CN110708250A - 一种提高数据转发性能的方法、电子设备及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高数据转发性能的方法，包括如下步骤：根据解析得到的数据得出数据报文对应的哈希值；通过计算得到的哈希值至哈希链表中进行查找匹配，并判断是否匹配成功，如果是，则执行报文发送，如果否，则执行记录；通过哈希值在哈希链表中查询对应地址信息，根据获取到的地址信息进行报文组装以将封装后的报文从对端以太网口发出；根据协议栈处理流程对数据报文进行处理并***到哈希链表中。本发明还公开了一种电子设备和计算机可读存储介质。本发明的提高数据转发性能的方法通过对同类型的报文第一次进行记录，后续的报文直接进行封装转发包，不需要再走协议栈处理流程，减少CPU对报文的处理，降低CPU的利用率，提高转发效率。

Description

一种提高数据转发性能的方法、电子设备及存储介质
技术领域
本发明涉及一种通信技术领域，尤其涉及一种提高数据转发性能的方法、电子设备及存储介质。
背景技术
SD-WAN，即广域软件定义网络，用于连接广阔地理范围的企业网络、数据中心、互联网应用及云服务。随着近几年来SD-WAN的快速发展，对于SD-WAN设备也有更高的要求，要求在数据转发上拥有更好的速率及性能。在目前的设备中，L2TP VPN的性能还需要进一步提升，以满足网络服务要求。
在目前的设备中，L2TP VPN的数据转发流程首先是通过在LAN(WAN)侧以太网接口接收数据报文，然后通过网络协议处理把数据报文发送到L2TP隧道接口，通过L2TP协议处理后由WAN(LAN)侧以太网接口发送出去。当大量同特性的数据报文同时通过时，数据处理会比较慢，转发性能相对较差，会造成数据丢包。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种提高数据转发性能的方法，其能降低设备CPU使用，提高数据转发性能。
本发明的目的之二在于提供一种电子设备，其能降低设备CPU使用，提高数据转发性能。
本发明的目的之三在于提供一种计算机可读存储介质，其能降低设备CPU使用，提高数据转发性能。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种提高数据转发性能的方法，包括如下步骤：
解析步骤：在网络设备接口层对收到的数据报文进行解析；
计算步骤：根据解析得到的数据计算得出所述数据报文对应的哈希值；
匹配步骤：通过计算得到的哈希值至哈希链表中进行查找匹配，并判断是否匹配成功，如果是，则执行报文发送步骤，如果否，则执行记录步骤；
报文发送步骤：通过哈希值在哈希链表中查询对应地址信息，根据获取到的地址信息进行报文组装以将封装后的报文从对端以太网口发出；
记录步骤：根据协议栈处理流程对数据报文进行处理，在发包函数处对数据报文进行解析以将L2TP信息以及地址信息进行记录并***到哈希链表中。
进一步地，所述数据报文包括地址信息，所述地址信息具体为五元组信息，所述五元组信息包括数据报文的源地址、目的地址、源端口、目的端口及协议类型。
进一步地，所述计算步骤具体为：通过数据报文的源地址、目的地址、源端口、目的端口以及协议类型计算得出所述数据报文唯一对应的哈希值。
进一步地，所述记录步骤具体包括如下步骤：
数据报文进入到L2TP虚拟接口函数后，通过L2TP协议栈对数据报文进行处理；
通过发包函数将数据报文转发到L2TP连接的以太网口接口驱动；所述发包函数对数据报文进行解析以得L2TP信息以及五元组信息，并将L2TP信息以及五元组信息***到哈希链表中。
进一步地，在报文发送步骤中，在进行报文封装时，若L2TP服务器处于WAN侧，则对从LAN侧进来的数据报文进行加L2TP头处理，对从WAN侧进来的数据报文进行去掉报文头处理；若L2TP服务器处于LAN侧，则对从WAN侧进来的数据报文进行加L2TP头处理，对从LAN侧进来的数据报文则进行去掉报文头处理。
进一步地，在报文发送步骤中，当报文组装完成后，对封装后的报文重新进行校验和计算；并将处理后的报文通过以太网接口的发包函数从对端发出。
进一步地，在网络设备接口层解析得到的数据写入到sk_buff结构中，且所述sk_buff结构中增加有如下字段：哈希值、出口源地址、目的地址、源端口、目的端口。
进一步地，所述哈希值的计算通过MD4、MD5、SHA-1、SHA-256、SHA-384以及SHA-512中的一种计算得到。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明目的之一中任意一项所述的一种提高数据转发性能的方法。
本发明的目的之三采用如下技术方案实现：
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明目的之一中任意一项所述的一种提高数据转发性能的方法。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明的提高数据转发性能的方法通过对同类型的报文第一次进行记录，也即是走协议栈处理流程，后续的报文直接进行封装转发包，不需要再走协议栈处理流程，减少CPU对报文的处理，降低CPU的利用率，提高转发效率。
附图说明
图1为实施例一的提高数据转发性能的方法的流程图；
图2为采用实施例一的方式加速前的数据包转发流程图；
图3为采用了实施例一的方式加速后的数据包转发流程图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
实施例一
除背景技术中提到的方式外，还存在有针对L2TP隧道端点发包测的处理，通过对源端口的修改及建立新的L2TP隧道，从而降低原始L2TP隧道的负载，实现负载均衡；但是现有的方案中协议栈对每个数据报文都是需要处理的，只是会建立新隧道来分担报文在隧道间的传输，是不会减少CPU对报文的处理，性能改善效果没这么好。而本实施例主要是通过改进数据报文转发处理流程，从而提高转发性能。对同类型的报文第一次进行记录(走协议栈流程)，后续的报文直接进行封装转发包，不需要再走协议栈处理流程，减少CPU对报文的处理，降低CPU的利用率，提高转发效率，对大流量五元组相同的报文时，转发性能会有很大的改善。
如图1所示，本实施例提供了一种提高数据转发性能的方法，包括如下步骤：
S1：在网络设备接口层对收到的数据报文进行解析；所述数据报文包括地址信息，所述地址信息具体为五元组信息，所述五元组信息包括数据报文的源地址、目的地址、源端口、目的端口及协议类型。除本实施例提及的五元组信息之外，还可以是七元组信息等。
S2：根据解析得到的数据计算得出所述数据报文对应的哈希值；具体的，通过数据报文的源地址、目的地址、源端口、目的端口以及协议类型计算得出所述数据报文唯一对应的哈希值。所述哈希值的计算通过MD4、MD5、SHA-1、SHA-256、SHA-384以及SHA-512中的一种计算得到。
具体实施时，上述步骤具体操作如下：在网络设备接口层解析得到的数据写入到sk_buff结构中，且所述sk_buff结构中增加有如下字段：哈希值、出口源地址、目的地址、源端口、目的端口。
在网络设备接口层接收到数据包时对一些字段进行解析计算并写到sk_buff中去，这些需要对结构sk_buff进行修改，增加一些需要的字段，唯一标识phpHash、出口源地址、目的地址、源端口、目的端口等，其结构修改如下。
Figure BDA0002179673960000051
Figure BDA0002179673960000061
S3：通过计算得到的哈希值至哈希链表中进行查找匹配，并判断是否匹配成功，如果是，则执行步骤S4，如果否，则执行步骤S5；
S4：通过哈希值在哈希链表中查询对应地址信息，根据获取到的地址信息进行报文组装以将封装后的报文从对端以太网口发出；
当报文组装完成后，对封装后的报文重新进行校验和计算；并将处理后的报文通过以太网接口的发包函数从对端发出。在进行报文封装时，若L2TP服务器处于WAN侧，则对从LAN侧进来的数据报文进行加L2TP头处理，对从WAN侧进来的数据报文进行去掉报文头处理；若L2TP服务器处于LAN侧，则对从WAN侧进来的数据报文进行加L2TP头处理，对从LAN侧进来的数据报文则进行去掉报文头处理。
也即是当哈希链表中记录有对应的数据时，之后五元组相同的数据报文从以太网口进来时，网络设备接口层收包函数就可以通过计算出来唯一的标识phpHash去查找hash链表，获取到转发后转换的源地址、目的地址、源端口、目的端口及L2TP信息，这样就可以进行报文组装，将数据头替换掉，将数据进行封装，重新进行校验和计算，处理完成后将报文通过以太网接口发包函数从对端发出；这样就无需再走协议栈处理流程，减少了CPU对数据报文的处理。
S5：根据协议栈处理流程对数据报文进行处理，在发包函数处对数据报文进行解析以将L2TP信息以及地址信息进行记录并***到哈希链表中。所述步骤S5具体包括如下步骤：
数据报文进入到L2TP虚拟接口函数后，通过L2TP协议栈对数据报文进行处理；
通过发包函数将数据报文转发到L2TP连接的以太网口接口驱动；所述发包函数对数据报文进行解析以得L2TP信息以及五元组信息，并将L2TP信息以及五元组信息***到哈希链表中。由于哈希链表中不存在该数据，那么在以太网接口处理完报文之后，通过协议栈流程处理，数据进入到L2TP虚拟接口收数据接口函数，然后通过L2TP协议栈处理后，通过发包函数转发到L2TP连接的以太网口接口驱动。在L2TP发包函数中需要对数据报文进行解析并将相关数据信息进行存储，将对组包有用的L2TP相关的信息及IP地址、端口数据***到hash链表中。链表信息定义：
Figure BDA0002179673960000081
Figure BDA0002179673960000091
Figure BDA0002179673960000101
通过上述步骤既可以将没有存储在哈希链表中的数据进行解析并存储，便于后续进行比对。
如图2所示，其为未加速前的数据包转发流程图；如图3所示，其为加速后的数据包转发流程图，也即是本实施例引入一种机制，对转发数据进行处理，首先通过在网络设备接口层对收到的数据包进行解析，将数据包的源地址、目的地址、源端口、目的端口及协议类型通过计算得出唯一的phpHash值，通过phpHash值去链表中进行查找匹配，第一次会匹配失败，数据按照协议栈处理流程进行处理，在L2TP虚拟接口数据出口函数将L2TP相关信息及数据报文的源地址、目的地址、源端口、目的端口进行记录并***到hash链表中，最后在出口端将其他的一些报文头信息进行记录，存储到对应的结构中。
当五元组相同的报文再次进入到网络设备接口层时，就能够通过phpHash值在链表中找到对应数据，通过获得的数据进行报文头组装，并进行校验和计算，然后就可以将报文从对端以太网口发出，避免报文还需要进入到L2TP虚拟接口，通过L2TP协议处理等流程，减少报文的处理流程，可以降低设备CPU使用，提高转发性能。
将本实施例中的方法移植至设备中进行处理，在进行1024Byte流数据性能测试的时候，未进行转发加速时，吞吐量只有200Mbps左右，CPU占用率达到90％以上，而在进行转发加速处理后，同样的测试条件下，吞吐量可以达到900Mbps以上；吞吐量有大幅度的上升。
实施例二
实施例二公开了一种电子设备，该电子设备包括处理器、存储器以及程序，其中处理器和存储器均可采用一个或多个，程序被存储在存储器中，并且被配置成由处理器执行，处理器执行该程序时，实现实施例一的一种提高数据转发性能的方法。该电子设备可以是CPE，也即是客户前置设备。
实施例三
实施例三公开了一种计算机可读存储介质，该存储介质用于存储程序，并且该程序被处理器执行时，实现实施例一的一种提高数据转发性能的方法。
当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的方法中的相关操作。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台电子设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
值得注意的是，上述基于内容更新通知装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种提高数据转发性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：
解析步骤：在网络设备接口层对收到的数据报文进行解析；
计算步骤：根据解析得到的数据计算得出所述数据报文对应的哈希值；
匹配步骤：通过计算得到的哈希值至哈希链表中进行查找匹配，并判断是否匹配成功，如果是，则执行报文发送步骤，如果否，则执行记录步骤；
报文发送步骤：通过哈希值在哈希链表中查询对应地址信息，根据获取到的地址信息进行报文组装以将封装后的报文从对端以太网口发出；
记录步骤：根据协议栈处理流程对数据报文进行处理，在发包函数处对数据报文进行解析以将L2TP信息以及地址信息进行记录并***到哈希链表中。
2.如权利要求1所述的一种提高数据转发性能的方法，其特征在于，所述数据报文包括地址信息，所述地址信息具体为五元组信息，所述五元组信息包括数据报文的源地址、目的地址、源端口、目的端口及协议类型。
3.如权利要求2所述的一种提高数据转发性能的方法，其特征在于，所述计算步骤具体为：通过数据报文的源地址、目的地址、源端口、目的端口以及协议类型计算得出所述数据报文唯一对应的哈希值。
4.如权利要求2所述的一种提高数据转发性能的方法，其特征在于，所述记录步骤具体包括如下步骤：
数据报文进入到L2TP虚拟接口函数后，通过L2TP协议栈对数据报文进行处理；
通过发包函数将数据报文转发到L2TP连接的以太网口接口驱动；所述发包函数对数据报文进行解析以得L2TP信息以及五元组信息，并将L2TP信息以及五元组信息***到哈希链表中。
5.如权利要求1所述的一种提高数据转发性能的方法，其特征在于，在报文发送步骤中，在进行报文封装时，若L2TP服务器处于WAN侧，则对从LAN侧进来的数据报文进行加L2TP头处理，对从WAN侧进来的数据报文进行去掉报文头处理；若L2TP服务器处于LAN侧，则对从WAN侧进来的数据报文进行加L2TP头处理，对从LAN侧进来的数据报文则进行去掉报文头处理。
6.如权利要求1所述的一种提高数据转发性能的方法，其特征在于，在报文发送步骤中，当报文组装完成后，对封装后的报文重新进行校验和计算；并将处理后的报文通过以太网接口的发包函数从对端发出。
7.如权利要求1所述的一种提高数据转发性能的方法，其特征在于，在网络设备接口层解析得到的数据写入到sk_buff结构中，且所述sk_buff结构中增加有如下字段：哈希值、出口源地址、目的地址、源端口、目的端口。
8.如权利要求1所述的一种提高数据转发性能的方法，其特征在于，所述哈希值的计算通过MD4、MD5、SHA-1、SHA-256、SHA-384以及SHA-512中的一种计算得到。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-8中任意一项所述的一种提高数据转发性能的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-8中任意一项所述的一种提高数据转发性能的方法。
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