CN108667733A - 一种网络设备及报文处理方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种网络设备和报文处理方法，网络设备包括接口、多个内核、报文解析模块和微引擎。接口，用于接收网络报文；报文解析模块，用于从网络报文中提取报文特征信息，将报文特征信息传输给微引擎；微引擎，用于计算报文特征信息的hash值，根据预先存储的hash值与内核的对应关系，从多个内核中确定计算得到的hash值对应的目标内核，将网络报文传输给目标内核；目标内核，用于向其他网络设备转发网络报文。应用本申请实施例提供的技术方案，在实现网络报文分发处理的情况下，降低CPU资源的浪费，提高CPU的效率。

Description

一种网络设备及报文处理方法

技术领域

本申请涉及通信技术领域，特别是涉及一种网络设备及报文处理方法。

背景技术

基于MIPS(Microprocessor Without Interlocked Piped Stages，无内部互锁流水级的微处理器)架构多核***的网络设备中，例如防火墙这类安全设备中，需要针对来所有网络报文进行软件业务层面的分析和决策，期望多个内核能够同时对报文特征信息不同的网络报文进行并行处理，以达到多内核***的最佳高效应用。其中，报文特征信息包括三元组、五元组或七元组等信息。因此，在面临这种复杂的网络场景时，通常会将各种不同的网络报文按照某种规则分发到不同的内核进行处理。

目前，在网络设备中，基于软件转发的架构基础上，一般采用软件分流来实现将不同的网络报文分发到不同的内核进行处理。具体地，网络设备的接口接收网络报文，将网络报文缓存至硬件buffer(缓冲器)。网络设备的内核获取缓存的网络报文，从网络报文中提取出报文特征信息，并计算报文特征信息的hash(哈希)值，根据预先存储的hash值与内核的对应关系，确定计算出的hash值对应的内核，将网络报文传输给确定出的内核。确定出的内核将网络报文转发给其他网络设备。

采用上述软件分流技术将各个网络报文分发到各个内核，能够实现多核有效利用，同时也能达到均匀分流的目的。但是，这种软件分流技术中，内核获取到报文后需要再次转发给其他内核，也就是内核对网络报文进行了二次分发处理，这在一定程度上造成了CPU(Central Processing Unit，中央处理器)资源浪费和效率低下的问题。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种网络设备及报文处理方法，以在实现网络报文分发处理的情况下，降低CPU资源的浪费，提高CPU的效率。具体技术方案如下：

为实现上述目的，本申请实施例提供了一种网络设备，包括接口、多个内核、报文解析模块和微引擎；

所述接口，用于接收网络报文；

所述报文解析模块，用于从所述网络报文中提取报文特征信息，将所述报文特征信息传输给所述微引擎；

所述微引擎，用于计算所述报文特征信息的hash值，根据预先存储的hash值与内核的对应关系，从所述多个内核中确定计算得到的hash值对应的目标内核，将所述网络报文传输给所述目标内核；

所述目标内核，用于转发所述网络报文。

为实现上述目的，本申请实施例还提供了一种报文处理方法，应用于网络设备，所述网络设备包括接口、多个内核、报文解析模块和微引擎；所述方法包括：

所述接口接收网络报文；

所述报文解析模块从所述网络报文中提取报文特征信息，并将所述报文特征信息传输给所述微引擎；

所述微引擎计算所述报文特征信息的hash值；根据预先存储的hash值与内核的对应关系，确定计算得到的hash值对应的目标内核；以及，将所述网络报文传输给所述目标内核；

所述目标内核转发所述网络报文。

本申请实施例提供了一种网络设备和基于网络设备的报文处理方法，该网络设备包括接口、多个内核、报文解析模块和微引擎。其中，报文解析模块和微引擎为两个硬件模块。报文解析模块提取网络报文的报文特征信息。微引擎计算报文特征信息的hash值，根据预先存储的hash值与内核的对应关系，确定计算得到的hash值对应的目标内核，将网络报文转给目标内核。之后，目标内核将网络报文转发给其他网络设备。

可见，本申请实施例中通过硬件实现了网络报文的分发处理，硬件的执行效率远远高于软件的执行效率，且本申请实施例能够直接确定目标内核，不需要内核对网络报文进行了二次分发处理，在实现网络报文分发处理实现网络报文分发处理的情况下，降低了CPU资源的浪费，提高了CPU的效率。

当然，实施本申请的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的网络设备的一种结构图；

图2为一种以太网报文的格式的示意图；

图3为本申请实施例提供的微引擎数据结构的一种结构图；

图4为本申请实施例提供的报文处理方法的一种流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

目前，主要采用软件分流来实现将不同的网络报文分发到不同的内核进行处理。采用上述软件分流技术将各个网络报文分发到各个内核，能够实现多核有效利用，同时也能达到均匀分流的目的。但是，软件分流技术中，内核获取到报文后需要再次转发给其他内核，也就是内核对网络报文进行了二次分发处理，这在一定程度上造成了CPU资源浪费和效率低下的问题。

为了在实现网络报文分发处理的情况下，降低CPU资源的浪费，提高CPU的效率，本申请实施例提供了一种网络设备和一种基于该网络设备的报文处理方法。

本申请实施例提供的网络设备包括接口、多个内核外、报文解析模块和微引擎。其中，报文解析模块和微引擎为两个硬件模块。报文解析模块提取网络报文的报文特征信息，将提取的报文信息传输给微引擎。微引擎计算报文特征信息的hash值，根据预先存储的hash值与内核的对应关系，确定计算得到的hash值对应的目标内核，将网络报文转给目标内核。目标内核将网络报文转发给其他网络设备。

现有技术在报文转发过程中并没有应用报文解析模块和微引擎，而本申请实施例则应用此两个硬件模块，直接确定用于转发网络报文的目标内核，不需要内核对网络报文进行了二次分发处理。可见，本申请实施例能够通过硬件实现网络报文的分发处理，硬件的执行效率远远高于软件的执行效率，且不需要内核对网络报文进行了二次分发处理，在实现将不同的网络报文分发到不同的内核进行处理的情况下，降低了CPU资源的浪费，提高了CPU的效率。

下面通过具体的实施例，对本申请进行详细说明。

参考图1，图1为本申请实施例提供的网络设备的一种结构图。该网络设备包括接口100、多个内核110-11n、报文解析模块120和微引擎130。网络设备中可以包括一个或多个接口，一个或多个报文解析模块，一个或多个微引擎。这里，仅以一个接口100、一个报文解析模块120、一个微引擎130为例进行说明。

接口100，用于接收网络报文。具体的，接口100可以将网络报文缓存至硬件buffer。

报文解析模块120，用于获取接口100接收到的网络报文。具体的，报文解析模块120可以从所述硬件buffer中读取从接口100接收到的网络报文。然后报文解析模块120从网络报文中提取报文特征信息，将报文特征信息传输给微引擎。

这里，报文特征信息可以包括三元组、五元组或七元组等信息。

微引擎130，用于计算报文特征信息的hash值，根据预先存储的hash值与内核的对应关系，从多个内核110-11n中确定计算得到的hash值对应的目标内核，将网络报文传输给目标内核。具体的，微引擎130将硬件buffer中缓存的网络报文传输给目标内核。

目标内核，用于转发网络报文。

本申请实施例中，网络报文为标准的报文结构，如图2所示的以太网报文的报文结构，分别扩展头、L2头(二层头)、L3头(三层头)、L4头(4层头)和原始数据这几部分。其中，原始数据为用户需要转发的数据。

这些网络报文的格式在报文解析模块120中已配置好了。当报文解析模块120获取到网络报文后，就可以按照网络报文的报文结构，从网络报文中提取报文特征信息。

在本申请的一个实施例中，为了保证微引擎130能够成功的获取报文特征信息，实现网络报文的分发处理，报文解析模块120从网络报文中提取报文特征信息后，按照预设微引擎数据结构重组报文特征信息，得到微引擎130能够识别的重组信息。其中，预设微引擎数据结构为：微引擎130能够识别的数据结构。

报文解析模块120将重组信息传输给微引擎130。微引擎130按照预设微引擎数据结构，可以成功地从接收的重组信息中读取到报文特征信息，进而计算报文特征信息的hash值。

如图3所示的微引擎数据结构。微引擎数据结构包括以下字段：报文特征信息、保留区域、状态标识、时间戳以及原始数据。其中，byte0-byte39这前40字节为报文特征信息，byte40-byte52为保留区域，byte53-byte55为网络报文中的状态标识，byte56-byte63为时间戳，byte64及以后部分为报文的原始数据。

报文解析模块120获取到网络报文后，按照图3所示的微引擎数据结构，重组从网络报文中提取的报文特征信息。微引擎130按照图3所示的微引擎数据结构，读取前40字节的数据，进而获取到报文特征信息。

在本申请的一个实施例中，微引擎130获取到报文特征信息，可以采用CRC(CyclicRedundancy Check，循环冗余校验码)32校验算法，计算报文特征信息的hash值。微引擎130根据预先存储的hash值与内核的对应关系，从网络设备的多个内核中，确定计算得到的hash值对应的目标内核。例如，微引擎确定目标内核为内核110，微引擎130将网络报文放入内核110的接收队列中。

内核110对其接收队列中的网络报文进行处理，将网络报文转发给其他网络设备。

在本申请的一个实施例中，为了节约网络设备的资源，微引擎130在根据报文特征信息确定出目标内核之后，可以将该报文特征信息丢弃，然后再根据下一个网络报文的报文特征信息继续确定目标内核。可选的，将网络报文传输给目标内核之后，丢弃报文特征信息。

本申请实施例中，报文解析模块120和微引擎130为硬件，报文解析模块120的程序指令和微引擎130的程序指令独立于其他程序指令，报文解析模块120的程序指令受报文解析模块120的独占访问，微引擎130的程序指令受微引擎130的独占访问，也就是，报文解析模块120的程序指令和微引擎130的程序指令均不受OS(Operating System，操作***)的调度，有效提高了网络设备的可靠性。

基于与上述网络设备实施例相同的发明构思，本申请实施例还提供了一种报文处理方法。参考图4，图4为本申请实施例提供的报文处理方法的一种流程图，应用于网络设备，该网络设备包括接口、多个内核、报文解析模块和微引擎。该报文处理方法包括：

步骤401：接口接收网络报文。具体的，接口可以将网络报文缓存至硬件buffer。

步骤402：报文解析模块获取接口接收到的网络报文。具体的，报文解析模块可以从硬件buffer中读取接口接收到的网络报文。

步骤403：报文解析模块从网络报文中提取报文特征信息，并将报文特征信息传输给微引擎。

其中，报文特征信息可以包括：三元组、五元组或七元组。

本申请实施例中，网络报文为标准的报文格式，如图2所示的以太网报文的报文结构，分别扩展头、L2头、L3头、L4头和原始数据这几部分。其中，原始数据为用户需要转发的数据。

这些网络报文的格式在报文解析模块中已配置好了。当报文解析模块获取到网络报文后，就可以按照网络报文的报文结构，从网络报文中提取报文特征信息。例如可以根据图2所示的以太网报文结构提取报文特征信息。

步骤404：微引擎计算报文特征信息的hash值。

在本申请的一个实施例中，为了保证微引擎能够成功的获取报文特征信息，实现网络报文的分发处理，报文解析模块从网络报文中提取报文特征信息后，按照预设微引擎数据结构重组报文特征信息，得到微引擎能够识别的重组信息。其中，预设微引擎数据结构为：微引擎能够识别的数据结构。

报文解析模块将重组信息传输给微引擎。微引擎按照预设微引擎数据结构，可以成功地从接收的重组信息中读取到报文特征信息，进而计算报文特征信息的hash值。

如图3所示的微引擎数据结构。微引擎数据结构包括以下字段：报文特征信息、保留区域、状态标识、时间戳以及原始数据。其中，byte0-byte39这前40字节为报文特征信息，byte40-byte52为保留区域，byte53-byte55为网络报文中的状态标识，byte56-byte63为时间戳，byte64及以后部分为报文的原始数据。

报文解析模块获取到网络报文后，按照图3所示的微引擎数据结构，重组从网络报文中提取的报文特征信息。微引擎按照图3所示的微引擎数据结构，读取前40字节的数据，进而获取到报文特征信息。

在本申请的一个实施例中，微引擎130获取到报文特征信息，可以采用CRC32校验算法，计算报文特征信息的hash值。

步骤405：微引擎根据预先存储的hash值与内核的对应关系，确定计算得到的hash值对应的目标内核。

步骤406：微引擎将网络报文传输给目标内核。

在本申请的一个实施例中，为了节约网络设备的资源，微引擎在根据报文特征信息确定出目标内核之后，可以将该报文特征信息丢弃，然后再根据下一个网络报文的报文特征信息继续确定目标内核。可选的，将网络报文传输给目标内核之后，丢弃报文特征信息。

步骤407：目标内核转发网络报文。

应用本申请实施例，通过硬件实现了网络报文的分发处理，硬件的执行效率远远高于软件的执行效率，且本申请实施例能够直接确定目标内核，不需要内核对网络报文进行了二次分发处理，在实现网络报文分发处理实现网络报文分发处理的情况下，降低了CPU资源的浪费，提高了CPU的效率。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于报文处理方法实施例而言，由于其基本相似于网络设备实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见网络设备实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种网络设备，其特征在于，包括接口、多个内核、报文解析模块和微引擎；

所述接口，用于接收网络报文；

所述报文解析模块，用于从所述网络报文中提取报文特征信息，将所述报文特征信息传输给所述微引擎；

所述微引擎，用于计算所述报文特征信息的哈希hash值，根据预先存储的hash值与内核的对应关系，从所述多个内核中确定计算得到的hash值对应的目标内核，将所述网络报文传输给所述目标内核；

所述目标内核，用于转发所述网络报文。

2.根据权利要求1所述的网络设备，其特征在于，所述报文特征信息包括三元组、五元组或七元组。

3.根据权利要求1或2所述的网络设备，其特征在于，所述报文解析模块，具体用于按照预设微引擎数据结构重组所述报文特征信息，得到重组信息，将所述重组信息传输给所述微引擎；

所述微引擎，具体用于按照所述预设微引擎数据结构从所述重组信息中读取所述报文特征信息，计算所述报文特征信息的hash值。

4.根据权利要求1或2所述的网络设备，其特征在于，所述微引擎，具体用于根据循环冗余校验码CRC32校验算法，计算所述报文特征信息的hash值。

5.根据权利要求1或2所述的网络设备，其特征在于，所述微引擎，具体用于在将所述网络报文传输给所述目标内核之后，丢弃所述报文特征信息。

6.一种报文处理方法，其特征在于，应用于网络设备，所述网络设备包括接口、多个内核、报文解析模块和微引擎；所述方法包括：

所述接口接收网络报文；

所述报文解析模块从所述网络报文中提取报文特征信息，并将所述报文特征信息传输给所述微引擎；

所述微引擎计算所述报文特征信息的哈希hash值；根据预先存储的hash值与内核的对应关系，确定计算得到的hash值对应的目标内核；以及，将所述网络报文传输给所述目标内核；

所述目标内核转发所述网络报文。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述报文特征信息包括三元组、五元组或七元组。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述报文解析模块将所述报文特征信息传输给所述微引擎，包括：

所述报文解析模块按照预设微引擎数据结构重组所述报文特征信息，得到重组信息，将所述重组信息传输给所述微引擎；

所述微引擎计算所述报文特征信息的hash值，包括：

所述微引擎按照所述预设微引擎数据结构从所述重组信息中读取所述报文特征信息，计算所述报文特征信息的hash值。

9.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述微引擎计算所述报文特征信息的hash值，包括：

所述微引擎根据循环冗余校验码CRC32校验算法，计算所述报文特征信息的hash值。

10.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述微引擎在将所述网络报文传输给所述目标内核之后，丢弃所述报文特征信息。