TWI587676B - 傳輸裝置及其傳輸方法 - Google Patents

Description

傳輸裝置及其傳輸方法

本案係關於一種傳輸裝置，且特別是一種支援QUIC(Quick UDP Internet Connection)通訊協定的傳輸裝置及其傳輸方法。

隨著網路的快速發展，目前已經出現數種網路通訊協定以支援多樣化的服務需求。舉例來說，傳輸控制協定與網際協定(TCP/IP)便是網路通訊協定中最常見的一種，用以規劃將資料應該如何封裝、定址、傳輸、路由以及在目的地如何接收。此外，近年來又發展出了一套QUIC通訊協定。

QUIC通訊協定係一種基於UDP協定的低時延的網路傳輸層協定。相較於TCP/IP協定，QUIC通訊協定的傳輸效率更高。於支援QUIC通訊協定的通訊裝置中，通訊裝置需要先將資料封包分割成複數個片段資料封包，其中該些片段資料封包的大小小於QUIC通訊協定所規定之最大傳輸單元。接著，通訊裝置對每一個片段資料封包進行加密。在完成加密後，通訊裝置之傳輸器逐筆讀取加密後的片段資料封包，並將該些加密後的片段資料封包傳輸給其他通訊裝置。

目前的通訊裝置係利用通訊裝置的中央處理器(CPU)對資料封包進行分割，因需加密每一個片段資料封包，中央處理器的使用率將提高，且目前的通訊裝置需要耗費通訊裝置之系統記憶體的儲存空間來儲存資料封包的標頭，造成系統記憶體無法儲存其 他資料。

本案實施例提供一種傳輸裝置。所述傳輸裝置用以預處理系統記憶體之資料封包成至少一片段資料封包。所述傳輸裝置包括傳輸引擎以及資料記憶體。傳輸引擎包括標頭暫存器、分段控制器以及加密單元。標頭暫存器用以儲存資料封包之IP標頭、UDP標頭、QUIC公開標頭以及QUIC私密標頭。分段控制器用以將資料封包之負載資料分割為至少一片段負載資料。加密單元用以加密QUIC私密標頭與至少一片段負載資料成至少一加密資料。資料記憶體自傳輸引擎接收IP標頭、UDP標頭、QUIC公開標頭及至少一加密資料，並將IP標頭、UDP標頭、QUIC公開標頭及至少一加密資料組合成至少一片段資料封包。

本案實施例提供一種傳輸方法。所述傳輸方法適用於一傳輸裝置。傳輸裝置包括傳輸引擎與資料記憶體，且傳輸引擎包括標頭暫存器、分段控制器與加密單元。所述傳輸方法包括以下步驟。步驟A：獲取資料封包。步驟B：將資料封包之IP標頭、UDP標頭、QUIC公開標頭以及QUIC私密標頭存入標頭暫存器。步驟C：於分段控制器將資料封包之負載資料分割為至少一片段負載資料。步驟D：於加密單元加密QUIC私密標頭與至少一片段負載資料成至少一加密資料。步驟E：接收IP標頭、UDP標頭、QUIC公開標頭及至少一加密資料。步驟F：將IP標頭、UDP標頭、QUIC公開標頭以及至少一加密資料組合成至少一片段資料封包。

綜上所述，本案實施例所提供之傳輸裝置及其傳輸方法可以透過傳輸裝置對資料封包做分割與加密，以產生至少一片段資料封包。只要搭載本案實施例所提供之傳輸裝置，通訊裝置的中央處理器的工作量可以被減少，進而降低中央處理器的利用率。此 外，片段資料封包係儲存於傳輸裝置之資料記憶體，故系統記憶體並不需要消耗儲存空間來暫存片段資料封包。

為使能更進一步瞭解本案之特徵及技術內容，請參閱以下有關本案之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本案，而非對本案的權利範圍作任何的限制。

1‧‧‧傳輸裝置

2‧‧‧系統記憶體

10‧‧‧傳輸引擎

11‧‧‧資料記憶體

20‧‧‧IP標頭

21‧‧‧UDP標頭

22‧‧‧QUIC公開標頭

23‧‧‧QUIC私密標頭

24‧‧‧負載資料

24_1‧‧‧第一片段負載資料

24_2‧‧‧第二片段負載資料

24_3‧‧‧第三片段負載資料

25_1‧‧‧第一加密資料

25_2‧‧‧第二加密資料

25_3‧‧‧第三加密資料

101‧‧‧標頭暫存器

102‧‧‧分段控制器

103‧‧‧加密單元

104‧‧‧標頭處理單元

400‧‧‧傳輸方法

S401~S410‧‧‧步驟流程

圖1是本案實施例提供之傳輸裝置的系統方塊圖。

圖2是本案實施例提供之資料封包的示意圖。

圖3A是本案實施例提供之片段負載資料的示意圖。

圖3B是本案實施例提供之片段資料封包的示意圖。

圖4是本案實施例提供之傳輸方法的流程圖。

參閱圖1，圖1是本案實施例提供之傳輸裝置的系統方塊圖。 傳輸裝置1包括傳輸引擎10以及資料記憶體11。傳輸引擎10包括標頭暫存器101、分段控制器102、加密單元103以及標頭處理單元104。傳輸引擎10耦接於資料記憶體11，且傳輸引擎10還耦接於系統記憶體2。標頭暫存器101、分段控制器102、加密單元103以及標頭處理單元104彼此相互耦接。

傳輸裝置1可設置於一般的通訊裝置，例如電腦或是智慧型手機等可支援QUIC(Quick UDP Internet Connection)通訊協定的通訊裝置。傳輸裝置1用以預處理通訊裝置之系統記憶體2中儲存的資料封包，並將資料封包處理成至少一片段資料封包。系統記憶體2可以為任一種固態儲存媒體，用以儲存通訊裝置之資料封包，並通知傳輸引擎10資料封包的儲存位置與封包大小。

請配合參閱圖2，圖2是本案實施例提供之資料封包的示意圖。資料封包包括IP標頭20、UDP標頭21、QUIC公開標頭22、 QUIC私密標頭23以及負載資料(payload)24。IP標頭20、UDP標頭21、QUIC公開標頭22以及QUIC私密標頭23各自包括封包傳輸過程中需要用到的資訊，例如封包大小、來源位址、目的地位址、使用的傳輸協定等資訊。負載資料24則包括通訊裝置實際上欲傳輸的資訊。IP標頭20、UDP標頭21、QUIC公開標頭22、QUIC私密標頭23以及負載資料24所包含的資訊為所屬技術領域具通常知識者在網路通訊系統中常用的技術，故在此不再贅述。

於本實施例中，IP標頭20、UDP標頭21、QUIC公開標頭22、QUIC私密標頭23以及負載資料24係依序排列而組成資料封包。 然而，本案並不以此為限，於其他實施例中，資料封包的結構可依實際情況而有所變動。

復參閱圖1，傳輸引擎10用以自系統記憶體2獲取資料封包，並對資料封包進行分割與加密，以產生至少一片段資料封包。

標頭暫存器101包含適當的邏輯、電路和/或編碼，用以儲存資料封包之IP標頭20、UDP標頭21、QUIC公開標頭22以及QUIC私密標頭23，並將QUIC私密標頭23輸出至加密單元103。

除此之外，在組合每一個片段資料封包的期間，標頭暫存器101還將IP標頭20、UDP標頭21及QUIC公開標頭22輸出至資料記憶體11，以供資料記憶體11根據IP標頭20、UDP標頭21及QUIC公開標頭22產生至少一片段資料封包。

分段控制器102包含適當的邏輯、電路和/或編碼，用以接收負載資料24，並根據QUIC通訊協定所規定之最大傳輸單元(max transmit unit，MTU)對負載資料24進行分割，並產生至少一片段負載資料。接著，分段控制器102將片段負載資料輸出至加密單元103。

加密單元103包含適當的邏輯、電路和/或編碼，用以接收QUIC私密標頭23以及片段負載資料，並根據加密標準加密QUIC私密標頭23與至少一片段負載資料成至少一加密資料。舉例來 說，加密單元103根據進階加密標準(Advanced Encryption Standard，AES)或Salsa20加密標準分別加密QUIC私密標頭23與每一個片段負載資料。接著，加密單元103將加密資料輸出至資料記憶體11。

此外，在組合每一個片段資料封包的期間，加密單元103還將每一個加密資料儲存至資料記憶體11，接著片段資料封包由資料記憶體11輸出。

標頭處理單元104包含適當的邏輯、電路和/或編碼，用以更新儲存於資料記憶體11之每一個片段資料封包的IP標頭20與UDP標頭21的校對和(checksum)。而更新IP標頭20與UDP標頭21的校對和為所屬技術領域具通常知識者，在網路通訊系統中常用的技術，故在此不再贅述。

資料記憶體11例如為任一種固態儲存媒體，用以自傳輸引擎10接收IP標頭20、UDP標頭21、QUIC公開標頭22及至少一加密資料，並將IP標頭20、UDP標頭21、QUIC公開標頭22及至少一加密資料組合成至少一片段資料封包。

以下將針對傳輸引擎10產生片段資料封包的流程做進一步介紹。配合圖1、2，參閱圖3A、3B，圖3A是本案實施例提供之片段負載資料的示意圖。圖3B是本案實施例提供之片段資料封包的示意圖。在從系統記憶體2獲取資料封包後，標頭暫存器101儲存資料封包之IP標頭20、UDP標頭21、QUIC公開標頭22以及QUIC私密標頭23，並將IP標頭20、UDP標頭21及QUIC公開標頭22輸出至資料記憶體11。同時，標頭暫存器101將QUIC私密標頭23輸出至加密單元103。值得一提的是，標頭暫存器101會依照負載資料24被分割後所產生的片段負載資料的數量輸出對應數量的IP標頭20、UDP標頭21及QUIC公開標頭22給資料記憶體11。

另一方面，分段控制器102對負載資料24進行分割，並產生 至少一片段負載資料。以本實施例來說，負載資料24被分割成三個片段負載資料24_1、24_2、24_3(如圖3A所示)。接著，分段控制器102依序將該些片段負載資料24_1、24_2、24_3輸出至加密單元103。

加密單元103接收QUIC私密標頭23以及第一片段負載資料24_1，並加密QUIC私密標頭23與第一片段負載資料24_1成第一加密資料25_1。接著，加密單元103將第一加密資料25_1輸出至資料記憶體11。

在接收標頭暫存器101提供的IP標頭20、UDP標頭21、QUIC公開標頭22以及加密單元103提供的第一加密資料25_1之後，資料記憶體11將IP標頭20、UDP標頭21、QUIC公開標頭22以及第一加密資料25_1組合成圖3B所示之第一片段資料封包。

標頭處理單元104更新第一片段資料封包的IP標頭20與UDP標頭21的校對和，以完成第一片段資料封包。最後，資料記憶體11將第一片段資料封包輸出至其他通訊裝置。

將第一片段資料封包輸出後，傳輸引擎10確認是否所有的片段負載資料皆被處理成片段資料封包。由於第二片段負載資料24_2與第三片段負載資料24_3還沒有被組合成片段資料封包，標頭暫存器101再次提供IP標頭20、UDP標頭21、QUIC公開標頭22至資料記憶體11，且提供QUIC私密標頭23給加密單元103。

另一方面，分段控制器102輸出第二片段負載資料24_2給加密單元103。加密單元103加密QUIC私密標頭23與第二片段負載資料24_2成第二加密資料25_2。接著，加密單元103將第二加密資料25_2輸出至資料記憶體11。資料記憶體11再將IP標頭20、UDP標頭21、QUIC公開標頭22以及第二加密資料25_2組合成圖3B所示之第二片段資料封包，接著資料記憶體11將第二片段資料封包輸出至其他通訊裝置。

同樣地，由於第三片段負載資料24_3還沒有被組合成片段資 料封包，傳輸引擎10會重複上述步驟，並加密QUIC私密標頭23與第三片段負載資料24_3成第三加密資料25_3。接著資料記憶體11將第三加密資料25_3以及標頭暫存器101提供的IP標頭20、UDP標頭21、QUIC公開標頭22組合成第三片段資料封包，並將第三片段資料封包輸出至其他通訊裝置。

至此，由資料封包之負載資料24分割出來的該些片段負載資料24_1、24_2、24_3都已被組合成片段資料封包。傳輸裝置1接著向系統記憶體2獲取下一個資料封包，並重複上述步驟，以預處理資料封包成至少一片段資料封包。

本案實施例所提供之傳輸裝置1可以協助系統記憶體2對資料封包進行分割與加密，進而產生至少一片段資料封包。通訊裝置之中央處理器(圖未繪示)只要將資料封包存入系統記憶體2即可，而不需要對資料封包做額外的處置。因此，通訊裝置之中央處理器的利用率可以有效地降低。此外，片段資料封包係儲存於傳輸裝置1之資料記憶體11，故系統記憶體2並不需要消耗儲存空間來暫存片段資料封包。

值得一提的是，於其他實施例中，傳輸引擎10亦可不包括標頭處理單元104。標頭處理單元104被設置在傳輸裝置1之外，且耦接於傳輸引擎10以及資料記憶體11。標頭處理單元104可以在資料記憶體11組合片段資料封包的期間，從外部更新每一個片段資料封包的IP標頭20與UDP標頭21的校對和。

或者，於其他實施例中，傳輸引擎10亦可不包括加密單元103以及標頭處理單元104。加密單元103以及標頭處理單元104皆被設置在傳輸裝置1之外，且各自耦接於傳輸引擎10以及資料記憶體11。加密單元103可以接收標頭暫存器101提供的QUIC私密標頭23以及分段控制器102提供的片段負載資料，並加密QUIC私密標頭23與片段負載資料成加密資料，接著再將加密資料輸出至資料記憶體11。資料記憶體11根據IP標頭20、UDP標頭21、 QUIC公開標頭22及加密資料組合成片段資料封包。標頭處理單元104接著更新每一個片段資料封包的IP標頭20與UDP標頭21的校對和，以完成每一個片段資料封包。

參閱圖4，圖4是本案實施例提供之傳輸方法的流程圖。圖4所提供之傳輸方法400是用於前述之傳輸裝置1。於步驟S401，傳輸裝置自系統記憶體獲取資料封包。於步驟S402，傳輸裝置將資料封包之IP標頭、UDP標頭、QUIC公開標頭以及QUIC私密標頭存入傳輸裝置之標頭暫存器。於步驟S403，傳輸裝置之分段控制器將資料封包之負載資料分割為至少一片段負載資料。

於步驟S404，標頭暫存器將IP標頭、UDP標頭以及QUIC公開標頭輸出至傳輸裝置之資料記憶體。此外，標頭暫存器還將QUIC私密標頭輸出至傳輸裝置之加密單元。另一方面，分段控制器將其中一個片段負載資料輸出至加密單元。於步驟S405，加密單元加密QUIC私密標頭與片段負載資料成加密資料。於步驟S406，加密單元將加密資料輸出至資料記憶體。

於步驟S407，資料記憶體接收IP標頭、UDP標頭、QUIC公開標頭以及加密資料，並將IP標頭、UDP標頭、QUIC公開標頭以及加密資料組合成片段資料封包。於步驟S408，標頭處理單元更新儲存於資料記憶體之片段資料封包的IP標頭與UDP標頭的校對和。於步驟S409，資料記憶體將片段資料封包輸出至其他通訊裝置。於步驟S410，傳輸裝置判斷是否所有的片段負載資料皆被處理成片段資料封包。若所有的片段負載資料皆被處理成片段資料封包，回到步驟S401，並從系統記憶體中獲取下一個資料封包。若還有片段負載資料還沒有被處理成片段資料封包，回到步驟S404，使得資料記憶體繼續將剩餘的片段負載資料處理成片段資料封包。

綜上所述，本案實施例所提供之傳輸裝置及其傳輸方法可以透過傳輸裝置對資料封包做分割與加密，以產生至少一片段資料 封包。只要搭載本案實施例所提供之傳輸裝置，通訊裝置的中央處理器的工作量可以被減少，進而降低中央處理器的利用率。

由於傳輸裝置包括標頭暫存器，系統記憶體不需要花費空間暫存資料封包的標頭。此外，片段資料封包係儲存於傳輸裝置之資料記憶體，故系統記憶體不需要花費儲存空間來存放每一個片段資料封包。因此，系統記憶體可以釋放更多儲存空間來儲存其他資料，使得系統記憶體的儲存空間可以更靈活地被運用。

以上所述，僅為本案最佳之具體實施例，惟本案之特徵並不侷限於此，任何熟悉該項技藝者在本案之領域內，可輕易思及之變化或修飾，皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。

1‧‧‧傳輸裝置

2‧‧‧系統記憶體

10‧‧‧傳輸引擎

11‧‧‧資料記憶體

101‧‧‧標頭暫存器

102‧‧‧分段控制器

103‧‧‧加密單元

104‧‧‧標頭處理單元

Claims (10)

1. 一種傳輸裝置，用以預處理一系統記憶體之一資料封包成至少一片段資料封包，包括：一傳輸引擎，包括：一標頭暫存器，用以儲存該資料封包之一IP標頭、一UDP標頭、一QUIC公開標頭以及一QUIC私密標頭；一分段控制器，用以將該資料封包之一負載資料分割為至少一片段負載資料；以及一加密單元，用以加密該QUIC私密標頭與該至少一片段負載資料成至少一加密資料；一資料記憶體，自該傳輸引擎接收該IP標頭、該UDP標頭、該QUIC公開標頭及該至少一加密資料，其中，該IP標頭、該UDP標頭、該QUIC公開標頭及該至少一加密資料組合成該至少一片段資料封包。
2. 如請求項第1項之傳輸裝置，其中在組合成該至少一片段資料封包之每一者期間，該標頭暫存器更用以將該IP標頭、該UDP標頭及該QUIC公開標頭輸出至該資料記憶體，使得該IP標頭、該UDP標頭及該QUIC公開標頭分別與該至少一加密資料之每一者組合成該至少一片段資料封包的之一者。
3. 如請求項第1項之傳輸裝置，其中該加密單元更用以將該至少一加密資料之每一者儲存至該資料記憶體，使得該IP標頭、該UDP標頭及該QUIC公開標頭分別與該至少一加密資料之每一者組合成該至少一片段資料封包的之一者。
4. 如請求項第1項之傳輸裝置，其中該傳輸引擎還包括：一標頭處理單元，用以更新儲存於該資料記憶體之該至少一片段資料封包每一者的該IP標頭與該UDP標頭的校對和。
5. 如請求項第1項之傳輸裝置，其中該分段控制器根據一QUIC通訊協定所規定之一最大傳輸單元(max transmit unit，MTU) 對該負載資料進行分割。
6. 一種通訊傳輸方法，適用於一傳輸裝置，該傳輸裝置包括一傳輸引擎與一資料記憶體，且該傳輸引擎包括一標頭暫存器，該傳輸方法包括：步驟A：獲取一資料封包；步驟B：將該資料封包之一IP標頭、一UDP標頭、一QUIC公開標頭以及一QUIC私密標頭存入該標頭暫存器；步驟C：將該資料封包之一負載資料分割為至少一片段負載資料；步驟D：加密該QUIC私密標頭與該至少一片段負載資料成至少一加密資料；步驟E：藉由該資料記憶體接收該IP標頭、該UDP標頭、該QUIC公開標頭及該至少一加密資料；以及步驟F：將該IP標頭、該UDP標頭、該QUIC公開標頭以及該至少一加密資料組合成至少一片段資料封包。
7. 如請求項第6項所述之傳輸方法，其中步驟B還包括：步驟B-1：在組合成該至少一片段資料封包之每一者期間，於該標頭暫存器將該IP標頭、該UDP標頭及該QUIC公開標頭輸出至該資料記憶體，使得該IP標頭、該UDP標頭及該QUIC公開標頭分別與該至少一加密資料之每一者組合成該至少一片段資料封包的之一者。
8. 如請求項第6項所述之傳輸方法，其中步驟D還包括：步驟D-1：該傳輸引擎之一加密單元更用以將該至少一加密資料之每一者儲存至該資料記憶體，使得該IP標頭、該UDP標頭及該QUIC公開標頭分別與該至少一加密資料之每一者組合成該至少一片段資料封包的之一者。
9. 如請求項第6項所述之傳輸方法，其中該傳輸方法還包括：步驟G：透過該傳輸引擎之一標頭處理單元更新儲存於該資料 記憶體之該至少一片段資料封包每一者的該IP標頭與該UDP標頭的校對和。
10. 如請求項第6項所述之傳輸方法，其中該傳輸方法還包括：步驟H：判斷是否所有的該片段負載資料皆被處理成該至少一片段資料封包，當至少一該片段負載資料還未被處理成該至少一片段資料封包，回到步驟D，以產生下一個片段資料封包。