CN104092558A - 多处理器设备的ip配置方法及多处理器设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多处理器设备的IP配置方法及多处理器设备，该方法通过为为每个多处理器设备配置数量小于处理器数量的IP地址，选择分发CPU解析出报文转发的目的设备，并根据一定的规则和用途，分配端口号给对应的处理器，同时修改TCP/IP协议，确保处理器之间通信的一致性，最后选择分片报文重组处理器，以应对无端口号的IPV4协议分片报文。根据本发明能够简化多处理器设备在复杂集群***时的IP部署工作，节省了宝贵的IP资源，同时本发明配置简单,通用性和扩展性强,便于维护和升级，大大降低了网络部署的难度和复杂性。

Description

多处理器设备的IP配置方法及多处理器设备

技术领域

本发明涉及一种多处理器设备的IP配置方法及多处理器设备，特别的涉及一种多处理器设备集群***IP地址分配的方法及优化IP配置的多处理器设备。

背景技术

随着网络技术和处理器技术的发展，现在网络设备的性能越来越强，由传统的单核处理器，发展到多核处理器，再由一个实体处理器构成的网络设备，发展为多个处理器共同协作构成的网络设备，如华为或思科的大型路由器都由多个单板组成，每个单板都有自己的处理器，不同的单板担任不同的功能，有的负责转发，有的负责业务处理，共同完成网络设备复杂的功能。多个多处理器设备可以构成集群***，不同的设备有不同的分工，有的负责报文解析处理，有的负责后端数据库存储，以完成非常复杂的功能。

由这种多处理器(这里的多处理器指的是多个实体的处理器，即多个物理封装的实体处理器)构成的网络设备，在构成集群***时，往往相互之间的管理通道都是彼此独立的，即某个设备的多个处理器需要和另外一个设备的多个处理器通信，这种通信一般通过TCP/IP网络实现。各个处理器的执行代码往往是不同的，每个处理器都运行自己的协议栈，这样就要求每个处理器都配置有自己的IP地址，相互之间通过TCP/IP的SOCKET套接字进行管理数据的通信。

实际的集群***往往比较复杂，可能每个设备有N个处理器，一个集群由M个设备组成，这样如果每个处理器都需要独立的IP地址才能实现管理数据通信，就需要占用N*M个IP地址。如果这些IP地址都是公网IP，则会占用大量宝贵的IP资源，如果这些IP地址都是私网IP，多个IP地址的配置也会导致复杂的操作，稍有不慎就可能配置错误，定位起来也非常耗费时间，同时也不利于后期的维护和扩展。

如上所述，现有技术的多处理器集群***中，每个处理器都配置自己的IP，因而存在下述缺陷：(1)占用大量IP资源，不便于分配；(2)配置复杂度较高，容易出现配置错误；(3)后期维护升级非常不便，也不便于集群方案的扩展和变更。

因此，有必要提供一种在多处理器设备集群***中优化IP配置的方法及多处理器设备，保证数据报文通信正常执行的前提下，减少IP资源的消耗，降低***配置的复杂度并提高***扩展性。

发明内容

本发明的目的是提供一种多处理器设备的IP配置方法及多处理器设备，特别的涉及一种多处理器设备集群***精简IP的方法及多处理器设备。根据本发明能够简化多处理器设备在复杂集群***时的IP部署，节省了宝贵的IP资源，同时本发明配置简单、通用性和扩展性强、便于维护和升级，大大降低了网络部署的难度和复杂性。

根据本发明的一个方面，提供一种多处理器设备的IP配置方法，包括以下步骤：步骤S101，为每个多处理器设备配置数量小于处理器数量的IP地址；步骤S102，选择一个或几个CPU作为分发CPU，根据收到的报文解析得到目的CPU，并将报文转发给目的CPU；步骤S103，按照端口分配规则对每个处理器分配目的端口，从目的端口提取CPU号并分配给对应的处理器；步骤S104，按照与步骤S103相同的规则设置每个处理器的源端口；步骤S105，将某一个处理器设置为主处理器，设置该处理器到设备IP的路由；步骤S106，将一部分处理器设置为分片报文重组处理器。

其中，所述步骤S101包括：为每个多处理器设备只配置一个IP地址。

其中，在所述步骤S105中，所述主处理器占用对应设备的IP，并生成到唯一一条与对应设备IP相对应的路由。

其中，如果转发的报文不符合端口分配规则，则将该报文转发给主处理器处理。

其中，如果转发的报文的IP为协议之上的非TCP或UDP协议的通信报文，转发给主处理器处理。

其中，在所述步骤S106中，分片报文重组处理器的数量为一个或多个，对于IPV4协议的分片报文，先由分片重组处理器对其重组后再按照端口分配规则，分发给相应的处理器。

根据本发明的另一个方面，提供一种优化IP配置的多处理器设备，包括：分发单元，其配置有一个CPU，用于将报文按端口规则分发给前期处理单元和业务处理单元；前期处理单元，其配置有一个或多个CPU，用于接收所述分发单元分发的报文，并对该报文进行相应处理；业务处理单元，其配置有一个或多个CPU，用于接收所述分发单元分发的报文，并对该报文进行相应处理；所述分发单元、前期处理单元和业务处理单元所配置的多个CPU设置的IP个数少于CPU的总数。

其中，所述分发单元、前期处理单元和业务处理单元所配置的多个CPU共用一个IP地址。

其中，所述分发单元配置的CPU为主处理器，该处理器占用设备的IP，并生成唯一一条与设备IP相对应的路由。

其中，还包括:重组单元,其配置有一个或多个CPU,用于对IPV4协议的分片报文进行重组。

根据本发明的一种多处理器设备的IP配置方法及装置，能够简化多处理器设备在复杂集群***时的IP部署工作，节省了宝贵的IP资源，同时本发明配置简单,通用性和扩展性强,便于维护和升级，大大降低了网络部署的难度和复杂性。

附图说明

图1显示了现有技术中具有3个处理器的设备集群***的数据通信结构示意图；

图2显示了现有技术中多处理器设备集群***的数据通信结构示意图；

图3显示了本发明优选实施例的多处理器设备的IP配置方法的流程图；

图4显示了本发明优选实施例的优化IP配置的多处理器设备的结构示意图。

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明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明的目的是提供一种多处理器设备的IP配置方法及多处理器设备，该方法通过为每个多处理器设备配置IP，选择分发CPU解析出报文转发的目的设备，并根据一定的规则和用途，分配端口号给对应的处理器，同时修改TCP/IP协议，确保处理器之间通信的一致性，最后选择分片报文重组处理器，以应对无端口号的IPV4协议分片报文。本发明能够简化多处理器设备在复杂集群***时的IP部署工作，节省了宝贵的IP资源，同时本发明配置简单、通用性和扩展性强、便于维护和升级，大大降低了网络部署的难度和复杂性。

图1显示了现有技术中具有3个处理器的设备集群***的数据通信结构示意图。

如图1所示，现有技术中，在例如分别由3个实体处理器构成的多处理器设备1和2所构成的集群***中，各个多处理器设备相互之间的管理通道是独立的，也即，设备1的3个处理器与设备2的3个处理器之间的通信是彼此独立的。例如，设备1中的3个处理器分别命名为CPU1，CPU2，CPU3，设备2中的3个处理器分别命名为CPU4，CPU5，CPU6，设备1和设备2之间通过TCP/IP网络实现数据通信。由于设备1和设备2中各个处理器的执行代码不同，每个处理器都运行自己的协议栈，这样就要求每个处理器都要配置有自己的IP，相互之间通过TCP/IP的SOCKET套接字进行管理数据的通信。

一般地,在多处理器集群***中，为了交互的方便，***之间对应的处理器通常为直接交互，且往往通过TCP/IP SOCKET套接字实现交互，这样每个CPU单元都需要配置单独的IP，只有配置IP，才能运行TCP/IP套接字。

在该集群***内，多处理器设备1中的CPU1负责业务处理，同时绑定地址IP1；CPU2负责报文的前期处理，同时绑定地址IP2；CPU3负责设备内网络报文分发，同时绑定地址IP3。其中业务数据报文的转发过程依次经过CPU3报文分发单元，CPU2报文前期处理单元和CPU1业务处理单元。

多处理器设备2中的CPU4负责业务处理，同时绑定地址IP4；CPU5负责报文的前期处理，同时绑定地址IP5；CPU6负责设备内网络报文分发，同时绑定地址IP6。其中业务数据报文的转发过程依次经过CPU6报文分发单元，CPU5报文前期处理单元和CPU4业务处理单元。

集群***间管理信息的交互是通过多处理器设备1和多处理器设备2中功能相对应的CPU之间实现，具体来说，CPU1与CPU4之间交互，CPU2与CPU5之间交互，CPU3与CPU6之间交互。这里的管理数据可以是两个***相应单元的同步数据或者控制数据，其中本发明主要针对管理数据流。

图2显示了现有技术中多处理器设备集群***的数据通信结构示意图。

如图2所示，现有技术中，在例如由M个实体处理器构成的N个网络设备所构成的集群***中,该集群***需要占用M*N个IP地址。如果这些IP地址都是公网IP，则占用大量宝贵的IP资源，如果这些IP地址都是私网IP，多个IP地址的配置也会导致复杂的操作，稍有不慎就可能配置错误，定位起来也非常耗费时间，同时也不利于后期的维护和扩展。

图3显示了本发明优选实施例的多处理器设备的IP配置方法的流程图。

如图3所示，本发明优选实施例的多处理器设备的IP配置方法，主要包括如下步骤：

步骤S101，为每个多处理器设备配置数量小于处理器数量的IP地址。

对集群内每个多处理器设备只配置一个IP(或IP数量小于处理器的数量)，当多处理器设备配置一个IP地址时，设备内的各个处理器共用该IP地址；当多处理器设备配置数量小于处理器数量的多个IP地址时，设备内的各个处理器根据预定规则分配该多个IP地址。

步骤S102，选择一个或几个CPU作为分发CPU，根据收到的报文解析得到目的CPU，并将报文转发给目的CPU。

设备中一个或几个CPU作为分发CPU，当收到的报文地址指向本设备中的IP时，查找路由并交给上层协议处理，如果上层协议为TCP或者UDP，则根据一定的端口解释规则，解析出目的端口，进而解析得到目的CPU，将报文转发给此设备内的目的CPU。

其中，对于TCP和UDP的端口号分配规则，因为端口号有16位，可以根据位的用途来划分端口号，本发明中定义如下：

BIT14-BIT15：功能字段。CPU按端口转发时，根据这两个BIT的值是0,1,2,3，去解析BIT0-BIT13的格式。

BIT11-BIT13：CPU号字段。因为由3个BIT最多可表示8个CPU，对于一般的多处理器设备足以表示其范围，如果超出该范围，可以调整端口定义规则，扩大表示该CPU号字段的比特数，以满足实际需求。

BIT0-BIT10：含义位字段。根据BIT14,15的值，解析为不同的含义，如下表1所示。

表1端口分配示例

因为RFC规定的常用服务端口为0-1024，所以将BIT14,15赋值为0时，BIT0-10的解释为标准的服务端口，同时BIT11-13为CPU号，当收到0-1024的端口时，因为CPU号字段为0，默认发送给CPU0上层协议(也可以发送给默认的***服务CPU)。如果BIT11-13有值(即非零)，则认为该端口是其他CPU提供的标准服务，按CPU号字段转发给其他CPU。当BIT14,15为0时，转发规则如表2所示。

BIT15	BIT14	BIT11-13	BIT0-10	端口值	发送CPU
						0	0	0	0-2047	0-2048	0
0	0	1	0-2047	2048-4095	1
						0	0	2	0-2047	4096-6143	2
0	0	3	0-2047	6144-8191	3
						0	0	4	0-2047	8192-10239	4
0	0	5	0-2047	10240-12287	5

表2RFC定义服务端口转发规则

当BIT14,15为其他值时，转发规则类似。

由于TCP/IP协议栈采用的是C/S架构模型，即客户端/服务器模型。当本设备的CPU作为客户端，去连接其他设备的服务器时，连接成功后，本CPU的源端口，也需满足端口分配规则，这样才能保证其他设备返回的报文，还能分发到本CPU。这种分配为BIT15,14为10(二进制)，含义位字段和CPU字段组合，作为本CPU的随机端口号。这种情形需要修改TCP/IP协议栈中的源随机端口分配规则。

步骤S103，按照预定规则对每个处理器分配目的端口，从目的端口提取CPU号并分配给对应的处理器。

TCP/IP的传输层一般都采用TCP或UDP通信，这两种协议都有源端口号和目的端口号。针对设备内的各个处理器，根据预定的端口转发规则(参见前文的表1和表2)分配目的端口给对应的处理器。目的端口分配完成后，如果本设备IP的目的端口符合预定的端口分配规则，则由分发单元根据端口规则，从目的端口中提取出CPU号，分发给相应的设备内的处理器。集群***内的各设备端口转发规则不一定一致，只要根据目的端口能区分该设备的各个处理器和业务类型就可以。

本步骤中，预定的端口转发规则可以参见文的表1和表2，但是不仅限于本发明举例的端口分配规则，本领域的技术人员可以根据实际需要灵活定义，只要根据目的端口转发没有歧义就行。另外，根据目的端口转发的目的也不仅限于本设备，而是可以转发至集群内其他设备。所有多处理器设备，只配置一个或少个IP，通过目的端口判断解析来转发至其他处理器的转发方法，都在本发明的保护范围内。

步骤S104，按照与步骤S103相同的规则设置每个处理器的源端口。

TCP/IP通信中，当CPU主动向外连接其他设备时，TCP或UDP的源端口选择是随机的，会导致其他设备回应的报文不能回到本处理器。为了满足步骤S103的端口分配规则，确保本处理器发起的连接成功，使得其他设备回应的报文还能回到本处理器，需要修改TCP/IP协议栈，确保本处理器的源端口选择范围也符合核心步骤S103描述的规则。

步骤S105，将某一个处理器设置为主处理器，设置该处理器到设备IP的路由。

主处理器可以执行下述操作：主处理器占用本设备的IP，生成该处理器到本设备IP对应的路由，其他处理器虽然也共用这个IP，但是不生成该IP的路由。如果某个指向本设备IP的报文不符合步骤S103的端口规则，则可以转发该报文到主处理器进行处理。另外，对于没有端口号的报文，例如IP协议之上的非TCP或UDP协议的通信报文，可以优先转发给主处理器进行处理。

步骤S106，将一部分处理器设置为分片报文重组处理器。

对于IPV4协议的分片报文，由于可能没有端口，无法按TCP或UDP的端口分发，由分发单元分发到分片报文重组处理器，分片重组处理器完成重组后，再按照步骤S103的端口分配规则分发给相应的处理器。在步骤S106中，分片报文重组处理器所包括的处理器数量具体要根据业务处理器能处理的最大吞吐容量和网络设备中分片报文的比例来决定。例如，一个多处理器设备能处理的最大吞吐是40G(每个处理器能处理2.5G，总共16个处理器)，分片报文比例为10％，那么40G*10％＝4G，由于每个处理器最多能处理2.5G,所以至少需要两个处理器组成分片报文重组处理器，优选地，设定为3-4个。

图4显示了本发明优选实施例的优化IP配置的多处理器设备的结构示意图。

如图4所示，本发明优选实施例的优化IP配置的多处理器设备，包括以下部件：分发单元、前期处理单元和业务处理单元。其中，分发单元，其配置有一个CPU，用于将报文按端口规则分发给前期处理单元和业务处理单元。前期处理单元，其配置有一个或多个CPU，用于接收所述分发单元分发的报文，并对该报文进行相应处理。业务处理单元，其配置有一个或多个CPU，用于接收所述分发单元分发的报文，并对该报文进行相应处理其中，分发单元、前期处理单元和业务处理单元所配置的多个CPU设置的IP个数少于CPU的总数。

在本发明的优选实施例中，多处理器设备1例如设置有6个处理器CPU，给多处理器设备1内的多有CPU配置一个IP地址(图中表示为IP1)，即各个CPU共用一个IP地址。

如图4，将一个CPU(CPU0)作为主处理器，用作分发单元，用于将管理报文按端口规则分发给其他CPU。CPU1和CPU2用作前期处理单元，CPU3,CPU4和CPU5用作业务处理单元。

在本发明的多处理器设备中，CPU0设置为分发单元的CPU，当CPU0收到IP报文，目的IP为IP1，查路由是到本机，需要交给上层协议处理时，如果上层协议为TCP或者UDP，则根据下面描述的端口解释规则，根据目的端口，解析得到目的CPU，将报文转发给目的CPU。

只配置一个IP即IP1，IP1配置在用作分发单元的CPU0上，即***生成的路由为IP1到CPU0，并且其他CPU的IP也同样配置为IP1。本发明中，为了防止***内路由冲突，其他CPU配置的IP1设置为不在设备中生成本机路由，路由表中只生成一条到IP1的路由，即指向CPU0的路由。

对于TCP和UDP的端口号分配规则，因为端口号有16位，可以根据位的用途来划分端口号，本发明中定义如下：

BIT14-BIT15：功能字段。CPU按端口转发时，根据这两个BIT的值是0,1,2,3，去解析BIT0-BIT13的格式。

BIT11-BIT13：CPU号字段。因为由3个BIT最多可表示8个CPU，对于一般的多处理器设备足以表示其范围，如果超出该范围，可以调整端口定义规则，扩大表示该CPU号字段的比特数，以满足实际需求。

BIT0-BIT10：含义位字段。根据BIT14,15的值，解析为不同的含义，如下表1所示。

表1端口分配示例

因为RFC规定的常用服务端口为0-1024，所以将BIT14,15赋值为0时，BIT0-10的解释为标准的服务端口，同时BIT11-13为CPU号，当收到0-1024的端口时，因为CPU号字段为0，默认发送给CPU0上层协议(也可以发送给默认的***服务CPU)。如果BIT11-13有值(即非零)，则认为该端口是其他CPU提供的标准服务，按CPU号字段转发给其他CPU。当BIT14,15为0时，转发规则如表2所示。

BIT15	BIT14	BIT11-13	BIT0-10	端口值	发送CPU
						0	0	0	0-2047	0-2048	0
0	0	1	0-2047	2048-4095	1
						0	0	2	0-2047	4096-6143	2
0	0	3	0-2047	6144-8191	3
						0	0	4	0-2047	8192-10239	4
0	0	5	0-2047	10240-12287	5

表2RFC定义服务端口转发规则

当BIT14,15为其他值时，转发规则类似。

由于TCP/IP协议栈采用的是C/S架构模型，即客户端/服务器模型。当本设备的CPU作为客户端，去连接其他设备的服务器时，连接成功后，本CPU的源端口，也需满足端口分配规则，这样才能保证其他设备返回的报文，还能分发到本CPU。这种分配为BIT15,14为10(二进制)，含义位字段和CPU字段组合，作为本CPU的随机端口号。这种情形需要修改TCP/IP协议栈中的源随机端口分配规则。

当收到非UDP和TCP报文时，即IP层之上承载的是其他协议时，因为没有目的端口，无法按规则的端口分发规则转发，则都默认送给CPU0(或其他指定的默认CPU)。

在本发明的优选实施例中，还包括重组单元,其配置有一个或多个CPU,用于对IPV4协议的分片报文进行重组。具体地，重组单元所配置的处理器数量具体要根据业务处理器能处理的最大吞吐容量和网络设备中分片报文的比例来决定。例如，一个多处理器设备能处理的最大吞吐是40G(每个处理器能处理2.5G，总共16个处理器)，分片报文比例为10％，那么40G*10％＝4G，由于每个处理器最多能处理2.5G,所以至少需要两个处理器组成分片报文重组处理器，优选地，设定为3-4个。对于IP分片报文，因为TCP/UDP头只在IP分片的首包存在，后续分片看不到，所以需要分片重组后，再进行目的端口规则转发。具体实现为，可以提前选择一个或者一组CPU作为分片重组CPU，当分发CPU收到分片报文，需要转发到分片重组CPU时，根据源IP和IP的ID，按分片重组CPU的个数去取HASH，转发至相应的CPU。相应的分片重组CPU收到分片报文后，暂时缓存，当收到的IP分片完整，可以重组后，重组为完整的IP报文，再按目的端口分发规则转发至相应的CPU。

如上所述，通过本发明的多处理器设备的IP配置方法，可以简化多处理器设备的***结构，简化复杂集群部署时的IP部署架构，节省了宝贵的IP资源。因此，本发明的方法使得多处理器设备集群的配置简单，便于维护和升级，大大降低了网络部署的难度和复杂性。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种多处理器设备的IP配置方法，其特征在于,包括以下步骤：

步骤S101，为每个多处理器设备配置数量小于处理器数量的IP地址；

步骤S102，选择一个或几个CPU作为分发CPU，根据收到的报文解析得到目的CPU，并将报文转发给目的CPU；

步骤S103，按照端口分配规则对每个处理器分配目的端口，从目的端口提取CPU号并分配给对应的处理器；

步骤S104，按照与步骤S103相同的规则设置每个处理器的源端口；

步骤S105，将某一个处理器设置为主处理器，设置该处理器到设备IP的路由；

步骤S106，将一部分处理器设置为分片报文重组处理器。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于,所述步骤S101包括：

为每个多处理器设备只配置一个IP地址。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于,在所述步骤S105中，所述主处理器占用对应设备的IP，并生成到唯一一条与对应设备IP相对应的路由。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于,如果转发的报文不符合端口分配规则，则将该报文转发给主处理器处理。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于,如果转发的报文的IP为协议之上的非TCP或UDP协议的通信报文，转发给主处理器处理。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于,在所述步骤S106中，分片报文重组处理器的数量为一个或多个，对于IPV4协议的分片报文，先由分片重组处理器对其重组后再按照端口分配规则，分发给相应的处理器。

7.一种优化IP配置的多处理器设备，其特征在于，包括：

分发单元，其配置有一个CPU，用于将报文按端口规则分发给前期处理单元和业务处理单元；

前期处理单元，其配置有一个或多个CPU，用于接收所述分发单元分发的报文，并对该报文进行相应处理；

业务处理单元，其配置有一个或多个CPU，用于接收所述分发单元分发的报文，并对该报文进行相应处理；

其中，所述分发单元、前期处理单元和业务处理单元所配置的多个CPU设置的IP个数少于CPU的总数。

8.根据权利要求7所述的多处理器设备，其特征在于，所述分发单元、前期处理单元和业务处理单元所配置的多个CPU共用一个IP地址。

9.根据权利要求7所述的多处理器设备，其特征在于，所述分发单元配置的CPU为主处理器，该处理器占用设备的IP，并生成唯一一条与设备IP相对应的路由。

10.根据权利要求7所述的多处理器设备，其特征在于，还包括:重组单元,其配置有一个或多个CPU,用于对IPV4协议的分片报文进行重组。