CN1713612A - 采用指针技术存储数据包的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了网络技术领域的一种采用指针技术存储数据包的方法。所述方法将存储空间分成工作区和备用区，在工作区空闲存储空间小于一个门限时将存储空间由工作区切换到备用区并存入数据，在备用区空闲存储空间小于一个门限时则清除所有工作区的数据包，将工作区和备用区进行互换，克服了现有技术中存在的数据包存储效率低，易受数据包种类的影响，存储空间的利用率低，存储操作的可靠性差等问题，提高了存储单元的利用率，降低了存储过程受数据包大小影响的可能性，同时避免出现错误指针内容而导致存储系统故障的现象，避免存储指针的累计效应，提高了存储系统的可靠性。

Description

采用指针技术存储数据包的方法

技术领域

本发明涉及网络技术领域，尤其涉及一种数据包存储方法。

背景技术

从上世纪90年代开始，网络技术得到快速发展，网络方面的标准体系逐步完善，新技术的应用带动产品价格大幅下降，国家骨干数据网络的建设，使得网络技术开始进入人们的日常生活，成为通讯费用外的一个新消费点。

传统的电话网络采用点对点通讯技术，用户完全占用一个通讯信道，具有独占性，无论用户是否在通话，通讯效率比较低，通讯系统复杂，灵活性差，成本高。网络技术采用数据包方式通讯，所有用户共享整个通讯网络，当一个用户不使用时，通讯信道可被其他用户使用，效率高，通讯系统简单，成本低，因此网络技术产品发展迅速。

网络产品的核心是数据包交换，在数据包交换过程中，需要将数据包先储存起来，然后通过数据包的开销字节进行处理，寻找路由，在路由方向确定后才取出数据包，然后发送出去。在产品中需要一个大的缓存单元，存储接收到的数据包。网络技术处理数据包具有如下特点：A、操作速度快，在短时间内需要交换大量的数据包，要求存入、取出的速度非常大；B、分类按照次序存放，交换时涉及不同的数据包种类，根据不同类的数据包进行分类存放；C、数据包长度不等，数据包的长度不确定，是随机的，最短为64字节，最长9600字节。

一般实现存储数据包时，采用如下几种方法：

1、数据包连续存储，一个数据包的数据连续存放在连续的地址单元上；2、采用简单的指针技术存储数据包，根据指针值来存储数据包；3、指针技术和连续存放结合。

以上所述的几种技术都存在如下问题：1、因为数据包的长度变化很大，当连续存放一个数据包时，不知道数据包的大小，因此需要分配最大包的存储空间，这个空间在存放小数据包时，浪费很严重；2、由于存在一个端口进入的数据包可能会发向所有不同方向去，一个方向接受的数据包可能来自不同的方向，因此需要根据数据包的不同方向进行分类存放，不同类别的数据包容易混淆，这样将整个存储空间分成许多小类别的存储区，端口越多，分的区越多，每区分配的空间都必须按最大缓存包数目来分配，但实际工作中有的分区数据包数目可能很少，有的可能不够用，造成存储空间浪费；3、在电路工作可能遇到意外干扰，如雷击、辐射、温变等原因，造成个别数据位错位，如果正好是指针值错误，则无法寻找其他数据，导致存储操作混乱，系统崩溃，可靠性差。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的数据包存储效率低，存储效率易受数据包种类多少的影响，存储空间的利用率低，错误数据包内容给系统带来负面影响，整个存储单元(块)操作的可靠性差等问题，以提供一种采用指针技术存储数据包方法。

本发明所述采用指针技术存储数据包方法包括以下步骤：

第一步，将存储空间分成两个区域，即工作区和备用区；

第二步，初始化两个存储区，将存储区分成许多小存储单元，将所述存储单元通过指针联接起来，形成存储空间；

第三步，检查工作区是否有空闲存储空间，如果有，则写入指针内容，校验内容，开始存入数据包内容，如果没有存储空间，则先转移：清除备用区的所有数据包，将工作区和备用区切换，新工作区全部为空闲存储空间，然后写入指针内容，校验内容，开始存入数据包内容；

第四步，根据指针，读出一个数据前面存储单元，通过校验位核实指针是否正确：如果正确，回收用过的存储空间，同时根据指针继续读数据包其他内容；如果错误，直接丢弃数据包；

第五步，如果工作区空闲存储空间小于一个门限，则开始切换存储空间，向备用区存入数据；

第六步，如果备用区空闲存储空间小于一个门限，则清除所有工作区的数据包，工作区和备用区进行互换。

采用本发明所述的采用指针技术存储数据包的方法，可以存储任意大小的数据包，提高了存储单元的利用率，降低了存储过程受数据包大小影响的可能性，同时避免出现错误指针内容而导致存储系统故障的现象，存储技术能够正确判断指针内容是否正确，对于错误的指针内容直接丢弃，不影响存储操作，存储系统可以初始化原来的存储结构，避免存储指针的累计效应，存储系统可靠性很高。

附图说明

图1是本发明所述采用指针技术存储数据包方法的流程图；

图2是存储空间中存储单元的结构示意图；

图3是现有技术中数据包在存储空间存放结果示意图；

图4是存储单元中指针值、校验值、数据包结构示意图；

图5是在保护方式下数据包在存储单元中的结构示意图；

图6是数据包存储区域切换过程示意图；

图7是工作区、备用区切换后数据包的存储结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明所述的采用指针技术存储数据包方法进行详细描述。

图1是本发明所述的采用指针技术存储数据包方法的流程图。将存储空间分成两部分：工作区和备用区，然后初始化两个区，将每个存储区分成多个小存储单元，将所述存储单元通过指针联接起来，形成存储空间。开始存储数据包操作：判断是存入数据包还是读出数据包。如果存入数据包，判断工作区是否有空闲空间，如果有则直接存入数据包；如果没有则开始切换工作区域，如果备用区为空闲，则直接切换，否则先清除备用区的所有数据包，然后切换、初始化备用区。开始存入数据包，写入数据包操作结束。如果需要读出数据包，则直接读出相应的数据包，判断数据包校验是否正确，如果校验正确，判断是否回收读出后产生的新空闲存储块，如果需要回收，则回收新的空闲存储块，否则丢弃。输出数据包，读出数据包操作结束。如果读出的数据包校验错误，则直接丢弃数据包，也不回收新空闲存储块，读出数据包操作结束。

图2是存储空间中存储单元的结构示意图。

采用指针技术时所用的存储空间分成许多存储单元，数据包就存放在这些存储单元内，一个数据包可能需要许多存储单元来存放，存储单元在物理地址上可能不是连续的，它们之间通过指针来连接起来。

图3是现有技术中数据包在存储空间存放结果示意图。

产生该存储结果的原因是由数据包的特点决定的，网络产品的核心是数据包交换，需要先对不同的数据包进行判断，判断数据包应该去的方向，然后发送到相应的方向去。由于数据包的数量很大，处理过程复杂，处理数据包需要一些时间，因此在数据包没有判断方向、发送前，需要先缓存起来，在确定发送方向(路由)后发送出去。由于数据包的速度很快，数据包长度不定，一个数据包可能分成好几段时间段接收完，同时有许多不同的接收方向，也有不同的发送方向，因此可能同时出现不同方向接收的数据包去同一个方向，也可能出现同一方向分时接收不同种类的数据包，因此数据包的存储方式很重要。为了适应数据包的变换，可以将整个缓存器分成许多小的存储单元，每个数据包存储在这些存储单元上，大的数据包占用多个存储单元，小数据包占少量存储单元，以适应数据包大小的变换。为了实现同时接收许多数据包，在一个数据包没有接收完前，可以开始接收另外的数据包，在存储时，不采用连续存储方式，也就是一个数据包占用的存储单元物理空间不连续，这样可以在一个数据包没有接收完前，接着存储另外的数据包。为了知道数据包中所有数据的存储位置，需要将物理上不连续的数据包联接起来，这就需要采用指针技术，每个存储单元中设立一个指针，指出下一个存储单元位置，这样实现一个完整的数据包的存储。将所有数据包的包头位置存储起来，形成队列指针组，每个指针指向一个数据包包头的存储位置，指针队列管理着整个存储的数据包，但存储一个数据包时，将新数据包包头位置指针插入队列队尾。在读出一个数据包时，同指针队列队头开始读取数据包包头指针位置，在这个位置开始读出数据包数据，一个存储单元读完后，查询这个存储单元的指针字节，确定下一个存储单元的位置，接着读取下一个存储单元，直到将这个数据包读取完。一个数据包读完后，则清除队列中这个数据包的指针，队列中下一个数据包变成第一数据包，同时将原数据包存储的空间回收起来作为新的空闲存储单元，用来存储新的数据包。在存入一个数据包时，在空闲存储单元上存入数据包数据，同时将这个存储单元的地址写入上一个存储单元指针字节位置，将新存储单元连接到上一个存储单元上，实现一个数据包中所有存储单元的连接。缓存中所有空闲存储单元也同样用指针连接起来，空闲队列队头指针指向低一个空闲存储单元。

现有技术中采用指针方式存储数据包，可以适应数据包大小的变化，充分利用缓存空间，可以实现一个数据包不连续存放，实现同时接收多个数据包的要求。但指针方式也存在弊端，因为存储单元之间通过指针进行寻找，相互关系唯一，抗干扰能力差。在电路工作中，如果偶然出现干扰因素，如电子干扰、电压突变、温度变化等，一旦操作的指针值发生错误，则读取下个存储单元地址发生错误，从错误的地方读出一个数据包，导致整个数据包全部错误，同时破环了其他正确的数据包。如果空闲存储单元头指针值发生错误，则无法找到正确的空闲存储单元，导致整个缓存器没有空闲存储单元，这个缓存操作崩溃，系统无法工作。如果在电路中确实因为外界干扰导致一些存储单元指针值错误，则应当丢弃这些存储单元，避免引起更大的错误，但丢弃空闲存取单元无法再利用，系统长期工作后逐渐积累下去，导致缓存容量逐渐变小，最后没有空闲存储单元可以利用。

图4是存储单元中一种指针值、校验值、数据包结构示意图。

在存储单元上设置校验字节，这个校验字节用来校验存储单元指针值内容是否正确，可以采用简单的奇偶校验，也可以采用CRC(CyclicRedundancy Check，循环冗余校验)校验方法，根据电路系统可靠性来选择。在写入存储单元指针值时，根据这个指针值产生校验值，并将校验值和指针值一起写入存储单元中，作为对指针内容是否正确的校验。

在读出数据包时，将指针值和校验位一起读出，通过指针值计算出校验位，将计算的校验位和读出的校验位进行比较，如果两者相同，说明指针值正确，可以用来寻找下一个存储单元的位置；如果两者不同，则说明存储单元中存在错误(指针值、校验位)，读出的指针值不可靠，不能被利用寻找下一个存储单元，避免引起更大的错误。当出现错误的存储单元时，终止当前数据包的读出操作，丢弃这个数据包，也丢弃这个数据包的存储空间，不再被回收利用。应用校验的方法，可以诊断一个数据包存储空间是否正确，如果存储空间有误，则丢失这个数据包和存储空间，这样只是丢弃一个数据，避免电路应用了一个错误的指针值，引起这个缓存操作的紊乱。校验方式只需要对指针内容进行校验即可，不需要对这个存储空间(包括数据内容)检验，用于校验指针值是否正确，避免应用到错误的指针值。数据包内容部分如果出现错误，只是出现数据包误码，不会影响缓存操作的正常工作。

图5是在保护方式下数据包在存储单元中的结构示意图。

将缓存空间分成两个部分：工作区和备用区。

采用指针方式存储数据包，在出现存储单元存储时，直接丢弃当前数据包及存储空间，这样缓存的存储单元数量就减小了，存储空间减小过程具有积累效应，只要存在错误数据单元，就缓存空间就会持续减小。即使电路的可靠性很高，但零星的错误积累下去，带来严重的后果，导致存储空间严重不足，系统出现崩溃现象。采用指针方式存储数据包时，没用应用到的存储单元(空闲存储单元)也同样应用指针方式进行联接起来，用来存储写入的数据。如果空闲存储单元中第一个空闲单元的指针出现错误，无法确定后面的空闲单元位置，直接导致没有存储空间(空闲存储单元)可以利用，系统出现崩溃。本发明所述采用指针技术存储数据包方法可有效解决这一问题。

对于工作区中空闲存储单元，也采用指针校验位来判断指针是否正确。正常工作时，数据包全部工作在工作区，工作区和分区前的缓存完全一样，只是存储空间小了一半。整个存储操作在工作区，向工作区存储数据包，从工作区读出数据包，空闲的存储单元也位于工作区，这样的工作过程和没有分区前完全一样。备用区全部当出现过多的坏存储单元导缓存空间不足或第一个空闲单元指针错误导致无法找到空闲单元时，开始存储区域切换操作。

图6是数据包存储区域切换过程示意图。

存储区域切换时，将备用区存储单元全部作为新空闲存储单元，原工作区的空闲存储单元丢弃不用，这样向原备用区存入数据包。原来的工作区只是读出数据包，但不存入数据包，读出的数据包存储单元直接丢弃，不再被利用。原来的备用区存储数据包，也可以读出数据包，读出的数据包的存储单元回收为空闲存储单元，可以储存新的数据包，成为备用区的空闲存储单元。在一定时间或条件下，确定原来的工作区需要丢弃，这时原来工作区已经没有数据包，或者原来工作区的数据包为死包，无法读出，清除原来工作区中的所有数据包，只需要将数据包队列中指向原来工作区的指针丢弃就可以，数据包队列中数据包1、数据包2数据包3都在原来工作区，丢弃这三个数据包，直接从第四个数据包开始读出数据。在完成丢弃操作后，原来工作区已经没有数据包了，将原来工作区的所有存储单元初始化，全部变成空闲存储单元，这样原工作区成为新备用区，原备用区成为新工作区。

图7是工作区、备用区切换后数据包的存储结构示意图。经过工作区域切换后，新备用区所有存储单元都可以被下次利用，避免没有空闲存储单元被可以使用导致系统崩溃的显现。

Claims (5)

1、一种采用指针技术存储数据包的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，将存储空间分成两个区域，即工作区和备用区；

第二步，初始化两个存储区，将存储区分成多个小存储单元，将所述存储单元通过指针联接起来，形成存储空间；

第三步，检查工作区是否有空闲存储空间，如果有，则写入指针内容，校验内容，开始存入数据包内容，如果没有存储空间，则先转移；

第四步，根据指针，读出一个数据前面存储单元，通过校验位核实指针是否正确：如果正确，回收用过的存储空间，同时根据指针继续读数据包其他内容；如果错误，直接丢弃数据包；

第五步，如果工作区空闲存储空间小于一个门限，则开始切换存储空间，向备用区存入数据；

第六步，如果备用区空闲存储空间小于一个门限，则清除所有工作区的数据包，工作区和备用区进行互换。

2、根据权利要求1所述的指针技术存储数据包的方法，其特征在于，所述存储单元包括指针值、校验值和数据包。

3、根据权利要求1所述的指针技术存储数据包的方法，其特征在于，采用奇偶校验法核实存储单元校验位指针值内容是否正确。

4、根据权利要求1所述的指针技术存储数据包的方法，其特征在于，采用循环冗余校验法核实存储单元校验位指针值内容是否正确。

5、根据权利要求1所述的指针技术存储数据包的方法，其特征在于，所述第三步中，转移的具体过程为：清除备用区的所有数据包，将工作区和备用区切换，新工作区全部为空闲存储空间，然后写入指针内容，校验内容，开始存入数据包内容。

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