CN1710905A - 网间互联协议报文处理装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信领域，公开了一种网间互联协议报文处理装置及其方法，使得有效匹配接口带宽和CPU协议处理能力。这种网间互联协议报文处理装置及其方法将传统接口板上接口和协议处理功能分离到各自独立的一块接口板和多块协议处理板，接口板只负责报文的接收和ARP、ICMP报文的处理，并根据协议类型将收到的IP报文分发到相应的独立协议处理板进行处理。

Description

网间互联协议报文处理装置及其方法

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及下一代网络(Next Generation Network，简称“NGN”)核心网络设备中的网间互联协议(Internet Protocol，简称“IP”)报文处理方法和装置。

背景技术

现代电信网络正逐步向NGN演进。NGN是一种规范和部署网络的概念，通过使用分层、分面和开放接口的方式，给业务提供者和运营者提供一个平台，借助这一平台逐步演进以生成、部署和管理新的业务。

NGN在以电路交换为主的传统公用电话交换网(Public SwitchedTelephone Network，简称“PSTN”)的基础上逐步迈向以分组交换为主的IP网络，不仅承载了原PSTN的所有业务，而且把大量数据传输卸载到IP网络中以减轻其负荷，同时IP技术的新特性引入了许多新业务。从这个意义上讲NGN是采用时分多路复用(Time Division Multiplexing，简称“TDM”)技术的PSTN电路交换网与采用IP技术的分组交换网融合的产物，可以在其上综合语音、视频、数据等业务。

NGN体系采用开放的网络体系构架，将传统交换机的功能模块分离成为独立的网络部件，部件间的协议接口基于相应的标准，各个部件可以按相应的功能划分各自独立发展。部件化使得原有的电信网络逐步走向开放，运营商可以根据业务的需要自由组合各部分的功能产品来组建网络。部件间协议接口的标准化可以实现各种异构网的互通。

NGN的发展对网络的数据传输率也提出了更高的要求。近年来以太网技术飞速发展，从快速以太网(Fast Ethernet，简称″FE″)到千兆以太网(GigabyteEthernet，简称″GE″)，网络数据传送速率不断提高，这就又反过来对NGN网络中分组协议处理能力的要求也越来越高。NGN网络设备是通过IP接口板接收网络上的分组报文的。目前IP接口板普遍设计为分布式系统，NGN核心网络设备的每一块IP接口板除了具备收发IP报文的能力外，还具备分组协议处理能力。为了提高系统的协议处理能力，IP接口板上通常使用高规格的中央处理器(Central Processing Unit，简称″CPU″)，由于CPU的价格相对昂贵，这种方法组网成本较高。而且在采用高规格的CPU仍然无法满足系统容量需求的情况下，只能通过增加IP接口板的方法来提高系统性能，进一步增加了组网成本。

在实际应用中，上述方案存在以下问题：CPU的处理能力远远低于接口带宽，因此当业务量增加至需要多个CPU处理时，就需要配置多块IP接口板，这就导致了接口资源的浪费，增加了组网成本。

造成这种情况的主要原因在于，网络接口和协议处理能力没有分离，无法有效匹配接口带宽和CPU处理能力。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种网间互联协议报文处理装置及其方法，使得有效匹配接口带宽和CPU协议处理能力。

为实现上述目的，本发明提供了一种网间互联协议报文处理装置，包含一块接口板和多块协议处理板，其中，

所述接口板用于通过第一以太网接口接收来自外部的报文，处理其中的地址解析协议报文和因特网控制报文协议报文，并将接收到的本接口板不处理的网间互联协议报文按照其协议类型，通过第二以太网接口分发到相应的所述协议处理板；

所述协议处理板用于通过以太网接口接收来自所述接口板的网间互联协议报文并进行处理。

其中，所述接口板包含第一和第二以太网接口、网间互联协议分发模块、地址解析协议处理模块、因特网控制报文协议处理模块，其中

所述第一以太网接口用于接收来自外部的报文，将其中的地址解析协议报文发送到所述地址解析协议处理模块，将其中的网间互联协议报文发送到所述网间互联协议分发模块；

所述第二以太网接口用于和所述协议处理板通信；

所述网间互联协议分发模块用于根据网间互联协议报文的协议类型，将其中的因特网控制报文协议报文发送到所述因特网控制报文协议处理模块，将其他的网间互联协议报文通过所述第二以太网接口分发到相应的所述协议处理板；

所述地址解析协议处理模块用于处理地址解析协议报文；

所述因特网控制报文协议处理模块用于处理因特网控制报文协议报文。

所述接口板根据协议类型、源网间互联协议地址、源端口号、目的网间互联协议地址、目的端口号将同一次呼叫的网间互联协议报文分发到相同的协议处理板。

所述以太网接口是快速以太网接口或千兆以太网接口。

所述网间互联协议分发模块中还包含网间互联协议分片报文动态分发表；

所述网间互联协议分发模块还用于在收到分片报文的第一帧时，在所述表中保存该分片报文的源网间互联协议地址、协议类型、网间互联协议标识、以及处理该分片报文的协议处理板板号，并且在收到分片报文的后续帧时，按照源网间互联协议地址、协议类型和网间互联协议标识从所述表中查询到相应的协议处理板板号，将该分片报文发送到该板号对应的协议处理板。

本发明还提供了一种网间互联协议报文处理方法，包含以下步骤：

A接口板判别接收到的报文的类型，如果是地址解析协议报文则发送给本接口板中的地址解析协议报文处理模块进行处理，如果是网间互联协议报文则发送给本接口板中的网间互联协议分发模块；

B所述网间互联协议分发模块将因特网控制报文协议报文发送到所述接口板中的因特网控制报文协议处理模块进行处理，将其他网间互联协议报文根据其协议类型，分发给相应的协议处理板进行处理。

其中，所述步骤B还包含以下步骤：所述网间互联协议分发模块根据所述网间互联协议报文的片偏移字段判断是否分片报文，如果是，则执行以下步骤：

B1判断所述网间互联协议报文是否分片报文的第一帧，如果是，则根据所述网间互联协议报文的协议类型确定相应的协议处理板，并且将该协议处理板的板号以及所述网间互联协议报文的源网间互联协议地址、协议类型和网间互联协议标识添加到网间互联协议分片报文动态分发表中，并执行步骤B3，否则执行步骤B2；

B2根据所述网间互联协议报文的源网间互联协议地址、协议类型以及网间互联协议标识，查询所述网间互联协议分片报文动态分发表，确定所述网间互联协议报文相应的协议处理板板号；

B3将所述网间互联协议报文分发到其相应的协议处理板。

所述步骤B2还包含以下步骤：当在所述网间互联协议分片报文动态分发表中未查找到所述网间互联协议报文的源网间互联协议地址、协议类型及网间互联协议标识时，丢弃所述网间互联协议报文。

在所述步骤B中还包含以下步骤：所述网间互联协议分发模块丢弃目的网间互联协议地址为广播网间互联协议地址和多播网间互联协议地址的网间互联协议报文。

通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的区别在于，将传统接口板上接口和协议处理功能相分离，接口板只负责ARP、ICMP报文的处理，并根据协议类型将IP报文分发到相应的独立协议处理板进行处理。

这种技术方案上的区别，带来了较为明显的有益效果，即简化了组网，向外提供了统一的IP接口，并可通过增加协议处理板平滑扩展系统处理能力，有效利用接口带宽资源，节约了组网成本。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的IP报文处理装置结构示意图；

图2是根据本发明的一个实施例的IP报文处理方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，根据本发明的一个实施例的IP报文处理装置由一块IP接口板10以及多块协议处理板20、21、22构成，它们之间通过内部以太网30相连。

其中，IP接口板10由内部以太网接口101、外部以太网接口102、地址解析协议(Address Resolution Protocol，简称″ARP″)处理模块103、IP分发模块104、因特网控制报文协议(Internet Control Message protocol，简称“ICMP”)处理模块105构成。

协议处理板20由内部以太网接口201、传输控制协议(Transfer ControlProtocol，简称“TCP”)处理模块202和socket套接字接口203构成。协议处理板21由内部以太网接口211、用户数据报协议(User Datagram Protocol，简称“UDP”)处理模块212和socket套接字接口213构成。协议处理板22由内部以太网接口221、流控制传输协议(Stream Control TransmissionProtocol，简称“SCTP”)处理模块222和socket套接字接口223构成。

需要说明的是，协议处理板所处理的传输层协议可以根据协议处理板的功能不同而不同，例如在协议处理板21中采用UDP处理模块212来处理UDP协议，而在协议处理板22中采用SCTP处理模块222来处理SCTP协议。

上述IP接口板10用于将外部以太网络接口102上收到的IP报文根据其协议类型分发到相应的协议处理板处理，同时将协议处理板20、21和22发来的'报文发送到外部网络上。

此外，IP接口板10还配备ARP协议处理模块103来保证数据链路层的正常通信，配备ICMP协议处理模块105来处理ICMP报文。

IP接口板10中的IP分发模块104用于分发IP报文。对于从外部以太网收到的报文，IP分发模块104根据其协议类型，交由IP接口板10中相应协议处理板处理，或通过内部以太网接口101发送到相应的协议处理板上进行处理。

需要说明的是，当同一种协议有多块协议处理板可供选择时，由于NGN网络分组协议要求同一次呼叫的报文要在同一块协议处理板上进行，因此要在IP接口板10上进行数据配置，根据协议类型、源IP地址、源端口号、目的IP地址、目的端口号的五元组选择协议处理板进行分发。

除此之外，对于分片的IP报文，IP分发模块104还需要维护一个IP分片报文动态分发表。该分发表记录了每个分片IP报文的源IP地址、协议类型、IP标识和对应的接收协议处理板板号。当收到某IP分片报文的第一帧时，将这些信息作为一个记录添加到IP分片报文动态分发表中；当收到该IP分片报文的后续帧时，查找该表获取该报文第一帧所分发到的协议处理板板号，将当前帧也分发到该协议处理板上。对于来自协议处理板的下行IP报文，IP接口板10将其转发到外部网络上。

需要说明的是，IP接口板10对外部网络和内部网络的接口可以根据分组报文的流量需求配置FE接口、GE接口或者其它类型的IP接口。

协议处理板20、21、22负责对IP报文进行协议处理，并向上层应用程序提供标准的Socket套接字接口。根据本发明，对于不同的传输层协议，配置了不同的协议处理板。TCP协议处理板20的传输层协议配置了TCP协议处理板202，用以处理从IP接口板10发来的TCP报文。同样，协议处理板21配置了UDP协议处理板212，协议处理板22配置了SCTP协议处理板222，处理相应协议的IP报文。此外，还可以根据不同传输层协议的处理要求增加相应的协议处理板。

图2示出根据本发明的一个实施例的IP报文处理方法流程。如图所示，首先在步骤1100，外部以太网接口102从外部网络接收到一个IP报文，此后进入步骤1200。

在步骤1200，外部以太网接口102检查该报文以太网帧中的协议类型。若协议类型是ARP报文，则进入步骤1210，将该ARP报文交给ARP协议处理模块103进行处理，学习ARP表项，为以后发送的IP报文提供IP地址到媒体访问控制(Medium Access Control，简称“MAC”)地址的映射。若协议类型是IP报文则提交给IP分发模块104，进入步骤1300。需要说明的是，本发明的接口板ARP报文和IP报文，如果是其它类型的报文则丢弃。

在步骤1300，IP分发模块104首先检查该报文的目的地址的有效性，若是广播IP地址或多播IP地址，则进入步骤1311，将该报文丢弃；若是本IP接口板地址，则检查该报文的IP报文协议类型，若为ICMP报文，则进入步骤1310，将该报文转交给ICMP协议处理模块105处理。否则进入步骤1400。

由于一个IP报文必须在一块协议处理板上进行处理，而对于分片的IP报文，其后续片只能得到协议类型、源IP地址和目的IP地址，不能得到源端口号和目的端口号，不能按照一般的IP报文分发规则进行分发，必须区别对待，故设立了步骤1400。在步骤1400，IP分发模块104检查该报文的片偏移字段是否为0，以判断该IP报文是否为分片报文。若不是分片报文，则进入步骤1410，对该未分片IP报文进行分发；否则进入步骤1500，进入分片报文的处理步骤。

具体的说，在步骤1410，IP分发模块104检查该IP报文的协议类型字段，确定将其分发到哪种类型的协议处理板上。若同一种类型的协议处理板有不止一块，由于NGN网络分组协议要求同一次呼叫的报文要在同一块协议处理板上进行，因此要在IP接口板10上进行数据配置，根据IP报文的协议类型、源IP地址、源端口号、目的IP地址、目的端口号的五元组选择协议处理板进行分发。若不能找到与之匹配的协议处理板，则认为该IP报文无效，将其丢弃。当IP接口板10确定了处理该IP报文的协议处理板号后，进入步骤1600，将该IP报文通过内部以太网交换机发送到协议处理板上。

步骤1600，IP接口板10将该IP报文封装入以太网帧，根据目的协议接口板号得到相应的目的MAC地址填入以太网帧的目的地址，源地址填入IP接口板10自己的MAC地址，协议类型填0x3001，表示该帧为内部以太网的上行报文，然后通过内部以太网交换机发送到相应的协议处理板，进入步骤1700。

步骤1700，协议处理板的内部以太网接口收到该帧后，根据协议类型0x3001确定是内部以太网上行帧，将其交给传输层协议处理板处理，最后将处理结果通过标准的Socket接口送给应用程序。

在步骤1400中，当IP分发模块104发现该报文是分片报文时，进入步骤1500。步骤1500首先判断该报文是否为分片报文的第一片。若为第一片，则进入步骤1510。步骤1510中，首先同步骤1410，按照一般报文的分发规则确定协议处理板号，然后将该报文的源IP地址、协议类型、IP标识以及对应的协议处理板号作为一个记录添加到IP分片报文动态分发表中，作为分片后续报文的分发依据。之后进入步骤1600，将该报文发送至协议处理板进行处理。

在步骤1500中，当检查发现该IP报文是分片报文的后续帧时，进入步骤1520。步骤1520，IP分发模块104根据该报文的源IP地址、协议类型和IP标识查找IP分片报文动态分发表，找到其对应的分片报文第一帧分发到的协议处理板号作为目的协议处理板号，然后进入步骤1600，将该报文发送至协议处理板进行处理。若在IP分片报文动态分发表中无法找到匹配的记录，则将该报文丢弃。IP分片报文的重组在协议处理板的传输层协议处理板中进行。需要注意的是，IP分片报文动态分发表是专为IP分片报文的分发而增加的动态表，为避免该表无限扩大，其中的记录若在一定周期后未被查询到，则要老化删除。

以上是对上行报文的处理流程。在本发明中，对于下行IP报文的处理流程相对于上行报文的处理流程要简单一些，协议处理板将需要发送的IP报文发送至IP接口板10，再经IP接口板发送至外部网络。因此，协议处理板首先获得IP接口板10的MAC地址，将其填入以太网帧目的地址字段，将自己的MAC地址填入源地址字段，以太网协议类型字段填0x3000，表示该帧为内部以太网下行报文，通过内部以太网交换机发送至IP接口板10。IP接口板收到该帧后，根据协议类型0x3000确定是内部以太网下行报文，需要发送至外部网络，再查找IP路由表，确定外部网络下一跳的IP地址，再查找ARP表，得到下一跳的MAC地址，最后将该IP报文重新装入以太网帧，目的地址填下一跳的MAC地址，源地址填IP接口板10自己的MAC地址，协议类型填0x800，指示为IP报文，发送至外部网络。

虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种网间互联协议报文处理装置，其特征在于，包含一块接口板和多块协议处理板，其中，

所述接口板用于通过第一以太网接口接收来自外部的报文，处理其中的地址解析协议报文和因特网控制报文协议报文，并将接收到的本接口板不处理的网间互联协议报文按照其协议类型，通过第二以太网接口分发到相应的所述协议处理板；

所述协议处理板用于通过以太网接口接收来自所述接口板的网间互联协议报文并进行处理。

2.根据权利要求1所述的网间互联协议报文处理装置，其特征在于，所述接口板包含第一和第二以太网接口、网间互联协议分发模块、地址解析协议处理模块、因特网控制报文协议处理模块，其中

所述第一以太网接口用于接收来自外部的报文，将其中的地址解析协议报文发送到所述地址解析协议处理模块，将其中的网间互联协议报文发送到所述网间互联协议分发模块；

所述第二以太网接口用于和所述协议处理板通信；

所述网间互联协议分发模块用于根据网间互联协议报文的协议类型，将其中的因特网控制报文协议报文发送到所述因特网控制报文协议处理模块，将其他的网间互联协议报文通过所述第二以太网接口分发到相应的所述协议处理板；

所述地址解析协议处理模块用于处理地址解析协议报文；

所述因特网控制报文协议处理模块用于处理因特网控制报文协议报文。

3.根据权利要求1所述的网间互联协议报文处理装置，其特征在于，所述接口板根据协议类型、源网间互联协议地址、源端口号、目的网间互联协议地址、目的端口号将同一次呼叫的网间互联协议报文分发到相同的协议处理板。

4.根据权利要求1所述的网间互联协议报文处理装置，其特征在于，所述以太网接口是快速以太网接口或千兆以太网接口。

5.根据权利要求1所述的网间互联协议报文处理装置，其特征在于，所述网间互联协议分发模块中还包含网间互联协议分片报文动态分发表；

所述网间互联协议分发模块还用于在收到分片报文的第一帧时，在所述表中保存该分片报文的源网间互联协议地址、协议类型、网间互联协议标识、以及处理该分片报文的协议处理板板号，并且在收到分片报文的后续帧时，按照源网间互联协议地址、协议类型和网间互联协议标识从所述表中查询到相应的协议处理板板号，将该分片报文发送到该板号对应的协议处理板。

6.一种网间互联协议报文处理方法，其特征在于，包含以下步骤：

A接口板判别接收到的报文的类型，如果是地址解析协议报文则发送给本接口板中的地址解析协议处理模块进行处理，如果是网间互联协议报文则发送给本接口板中的网间互联协议分发模块；

B所述网间互联协议分发模块将因特网控制报文协议报文发送到所述接口板中的因特网控制报文协议处理模块进行处理，将其他网间互联协议报文根据其协议类型，分发给相应的协议处理板进行处理。

7.根据权利要求6所述的网间互联协议报文处理方法，其特征在于，所述步骤B还包含以下步骤：所述网间互联协议分发模块根据所述网间互联协议报文的片偏移字段判断是否分片报文，如果是，则执行以下步骤：

B1判断所述网间互联协议报文是否分片报文的第一帧，如果是，则根据所述网间互联协议报文的协议类型确定相应的协议处理板，并且将该协议处理板的板号以及所述网间互联协议报文的源网间互联协议地址、协议类型和网间互联协议标识添加到网间互联协议分片报文动态分发表中，并执行步骤B3，否则执行步骤B2；

B2根据所述网间互联协议报文的源网间互联协议地址、协议类型以及网间互联协议标识，查询所述网间互联协议分片报文动态分发表，确定所述网间互联协议报文相应的协议处理板板号；

B3将所述网间互联协议报文分发到其相应的协议处理板。

8.根据权利要求7所述的网间互联协议报文处理方法，其特征在于，所述步骤B2还包含以下步骤：当在所述网间互联协议分片报文动态分发表中未查找到所述网间互联协议报文的源网间互联协议地址、协议类型及网间互联协议标识时，丢弃所述网间互联协议报文。

9.根据权利要求6所述的网间互联协议报文处理方法，其特征在于，在所述步骤B中还包含以下步骤：所述网间互联协议分发模块丢弃目的网间互联协议地址为广播网间互联协议地址和多播网间互联协议地址的网间互联协议报文。