CN1175632C - 数据报文传输序列号合法性的检查方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在GTP协议中，对接收报文序列号进行合法性检查的方法。包括：设置一个缓冲区，一个期望接收报文序列号E与实际接收报文序列号r的最大间距值B；当|E-r|＜B，且r没有处于当前序列号集合内时，判定其序列号合法，否则判为非法并丢弃；在|E-r|＞B时，进一步判定是否满足|E′-r|＜B，E′为缓冲区内暂时未被判定合法的报文的期望接收序列号，不满足时将当前实际接收报文存储在待判定缓冲区内，并让E′＝r+1，满足时，取出当前实际接收报文及待判定缓冲区内存储的报文，并交换E与E′。本发明通过将尚不能判定为合法的数据包暂存在缓存区内，然后根据后续接收包与该缓存包序列号间的相关性来决定缓存包是否合法，可以解决“漂移”和“片段丢失”现象。

Description

数据报文传输序列号合法性的检查方法

技术领域

本发明涉及一种GTP协议的实现技术，更确切地说是涉及一种在GTP协议的应用实现中，对传输接收的G-PDU(协议数据单元)数据报文(包)的序列号进行合法性检查的优化方法，并进一步延伸到对数据报文(包)的合法性检查。

背景技术

一个合理的接收数据包序列号的合法性检查方法对于减少非法报文的干扰、减少合法数据包的误丢弃率是至关重要的。

在GPRS及UMTS的相关协议中，为排除受损报文或残余报文等非法报文对接收方的干扰，而对经GTP隧道传输后接收的数据包序列号的合法性检查做出了规定。例如在3G TS 29.060协议中所记载的序列号的合法性检查方法原文描述如下：

This annex describes a method to determine whether or not a receivedT-PDU is valid，for the Usage of the Sequence Number subclause，9.3.1.1.

This method deals with two distinct problems.

The first one is the′drifting′between the Sequence Number valuethat we expect to receive in the light of the total number of T-PDUreceived for this tunnel(the Expected value)，and the effective receivedvalue.The probability that the received T-PDU is not correct becausenot awaited is higher if the distance between expected and receivedSequence Numbers is high than if this distance is low.This leads toCondition 1.I received values.in a circular 65536 dimension.

The second one is the duplication of T-PDU frames within a givennumber of last received frames that have been accepted by the condition1.

This leads to the following actions：

This operation shall start when the dialogue is established betweenthe GSNs.When each T-PDU is received during the dialogue，if this T-PDUis valid，its Sequence Number shall be saved.The last′A′saved SequenceNumbers represent the′Recorded Sequence Number Set′.

A received T-PDU sequence number is valid only if it sati sfies bothof the following conditions：

1)Min(Abs(E-r)，Abs(r-65536-E)，Abs(E-65536-r))＜′B′Condition 1

Where：′E′is the Expected Sequence Number and′r′is the receivedSequence Number.

2)The received Sequence Number is not a member of the RecordedSequence Number Set.Condition 2.

′A′and′B′are parameters.The receiving GSN shall discard areceived T-PDU with an invalid Sequence Number.

Abs(X)represents the absolute value of the number X.

Min(X，Y，Z)represents the lowest value taken from the numbers X，Y，and Z.

从上面的描述可知，GTP协议规定了两种数据包序列号合法性检查的方法：

第一种检查方法是在实际接收报文的序列号与期望接收报文的序列号间的差距超过规定值时，认为此接收报文是不正确的，如判定为过时或者受损的报文，用算式可表示为：

Min(Abs(E-r)，Abs(r-65536-E)，Abs(E-65536-r))＜′B′(公式1)

式中E代表期望接收报文的序列号，r代表实际接收报文的序列号，B代表期望接收报文的序列号与实际接收报文序列号间的最大距离(预先设定)。式中的65536是最大序列号(2个字节、16比特位长度)，达到65536后回卷归零，上式中考虑了序列号回卷对序列号合法性判断的影响，即加上了对边界值(0，65536)的判断：Abs(r-65536-E)，Abs(E-65536-r)。

第二种检查方法：将接收报文的序列号与记录的序列号集合进行比较，若接收报文的序列号处在记录的序列号集合之内，则认为此报文非法，接收方对序列号非法的接收包作抛弃处理。

在第一种方法中，根据协议规定，E取自接收数据包计数器的值，即接收方每接收一个合法数据包，E值就加1，当超过65535时就回卷归零。

按这种方法得到的E值，会产生“漂移”或“片段丢失”问题，会发生合法数据包被大量拒绝的情况。

如图1中所示，在发送10端向接收20端传送数据包(报文)的过程中，不可避免会产生丢包现象，然而10端并不知道丢包，仍然按照递增规律为每一个发送数据包分配序列号，导致20端期望接收数据包的E值与实际接收的序列号间的间距越来越大，在超过B值的情况下，合法包也会被20端丢弃，产生“漂移”，当出现连续若干个数据包丢失的情况时，则称作“片段丢失”。

在GTP协议规定方法的基础上，可以采用两种改良的方法来避免上述现象的发生。

改良方法一是改变期望接收报文序列号E的取值：

E＝(上次合法接收数据包的序列号+1)％(取模)65535

这种方法可以解决随机丢包产生的接收序列号“漂移”问题，但不能解决“片段丢失”问题，如B＝3，接收数据包的序列号为0，1，2，3，4，5，10，11，12，在序列号5后由于线路问题发生连续丢包(6，7，8，9)，当接收到序列号为10的数据包的时候，由于r-E＝10-(5+1)＝4＞3，则抛弃此包，按同样的方法计算，后继的包(11，12)也都会被抛弃。

改良方法二是随条件变化改变期望接收报文序列号(E)与实际接收报文序列号的(r)间的最大间距(B)，在上次接收的合法数据包序列号减去上次的(期望接收数据包的序列号)E值等于零时，让B等于系统规定的初始B值；在上次接收的合法数据包序列号减去上次的E值不等于零时，让B等于上次接收的合法数据包序列号减去上次的E值(取绝对值)，再加上系统规定的初始B值，用伪算法表示其改变规律如下：

if(上次接收的合法数据包序列号-上次的E值)＝0

{

  B＝系统规定的初始B值

}

else

{

  B＝abs((上次接收的合法数据包序列号-上次的E值))+B

}

两种改良方法的优缺点类似，后者还存在B值会不断增大的问题，以至于使合法性检查失去应有的作用。从上述两种改良方法也不难看出，在协议规定方法的基础上作改良，不论怎样处理，都会存在一些缺陷，不能完全解决问题。

发明内容

本发明的目的是针对GTP协议设计一种数据报文传输序列号的合法性检查方法，区别于GTP协议规定，可以完全解决“漂移”和“片段丢失”现象，并且实现简单，计算量小。

被GTP协议认定为非法包的是受损报文或残余报文，这些报文的特点是报文的序列号不相关，如果能够判断出连续几个报文之间的相关性，就可以判定这些报文是否合法。协议中规定的检查方法的缺陷恰在于不能根据与当前接收包相连续的几个包的情况来决定当前包是否合法。本发明的技术方案就是基于上述的基本分析作出的。

本发明方法的基本设计思想就是设置一个待判定缓冲区，来缓存尚且不能判定是否合法的报文，再根据其后续接收包序列号与该缓存包序列号之间的连续性或者相关性来决定该缓存包是否是合法报文。

实现本发明目的的技术方案是这样的：一种数据报文传输序列号合法性的检查方法，其特征在于包括：

A.设置一个待判定缓冲区，和设置一个期望接收报文序列号(E)与实际接收报文序列号(r)的最大间距值(B)；

B.在当前期望接收报文序列号(E)与当前实际接收报文序列号(r)的差值的绝对值小于最大间距值(B)，且当前实际接收报文序列号(r)没有处于记录的序列号集合内时，判定当前实际接收报文序列号是合法的，在该合法序列号的接收报文是来自待判定缓冲区的情况下，交换当前期望接收报文序列号(E)与待判定缓冲区内未被判定合法的报文的期望接收序列号(E′)的值，并将合法的序列号记录在序列号集合内；

C.在当前期望接收报文序列号(E)与当前实际接收报文序列号(r)的差值的绝对值小于最大间距值(B)，但当前实际接收报文序列号(r)处于记录的序列号集合内时，判定当前实际接收报文序列号是非法的，并抛弃该序列号的接收报文；

D.在当前期望接收报文序列号(E)与当前实际接收报文序列号(r)的差值的绝对值大于最大间距值(B)，且缓冲区内未被判定合法的报文的期望接收序列号(E′)与当前实际接收报文序列号(r)的差值的绝对值大于最大间距值(B)时，将当前实际接收报文存储在待判定缓冲区内，并让待判定缓冲区内未被判定合法的报文的期望接收序列号(E′)等于当前实际接收报文序列号(r)与1的和；

E.在当前期望接收报文序列号(E)与当前实际接收报文序列号(r)的差值的绝对值大于最大间距值(B)，且待判定缓冲区内未被判定合法的报文的期望接收序列号(E′)与当前实际接收报文序列号(r)的差值的绝对值小于最大间距值(B)时，将当前实际接收报文及待判定缓冲区内存储的接收报文取出，并返回步骤B、C执行。

所述的步骤A中，设置的最大间距值(B)，为2×(B′-1)，B′是GTP协议中规定的期望接收报文序列号(E)与实际接收报文序列号(r)的最大间距值。

所述的步骤B、C、D、E中，在判断当前期望接收报文序列号(E)与当前实际接收报文序列号(r)的差值的绝对值与最大间距值(B)的大小关系时，还包括：判断当前实际接收报文序列号(r)与最大回卷序列号(65535)及当前期望接收报文序列号(E)的差值的绝对值与最大间距值(B)的大小关系；当前期望接收报文序列号(E)与最大回卷序列号(65535)及当前实际接收报文序列号(r)的差值的绝对值与最大间距值(B)的大小关系。

上述操作只在报文序列号为(最大回卷序列号(65535)-(最大间距值(B)-1))至(最大回卷序列号(65535)+(最大间距值(B)-1))的范围内时执行。

所述步骤D、E中，在判断待判定缓冲区内未被判定合法的报文的期望接收序列号(E′)与当前实际接收报文序列号(r)的差值的绝对值与最大间距值(B)的大小关系时，还包括：判断当前实际接收报文序列号(r)与最大回卷序列号(65535)及待判定缓冲区内未被判定合法的报文的期望接收序列号(E′)的差值的绝对值与最大间距值(B)的大小关系；待判定缓冲区内未被判定合法的报文的期望接收序列号(E′)与最大回卷序列号(65535)及当前实际接收报文序列号(r)的差值的绝对值与最大间距值(B)的大小关系。

上述操作也只在报文序列号为(最大回卷序列号(65535)-(最大间距值(B)-1))至(最大回卷序列号(65535)+(最大间距值(B)-1))的范围内时执行。

所述的当前期望接收报文序列号(E)为上次接收的合法报文序列号加1。

所述的步骤C中，是采用比较当前实际接收报文序列号(r)与记录的序列号集合的方法进行的。

本发明的数据包传输序列号合法性的检查方法，通过设置待判定缓冲区来暂存序列号超过规定范围的接收报文，然后再等待此后接收的连续n个数据包，由它们的序列号来决定缓存的接收报文序列号是否合法，以决定是丢弃还是取出。可以解决背景技术方案中报文序列号“漂移”和“片段丢失”问题。

附图说明

图1是A端向B端传送数据报文的示意性过程框图。

图2是本发明方法的实施例流程框图。

实施方式

图1说明前已述及不再赘述。

本发明方法对合法报文的判定是由第一、第二两大步骤的操作决定的，即是否满足由图2中步骤202及203所决定的两个条件。

步骤201，设置待判定缓冲区，和设置初始B值，即所规定的期望接收报文的序列号与实际接收报文的序列号间的最大距离；

步骤202，对于接收的报文，先利用公式(2)检查该接收报文，通过判定其是否满足小于B值来确定其是否在期望接收的范围内，即是否满足合法报文的第一条件：

Min(Abs(E-r)，Abs(r-65536-E)，Abs(E-65536-r))＜B(公式2)

其中E是期望接收报文的序列号，表示为E＝(上次合法接收包的序列号+1)％65535，r是实际接收报文的序列号，若是在期望接收的范围内(＜B)，则执行步骤203，否则(＞B)，则执行步骤207；

步骤203，判断接收报文的序列号是否在记录的序列号集合之内，即是否满足合法报文的第二条件，可采用比较接收报文的序列号与记录的序列号集合的检查方法进行；

步骤205、206，若接收报文的序列号在记录的序列号集合之内(是已经成功接收的报文)，则认为此接收报文的序列号非法，接收方抛弃此数据包(该数据包已经成功接收了)；

步骤204，若接收报文的序列号不在记录的序列号集合之内，则认为此接收报文的序列号合法(未接收过)，如果该合法序列号的接收报文是来自待判定缓冲区的，接收方留存此数据包，同时交换E与E′的值；

E与E′是两个期望接收序列号，E′与E的意义类似，但E是期望接收报文的序列号，其值为上次合法接收数据包的序列号+1，而E′是可能接收报文的序列号，表示待判定缓冲区中尚未被判定合法的报文的期望接收序列号，其值为待判定缓冲区内的报文序列号+1，表示为E′＝(缓冲区内的报文序列号+1)％65535；

步骤210，对序列号合法的数据包，将其序列号记录在序列号集合内，供步骤203比较；

步骤207，对于经公式(2)判断为不在期望接收范围内的接收报文，进一步利用公式(3)检查该接收报文，通过判定是否满足小于B值来确定对待判定缓冲区内数据包的存、取操作：

Min(Abs(E′-r)，Abs(r-65536-E′)，Abs(E′-65536-r))＜B(公式3)

将当前接收报文的序列号按照公式3与E′比较，若满足公式3(＜B)则执行步骤209，否则执行步骤208(＞B)；

步骤208，将不能满足公式(3)的当前接收报文缓存在待判定缓冲区中，同时将可能接收报文的序列号值(E′)设置为当前接收数据包序列号加1，表示为E′＝(r+1)％65536；

步骤209，若经步骤207操作后，能满足公式3(＜B)，则说明当前接收数据包及待判定缓冲区内的数据包都在接收范围内，将当前接收数据包及缓存在待判定缓冲区内的包都取出，并再执行步骤203，进行是否满足合法报文第二条件的判定，对于从待判定缓冲区中取出的合法数据包，则需作交换E与E′值的操作。

上述步骤过程说明，待判定缓冲区的大小决定了对报文合法性判断的准确性，通常缓存2-3个数据包就能取得较好的效果。

公式2、3的关键处理是Abs(E-r)＜B、Abs(E′-r)＜B，但是为了解决序列号回卷对序列号合法性判断的影响，公式中加上了对边界值(0，65535)的判断，即Abs(E-65536-r)，Abs(r-65536-E)，Abs(r-65536-E′)，Abs(E′-65536-r)。在要求较快的报文转发速度时，若对大多数序列号非边界情况的报文也进行这种处理无疑会影响转发速度，因此可以对边界报文作单独处理。本发明采取的方法是：取窗口宽度为2×(B-1)，即对于在((65535-(B-1))-(65535+(B-1)))之间的序列号，需要判断边界情况，其它报文则按照Abs(E-r)＜B处理。

关于B的取值。采用本发明方法时，为解决序列号漂移问题，E的取值与协议中规定的不尽相同，GTP协议中规定E为已接受报文个数的累加值，但是本方法采用E＝(上次接收的合法报文序列号+1)％65535。当采用GTP协议中规定的E值时，GTP协议中规定序列号在当前已接收合法报文个数范围B之内的报文都合法，即序列号为(E-(B-1))和(E+(B-1))内的报文合法。而采用本发明方法中的E取值，当本次接收数据包的序列号与上一个接收数据包序列号(SeqNo1)相差(B-1)时，即处于接收边缘时(比如序列号为SeqNo1-(B-1))，下一次的合法包处于另一个边缘时(比如SeqNo1+(B-1))，按照公式2不能判定它是合法包。为能够准确快速接收合法报文，采用新的期望序列号与接收序列号的最大距离B，新B值＝2×(协议判断方法中的B值-1)，这样通过扩大接收范围，就可以解决上述问题。

例如根据GTP协议，B＝3，当采用本发明的上述方法时，B＝2×(3-1)＝4，相当于当前序列号左右两边的序列号都合法：如接收报文序列号的顺序为0，1，3，4，2，5，6，7，当接收到4时，按照GTP协议方法，E＝4，意味着2，3，4，5，6都是合法的报文；根据本发明方法，E＝5，若仍然规定B＝3，E-r＝5-2＝3，就无法接收到合法报文′2′。本发明采用新B值时，B＝4，收到报文4时，E＝(r+1)＝4+1＝5，当收到报文2时，E-r＝5-2＝3＜4，可以接收。

下面以缓存一个包的情况说明本发明的实现方法。

比如：B＝4，接收数据包序列号为：0，1，2，3，4，5，11，12，13。

在接收到序列号为5的合法数据包后，E＝6(5+1)，E′＝0。

当接收到序列号为11(r)的当前数据包后，根据公式2，r-E＝11-6＝5)B，判断此值超过范围，再按照公式3，r-E′＝11-0＝11＞B，此时不抛弃此数据包，将其缓存在待判定缓冲区中，但使E′＝12(11+1)；

当接收到序列号为12(r)的数据包时，由公式(2)判断r-E＝12-6＝5＞B，再由公式(3)判断r-E′＝12-12＝0＜B，应该接收序列号为12的数据包及接收缓冲区内序列号为11的数据包，并交换E与E′，即置E＝13，E′＝6；

当接收到序列号为13(r)的当前数据包后，根据公式2，r-E＝13-13＝0＜B，应该接收序列号为13的数据包。

本发明方法的缺点是：

(1)需要在发送与接收两端都采用本发明的方法，才能充分发挥本发明方法的所有优点。

按照GTP协议中规定的方法，为判断接收的报文是否合法，需要记录期望接收报文序列号的E值，为使对端(接收端)能够正确地接收本端(发送端)发送的报文，需要记录发送报文的序列号。若两端都采用本发明的方法，则不需要担心重启后不能记载发送报文的序列号值。若接收端采用本发明的方法，接收端重启后，由于发送端报文的发送序列号是连续的，接收端可以正常接收发送端报文。若发送端采用本发明的方法，发送端重启后，对发送报文将从零开始分配序列号，接收端也可以正常接收发送端的报文。

(2)使接收非法报文的可能性增大，因为如果按照GTP协议的方法处理，对于与E值相差B范围内的序列号都判定是合法的，采用本发明方法后，需要扩大接收范围B的范围，即新B值＝2×(协议判断方法中B值-1)，这意味着会使接收非法报文的可能性增大。但是由于新B值相对于65535来说是很小的，这种影响也可忽略不计。

Claims (8)

1.一种数据报文传输序列号合法性的检查方法，其特征在于包括：

A.设置一个待判定缓冲区，和设置一个期望接收报文序列号E与实际接收报文序列号r的最大间距值B；

B.在当前期望接收报文序列号E与当前实际接收报文序列号r的差值的绝对值小于最大间距值B，且当前实际接收报文序列号r没有处于记录的序列号集合内时，判定当前实际接收报文序列号是合法的，在该合法序列号的接收报文是来自待判定缓冲区的情况下，交换当前期望接收报文序列号E与待判定缓冲区内未被判定合法的报文的期望接收序列号E′的值，并将合法的序列号记录在序列号集合内；

C.在当前期望接收报文序列号E与当前实际接收报文序列号r的差值的绝对值小于最大间距值B，但当前实际接收报文序列号r处于记录的序列号集合内时，判定当前实际接收报文序列号是非法的，并抛弃该序列号的接收报文；

D.在当前期望接收报文序列号E与当前实际接收报文序列号r的差值的绝对值大于最大间距值B，且缓冲区内未被判定合法的报文的期望接收序列号E′与当前实际接收报文序列号r的差值的绝对值大于最大间距值B时，将当前实际接收报文存储在待判定缓冲区内，并让待判定缓冲区内未被判定合法的报文的期望接收序列号E′等于当前实际接收报文序列号r与1的和；

E.在当前期望接收报文序列号E与当前实际接收报文序列号r的差值的绝对值大于最大间距值B，且待判定缓冲区内未被判定合法的报文的期望接收序列号E′与当前实际接收报文序列号r的差值的绝对值小于最大间距值B时，将当前实际接收报文及待判定缓冲区内存储的接收报文取出，并返回步骤B、C执行。

2.根据权利要求1所述的一种数据报文传输序列号合法性的检查方法，其特征在于：所述的步骤A中，设置的最大间距值B，为2×(B′-1)，B′是GTP协议中规定的期望接收报文序列号E与实际接收报文序列号r的最大间距值。

3.根据权利要求1所述的一种数据报文传输序列号合法性的检查方法，其特征在于：所述的步骤B、C、D、E中，在判断当前期望接收报文序列号E与当前实际接收报文序列号r的差值的绝对值与最大间距值B的大小关系时，还包括：判断当前实际接收报文序列号r与最大回卷序列号65535及当前期望接收报文序列号E的差值的绝对值与最大间距值B的大小关系；当前期望接收报文序列号E与最大回卷序列号65535及当前实际接收报文序列号r的差值的绝对值与最大间距值B的大小关系。

4.根据权利要求3所述的一种数据报文传输序列号合法性的检查方法，其特征在于：上述操作只在报文序列号为(最大回卷序列号(65535)-(最大间距值(B)-1))至(最大回卷序列号(65535)+(最大间距值(B)-1))的范围内时执行。

5.根据权利要求1所述的一种数据报文传输序列号合法性的检查方法，其特征在于：所述步骤D、E中，在判断待判定缓冲区内未被判定合法的报文的期望接收序列号E′与当前实际接收报文序列号r的差值的绝对值与最大间距值B的大小关系时，还包括：判断当前实际接收报文序列号r与最大回卷序列号65535及待判定缓冲区内未被判定合法的报文的期望接收序列号E′的差值的绝对值与最大间距值B的大小关系；待判定缓冲区内未被判定合法的报文的期望接收序列号E′与最大回卷序列号65535及当前实际接收报文序列号r的差值的绝对值与最大间距值B的大小关系。

6.根据权利要求5所述的一种数据报文传输序列号合法性的检查方法，其特征在于：上述操作也只在报文序列号为(最大回卷序列号(65535)-(最大间距值(B)-1))至(最大回卷序列号(65535)+(最大间距值(B)-1))的范围内时执行。

7.根据权利要求1或2或3所述的一种数据报文传输序列号合法性的检查方法，其特征在于：所述的当前期望接收报文序列号E为上次接收的合法报文序列号加1。

8.根据权利要求1所述的一种数据报文传输序列号合法性的检查方法，其特征在于：所述的步骤C中，是采用比较当前实际接收报文序列号r与记录的序列号集合的方法进行的。