CN116347518A - 用户面的数据包处理系统、方法、计算机设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用户面的数据包处理系统、方法、设备及存储介质，该系统包括：用户空间管理层和内核空间数据层；内核空间数据层中集成XDP技术；用户空间管理层和内核空间数据层之间通过BPF的共享库进行通信；用户空间管理层用于接收报文转发控制协议会话的建立请求消息，基于建立请求消息获取数据包处理规则，并将数据包处理规则写入BPF映射文件中；内核空间数据层用于当接收到数据包时，从映射文件中获取数据包处理规则并基于数据包处理规则对数据包进行处理。能够为数据包处理提供了一个更适合5GC边缘计算网络的灵活、可编程和易实现的方法，能够在5GC网络中更有效地利用资源和提高性能。
Description
技术领域
本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种用户面的数据包处理系统、方法、设备及存储介质。
背景技术
随着第五代移动通信技术(5G)的发展，用户对带宽的要求越来越高，需要更高性能的数据包处理能力。
5G移动网络核心网(5GC)整体拆分为控制面功能(CP,Control Plane)和用户面功能((User Plane,UP)两类。控制面功能实现用户设备(UserEquipment,UE)接入控制、注册、会话建立、移动性管理等信令控制功能。用户设备接入网络并与数据网络(Data Net,DN)建立会话之后，控制面将用户面隧道以及转发规则等按照PFCP(Packet Forwarding ControlProtocol)消息格式下发用户面，用户面在接入网络AN和数据网络DN之间建立隧道，并依据隧道信息和转发规则，进行数据转发、丢弃、缓存、qos等处理。
在传统的用户面中，采用数据平面开发工具包(Date plan edevelopment kit，DPDK)进行数据包处理。尽管DPDK技术在吞吐量和延迟方面有出色的表现，但对于典型的MEC部署方案来说，存在如下缺点:(1)数据包处理的轮询机制(DPDK轮询模式驱动)使CPU被完全占用，甚至如果没有流量，就会导致资源浪费；(2)DPDK援口对主机内部的应用来说变得不可用，因此非DPDK应用和DPDK应用之间的整合成为一项艰巨的任务；(3)DPDK是一个独立的用户空间库,DPDK的包全部在用户空间使用内存池管理，需要在内核空间和用户空间之间进行控制权转移，增加了开发成本。
发明内容
本发明提供了一种用户面的数据包处理系统、方法、设备及存储介质，以解决采用DPDK技术处理数据包存在的缺点，为数据包处理提供了一个更适合5GC边缘计算网络的灵活、可编程和易实现的方法，能够在5GC网络中更有效地利用资源和提高性能。
根据本发明的一方面，提供了一种用户面的数据包处理系统，包括：
用户空间管理层和内核空间数据层；其中，所述内核空间数据层中集成有高速处理数据包XDP技术；所述用户空间管理层和所述内核空间数据层基于伯克利数据包过滤器BPF的共享库进行通信；
所述用户空间管理层，用于接收报文转发控制协议会话的建立请求消息，基于所述建立请求消息获取数据包处理规则，并通过基于伯克利数据包过滤器BPF的共享库将所述数据包处理规则写入BPF映射文件中；
所述内核空间数据层，用于当接收到数据包时，从所述映射文件中获取所述数据包处理规则并基于所述数据包处理规则对所述数据包进行处理。
根据本发明的另一方面，提供了一种用户面的数据包处理方法，包括：
通过用户面的用户空间管理层，接收报文转发控制协议会话的建立请求消息，基于所述建立请求消息获取数据包处理规则，并通过基于伯克利数据包过滤器BPF的共享库将所述数据包处理规则写入BPF映射文件中；
当接收到数据包时，通过用户面的内核空间数据层从所述映射文件中获取数据包处理规则；基于所述数据包处理规则对所述数据包进行处理；其中，所述内核空间数据层中集成有高速处理数据包XDP技术。
根据本发明的另一方面，提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个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处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例所述的用户面的数据包处理方法。
根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例所述的用户面的数据包处理方法。
本发明实施例的技术方案，本发明实施例的技术方案提供一种用户面的数据包处理系统包括：用户空间管理层和内核空间数据层；其中，内核空间数据层中集成高速处理数据包XDP技术；用户空间管理层和内核空间数据层之间通过基于伯克利数据包过滤器BPF的共享库进行通信；利用内置内核空间数据层的XDP技术进行数据包处理，与采用DPDK技术进行数据包处理相比具有更综合、更灵活、更细粒度、易于实现和维护的优势，从而能够解决采用DPDK技术处理数据包存在的缺点，为数据包处理提供了一个更适合5GC边缘计算网络的灵活、可编程和易实现的方法，能够在5GC网络中更有效地利用资源和提高性能。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本发明实施例一提供的一种用户面的数据包处理系统的结构示意图；
图2是本发明实施例一提供的另一种用户面的数据包处理系统的结构示意图；
图3是本发明实施例二提供的一种用户面的数据包处理方法的流程图；
图4是本发明实施例三提供的一种用户面的数据包处理方法的流程图；
图5是本发明实施例三提供的一种在内核空间数据层中的数据包处理方法的示意图；
图6是实现本发明实施例的用户面的数据包处理方法的计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例一
图1为本发明实施例一提供了一种用户面的数据包处理系统的结构示意图，本实施例可适用于在5G核心网的用户面中对数据包括进行处理的情况。如图1所示，该用户面的数据包处理系统包括：用户空间管理层10和内核空间数据层20；其中，内核空间数据层中集成高速处理数据包XDP技术；用户空间管理层10和内核空间数据层20之间通过基于伯克利数据包过滤器BPF的共享库进行通信；
用户空间管理层10，用于接收报文转发控制协议会话的建立请求消息，基于建立请求消息获取数据包处理规则，并将数据包处理规则写入基于伯克利数据包过滤器BPF的映射文件中；
内核空间数据层20，用于当接收到数据包时，从映射文件中获取数据包处理规则并基于数据包处理规则对数据包进行处理。
其中，用户空间管理层10在用户空间层中，用于管理PFCP会话和BPF程序的生命周期；内核空间数据层20在内核空间层，用于处理数据包。在内核空间数据层中集成有高速处理数据包技术(Xpress Data Path，XDP)，XDP技术是一种内置Linux内核的用于快速数据包处理的技术。用户空间管理层10和内核空间数据层20之间通过基于伯克利数据包过滤器(Berkeley Packet Filter，BPF)的共享库30进行通信，该共享库30由Linux内核空间数据层维护。BPF映射文件是基于伯克利数据包过滤器BPF提供的一种用于存储数据包处理规则的映射的数据结构，即BPF MAP；在BPF映射文件采用键值对key-value的形式存储数据包处理规则。
报文转发控制协议会话(Packet Forwarding Control Protocol Session，PFCPSession)的建立请求消息是用于创建PFCP会话的请求消息。当用户设备需要向网络设备传输数据时，会向网络设备发送建立请求消息，以创建PFCP会话。数据包处理规则是用于处理数据包的规则，可以包括：包检测规则(Packet Detection Rule，PDR)、转发行为规则(Forwarding Action Rule，FAR)等。
具体的，数据包处理系统的用户空间管理层10通过客户端的应用程序接口API获取报文转发控制协议会话的建立请求消息，并对建立请求消息进行解析得到数据包处理规则，通过基于伯克利数据包过滤器BPF的共享库30libbpf Library将数据包处理规则写入基于伯克利数据包过滤器的映射文件BPF MAP中。
数据包处理系统的内核空间数据层20，在接收到数据包时，从BPF MAP中获取用户空间管理层10写入的数据包处理规则，从而实现内核空间数据层和用户空间管理层之间的通信；并基于内核空间数据层集成的XDP技术采用所获取的数据包处理规则对数据包进行处理。数据包的处理可以包括：解析、分流和转发。
在本发明中，高速处理数据包技术(Xpress Data Path，XDP)与基于数据平面开发工具包(Date Plane Development Kit，DPDK)技术相比，具有如下优点：(1)与DPDK相比，XDP的主要优势之一是XDP集成在Linux内核中，而DPDK是一个独立的用户空间库。这意味着XDP可以利用Linux内核现有的基础设施和功能，如内存管理和设备驱动，这可以使它更容易实现和维护。(2)与DPDK相比，XDP的另一个优势是，XDP为数据包处理提供了一个更灵活、可编程的接口。XDP允许实现高级功能，如网络切片和可编程流量管理，这对5GC网络至关重要。另一方面，DPDK专注于提供快速的数据包处理，在实现这些高级功能方面不太灵活。(3)此外，XDP允许对数据包处理进行细粒度控制，在5GC网络中能够更有效地利用资源和提高性能。总的来说，XDP为数据包处理提供了一种更综合、更灵活、更细粒度的方法，比DPDK更适合5GC边缘计算网络。
本发明实施例的技术方案提供一种用户面的数据包处理系统包括：用户空间管理层和内核空间数据层；其中，内核空间数据层中集成高速处理数据包XDP技术；用户空间管理层和内核空间数据层之间通过基于伯克利数据包过滤器BPF的共享库进行通信；利用内置内核空间数据层的XDP技术进行数据包处理，能够为数据包处理提供了一个更适合5GC边缘计算网络的灵活、可编程和易实现的方法，能够在5GC网络中更有效地利用资源和提高性能。
可选的，所述用户空间管理层包括：
报文转发控制协议会话管理器和BPF程序管理器；
所述报文转发控制协议会话管理器，用于接收报文转发控制协议会话的建立请求消息和调用BPF程序管理器；
所述BPF程序管理器，用于访问共享库，基于所述建立请求消息创建会话上下文，基于所述会话上下文包含的数据包处理规则更新所述会话上下文对应的BPF映射文件。
具体的，图2是根据本发明实施例一提供的另一种用户面的数据包处理系统的结构示意图，如图2所示，用户空间管理层10包括：报文转发控制协议会话管理器11(PFCPSession Manager，也即PFCP会话管理器)和BPF程序管理器12(BPF Program Manager)。在PFCP会话管理器中，通过应用程接口API接收报文转发控制协议会话的建立请求消息，并通过调用BPF程序管理器可以访问共享库，基于建立请求消息创建会话上下文。每个PFCP会话在内核空间都对应存储一个基于BPF程序的MAP用于存储数据包处理规则。通过BPF程序管理器通过调用BPF程序可以从会话上下文中解析得到数据包处理规则，通过访问共享库libbpf Library基于数据包处理规则更新会话上下文对应的BPF映射文件。
可选的，所述内核空间数据层20包括：解析器21、分流器22和转发器23；
所述解析器21，用于对所述数据包进行解析，根据所述数据包中的特定字段获取会话上下文，将所述会话上下文和所述数据包发送到分流器；
所述分流器22，用于确定所述数据包的数据包类型，根据所述数据包类型访问所述会话上下文对应的BPF映射文件获得包检测规则；将所述数据包和所述包检测规则发送到转发器；
所述转发器23，用于在所述映射文件的流表中查找所述包检测规则所映射的转发行为规则，基于所述转发行为规则对所述数据包进行转发。
其中，数据包类型可以包括：上行数据包和下行数据包。
具体的，如图2所示，内核空间数据层20包括：解析器21、分流器22和转发器23。解析器21用于对接收到的数据包进行解析得到数据包中的特定字段，根据特定字段获取数据包对应的会话上下文，将会话上下文和数据包发送到分流器22。分流器22在接收到会话上下文和数据包后，根据数据包中特定字段确定数据包类型，根据数据包类型访问所述会话上下文对应的BPF映射文件。由于在用户空间管理层10中，将数据包处理规则写入BPF映射文件，因而从BPF映射文件中可以获取包检测规则，将接收到的数据包和所获取的包检测规则发送到转发器23。转发器23在所述映射文件的流表中，依据包检测规则和转发行为规则之间的映射关系，查找包检测规则所映射的转发行为规则，基于转发行为规则对数据包进行转发，从而完成对数据包的解析、分流和转发处理。
实施例二
图3为本发明实施例二提供了一种用户面的数据包处理方法的流程图，本实施例可适用于在5G核心网的用户面中对数据包括进行处理的情况，该方法可以由实施例一所示的用户面的数据包处理系统来执行，该用户面的数据包处理系统可以采用硬件和/或软件的形式实现，该用户面的数据包处理系统可配置于计算机设备中。如图3所示，该方法包括：
S310、通过用户面的用户空间管理层，接收报文转发控制协议会话的建立请求消息，基于建立请求消息获取数据包处理规则，并通过基于伯克利数据包过滤器BPF的共享库将数据包处理规则写入BPF映射文件中。
具体的，数据包处理系统的用户空间管理层通过客户端的应用程序接口API获取报文转发控制协议会话的建立请求消息，并对建立请求消息进行解析得到数据包处理规则，通过基于伯克利数据包过滤器BPF的共享库libbpf Library将数据包处理规则写入BPF映射文件(BPF MAP)中。
S320、当通过用户面的内核空间数据层接收到数据包时，从映射文件中获取数据包处理规则，基于数据包处理规则对数据包进行处理；其中，内核空间数据层中集成有高速处理数据包XDP技术。
具体的，数据包处理系统的内核空间数据层，在接收到数据包时，从BPF MAP中获取用户空间管理层写入的数据包处理规则，从而实现内核空间数据层和用户空间管理层之间的通信；并基于内核空间数据层集成的XDP技术采用所获取的数据包处理规则对数据包进行处理。数据包的处理可以包括：解析、分流和转发。
本发明实施例的技术方案，通过用户面的用户空间管理层，接收报文转发控制协议会话的建立请求消息，基于建立请求消息获取数据包处理规则，并通过基于伯克利数据包过滤器BPF的共享库将数据包处理规则写入BPF映射文件中；当通过用户面的内核空间数据层接收到数据包时从映射文件中获取数据包处理规则；基于数据包处理规则对数据包进行处理；其中，内核空间数据层中集成有高速处理数据包XDP技术；利用内置内核空间数据层的XDP技术进行数据包处理，能够为数据包处理提供了一个更适合5GC边缘计算网络的灵活、可编程和易实现的方法，能够在5GC网络中更有效地利用资源和提高性能。
实施例三
图4为本发明实施例三提供的一种用户面的数据包处理方法的流程图，本实施例对上述实施例二进一步细化。如图4所示，该方法包括：
S310、通过用户面的用户空间管理层，接收报文转发控制协议会话的建立请求消息。
S320、基于建立请求消息创建会话上下文，根据会话上下文中的包处理规则信息生成哈希映射流表。
其中，哈希映射流表是指是根据关键码值(key value)而直接进行访问的数据结构；通过把关键码值映射到表中一个位置来访问记录，以加快查找的速度。
具体的，根据报文转发控制协议会话(Packet Forwarding Control ProtocolSession，PFCP Session)的建立请求消息创建PFCP会话上下文。在会话上下文中包含包处理规则信息，根据会上下文中的包处理规则信息生哈希映射流表。
示例性的，根据会话上下文中的包检测规则生成第一哈希映射流表；根据会话上下文中的转发行为规则生成第二哈希映射流表。
可选的，基于所述建立请求消息创建会话上下文包括：
通过报文转发控制协议会话管理器调用BPF程序管理器；
通过BPF程序管理器访问共享库创建所述建立请求消息对应的会话上下文。
具体的，在用户空间管理层中，在接收到建立请求消息后，通过用户空间管理层中的报文转发控制协议会话管理器(PFCP manager)调用BPF程序管理器；使BPF程序管理器访问共享库libbpf完成创建会话上下文。
S330、通过基于伯克利数据包过滤器BPF的共享库将哈希映射流表写入内核空间数据层中会话上下文对应的BPF映射文件；包处理规则信息包括：包检测规则和转发行为规则。
具体的，通过共享库libbpf将所生成的哈希映射流表写入内核空间数据层，并存储在内核空间数据层中会话上下文对应的BPF映射文件，从而可以供内核空间数据层在对数据包进行处理时使用。
S340、当通过用户面的内核空间数据层接收到数据包时，通过解析器对数据包进行解析，根据数据包中的特定字段获取会话上下文，将会话上下文和数据包发送到分流器。
具体的，用户面的内核空间数据层在接收到数据包时，通过内核空间数据层的解析器对数据包括进行解析获取数据包中的特定字段，如UEIP或者TEID作为key值，在映射文件MAP中查找到的key值对应的value项，即为会话上下文。将从映射文件MAP中查找到的会话上下文和接收到的数据包发送到分流器做进一步的分流处理。
S350、通过分流器确定数据包的数据包类型，根据数据包类型访问会话上下文对应的BPF映射文件获得包检测规则，将数据包和包检测规则发送到转发器。
具体的，分流器在接收到会话上下文和数据包后，根据数据包中特定字段确定数据包类型，如若特定字段为流量终端标识符TEID，确定数据包类型为上行数据包；若特定字段为用户终端标识符UEIP，确定数据包类型为下行数据包。根据数据包类型为上行数据包或者下行数据包访问会话上下文对应的BPF映射文件，从映射文件中获得包检测规则。将数据包和包检测规则发送到转发器，对数据包进行转发处理。
可选的，根据所述数据包类型访问所述会话上下文对应的BPF映射文件获得包检测规则包括：
若所述数据包类型为上行数据包，则基于所述数据包中的流量终端标识符访问会话上下文对应的BPF映射文件中的第一哈希映射流表获得上行数据包检测规则；
若所述数据包类型为下行数据包，则基于所述数据包中的用户设备标识符访问会话上下文对应的BPF映射文件中的第二哈希映射流表获得下行数据包检测规则。
具体的，对于上行数据包，基于上行数据包中的流量终端标识符访问会话上下文对应的BPF映射文件中的第一哈希映射流表，获得上行数据包在第一哈希映射流表中的上行数据包检测规则；对于下行数据包，则基于下行数据包中的用户设备标识符访问会话上下文对应的BPF映射文件中的第二哈希映射流表，获得下行数据包在第二哈希映射流表中的下行数据包检测规则。
S360、通过转发器在映射文件的流表中查找包检测规则所映射的转发行为规则，基于转发行为规则对数据包进行转发。
具体的，转发器在映射文件的流表中，依据包检测规则和转发行为规则之间的映射关系，查找包检测规则所映射的转发行为规则，基于转发行为规则对数据包进行转发。
本发明实施例的技术方案，通过用户面的用户空间管理层，接收报文转发控制协议会话的建立请求消息，基于建立请求消息获取数据包处理规则，并通过基于伯克利数据包过滤器BPF的共享库将数据包处理规则写入BPF映射文件中；当通过用户面的内核空间数据层接收到数据包时从映射文件中获取数据包处理规则；基于数据包处理规则对数据包进行处理；其中，内核空间数据层中集成有高速处理数据包XDP技术；利用内置内核空间数据层的XDP技术进行数据包处理，能够为数据包处理提供了一个更适合5GC边缘计算网络的灵活、可编程和易实现的方法，能够在5GC网络中更有效地利用资源和提高性能。
图5是本发明实施例三提供的一种在内核空间数据层中的数据包处理方法的示意图。如图5所示，在内核空间数据层中，解析器对通过网卡获取到的数据包进行解析，根据数据包中的特定字段获取会话上下文，将会话上下文和数据包发送到分流器；分流器确定数据包的数据包类型为上行数据包(如GTPu数据包)或者下行数据包(如UDP数据包)，根据所述数据包类型进行快速分组处理，访问所述会话上下文对应的BPF映射文件获得包检测规则PDR；将数据包和包检测规则发送到转发器；转发器在所述映射文件的流表中查找包检测规则所映射的转发行为规则FAR，FAR包含将被应用的动作(如转发)、外部头的创建和目标接口；基于转发行为规则PDR对数据包进行转发。若输入数据包的网卡和转发后输出数据包的网卡不同，则构成重定向。
本发明提供的基于eBPF的网关原型使用XDP技术进行快速包处理的方法和系统，可以部署在边缘的组件。具体如下优点：(1)与特定的框架脱钩；(2)与3GPP的规范和标准相一致。(2)基于libbpf而不是BCC，BCC不属于Linux源码树，并且依赖于clang运行时编译器。Libbpf基于Linux，可以很容易地与不同的基于软件的5G使用亚面解决方案集成。
实施例四
图6示出了可以用来实施本发明的实施例的计算机设备10的结构示意图。计算机设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。
如图6所示，计算机设备10包括至少一个处理器11，以及与至少一个处理器11通信连接的存储器，如只读存储器(ROM)12、随机访问存储器(RAM)13等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器11可以根据存储在只读存储器(ROM)12中的计算机程序或者从存储单元18加载到随机访问存储器(RAM)13中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 13中，还可存储计算机设备10操作所需的各种程序和数据。处理器11、ROM 12以及RAM 13通过总线14彼此相连。输入/输出(I/O)接口15也连接至总线14。
计算机设备10中的多个部件连接至I/O接口15，包括：输入单元16，例如键盘、鼠标等；输出单元17，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元18，例如磁盘、光盘等；以及通信单元19，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元19允许计算机设备10通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
处理器11可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器11的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器11执行上文所描述的各个方法和处理，例如用户面的数据包处理方法。
在一些实施例中，用户面的数据包处理方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元18。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 12和/或通信单元19而被载入和/或安装到计算机设备10上。当计算机程序加载到RAM 13并由处理器11执行时，可以执行上文描述的用户面的数据包处理方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器11可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行用户面的数据包处理方法。
本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
为了提供与用户的交互，可以在计算机设备上实施此处描述的系统和技术，该计算机设备具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)、区块链网络和互联网。
计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与VPS服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用户面的数据包处理系统，其特征在于，包括：用户空间管理层和内核空间数据层；其中，所述内核空间数据层中集成有高速处理数据包XDP技术；所述用户空间管理层和所述内核空间数据层基于伯克利数据包过滤器BPF的共享库进行通信；
所述用户空间管理层，用于接收报文转发控制协议会话的建立请求消息，基于所述建立请求消息获取数据包处理规则，并通过基于伯克利数据包过滤器BPF的共享库将所述数据包处理规则写入BPF映射文件中；
所述内核空间数据层，用于当接收到数据包时，从所述映射文件中获取所述数据包处理规则并基于所述数据包处理规则对所述数据包进行处理。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述用户空间管理层包括：
报文转发控制协议会话管理器和BPF程序管理器；
所述报文转发控制协议会话管理器，用于接收报文转发控制协议会话的建立请求消息和调用BPF程序管理器；
所述BPF程序管理器，用于访问共享库，基于所述建立请求消息创建会话上下文，基于所述会话上下文包含的数据包处理规则更新所述会话上下文对应的BPF映射文件。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述内核空间数据层包括：解析器、分流器和转发器；
所述解析器，用于对所述数据包进行解析，根据所述数据包中的特定字段获取会话上下文，将所述会话上下文和所述数据包发送到分流器；
所述分流器，用于确定所述数据包的数据包类型，根据所述数据包类型访问所述会话上下文对应的BPF映射文件获得包检测规则；将所述数据包和所述包检测规则发送到转发器；
所述转发器，用于在所述映射文件的流表中查找所述包检测规则所映射的转发行为规则，基于所述转发行为规则对所述数据包进行转发。
4.一种用户面的数据包处理方法，其特征在于，包括：
通过用户面的用户空间管理层，接收报文转发控制协议会话的建立请求消息，基于所述建立请求消息获取数据包处理规则，并通过基于伯克利数据包过滤器BPF的共享库将所述数据包处理规则写入BPF映射文件中；
当接收到数据包时，通过用户面的内核空间数据层从所述映射文件中获取数据包处理规则；基于所述数据包处理规则对所述数据包进行处理；其中，所述内核空间数据层中集成有高速处理数据包XDP技术。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述通过用户面的内核空间数据层从所述映射文件中获取数据包处理规则，包括：
通过内核空间数据层中的解析器对所述数据包进行解析，根据所述数据包中的特定字段获取会话上下文，将所述会话上下文和所述数据包发送到分流器；
通过所述分流器确定所述数据包的数据包类型，根据所述数据包类型访问所述会话上下文对应的BPF映射文件获得包检测规则，将所述数据包和所述包检测规则发送到转发器；
通过所述转发器在所述映射文件的流表中查找所述包检测规则所映射的转发行为规则，基于所述转发行为规则对所述数据包进行转发。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述数据包类型访问所述会话上下文对应的BPF映射文件获得包检测规则包括：
若所述数据包类型为上行数据包，则基于所述数据包中的流量终端标识符访问会话上下文对应的BPF映射文件中的第一哈希映射流表获得上行数据包检测规则；
若所述数据包类型为下行数据包，则基于所述数据包中的用户设备标识符访问会话上下文对应的BPF映射文件中的第二哈希映射流表获得下行数据包检测规则。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于所述建立请求消息获取数据包处理规则，并通过基于伯克利数据包过滤器BPF的共享库将所述数据包处理规则写入BPF映射文件中，包括：
基于所述建立请求消息创建会话上下文，根据所述会话上下文中的包处理规则信息生成哈希映射流表；
通过基于伯克利数据包过滤器BPF的共享库将所述哈希映射流表写入所述内核空间数据层中所述会话上下文对应的BPF映射文件；所述包处理规则信息包括：包检测规则和转发行为规则。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基于所述建立请求消息创建会话上下文，包括：
通过报文转发控制协议会话管理器调用BPF程序管理器；
通过BPF程序管理器访问共享库创建所述建立请求消息对应的会话上下文。
9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个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处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求4-8中任一项所述的用户面的数据包处理方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求4-8中任一项所述的用户面的数据包处理方法。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117527973A (zh) * | 2024-01-04 | 2024-02-06 | 深圳鼎信通达股份有限公司 | 基于xdp的高速数据转发方法、装置、语音网关及介质 |
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2023
- 2023-03-28 CN CN202310344088.8A patent/CN116347518A/zh active Pending
Cited By (2)
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| CN117527973B (zh) * | 2024-01-04 | 2024-04-09 | 深圳鼎信通达股份有限公司 | 基于xdp的高速数据转发方法、装置、语音网关及介质 |
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