CN1874301A - 快速响应ip分片报文的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种快速响应IP分片报文的方法，包括：IP发送端发送IP分片报文；IP目的端接收所述IP分片报文，判断所述IP分片报文是否需要直接回应，如果是，所述IP目的端在网络层立即发送响应信息到所述IP发送端；否则，所述IP目的端重组所述IP分片报文。通过对IP分片报文的响应处理，缩短了对IP分片报文的响应时间，满足响应处理的实时性要求很高的要求；由于不在IP目的端重组后再响应IP发送端，减少响应时间的重组开销；同时减少了因建立重组队列而遭受攻击的可能性。

Description

快速响应IP分片报文的方法和系统

技术领域

本发明涉及网络通信中的报文处理技术，尤其涉及快速响应IP分片报文的方法和系统。

背景技术

在网络中传输数据时，物理网络层一般要限制每次发送数据帧的最大长度。任何时候IP(Internet Protocol，网络协议)层接收到一份要发送的IP报文的时，判断向本地哪个接口发送数据，并查询该接口以获得其MTU(Maximum Transmission Unit，最大传输单元)。在IP层把接收接口的MTU与需发送IP报文长度进行比较，根据需要把IP报文进行分片，拆分成若干个IP分片报文，即：除最后一片报文，其它的分片报文的大小都达MTU的传输能力。

在构成完整IP报文的所有IP报文分片达到以后，目的接口才进行重新组装，即：重组。重新组装由目的端的IP层来完成，其目的是使分片和重新组装过程对传输层是透明的。

IP分片报文首部中包含的数据为分片和重组提供了足够的信息：。

例如IPV4(Internet Protocol version 4，第四代网络协议)的IP分片报文结构如图1所示：前20字节为IP基本报头，其中下面字段用于分片重组过程的标识、标志、片偏移等。

对于发送端发送的每片IP分片报文来说，其标识字段都包含一个唯一值，该值在报文分片时被复制到每片IP分片报文中。

标志字段用其中一个比特(bit)来表示把需要分片的IP报文分为更多的片，除了最后一片外，其他IP分片报文都要把该比特置1。

片偏移字段指的是，该片IP分片报文偏移原始IP报文开始处的位置。

当IP报文被分片后，每片IP分片报文的总长度值要改为该片报文的长度值。

最后，标志字段中有一个比特称作“不分片”位，如果将这一比特置1，IP将不对数据报进行分片，如果该把报文丢弃，则发送一个ICMP(InternetControl Message Protocol，网络控制信息协议)差错报文给IP报文发送端。

当IP报文被分片后，每一片都成为一个IP分片报文，有自己的IP基本报头，并在选择路由时与其他IP分片报文独立。当IP分片报文到达IP目的端时有可能会失序，但是在IP首部中有足够的信息让接收端能正确组装这些IP分片报文。

报文的分片重组过程如图2所示：IP目的端收到IP分片报文，根据IP基本报头的标识字段，挂到重组队列中，等待其余分片报文。当在重组队列中收集到所有IP分片报文，就开始根据每个分片报文的标志和片偏移字段来将报文重新组装为原始的一个IP报文，并交给传输层处理。

现有技术对于一些对应答处理的实时性要求很高的业务中，可能不满足需求。

例如：当IP目的端需要快速响应的业务时，IP目的端对IP报文分片重组，待重组完成后，对组装后的原始IP报文再作应答处理，这样在重组的时候占用了大量的时间，不能满足快速响应的需求。特别是IP目的端采用分布式结构，不同的IP分片报文可能到达IP目的端的不同接口板，重组需要做板间传递，进一步影响了应答处理的实时性。

例如：如图3所示中分布式结构中，报文的分片重组过程。IP目的端由接口板1、接口板2和主控板构成，第一片IP分片报文、第三片IP分片报文到达接口板2，第二片IP分片报文到达接口板1，为了实现重组，所有IP分片报文传递到主控板，集中做重组。这种情况下，除了重组耗费时间，板间传递也耗费一定时间。

发明内容

本发明要解决的问题在于提供快速响应IP分片报文的方法和系统，缩短对IP分片报文的响应时间，满足实时性的要求。

为实现以上的目的，本发明技术方案是这样实现的：

一种快速响应IP分片报文的方法，包括：

IP发送端发送IP分片报文；

IP目的端接收所述IP分片报文，判断所述IP分片报文是否需要直接响应，如果是，所述IP目的端在网络层立即发送响应信息到所述IP发送端；否则，所述IP目的端重组所述IP分片报文。

所述IP分片报文为：扩展基本报文头中保留字段的IP分片报文或带有协议类型信息的IP分片报文。

所述IP目的端接收所述IP分片报文之后还包括步骤：

IP目的端解析所述的IP分片报文，获取所述保留字段的值或协议类型信息。

所述扩展报文头中保留字段使用指定值标识是否直接响应；

所述协议类型信息包括：网络控制消息协议、传输控制协议或用户数据报协议。

所述在网络层立即发送响应信息到所述IP发送端之前还包括步骤：修改该IP分片报文中的信息。

所述修改该IP分片报文中的信息具体包括步骤：

直接交换所述IP分片报文的源地址和目的地址；

修改所述IP分片报文中基本报头的分片标识字段为本地的分片标识；

调整所述IP分片报文的校验和。

所述修改该IP分片报文具体包括步骤：

修改所述IP分片报文中基本报头的生存时间TTL为指定的TTL；

修改所述IP分片报文中的负荷内容。

所述响应信息为修改后的IP分片报文信息。

所述IP目的端还对所述IP分片报文进行二次分片。

本发明还提供了一种快速响应IP分片报文的方法，包括：

IP发送端发送IP分片报文；

IP目的端接收所述的IP分片报文；

所述IP目的端在网络层立即发送响应信息到IP发送端。

所述IP分片报文为：扩展基本报文头中保留字段的IP分片报文或带有协议类型信息的IP分片报文。

所述IP目的端接收所述IP分片报文之后还包括步骤：

IP目的端解析所述的IP分片报文，获取所述扩展基本报文头中保留字段的值或协议类型信息。

所述保留字段使用指定值标识是否直接响应；

所述协议类型信息包括：网络控制消息协议、传输控制协议或用户数据报协议。

所述在网络层发送响应信息立即响应IP发送端之前还包括：修改该IP分片报文中的信息。

所述修改该IP分片报文中的信息具体包括：

直接交换所述IP分片报文的源地址和目的地址；

修改所述IP分片报文中基本报头的分片标识字段为本地的分片标识；

调整所述IP分片报文的校验和。

所述修改该IP分片报文具体包括：

修改所述IP分片报文中基本报头的TTL为指定的TTL；

修改所述IP分片报文中的负荷内容。

所述IP目的端在网络层立即发送响应信息到IP发送端之后，还包括步骤：

所述IP发送端接收所述响应信息，重组响应信息。

本发明还提供一种快速响应IP分片报文的系统，包括：IP发送端：用于发送IP分片报文；IP目的端：与所述的IP发送端相连接，接收所述IP分片报文，并重组所接收到的IP分片报文；

所述IP目的端还包括，

报文处理模块：解析所述IP分片报文，判断该IP分片报文是否需要直接响应；

响应模块：与报文处理模块连接，当需要直接响应时，在网络层立即发送响应信息到IP发送端。

所述判断该IP分片报文是否需要直接响应为通过获取所述保留字段的值或协议类型信息进行判定。

所述响应模块具体包括：

报文修改单元：直接交换所述IP分片报文的源地址和目的地址，修改所述IP分片报文中基本报头的分片标识字段为本地的分片标识，调整所述IP分片报文的校验和，修改所述IP分片报文基本报头的TTL为指定的TTL，修改所述IP分片报文中的负荷内容；

报文回送单元：接收修改后的IP分片报文，发送修改后IP分片报文至IP发送端。

本发明通过对IP分片报文的响应处理，提高了对IP分片报文的响应时间，满足响应处理的实时性要求很高的要求；由于在目的端不需要等待所有的分片报文都达到时再响应，因而减少系统的重组开销；同时在网络的目的端通过实时的响应发送端，以及因建立重组队列而遭受攻击的可能性。

附图说明

图1现有技术中IPV4的IP分片报文结构。

图2现有技术中IP报文分片重组的过程。

图3现有技术中分布式结构中IP分片报文重组过程。

图4本发明中快速响应IP分片报文流程图。

图5本发明中另外一种快速响应IP分片报文流程图。

图6本发明中IP分片报文的响应系统的结构框图。

图7本发明中响应模块的结构框图。

具体实施方式

在应答处理的实时性要求很高的业务中，在IP目的端的网络层等待所有IP分片报文到达后，传输层再对重组的IP报文作应答，可能不满足实时性的需求，特别是IP目的端采用分布式结构，不同分片可能到达目的端的不同接口板，重组需要做板间传递，进一步影响了应答处理的实时性。

本发明提供一种快速响应IP分片报文的方法，其核心包括：IP目的端接收到IP分片报文，确定所述IP分片报文需要直接响应，则在网络层立即发送IP分片报文响应信息到IP发送端，提高了响应的实时性。

如图1、4所示，为在IPV4中对IP分片报文的响应的具体原理中用到的IPV4包结构和所用到的步骤：

步骤401、IP发送端发送带有标识的IP分片报文。

IP分片报文为第一分片报文时，其报文中包括IP负荷内容中具有报文协议信息，用于确定是否立即回应IP分片报文。

例如：TCP(Transfer Control Protocol，传输控制协议)、ICMP等报文需要直接回应IP发送端；而对于UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议)等报文不需要直接回应IP发送端。

所述IP分片报文使用扩展标志位中保留位作为是否立即回应IP发送端的标识，如图1所示，其中使用上述图中的3位标志位中保留位，扩展该保留位为：当保留位的值为0时，表示IP分片报文需要重组后再回应；当保留位的值为1时，则表示不需要重组而需要立即响应IP发送端；同时也可以当保留位的值为1时，表示IP分片报文需要重组后再回应；当保留位的值为0时，则表示不需要重组而需要立即响应IP发送端。

步骤402、IP目的端接收IP分片报文后，判断该IP分片报文是否需要直接回应，具体方法包括：

a)根据IP基本报头中携带的信息，确定承载协议类型，例如IPv4基本报头中的协议(Protocol)域或IPv6(Internet Protocol Version 6，第六代网络协议)基本报头中的下一报头(Next Header)域。

b)对于第一片IP分片报文，由于其中带有协议类型信息，来确定是否直接回应该分片报文。

c)当IP分片报文为非第一片IP分片报文，解析IP分片，得到标示位中的保留字段的值，以标识此片分片报文是否要不经过重组而立即响应。

步骤403、如果确定该分片不直接响应，则IP目的端存储该分片报文，等待重组。

步骤404、如果确定该分片直接响应，直接修改分片报文作为响应内容。

a)直接交换接收到的IP分片报文的源和目的地址，或指定其他源地址，从而修改IP基本报头的源地址和目的地址。

b)修改IP基本报头的TTL，指定所需的TTL。

c)修改IP基本报头的分片标识字段为本地分片标识，使用现有的算法例如：线性函数算法，对接收报文的分片标识进行计算得到本地的分片标识。

d)如果需要也可能修改其它IP基本报头域，如服务种类字段等。

e)对于第一片IP分片报文，由于其中还包括：部分IP负荷内容，例如除IP头内容外的TCP/UDP或应用数据等，可以修改相应的IP负荷内容。

f)对于非第一片IP分片报文，是否修改IP负荷内容，取决于具体应用，例如：对命令ping应用，不需要修改；而对于命令tracert的应用，则需要修改，如果能识别IP分片报文携带的内容，也可以修改。

g)对修改后的响应IP分片报文调整校验和，而不需要对IP整个首部进行重新计算。

根据修改前内容和修改后内容调整出新的校验和，修改传输层内容的可能也需要调整校验和。

步骤405、IP分片报文修改后，IP目的端直接回应给IP发送端。

IP目的端在网络层立即响应IP发送端。

IP发送端可以按照标准过程对响应信息进行重组处理，也可以直接再返回给IP目的端。

本发明中，为提高可靠性处理，分片报文在直接回应的同时，也可以选择在目的端对IP分片报文做重组处理。

本发明中，在IP目的端直接回应的分片报文，同时为满足IP目的端对发送报文的分片条件，而继续分片：直接使用二次分片前的分片报文的分片标识字段，同时调整分片标志位和片偏移字段，以及总长度字段。

上述描述主要以IPv4为例，由于IPv6和IPv4的相似性，本发明同样适用于IPv6的分片应答处理。

下面具体说明本发明响应带有ICMP协议的IPV4分片报文一次具体实施过程：

步骤4001、IP发送端发送分片报文。

步骤4002、IP目的端接收该IP分片报文后，判断该IP分片报文是否需要直接回应。

a)通过分片报文头中的协议域判断为IPV4的报文。

b)解析分片报文头中的协议类型信息，得到ICMP，确定该报文需要直接响应。

步骤4003、直接修改分片报文的响应内容。

a)直接交换接收到的IP分片报文的源和目的地址。

b)修改IP基本报头的TTL，指定所需的TTL，可以为1秒、2秒等。

c)修改IP基本报头的分片标识字段为本地分片标识，通过算法计算出接收报文的分片标识的本地的分片标识。

d)修改其它IP基本报头域，如图1所示的8位的服务类型字段等。

e)对修改后的响应IP分片报文调整校验和，而不需要对IP整个首部进行重新计算。

步骤4004、IP分片报文修改后，IP目的端直接回应给IP发送端。

IP目的端在网络层立即响应IP发送端。

本发明中还有提供了一种快速响应IP分片报文的方法，IP目的端接收IP发送端发送的IP分片报文，在网络层立即响应IP发送端。

下面结合附图5，具体说明IPV4报文响应的步骤：

步骤501、IP发送端发送IP分片报文。

IP分片报文为第一分片报文时，其报文中包括IP负荷内容包括报文协议信息，用于确定立即发送IP分片报文响应信息到IP发送端。

例如：TCP、ICMP等报文需要直接回应IP发送端。

所述IP分片报文使用扩展标志位中保留字段作为是否立即回应IP发送端的标识，如图1所示，其中使用上述图中的3位标志位中保留位，扩展该保留位为：使用保留位的值为1，则表示不需要重组而需要立即发送响应信息到IP发送端；同时也可以根据需要指定保留位的值为0时，表示IP分片报文不需要重组后再立即在网络层发送响应信息到IP发送端。

步骤502、IP目的端接收IP分片报文。

根据IP基本报头中携带的信息，确定承载协议类型，例如IPv4基本报头中的协议域或IPv6基本报头中的下一报头域。

步骤503、修改IP分片报文作为响应信息，发送到IP发送端。

a)直接交换接收到的IP分片报文的源和目的地址，或指定其他源地址，从而修改IP基本报头的源地址和目的地址。

b)修改IP基本报头的TTL，指定所需的TTL。

c)修改IP基本报头的分片标识字段为本地分片标识，使用现有的算法，例如：线性函数算法，对接收报文的分片标识的本地的分片标识。

d)如果需要也可能修改其它IP基本报头域，如服务种类字段等。

e)对于第一片IP分片报文，由于其中还包括：部分IP负荷内容，例如除IP头内容外的TCP/UDP或应用数据等，可以修改相应的IP负荷内容。

f)对于非第一片IP分片报文，是否修改IP负荷内容，取决于具体应用，例如：对命令ping应用，不需要修改；而对于命令tracert的应用，则需要修改，如果能识别IP分片报文携带的内容，也可以修改。

g)对修改后的响应IP分片报文调整校验和，而不需要对IP整个首部进行重新计算。

步骤504、IP分片报文修改后，IP目的端直接回应给IP发送端。

IP目的端在网络层立即响应IP发送端。

本发明中，为提高可靠性处理，IP目的端在直接回应的IP发送端的同时，也可以选择对接收到的IP分片报文重组处理。

本发明中，在IP目的端直接回应的分片报文，同时为满足IP目的端对发送报文的分片条件，而继续分片：直接使用二次分片前的分片报文的分片标识字段，同时调整分片标志位和片偏移字段，以及总长度字段。

上述描述主要以IPv4为例，由于IPv6和IPv4的相似性，本发明同样适用于IPv6的分片应答处理。

一种IP分片报文的响应系统，包括：IP发送端：用于发送IP分片报文；IP目的端：与所述的IP发送端相连接，接收所述IP分片报文，重组报文；所述IP目的端还包括，

报文处理模块：解析所述IP分片报文，判断该IP分片报文是否需要直接响应；

响应模块：与报文处理模块连接，当判定需要直接回应，在网络层立即发送响应信息到IP发送端。

所述判断该IP分片报文是否需要直响应为通过获取所述保留字段的值或传输层协议类型信息进行判定。

所述的响应模块包括：

报文修改单元：直接交换所述IP分片报文的源地址和目的地址，修改所述IP分片报文中基本报头的分片标识字段为本地的分片标识，调整所述IP分片报文的校验和，修改所述IP分片报文基本报头的TTL为指定的TTL，修改所述IP分片报文中的负荷内容；

报文回送单元：接收修改后的IP分片报文，发送修改后IP分片报文至IP发送端。

本发明的技术效果：为通过对IP分片报文的响应处理，缩短了对IP分片报文的响应时间，满足响应处理的实时性要求很高的要求；由于不在IP目的端重组后再响应IP发送端，减少响应时间的重组开销；同时减少了因建立重组队列而遭受攻击的可能性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (20)

1、一种快速响应IP分片报文的方法，其特征在于，包括：

IP发送端发送IP分片报文；

IP目的端接收所述IP分片报文，判断所述IP分片报文是否需要直接响应，如果是，所述IP目的端在网络层立即发送响应信息到所述IP发送端；否则，所述IP目的端重组所述IP分片报文。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述IP分片报文为：扩展基本报文头中保留字段的IP分片报文或带有协议类型信息的IP分片报文。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述IP目的端接收所述IP分片报文之后还包括步骤：

IP目的端解析所述的IP分片报文，获取所述保留字段的值或协议类型信息。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述扩展报文头中保留字段使用指定值标识是否直接响应；所述协议类型信息包括：网络控制消息协议、传输控制协议或用户数据报协议。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在网络层立即发送响应信息到所述IP发送端之前还包括步骤：修改该IP分片报文中的信息。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述修改该IP分片报文中的信息具体包括步骤：

直接交换所述IP分片报文的源地址和目的地址；

修改所述IP分片报文中基本报头的分片标识字段为本地的分片标识；

调整所述IP分片报文的校验和。

7、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述修改该IP分片报文具体包括步骤：

修改所述IP分片报文中基本报头的生存时间TTL为指定的TTL；

修改所述IP分片报文中的负荷内容。

8、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述响应信息为修改后的IP分片报文信息。

9、根据权利要求1至8中任意一项所述的方法，其特征在于，所述IP目的端还对所述IP分片报文进行二次分片。

10、一种快速响应IP分片报文的方法，其特征在于，包括：

IP发送端发送IP分片报文；

IP目的端接收所述的IP分片报文；

所述IP目的端在网络层立即发送响应信息到IP发送端。

11、根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述IP分片报文为：扩展基本报文头中保留字段的IP分片报文或带有协议类型信息的IP分片报文。

12、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述IP目的端接收所述IP分片报文之后还包括步骤：

IP目的端解析所述的IP分片报文，获取所述扩展基本报文头中保留字段的值或协议类型信息。

13、根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述保留字段使用指定值标识是否直接响应；所述协议类型信息包括：网络控制消息协议、传输控制协议或用户数据报协议。

14、根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述在网络层发送响应信息立即响应IP发送端之前还包括：修改该IP分片报文中的信息。

15、根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述修改该IP分片报文中的信息具体包括：

直接交换所述IP分片报文的源地址和目的地址；

修改所述IP分片报文中基本报头的分片标识字段为本地的分片标识；

调整所述IP分片报文的校验和。

16、根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述修改该IP分片报文具体包括：

修改所述IP分片报文中基本报头的TTL为指定的TTL；

修改所述IP分片报文中的负荷内容。

17、如权利要求10至16中任意一项所述的方法，其特征在于，所述IP目的端在网络层立即发送响应信息到IP发送端之后，还包括步骤：

所述IP发送端接收所述响应信息，重组响应信息。

18、一种快速响应IP分片报文的系统，包括：IP发送端：用于发送IP分片报文；IP目的端：与所述的IP发送端相连接，接收所述IP分片报文，并重组所接收到的IP分片报文；其特征在于，所述IP目的端还包括，

报文处理模块：解析所述IP分片报文，判断该IP分片报文是否需要直接响应；

响应模块：与报文处理模块连接，当需要直接响应时，在网络层立即发送响应信息到IP发送端。

19、根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述判断该IP分片报文是否需要直接响应为通过获取所述保留字段的值或协议类型信息进行判定。

20、根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述响应模块具体包括：

报文修改单元：直接交换所述IP分片报文的源地址和目的地址，修改所述IP分片报文中基本报头的分片标识字段为本地的分片标识，调整所述IP分片报文的校验和，修改所述IP分片报文基本报头的TTL为指定的TTL，修改所述IP分片报文中的负荷内容；

报文回送单元：接收修改后的IP分片报文，发送修改后IP分片报文至IP发送端。

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