CN101827031A

CN101827031A - 一种用户数据包协议udp隧道中传输报文的方法及装置

Info

Publication number: CN101827031A
Application number: CN201010153910A
Authority: CN
Inventors: 吴二刚; 郭辉; 刘鹏午
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2010-04-22
Filing date: 2010-04-22
Publication date: 2010-09-08

Abstract

本发明公开了一种用户数据包协议UDP隧道中传输报文的方法及装置，用以减少隧道传输过程中报文重组的概率，提高隧道传输的速度。该方法包括：将接收的数据报文作为第一乘客报文进行UDP隧道封装，获得第一UDP隧道报文，当所述第一UDP隧道报文的大小长度大于所述UDP隧道的最大传输单元MTU值时，判断所第一乘客报文的帧头中是否携带了允许分片标志，若是，根据所述MTU值，将所述第一乘客报文进行分片，将分片后的每片第二乘客报文进行UDP封装，获得对应的第二UDP隧道报文，发送每个第二UDP隧道报文，其中，所述第二乘客报文的帧头中携带与该片第二乘客报文对应的分片标识，否则，丢弃所述数据报文。

Description

一种用户数据包协议UDP隧道中传输报文的方法及装置

技术领域

本发明涉及隧道技术领域，特别涉及一种用户数据包协议隧道传输报文的方法及装置。

背景技术

隧道技术(Tunneling)是一种通过使用互联网络的基础设施在网络之间传递数据的方式。使用隧道传递的数据或负载可以是不同协议的数据帧或包。隧道协议将其它协议的数据帧或包重新封装然后通过隧道发送。新的帧头，即隧道头提供路由信息，以便通过互联网传递被封装的负载数据。隧道技术允许授权移动用户或已授权的用户在任何时间、任何地点访问局域网，例如企业网络，很大程度上提高了安全性，减低了网络上窃听，篡改风险。因为隧道技术的这些优点，所以被许多企业推崇并应用。

一个典型的隧道组网架构如图1所示，包括：设备(Station，STA)、接入点(Access Point，AP)、交换器(SWITCH)、接入控制器(Access Controler，AC)、以及远程宽带接入服务器(Broadband Remote Access Server，BRAS)，其中，AP与AC是隧道的两端。参见图2，该隧道中报文传输的过程包括：

步骤201：设备STA将原始的数据报文发送到AP。

步骤202：AP将接收的数据报文作为乘客报文进行隧道封装，获得隧道报文。

步骤203：AP将隧道报文通过交换机Switch发送给AC。

步骤204：AC对接收到的隧道报文进行解封装，还原为原始的数据报文。

这里，AC对隧道报文进行校验，校验通过后剥掉该隧道报文的隧道头，获得原始的数据报文。

步骤205：AC发送还原后的数据报文。

这是数据报文的传输，而响应报文正好相反，包括：

步骤206：AC将响应报文封装为隧道报文。

步骤207：AC将隧道报文通过交换机Switch发送给AP。

步骤208：AP对接收到的隧道报文进行解封装，获得响应报文。

当然，这里仍需要进行校验，校验通过后才能进行接封装。

步骤209：AP将响应报文发送给设备。

报文经过隧道封装后，隧道报文就会变大，可能会超过隧道中网络设备的最大传输单元(Maximum Transmission Unit，MTU)的值。此时，需要对隧道报文该进行合理分片，才能通过该隧道进行传输。

目前，一般是直接将封装后隧道报文进行分片，在隧道中传输分片后的隧道报文。其中，分片后的隧道报文的隧道头中携带有该片隧道报文的分片标识。到达隧道对端后，剥除隧道头，还原数据报文，由最终的目的设备进行报文的重组。

由于在隧道传输报文的过程中，中间设备会根据隧道头中的路由信息进行报文的转发，因此，中间设备也会获得隧道头中携带的分片标识。这样，有些中间设备可能需要整个报文信息，那么该中间设备就需要根据分片标识重组报文，进行相应的处理后，再进行分片后在隧道中传输。例如：在穿越防火墙时，防火墙需要判断整个报文是否合法，因此，当接收的隧道报文的隧道头中携带有分片标识时，则还需接收与该片隧道报文属于同一报文的其他隧道报文，然后将所有隧道报文重组起来，判断重组起来的报文是否合法，如合法，再将重组起来的报文进行分片后传输。

可见，现有的隧道传输报文中的分片方式，会在隧道的中间设备中，即网络层中，进行报文的重组，这样，必然会浪费大量内存和占用CPU的处理时间，并增大了数据延迟和丢包的可能性。

发明内容

本发明实施例提供一种用户数据包协议UDP隧道中传输报文的方法及装置，用以减少隧道传输过程中报文重组的概率，提高隧道传输的速度。

本发明实施例提供一种用户数据包协议UDP隧道中传输报文的方法，包括：

将接收的数据报文作为第一乘客报文进行UDP隧道封装，获得第一UDP隧道报文；

当所述第一UDP隧道报文的长度大于所述UDP隧道的最大传输单元MTU值时，判断所述第一UDP隧道报文中的第一乘客报文的帧头中是否携带了允许分片标志；

若是，根据所述MTU值，将所述第一乘客报文进行分片，将分片后的每片第二乘客报文进行UDP封装，获得对应的第二UDP隧道报文，发送每个第二UDP隧道报文，其中，所述第二UDP隧道报文中的第二乘客报文的帧头中携带与该片第二乘客报文对应的分片标识；

否则，丢弃所述数据报文。

本发明实施例提供一种用户数据包协议UDP隧道中传输报文的装置，包括：

封装单元，用于将接收的数据报文作为第一乘客报文进行UDP隧道封装，获得第一UDP隧道报文；

检测单元，用于当所述第一UDP隧道报文的长度大于所述UDP隧道的最大传输单元MTU值时，判断所述第一UDP隧道报文中的第一乘客报文的帧头中是否携带了允许分片标志；

分片单元，用于当所述第一乘客报文的帧头中携带了允许分片标志时，根据所述MTU值，将所述第一乘客报文进行分片，将分片后的每片第二乘客报文进行UDP封装，获得对应的第二UDP隧道报文，发送每个第二UDP隧道报文，其中，所述第二UDP隧道报文中的第二乘客报文的帧头中携带与该片第二乘客报文对应的分片标识；

丢弃单元，用于当所述第一乘客报文的帧头中没有携带允许分片标志时，丢弃所述数据报文。

本发明实施例中，将接收的数据报文作为第一乘客报文进行UDP隧道封装，获得第一UDP隧道报文，当所述第一UDP隧道报文的长度大于所述UDP隧道的MTU值时，判断所述第一UDP隧道报文中的第一乘客报文的帧头中是否携带了允许分片标志，若是，根据所述MTU值，将所述第一乘客报文进行分片，将分片后的每片第二乘客报文进行UDP封装，获得对应的第二UDP隧道报文，发送每个第二UDP隧道报文，其中，所述第二UDP隧道报文中的第二乘客报文的帧头中携带与该片第二乘客报文对应的分片标识，这样，只是在第二层的乘客报文的帧头中携带有分片标识，从而，在隧道传输的过程中，中间设备只能读取UDP隧道报文的隧道帧头中的信息，即不能获取到分片标识，从而确定该UDP隧道报文为完整的报文，不会进行重组。这样，减少了资源的浪费，也提高了UDP隧道传输报文的速度。

附图说明

图1为本发明实施例中访问网络设备的流程图；

图2为本发明实施例一中访问网络设备的流程图；

图3为本发明实施例中访问网络设备***的架构图；

图4为本发明实施例中访问端的结构图；

图5为本发明实施例中网络设备的结构图。

具体实施方式

本发明实施例隧道传输报文的过程中，采用用户数据包协议(UserDatagram Protocol，UDP)封装格式，该UDP封装格式为二层封装格式，UDP封装后的隧道报文的格式如表1所示：

隧道帧头

乘客报文

表1

而第二层的乘客报文的格式如表2所示：

帧头

数据负载

表2

这样，UDP封装后的隧道报文包括：隧道帧头和乘客报文，其中，隧道帧头包括了以太头，VLAN，IP，UDP头和隧道的ID部分，具体可以包括：源地址信息、目的地址信息、隧道信息等信息，当然，可能还有效验信息、报文长度信息，具体就不再列举了。乘客报文又分为帧头以及数据负载。

采用了UDP封装后的，在已架构的UDP隧道中，传输报文的过程如图3所示，包括：

步骤301：接收数据报文。

当在如图1所示的典型的隧道组网架构中，AP从设备中接收数据报文。

步骤302：将接收的数据报文作为第一乘客报文进行UDP封装，获得第一UDP隧道报文。

采用如表1所示的格式对该数据报文进行封装，封装后的第一UDP隧道报文中的第一乘客报文即为该接收到的数据报文。

步骤303：将第一UDP隧道报文的长度与该UDP隧道的MTU值进行比较，当第一UDP隧道报文的长度大于MTU值，执行步骤304，否则，执行步骤309。

当第一UDP隧道报文的长度大于MTU值，表明第一UDP隧道报文太大了，不能直接在UDP隧道中传输了，必须进行分片处理，因此，执行步骤304。当第一UDP隧道报文的长度小于或者等于MTU值，表明第一UDP隧道报文可以直接在UDP隧道中传输了，执行步骤309。

UDP隧道中每个网络设备都有一个对应的MTU值，一般，UDP隧道的MTU值为其中的最小值。

步骤304：判断第一UDP隧道报文中的第一乘客报文的帧头中是否携带了允许分片标志，若有，执行步骤305，否则，执行步骤308。

一般，网络终端在发送数据报文时会在该数据报文的帧头中设置一个是否允许该数据报文分片的标志，即允许分片标志。因此，当该数据报文被封装为第一UDP隧道报文后，就检查该第一UDP隧道报文中的第一乘客报文中的帧头中是否携带了允许分片标志。

例如，可以用数据报文的IP头中DF来标识是否允许分片。当DF为0时，表明允许该数据报文分片，当DF为1时，则表明不允许该数据报文分片。因此，检查第一乘客报文的IP头中的DF的值，当DF为0时，允许该乘客报文分片，执行步骤305，否则，执行步骤308。

步骤305：根据UDP隧道的MTU值，对第一乘客报文进行分片，获得至少两片第二乘客报文。其中，第二乘客报文的帧头中携带与该片第二乘客报文对应的分片标识。

将第一乘客报文分成两片或多片第二乘客报文，每片第二乘客报文的长度都小于或等于UDP隧道的MTU值。并且，在第二乘客报文的帧头中设置一个分片标识，用来标识该片第二乘客报文的分片信息，包括：是否是分片报文，以及是第几片分片报文等等。

为节省传输资源，一般第二乘客报文的长度都接近于MTU值。

步骤306：将每个第二乘客报文进行UDP封装，获得对应的第二UDP隧道报文。

仍采用如表1的格式对每个第二乘客报文进行UDP封装，获得对应的UDP第二隧道报文。这样，每个第二UDP隧道报文的隧道帧头与第一UDP隧道报文的隧道帧头一致。

步骤307：发送每个第二UDP隧道报文，本次报文传输流程结束。

根据每个第二UDP隧道报文的隧道帧头中的目的地址信息，在UDP隧道中传输对应的第二UDP隧道报文。

步骤308：丢弃接收的数据报文，本次报文传输流程结束。

这里，第一UDP隧道报文的长度大于UDP隧道的MTU值，并且，第一乘客报文的帧头中没有携带允许分片标志，因此，不能在隧道中传输该第一UDP隧道报文了，此时，丢弃接收的数据报文。

步骤309：发送第一UDP隧道报文，本次报文传输流程结束。

第一UDP隧道报文的长度小于或等于UDP隧道的MTU值，因此，不需要分片处理，直接发送该第一UDP隧道报文。

可见，在上述实施例中，当UDP隧道报文的长度大于UDP隧道的MTU值，需进行分片处理时，不是直接对该UDP隧道报文进行分片，而是对该UDP隧道报文中的乘客报文进行分片，这样，在UDP隧道报文的隧道帧头中不携带分片标识，只是在第二层的乘客报文的帧头中携带有分片标识，从而，在隧道传输的过程中，中间设备只能读取UDP隧道报文的隧道帧头中的信息，即不能获取到分片标识，从而确定该UDP隧道报文为完整的报文，不会进行重组。这样，减少了资源的浪费，也提高了UDP隧道传输报文的速度。

利用上述的UDP隧道传输报文的方法，虽然可以减少传输过程中的重组次数，但是，在发送UDP隧道报文的初始端可能还是进行了分片处理，这样，在最终的目的设备中还是要进行报文的重组。因此，还会在一定程度上影响UDP隧道传输的速度，因此，本发明实施例中，当上述步骤308丢弃了接收的数据报文后，还有一个与发送数据报文的终端进行MTU值协商的过程，即与第一UDP隧道报文的隧道帧头中携带的源地址信息对应的终端进行MTU值协商，调整该终端发送下一次数据报文的长度。这样，在下一次UDP隧道报文传输时，封装得到的UDP隧道报文可能会小于UDP隧道的MTU值，从而，不需要对UDP隧道报文进行分片，直接发送UDP隧道报文。

其中，丢弃数据报文后，与第一UDP隧道报文的隧道帧头中携带的源地址信息对应的终端进行MTU值协商的具体过程可以参见图4，包括：

步骤401：获取第一UDP隧道报文中隧道帧头的长度。

步骤402：根据第一UDP隧道的MTU值，以及获得的隧道帧头的长度之间的差值，确定协商的MTU值。

例如：第一UDP隧道的MTU值为1500个字节，且该隧道帧头的长度为52个字节，那么，协商的MTU值为1500-52＝1448个字节。当然，协商的MTU值也可以其他小于1448个字节的值。即协商的MTU值小于或等于UDP隧道的MTU值与隧道帧头的长度的差值。

步骤403：根据第一UDP隧道报文的隧道帧头中携带的源地址信息，发送协商的MTU值。

数据报文中携带有源地址信息，进行UDP隧道封装后，其对应的第一UDP隧道报文的隧道帧头中也携带有源地址信息，因此，将协商的MTU值发送给第一UDP隧道报文的隧道帧头中携带的源地址信息对应的终端，这样，终端可以根据该协商的MTU值调整下一次发送的数据报文的长度。

采用上述方式在UDP隧道中传输报文时，有些中间网络设备并不完全遵循上述MTU协商标准，无论乘客报文是否携带了允许分片标志，对凡是超过MTU值的UDP隧道报文中的乘客报文都直接进行了分片，并且不会回应发送端MTU值，即不进行MTU值的协商。此时，分片过程可能会错，因此，必须检测出这种情况，进行相应的处理。此时，参见图5，UDP隧道中传输报文的过程包括：

步骤501：从中间网络设备，接收第三UDP隧道报文。

步骤502：对第三UDP隧道报文进行解封装，获得对应的第三乘客报文。

第三UDP隧道报文的格式也如表1所示，对其进行解封装后，可得到对应的第三乘客报文。

步骤503：判断第三乘客报文的报头中是否有分片标识，若有，执行步骤504，否则，执行步骤505。

这里，中间网络设备可能对凡是超过MTU值的UDP隧道报文中的乘客报文都直接进行了分片，因此，当第三乘客报文的帧头中有分片标识时，执行步骤504。否则，执行步骤505。

例如，检查到第三乘客报文的帧头中的frag_off不为0时，或者MF标志被置位时，确定该第三乘客报文为分片报文，执行步骤504，否则，执行505。

步骤504：判断第三乘客报文的帧头中是否携带了允许分片标志，若有，执行步骤505，若无，执行步骤506

可如上述步骤304所述方法进行检查，确定第三乘客报文的帧头中是否携带了允许分片标志，具体过程不在累述了。

步骤505：发送第三乘客报文，本次传输过程结束。

由于此时第三乘客报文没有被分片，或者已分片的第三乘客报文的帧头中携带了允许分片标志，因此，传输过程正常，则可以直接将第三乘客报文发送给对应的终端。

步骤506：发送第三乘客报文，并与第三UDP隧道报文的隧道帧头中携带的源地址信息对应的终端进行MTU值协商，调整所述终端发送下一次数据报文的长度。本次传输过程结束。

第三乘客报文的帧头中没有允许分片标志，但该第三乘客报文是分片报文，可见，传送的也一直是分片报文，这样，影响隧道报文传输的性能，因此，当检测出这种情况时，会主动去和该第三乘客报文的源端进行MTU值的协商，即与与第三UDP隧道报文的隧道帧头中携带的源地址信息对应的终端进行MTU值协商，从而减少分片的发生，极大地提高了下行数据转发性能。

在主动与乘客报文的源端进行MTU值的协商后，减少了下一次传输过程中，中间网络设备对乘客报文的分片的概率，提高了隧道传输的效率，以及正确率。

其中，与第三UDP隧道报文的隧道帧头中携带的源地址信息对应的终端进行MTU值的协商的过程与上述的与第一UDP隧道报文的隧道帧头中携带的源地址信息对应的终端进行MTU值协商的过程一致，具体过程就不再累述了。

根据上述UDP隧道中传输报文的方法，可以构建一种UDP隧道中传输报文的装置，参见图6，包括：封装单元100、检测单元200、分片单元300和丢弃单元400。其中，

封装单元100，用于将接收的数据报文作为第一乘客报文进行UDP隧道封装，获得第一UDP隧道报文。

检测单元200，用于当所述第一UDP隧道报文的长度大于所述UDP隧道的MTU值时，判断所述第一UDP隧道报文中的第一乘客报文的帧头中是否携带了允许分片标志。

分片单元300，用于当所述第一乘客报文的帧头中携带了允许分片标志时，根据所述MTU值，将所述第一乘客报文进行分片，将分片后的每片第二乘客报文进行UDP封装，获得对应的第二UDP隧道报文，发送每个第二UDP隧道报文，其中，所述第二UDP隧道报文中的第二乘客报文的帧头中携带与该片第二乘客报文对应的分片标识。

丢弃单元400，用于当所述第一乘客报文的帧头中没有携带允许分片标志时，丢弃所述数据报文。

其中，检测单元200首将第一UDP隧道报文的长度与UDP隧道的MTU值进行比较，当第一UDP隧道报文的长度大于MTU值时，再判断第一UDP隧道报文中的第一乘客报文的帧头中是否携带了允许分片标志，

当丢弃单元400丢弃数据报文后，该装置还会与发送数据报文的终端进行MTU值协商，调整该终端发送下一次数据报文的长度。因此，该装置还包括：协商单元，用于与所述第一UDP隧道报文的隧道帧头中携带的源地址信息对应的终端进行MTU值的协商，调整所述终端发送下一次数据报文的长度。

由于在UDP隧道中传输报文时，有些中间网络设备并不完全遵循上述MTU协商标准，无论乘客报文是否携带了允许分片标志，对凡是超过MTU值的UDP隧道报文中的乘客报文都直接进行了分片，因此，本发明另一实施例中，该装置还包括：

解封装单元，用于对接收的第三UDP隧道报文进行解封装，获得对应的第三乘客报文。

则，协商单元，还用于当所述第三乘客报文的帧头中携带了分片标识，，且所述第三乘客报文的帧头中没有携带允许分片标志时，与所述第三UDP隧道报文的隧道帧头中携带的地址信息对应的终端进行MTU值协商，调整所述终端发送下一次数据报文的长度。

当然，上述两实施例中，协商单元包括：

获取子单元，用于获取所述UDP隧道报文中的隧道帧头的长度，

确定子单元，用于根据所述UDP隧道的MTU值，以及所述隧道帧头的长度之间的差值，确定协商的MTU值，

发送子单元，用于根据所述UDP隧道报文的隧道帧头中携带的源地址信息，发送所述协商的MTU值。

当然，本发明实施例中，当第一UDP隧道报文的长度小于或等于所述UDP隧道的MTU值时，可直接发送所述第一UDP隧道报文。因此，本发明实施例中还包括：发送单元，用于当所述第一UDP隧道报文的长度小于或等于所述UDP隧道的MTU值时，发送所述第一UDP隧道报文。

在如图1所示的典型的隧道组网架构中，本发明实施例中的UDP隧道中传输报文的装置可应用于AP中。

并且，当第一UDP隧道报文的长度大于UDP隧道的MTU值，且第一UDP隧道报文中的第一乘客报文的帧头中没有携带允许分片标志时，还可以与数据报文中携带的源地址信息对应的终端进行MTU值协商，调整该终端发送下一次数据报文的长度。这样，在下一次UDP隧道报文传输时，封装得到的UDP隧道报文可能会小于UDP隧道的MTU值，从而，不需要对UDP隧道报文进行分片，直接发送UDP隧道报文，极大地提高了UDP隧道报文传输的效率。

另外，本发明实施例中还能检测出有些中间网络设备无论乘客报文是否携带了允许分片标志，对凡是超过MTU值的UDP隧道报文中的乘客报文都直接进行了分片，并且不进行MTU值的协商的情况，此时，主动去和该乘客报文的源端进行MTU值的协商，从而减少分片的发生，提高数据转发性能，保证了UDP隧道传输的可靠性和稳定性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种用户数据包协议UDP隧道中传输报文的方法，其特征在于，包括：

否则，丢弃所述数据报文。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述丢弃所述数据报文之后，还包括：

与所述第一UDP隧道报文的隧道帧头中携带的源地址信息对应的终端进行MTU值的协商，调整所述终端发送下一次数据报文的长度。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

对接收的第三UDP隧道报文进行解封装，获得对应的第三乘客报文；

当所述第三乘客报文的帧头中携带了分片标识，且所述第三乘客报文的帧头中没有携带允许分片标志时，与所述第三UDP隧道报文的隧道帧头中携带的源地址信息对应的终端进行MTU值协商，调整所述终端发送下一次数据报文的长度。

4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，与UDP隧道报文的隧道帧头中携带的源地址信息对应的终端进行MTU值的协商包括：

获取所述UDP隧道报文中的隧道帧头的长度；

根据所述UDP隧道的MTU值，以及所述隧道帧头的长度之间的差值，确定协商的MTU值；

根据所述UDP隧道报文的隧道帧头中携带的源地址信息，发送所述协商的MTU值。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述第一UDP隧道报文的长度小于或等于所述UDP隧道的MTU值时，还包括：

发送所述第一UDP隧道报文。

6.一种用户数据包协议UDP隧道中传输报文的装置，其特征在于，包括：

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

协商单元，用于与所述第一UDP隧道报文的隧道帧头中携带的源地址信息对应的终端进行MTU值的协商，调整所述终端发送下一次数据报文的长度。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

解封装单元，用于对接收的第三UDP隧道报文进行解封装，获得对应的第三乘客报文；

所述协商单元，还用于当所述第三乘客报文的帧头中携带了分片标识，且所述第三乘客报文的帧头中没有携带允许分片标志时，与所述第三UDP隧道报文的隧道帧头中携带的地址信息对应的终端进行MTU值协商，调整所述终端发送下一次数据报文的长度。

9.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述协商单元包括：

获取子单元，用于获取所述UDP隧道报文中的隧道帧头的长度；

确定子单元，用于根据所述UDP隧道的MTU值，以及所述隧道帧头的长度之间的差值，确定协商的MTU值；

10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

发送单元，用于当所述第一UDP隧道报文的长度小于或等于所述UDP隧道的MTU值时，发送所述第一UDP隧道报文。