CN116339857A - 一种流表卸载方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种流表卸载方法及装置，包括：将网卡驱动上接收到的待处理数据包传输至XDP数据包处理模块；其中，所述XDP数据包处理模块是预先建立的基于XDP框架实现OVS流表卸载功能的模块；利用XDP数据包处理模块对所述待处理数据包进行匹配，得到与所述待处理数据包对应的执行动作信息；根据获得的执行动作信息对所述待处理包进行处理。本申请实施例能够提高数据包的处理速度，节省资源开销，简化数据包的处理过程。

Description

一种流表卸载方法及装置
技术领域
本文涉及计算机网络技术，尤指一种流表卸载方法及装置。
背景技术
OpenvSwitch(OVS)是一个虚拟交换软件，用于构建虚拟交换机，支持开源虚拟机Xen/XenServer、开源的系统虚拟化模块(Kernel-based Virtual Machine，KVM)、开源虚拟机软件VirtualBox等多种虚拟化技术。。
相关技术中，往往采用OVS实现流表卸载。
然而，OVS需要走内核协议栈，即传输控制协议/网际协议(Transmission ControlProtocol/Internet Protocol，TCP/IP)协议栈才能进行数据包解析进而进行匹配
发明内容
本申请提供了一种流表卸载方法及装置，能够提高数据包的处理速度，节省资源开销，简化数据包的处理过程。
本申请提供了一种流表卸载方法，包括：
将网卡驱动上接收到的待处理数据包传输至XDP数据包处理模块；其中，所述XDP数据包处理模块是预先建立的基于XDP框架实现OVS流表卸载功能的模块；
利用XDP数据包处理模块对所述待处理数据包进行匹配，得到与所述待处理数据包对应的执行动作信息；
根据获得的执行动作信息对所述待处理包进行处理。
另一方面，本申请提供了一种流表卸载装置，包括：存储器和处理器，所述存储器用于保存可执行程序；
所述处理器用于读取执行所述可执行程序，以实现如上所述的流表卸载方法。
与相关技术相比，本申请包括预先构建基于XDP框架实现OVS流表卸载功能的XDP数据包处理模块，根据XDP数据包处理模块对所述待处理数据包进行匹配，得到与所述待处理数据包对应的执行动作信息，由于数据包处理过程利用了XDP旁路协议栈的特性，直接识别包头内容并进行匹配，因此提高了数据包的处理速度，且由于不需要使用skb结构存储数据包，因此节省了资源开销，简化了数据包的处理过程。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为本申请实施例提供的一种流表卸载方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的另一种流表卸载方法的流程示意图。
具体实施方式
本申请描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本申请所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。
本申请包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本申请已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合，以形成由权利要求限定的独特的发明方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它发明方案的特征或元件组合，以形成另一个由权利要求限定的独特的发明方案。因此，应当理解，在本申请中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此，除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外，实施例不受其它限制。此外，可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。
此外，在描述具有代表性的实施例时，说明书可能已经将方法和/或过程呈现为特定的步骤序列。然而，在该方法或过程不依赖于本文所述步骤的特定顺序的程度上，该方法或过程不应限于所述的特定顺序的步骤。如本领域普通技术人员将理解的，其它的步骤顺序也是可能的。因此，说明书中阐述的步骤的特定顺序不应被解释为对权利要求的限制。此外，针对该方法和/或过程的权利要求不应限于按照所写顺序执行它们的步骤，本领域技术人员可以容易地理解，这些顺序可以变化，并且仍然保持在本申请实施例的精神和范围内。
本申请实施例提供了一种流表卸载方法，如图1所示，包括：
步骤101、将网卡驱动上接收到的待处理数据包传输至XDP数据包处理模块；其中，所述XDP数据包处理模块是预先建立的基于XDP框架实现OVS流表卸载功能的模块；
步骤102、利用XDP数据包处理模块对所述待处理数据包进行匹配，得到与所述待处理数据包对应的执行动作信息；
步骤103、根据获得的执行动作信息对所述待处理包进行处理。
相关技术中，在SDN(Software Define Network)中，Open vSwitch实现了基于OpenFlow的虚拟交换机，用于同一台主机内部的多个虚拟机内部交换以太网包。OVS包含：
1.用户态的ovs-vswitchd，接收上层发来的流表规则；
2.包转发数据路径，在内核态或者硬件上。
初始化时，OVS内流表是空的。当第一个包达到时(首包上送)，ovs-vswitchd把包送到上层，接收对此包的转发规则，同时转发此包(这一层的转发称为慢路径)。流表规则可以写到内核数据路径，或者硬件上，后续包就在这一层进行转发，称为快路径。
OVS的缺陷：
1.硬件卸载实现复杂，受资源限制支持的流表数有限；
2.内核数据路径卸载需要频繁申请释放skb，性能不高。
XDP(快速数据路径，eXpress Data Path)是Linux网络处理流程中的一个Extended Berkeley Packet Filter，eBPF钩子，通过用户自定义函数，在网卡驱动层对数据包直接进行处理，从而提高了性能。但通常XDP程序是预先编译好的，无法动态创建流表规则。
本申请实施例提出一种基于XDP的流表卸载方法，使用XDP程序把数据包直接在内核态用XDP方式进行转发，提高了效率。
采用OVS实现流表卸载，而OVS需要走内核协议栈(TCP/IP协议栈)才能进行数据包解析进而进行匹配，因此数据包处理速度慢，同时因为进入TCP/IP协议栈之前需要使用skb结构存储数据包，因此额外增加了skb的开销，且使用skb结构存储数据包的过程中需要频繁申请释skb，处理过程也十分繁琐。而XDP不需要走TCP/IP协议栈，而是直接识别包头内容，并进行匹配，即利用了XDP旁路协议栈的特性，因此数据表的处理速度快，且由于不需要使用进协议栈，因此也不需要使用skb结构存储数据包。
本申请实施例提供的流表卸载方法，预先构建基于XDP框架实现OVS流表卸载功能的XDP数据包处理模块，根据XDP数据包处理模块对所述待处理数据包进行匹配，得到与所述待处理数据包对应的执行动作信息，由于数据包处理过程利用了XDP旁路协议栈的特性，直接识别包头内容并进行匹配，因此提高了数据包的处理速度，且由于不需要使用skb结构存储数据包，因此节省了资源开销，简化了数据包的处理过程。
在一种示例性实例中，所述将网卡驱动上接收到的待处理数据包传输至XDP数据包处理模块，包括：
通过将数据包传输路径参数对应的内容设置为所述XDP数据包处理模块所在路径的路径信息，将网卡驱动上接收到的待处理数据包传输至XDP数据包处理模块。
其中，网卡驱动上接收到的待处理数据包包括：来自应用程序的待处理数据包和来自硬件的待处理数据包。
相关技术中，网卡驱动上接收到的待处理数据包会发送至OVS模块，采用OVS方式卸载流表，而本申请实施例提供的流表卸载方法，预先构建基于XDP框架实现OVS流表卸载功能的XDP数据包处理模块，通过将数据包传输路径参数对应的内容设置为所述XDP数据包处理模块所在路径的路径信息，使得网卡驱动上接收到的待处理数据包不被传输至OVS模块，而是传输至XDP数据包处理模块。
在一种示例性实例中，所述利用XDP数据包处理模块对所述待处理数据包进行匹配，得到与所述待处理数据包对应的执行动作信息，包括：
首先，调用XDP接口将所述待处理数据包传输至XDP数据包处理模块；
其次，当所述待处理数据包的匹配规则不存在于所述XDP数据包处理模块内置的流表中时，将所述待处理数据包发送至OVS的vswitchd组件，并将由所述vswitchd组件获得的与所述待处理数据包对应的匹配规则下载到所述流表中；
最后，获取下载到流表中的匹配规则的执行动作信息，作为所述与所述待处理数据包对应的执行动作信息。
其中，OVS的vswitchd组件是OVS中用来下载流表的组件。
示例性的，当所述待处理数据包的匹配规则不存在于所述XDP数据包处理模块内置的流表中时，需要将所述待处理数据包发送至OVS的vswitchd组件(该过程称为首包上送)，由OVS的vswitchd组件进行流表的卸载。
在一种示例性实例中，所述vswitchd组件位于用户空间，所述XDP数据包处理模块位于内核空间。
在一种示例性实例中，所述将所述待处理数据包发送至OVS的vswitchd组件，包括：
根据用于在用户空间和内核空间之间进行切换的系统调用接口将所述待处理数据包发送至所述vswitchd组件；
在一种示例性实例中，所述将由所述vswitchd组件获得的与所述待处理数据包对应的匹配规则下载到所述流表中，包括：
利用所述系统调用接口将所述vswitchd组件获得的与所述待处理数据包对应的匹配规则下载到所述流表中。
示例性的，在用户空间和内核空间之间进行切换的系统调用接口具体包括：XDPflow。
在一种示例性实例中，所述将所述vswitchd组件获得的与所述待处理数据包对应的匹配规则下载到所述流表中，包括：
首先，获取来自所述vswitchd组件的与所述待处理数据包对应的匹配规则；
其次，按照获得的匹配规则中包含的参数从获得的匹配规则中获取相应的参数内容，并将获得的参数内容的格式转换为符合XDP要求的格式；
最后，将经过格式转换处理的参数内容下载到所述流表中，形成与所述待处理数据表对应的匹配规则。
示例性的，所述匹配规则中包含的参数包括：匹配关键字和对应的执行动作。
在一种示例性实例中，所述匹配关键字的种类包括以下至少之一：源MAC、目的MAC、源IP、目的IP、端口号。
在一种示例性实例中，所述执行动作的种类包括：转发、丢弃、编辑。
在一种示例性实例中，当所述待处理数据包的匹配规则存在于所述XDP数据包处理模块内置的流表中时，还包括：
首先，从所述流表中获取与所述待处理数据包对应的匹配规则；
其次，从获得的匹配规则中获取执行动作信息，作为所述与所述待处理数据包对应的执行动作信息。
在一种示例性实例中，当获得的执行动作信息对应的执行动作包括转发动作时，所述根据获得的执行动作信息对所述待处理包进行处理，包括：
首先，获取所述XDP数据包处理模块中与所述执行动作信息对应的端口；其中，所述XDP数据包处理模块中的端口采用XDP数据结构进行数据包的发送；
其次，利用获得的端口实现所述待处理数据包的转发。
示例性的，XDP数据包处理模块中有的端口(vport)是往外发的，有些端口(vport)本地的网卡或虚拟的端口。
在一种示例性实例中，当获得的执行动作信息对应的执行动作包含编辑动作和转发动作时，所述根据获得的执行动作信息对所述待处理数据包进行处理，包括：
首先，根据获得的执行动作信息中的编辑动作信息对所述待处理数据包进行相应处理；
其次，获取所述XDP数据包处理模块中与所述执行动作信息中转发动作信息对应的端口；其中，所述XDP数据包处理模块中的端口采用XDP数据结构发送所述数据包；
最后，利用获得的端口实现经过处理的待处理数据包的转发。
本申请实施例还提供一种流表卸载方法，如图2所示，包括：
步骤1、网卡驱动(NIC driver)上接收来自应用(application)的待处理数据包(tx_packets)和硬件(hardware)的待处理数据包(rx_packets)，并调用XDP接口(XDPreceive)将待处理数据包通过端口(vport)传输至位于内核态的XDP datapath(对应上述实施例中的XDP数据包处理模块)；
步骤2、当所述待处理数据包的匹配规则不存在于XDP datapath内置的流表(flowtable)中时，XDP datapath将待处理数据包发送至OVS的vswitchd组件，由所述vswitchd组件获得的与所述待处理数据包对应的匹配规则；
步骤3、位于用户态的XDP switchd负责从OVS switchd接收流表规则，转换成XDPcustom loader的参数，下载到XDP datapath的流表中；
步骤4、XDP datapath获取下载到流表中的匹配规则的执行动作信息，作为所述与所述待处理数据包对应的执行动作信息，再把把包发到其他端口。
在该流表卸载方法中涉及两个模块，分别如下：
1.位于用户态的XDP switchd，负责从OVS switchd接收流表规则，转换成XDPcustom loader的参数，下载到XDP datapath；
2.位于内核态的XDP datapath，负责从网卡驱动接收要处理的数据报，根据OVS流表规则，执行包修改后，把包发到其他端口。
其中XDP custom loader能配置OVS流表规则需要的参数，包括：
1、匹配关键字，源MAC、目的MAC、源IP、目的IP、端口号等；
2、匹配后的动作，转发、丢弃、编辑、回环等；其中，编辑规则又包含各种情况，比如VLAN、VxLAN、NAT等。
内核态XDP datapath包括：
1、每个网络设备的representor vport端口；
2、vport口使用XDP数据结构快速收发数据包；
3、datapath内部根据数据包的内容，和上层下发的流表规则进行匹配；
4、匹配并编辑后的包，根据流表规则进行转发或者丢弃。
本申请实施例还提供了一种流表卸载装置，包括：存储器和处理器，所述存储器用于保存可执行程序；
所述处理器用于读取执行所述可执行程序，以实现上述任一实施例描述的流表卸载方法。
本申请实施例提供的流表卸载装置，预先构建基于XDP框架实现OVS流表卸载功能的XDP数据包处理模块，根据XDP数据包处理模块对所述待处理数据包进行匹配，得到与所述待处理数据包对应的执行动作信息，由于数据包处理过程利用了XDP旁路协议栈的特性，直接识别包头内容并进行匹配，因此提高了数据包的处理速度，且由于不需要使用skb结构存储数据包，因此节省了资源开销，简化了数据包的处理过程。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

Claims (10)

1.一种流表卸载方法，其特征在于，包括：
将网卡驱动上接收到的待处理数据包传输至XDP数据包处理模块；其中，所述XDP数据包处理模块是预先建立的基于XDP框架实现OVS流表卸载功能的模块；
利用XDP数据包处理模块对所述待处理数据包进行匹配，得到与所述待处理数据包对应的执行动作信息；
根据获得的执行动作信息对所述待处理包进行处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将网卡驱动上接收到的待处理数据包传输至XDP数据包处理模块，包括：
通过将数据包传输路径参数对应的内容设置为所述XDP数据包处理模块所在路径的路径信息，将网卡驱动上接收到的待处理数据包传输至XDP数据包处理模块。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用XDP数据包处理模块对所述待处理数据包进行匹配，得到与所述待处理数据包对应的执行动作信息，包括：
调用XDP接口将所述待处理数据包传输至XDP数据包处理模块；
当所述待处理数据包的匹配规则不存在于所述XDP数据包处理模块内置的流表中时，将所述待处理数据包发送至OVS的vswitchd组件，并将由所述vswitchd组件获得的与所述待处理数据包对应的匹配规则下载到所述流表中；
获取下载到流表中的匹配规则的执行动作信息，作为所述与所述待处理数据包对应的执行动作信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述vswitchd组件位于用户空间，所述XDP数据包处理模块位于内核空间；
所述将所述待处理数据包发送至OVS的vswitchd组件，包括：
根据用于在用户空间和内核空间之间进行切换的系统调用接口将所述待处理数据包发送至所述vswitchd组件；
所述将由所述vswitchd组件获得的与所述待处理数据包对应的匹配规则下载到所述流表中，包括：
利用所述系统调用接口将所述vswitchd组件获得的与所述待处理数据包对应的匹配规则下载到所述流表中。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述将所述vswitchd组件获得的与所述待处理数据包对应的匹配规则下载到所述流表中，包括：
获取来自所述vswitchd组件的与所述待处理数据包对应的匹配规则；
按照获得的匹配规则中包含的参数从获得的匹配规则中获取相应的参数内容，并将获得的参数内容的格式转换为符合XDP要求的格式；
将经过格式转换处理的参数内容下载到所述流表中，形成与所述待处理数据表对应的匹配规则。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述待处理数据包的匹配规则存在于所述XDP数据包处理模块内置的流表中时，还包括：
从所述流表中获取与所述待处理数据包对应的匹配规则；
从获得的匹配规则中获取执行动作信息，作为所述与所述待处理数据包对应的执行动作信息。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述匹配规则中包含的参数包括：匹配关键字和对应的执行动作；
所述匹配关键字的种类包括以下至少之一：源MAC、目的MAC、源IP、目的IP、端口号；
所述执行动作的种类包括：转发、丢弃、编辑。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当获得的执行动作信息对应的执行动作包括转发动作时，所述根据获得的执行动作信息对所述待处理包进行处理，包括：
获取所述XDP数据包处理模块中与所述执行动作信息对应的端口；其中，所述XDP数据包处理模块中的端口采用XDP数据结构进行数据包的发送；
利用获得的端口实现所述待处理数据包的转发。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当获得的执行动作信息对应的执行动作包含编辑动作和转发动作时，所述根据获得的执行动作信息对所述待处理数据包进行处理，包括：
根据获得的执行动作信息中的编辑动作信息对所述待处理数据包进行相应处理；
获取所述XDP数据包处理模块中与所述执行动作信息中转发动作信息对应的端口；其中，所述XDP数据包处理模块中的端口采用XDP数据结构发送所述数据包；
利用获得的端口实现经过处理的待处理数据包的转发。
10.一种流表卸载装置，其特征在于，包括：存储器和处理器，所述存储器用于保存可执行程序；
所述处理器用于读取执行所述可执行程序，以实现如权利要求1-9任一项所述的流表卸载方法。
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