CN105554002A - 一种隧道报文的解析方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种隧道报文的解析方法和装置，该隧道报文的解析方法包括：S1：获取隧道报文当前层的协议类型信息；S2：根据协议类型信息查询协议类别编码表和当前层头长度表，获取下一层协议的类型及其起始位置；S3:重复步骤S1和S2，直到隧道报文解析完成。本发明通过利用协议类型编码表和当前层头长度表，将不同协议的解析过程统一为信息提取和查表两个阶段，极大的减少了隧道报文的解析过程。

Description

一种隧道报文的解析方法和装置

技术领域

本发明涉及通信领域，具体来说，涉及一种隧道报文的解析方法和装置。

背景技术

隧道报文是指利用一种网络协议来传输另一种网络协议的技术，该报文一般分为负载、内层、隧道层和外层。内层和负载是需要传输的原始数据，是一个完整的报文。隧道层用于对原始报文进行封装，根据隧道类型的不同，隧道层所使用的协议也不相同，隧道层主要包括GRE(GenericRoutingEncapsulation，通用路由封装)，GTP(GPRSTunnellingProtocol，GPRS隧道协议)，L2TP(Layer2TunnelingProtocol,二层隧道协议)等。原始报文经隧道层封装后，还需要封装外层(网络层、传输层)，以使报文能在网络中传输。其中，报文的解析是指提取出各种协议报文的关键信息的过程，如提取IP地址等。

随着计算机网络的飞速发展，传统的IPv4协议在地址资源、服务质量(QoS)、安全性、移动性等方面都面临着严峻的挑战，为此IETF(互联网工程任务组，InternetEngineeringTaskForce)设计了用于替代IPv4协议的下一代IP协议(IPv6)。然而，从IPv4过渡到IPv6是一个非常缓慢的过程，即目前正处于过渡期，网络中同时存在老的只支持IPv4的设备、新的支持IPv4和IPv6双栈的设备以及只支持IPv6的设备。支持不同协议类型的设备之间的互联往往使用隧道协议实现。目前常用的隧道协议包括：IPv4overIPv6、IPv6overIPv4、IPv4inIPv4、IPv6inIPv6、GRE、GTP、MIP、IPSec、L2TP、PPTP、Teredo、6to4等等。相对于单层的协议，这些隧道报文的识别解析非常耗时，严重影响***的性能，并且由于隧道类型在不断增加，对隧道报文的识别解析扩展性要求很高。

传统基于软件的报文解析(如Wireshark等)，增加协议相对容易，但其性能较差，难于满足10G链路的数据处理要求。基于软件的协议解析，能支持多种复杂协议的解析，但其性能受限于CPU的性能，一颗高性能的CPU解析复杂报文的速率远低于10Gbps。因此在高性能的网络设备中，通常需要硬件进行加速。FPGA(Field－ProgrammableGateArray，现场可编程逻辑阵列)具有高性能、可编程等优点，很多高端网络流量处理***都是基于FPGA实现的，适合作为协议解析加速器件。基于FPGA实现的隧道报文解析，可以提高解析的速率。为此，现有技术中设计了一种基于FPGA实现的隧道报文解析的方法，在满足性能要求的同时，增加了解析的扩展性。

现有的实现方案主要是基于状态机顺序跳转的协议解析，如图1所示，解析开始时，状态机处于初始IDLE状态，然后提取出最外层的协议类型，根据协议类型的不同，状态机跳转至相应的状态；新状态的操作类似，仍然是先提取下一层的协议类型，继续跳转，直到头部解析完成。

基于状态机的协议解析流程清晰，充分发挥了FPGA高性能的特点，能很好的满足简单协议解析的需求。然而，这种解析方法面临严重的扩展性问题，当需要支持的协议增加时，需要向状态机中增加新的状态。此外，隧道报文通常包含多层头，随着协议数量和协议中协议头层数的增加，状态机越来越复杂，导致FPGA电路实现困难。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种，能够一种隧道报文的解析方法和装置，能很好的支持多种隧道协议，并且对隧道报文的层数无限制。在保证高性能的前提下，提高了隧道报文解析的扩展性，能方便地添加解析的协议。

本发明的技术方案是这样实现的：

根据本发明的一个方面，提供了一种隧道报文的解析方法。

该方法包括：

S1：获取隧道报文当前层的协议类型信息；

S2：根据协议类型信息查询协议类别编码表和当前层头长度表，获取下一层协议的类型及其起始位置；

S3:重复步骤S1和S2，直到隧道报文解析完成。

优选地，当前层的协议类型信息至少包括：

当前层的协议类型、当前层的头长度字段和下一层协议的类型字段。

优选地，输入协议类别编码表的信息包括当前层的协议类型和下一层协议的类型字段，输出协议类别编码表的信息为下一层的协议类型。

优选地，输入当前层头长度表的信息包括当前层的协议类型和当前层的头长度字段，输出当前层头长度表为下一层协议的起始位置。

优选地，当隧道报文中增加新类型协议时，在协议类别编码表和当前层头长度表中增加新类型协议的表项。

根据本发明的另一方面，提供了一种隧道报文的解析装置。

该装置包括：

获取模块，用于获取隧道报文当前层的协议类型信息；

查询模块，用于根据协议类型信息查询协议类别编码表和当前层头长度表，获取下一层协议的类型及其起始位置；

重复模块，用于重复获取模块和查询模块的操作，直到隧道报文解析完成。

优选地，当前层的协议类型信息至少包括：

当前层的协议类型、当前层的头长度字段和下一层协议的类型字段。

优选地，查询模块，进一步用于输入协议类别编码表的信息包括当前层的协议类型和下一层协议的类型字段，输出协议类别编码表的信息为下一层的协议类型。

优选地，查询模块，进一步用于输入当前层头长度表的信息包括当前层的协议类型和当前层的头长度字段，输出当前层头长度表为下一层协议的起始位置。

优选地，增加模块，用于当隧道报文中增加新类型协议时，在协议类别编码表和当前层头长度表中增加新类型协议的表项。

本发明通过在报文解析过程中，利用协议类型编码表和当前层头长度表，将不同协议的解析过程统一为信息提取和查表两个阶段。当需要增加新的协议时，只需要在两张表中添加对应的表项即可支持，因此，能很好的支持多种隧道协议，并且对隧道报文的层数无限制。在保证高性能的前提下，提高了隧道报文解析的扩展性，能方便地添加解析的协议。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中基于状态机的协议解析的流程图；

图2是典型的隧道报文的结构图；

图3根据本发明实施例的隧道报文的解析方法的流程图；

图4根据本发明实施例的隧道报文解析的流程图；

图5根据本发明实施例的隧道报文的解析装置的框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，一个典型的隧道报文包括7层，要完成隧道报文的解析需要逐层对协议进行识别并提取相应的信息。每一层的解析需要得到当前层的头长度字段(协议头中表示协议头长度的字段)和下一层的协议类型字段(协议头中表示下一层协议类型的字段)，并由此推算出下一层协议的起始位置和协议类型。由于每一层均可能有多种分支，传统基于状态机的方法不适合对隧道报文进行解析。对典型的隧道报文协议进行分析后发现以下特点：

1、隧道报文的内层协议和外层协议均包含三层协议和四层协议，可以通过重复查找共用相关的资源，其中，三层协议指的是IP协议，四层协议指的是TCP/UDP协议；

2、一般来讲，下一层协议的类型可以根据当前层的类型及当前层的协议类型字段查找得到。例如在IPv4协议中，如果其协议类型字段为6，则下一层协议为TCP协议；如果其协议类型字段为17，则下一层协议为UDP协议；

3、下一层协议的起始位置与类型相似，可以根据当前层的起始位置及当前层的协议头长度字段得到。例如IPv4协议的起始位置为14，其协议头长度字段指明IPv4的头长度为20字节，因此下一层协议的起始位置为34字节。

根据本发明的实施例，提供了一种隧道报文的解析方法。

如图3所示，根据本发明实施例的隧道报文的解析方法包括：

步骤S301，获取隧道报文当前层的协议类型信息；

步骤S303，根据协议类型信息查询协议类别编码表和当前层头长度表，获取下一层协议的类型及其起始位置；

步骤S305，重复步骤S301和S303，直到隧道报文解析完成。

通过本发明的上述方案，能够利用协议类型编码表和当前层头长度表，将不同协议的解析过程统一为信息提取和查表两个阶段，极大的减少了隧道报文的解析过程。

具体的，在一个实施例中，当前层的协议类型信息至少包括：当前层的协议类型、当前层的头长度字段和下一层协议的类型字段，具体地，获取当前层的头长度字段和下一层协议的类型字段在报文中的偏移，也就是说，获取当前层的头长度字段和下一层协议的类型字段在报文中的具***置，根据上述偏移信息提取头长度字段和下一层协议的类型字段，本领域的技术人员应当理解，头长度字段和下一层协议的类型字段的提取仅为一个实施例，本领域人员可根据实际需求提取其他需要的字段，如：IP地址等。

在一个实施例中，输入协议类别编码表的信息包括当前层的协议类型和下一层协议的类型字段，输出协议类别编码表的信息为下一层的协议类型，具体地，如图4所示，协议类型查找表的输入是当前层的协议类型及下一层协议类型字段，输出为下一层协议类型。同时，输入当前层头长度表的信息包括当前层的协议类型和当前层的头长度字段，输出当前层头长度表为下一层协议的起始位置，协议类型编码表的操作与当前头层长度表类似，具体地，如图4所示，当前层头长度表的输入为当前层协议类型及头长度字段，输出为当前层头的长度。

在一个实施例中，当隧道报文中增加新类型协议时，在协议类别编码表和当前层头长度表中增加新类型协议的表项，具体地，与基于状态机的解析方法不同，本申请的解析方法不会因为协议层数的增加而增加流程的复杂度，便于扩展新的协议。如：当需要增加新的协议时，只需要在协议类型编码表和当前层长度表中增加相关的表项即可。此外，由于隧道报文的内层协议和外层协议中的三层协议和四层协议可重复查找共用的资源，因此，本申请的解析方法在解析过程中内外层协议可以共用表项，从而减小了设计的复杂度。

在另一个实施例中，隧道报文并不是所有协议头都包含头长度字段和下一层协议字段，对这些协议需要进行特殊的处理，以适应基于查找表的方法。如：有些协议例如GRE协议就没有头长度字段，其头长度需要根据协议头的第一个字节计算得到。还有一些协议例如MPLS协议没有下一层协议字段，为了在查找表中支持这些协议，需要预先读取下一层协议的部分字段并将其编码添加到编码表中。

根据本发明的实施例，还提供了隧道报文的解析装置。

如图5所示，根据本发明实施例的隧道报文的解析装置包括：

获取模块51，用于获取隧道报文当前层的协议类型信息；

查询模块52，用于根据协议类型信息查询协议类别编码表和当前层头长度表，获取下一层协议的类型及其起始位置；

重复模块53，用于重复获取模块和查询模块的操作，直到隧道报文解析完成。

通过本发明的上述方案，能够利用协议类型编码表和当前层头长度表，将不同协议的解析过程统一为信息提取和查表两个阶段，极大的减少了隧道报文的解析过程。

其中，当前层的协议类型信息至少包括：当前层的协议类型、当前层的头长度字段和下一层协议的类型字段。

此外，查询模块52，进一步用于输入协议类别编码表的信息包括当前层的协议类型和下一层协议的类型字段，输出协议类别编码表的信息为下一层的协议类型。

另外，查询模块52，进一步用于输入当前层头长度表的信息包括当前层的协议类型和当前层的头长度字段，输出当前层头长度表为下一层协议的起始位置。

此外，增加模块(未示出)，用于当隧道报文中增加新类型协议时，在协议类别编码表和当前层头长度表中增加新类型协议的表项。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过在报文解析过程中，利用协议类型编码表和当前层头长度表，将不同协议的解析过程统一为信息提取和查表两个阶段。当需要增加新的协议时，只需要在两张表中添加对应的表项即可支持，因此，能很好的支持多种隧道协议，并且对隧道报文的层数无限制。在保证高性能的前提下，提高了隧道报文解析的扩展性，能方便地添加解析的协议。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隧道报文的解析方法，其特征在于，包括：

S1：获取所述隧道报文当前层的协议类型信息；

S2：根据所述协议类型信息查询协议类别编码表和当前层头长度表，获取下一层协议的类型及其起始位置；

S3:重复步骤S1和S2，直到所述隧道报文解析完成。

2.根据权利要求1所述隧道报文的解析方法，其特征在于，所述当前层的协议类型信息至少包括：

当前层的协议类型、当前层的头长度字段和下一层协议的类型字段。

3.根据权利要求2所述隧道报文的解析方法，其特征在于，输入所述协议类别编码表的信息包括所述当前层的协议类型和下一层协议的类型字段，输出所述协议类别编码表的信息为下一层的协议类型。

4.根据权利要求2所述隧道报文的解析方法，其特征在于，输入所述当前层头长度表的信息包括所述当前层的协议类型和当前层的头长度字段，输出所述当前层头长度表为下一层协议的起始位置。

5.根据权利要求1所述隧道报文的解析方法，其特征在于，当所述隧道报文中增加新类型协议时，在所述协议类别编码表和当前层头长度表中增加所述新类型协议的表项。

6.一种隧道报文的解析装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取所述隧道报文当前层的协议类型信息；

查询模块，用于根据所述协议类型信息查询协议类别编码表和当前层头长度表，获取下一层协议的类型及其起始位置；

重复模块，用于重复获取模块和查询模块的操作，直到所述隧道报文解析完成。

7.根据权利要求6所述隧道报文的解析装置，其特征在于，所述当前层的协议类型信息至少包括：

当前层的协议类别、当前层的头长度字段和下一层协议的类型字段。

8.根据权利要求7所述隧道报文的解析装置，其特征在于，进一步包括：

所述查询模块，进一步用于输入所述协议类别编码表的信息包括所述当前层的协议类型和下一层协议的类型字段，输出所述协议类别编码表的信息为下一层的协议类型。

9.根据权利要求7所述隧道报文的解析装置，其特征在于，进一步包括：

所述查询模块，进一步用于输入所述当前层头长度表的信息包括所述当前层的协议类型和当前层的头长度字段，输出所述当前层头长度表为下一层协议的起始位置。

10.根据权利要求6所述隧道报文的解析装置，其特征在于，进一步包括：

增加模块，用于当所述隧道报文中增加新类型协议时，在所述协议类别编码表和当前层头长度表中增加所述新类型协议的表项。