卡完成，应用层软件接收到的不是FPGA完全处理好的数据，也不需要实现完整TCP协议功能，只根据需求进行不要处理即可，由此，处理上既解决了纯FPGA处理方式的上传延迟问题，又解决了FPGA透传由软件处理协议栈数据太过于复杂，导致软件处理太慢影响性能的问题。实现了用FPGA和软件结合方式提高了TCP数据接收速度，实现TCP数据的低延迟接收，提供更好用户体验。
在一些具体实施例中，所述处理模块13具体可以包括：
链路维护单元，用于利用所述FPGA内的TCP协议栈处理模块根据所述网络数据进行TCP链路维护；所述TCP链路维护包括执行握手、建立连接、断开连接、发送ACK消息以及在判断丢失数据时请求数据重传。
在一些具体实施例中，所述链路维护单元具体可以包括：
序列检查单元，用于通过所述FPGA内的TCP协议栈处理模块判断所述网络数据内的TCP序列是否正常；
第一反馈单元，用于若所述网络数据内的TCP序列不正常，则反馈断开连接响应或请求数据重传；
第二反馈单元，用于若所述网络数据内的TCP序列正常，则反馈ACK消息。
在一些具体实施例中，所述处理模块13还用于通过所述FPGA接收所述系统应用层发送的数据包，并利用所述TCP协议栈处理模块对所述数据包进行TCP封包得到封装后数据包，并将所述封装后数据包发送给所述网络层。
在一些具体实施例中，所述TCP数据接收装置具体可以包括：
软件处理单元，用于通过所述系统应用层对所述网络数据副本进行软件处理；所述软件处理包括TCP状态检查和TCP序列检查；
响应单元，用于根据TCP状态检查结果执行相应的响应操作，并根据TCP序列检查结果判断所述网络数据副本是否正常。
在一些具体实施例中，所述响应单元具体可以包括：
状态复位单元，用于若所述TCP状态检查结果为所述网络数据为握手包，则重置TCP序列号并进行状态复位；
不执行单元，用于若所述TCP状态检查结果为所述网络数据为重置请求或正常关闭连接请求，则不进行响应。
在一些具体实施例中，所述响应单元具体可以包括：
序列判断单元，用于判断所述网络数据副本内的TCP序列是否正常；
丢弃单元，用于若所述网络数据副本内的TCP序列不正常，则丢弃所述网络数据；
转发单元，用于若所述网络数据副本内的TCP序列正常，则将所述网络数据副本转发给应用程序。
本发明实施例还提供一种电子设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行计算机程序时实现如上述的TCP数据接收方法的步骤。
由于电子设备部分的实施例与TCP数据接收方法部分的实施例相互对应，因此电子设备部分的实施例请参见TCP数据接收方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任意实施例的TCP数据接收方法的步骤。
由于计算机可读存储介质部分的实施例与TCP数据接收方法部分的实施例相互对应，因此存储介质部分的实施例请参见TCP数据接收方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种TCP数据接收方法、装置、设备及介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种TCP数据接收方法，其特征在于，包括：
通过FPGA接收网络层发送的网络数据，并对所述网络数据进行复制以得到所述网络数据和网络数据副本；
通过所述FPGA将所述网络数据副本通过数据旁路发送给系统应用层，以便通过所述系统应用层对所述网络数据副本进行软件处理；
利用所述FPGA内的TCP协议栈处理模块根据所述网络数据进行TCP链路维护；
所述利用所述FPGA内的TCP协议栈处理模块根据所述网络数据进行TCP链路维护，包括：
通过所述FPGA内的TCP协议栈处理模块判断所述网络数据内的TCP序列是否正常；
若所述网络数据内的TCP序列不正常，则反馈断开连接响应或请求数据重传；
若所述网络数据内的TCP序列正常，则反馈ACK消息。
2.根据权利要求1所述的TCP数据接收方法，其特征在于，所述利用所述FPGA内的TCP协议栈处理模块根据所述网络数据进行TCP链路维护，包括：
利用所述FPGA内的TCP协议栈处理模块根据所述网络数据进行TCP链路维护；所述TCP链路维护包括执行握手、建立连接、断开连接、发送ACK消息以及在判断丢失数据时请求数据重传。
3.根据权利要求1所述的TCP数据接收方法，其特征在于，还包括：
通过所述FPGA接收所述系统应用层发送的数据包，并利用所述TCP协议栈处理模块对所述数据包进行TCP封包得到封装后数据包，并将所述封装后数据包发送给所述网络层。
4.根据权利要求1至3任一项所述的TCP数据接收方法，其特征在于，所述通过所述系统应用层对所述网络数据副本进行软件处理，包括：
通过所述系统应用层对所述网络数据副本进行软件处理；所述软件处理包括TCP状态检查和TCP序列检查；
根据TCP状态检查结果执行相应的响应操作，并根据TCP序列检查结果判断所述网络数据副本是否正常。
5.根据权利要求4所述的TCP数据接收方法，其特征在于，所述根据TCP状态检查结果执行相应的响应操作，包括：
若所述TCP状态检查结果为所述网络数据为握手包，则重置TCP序列号并进行状态复位；
若所述TCP状态检查结果为所述网络数据为重置请求或正常关闭连接请求，则不进行响应。
6.根据权利要求4所述的TCP数据接收方法，其特征在于，所述根据TCP序列检查结果判断所述网络数据副本是否正常，包括：
判断所述网络数据副本内的TCP序列是否正常；
若所述网络数据副本内的TCP序列不正常，则丢弃所述网络数据；
若所述网络数据副本内的TCP序列正常，则将所述网络数据副本转发给应用程序。
7.一种TCP数据接收装置，其特征在于，包括：
复制模块，用于通过FPGA接收网络层发送的网络数据，并对所述网络数据进行复制以得到所述网络数据和网络数据副本；
发送模块，用于通过所述FPGA将所述网络数据副本通过数据旁路发送给系统应用层，以便通过所述系统应用层对所述网络数据副本进行软件处理；
处理模块，用于利用所述FPGA内的TCP协议栈处理模块根据所述网络数据进行TCP链路维护；
所述处理模块，具体用于：通过所述FPGA内的TCP协议栈处理模块判断所述网络数据内的TCP序列是否正常；若所述网络数据内的TCP序列不正常，则反馈断开连接响应或请求数据重传；若所述网络数据内的TCP序列正常，则反馈ACK消息。
8.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器，用于保存计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序，以实现如权利要求1至6任一项所述的TCP数据接收方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机程序；其中计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的TCP数据接收方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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