CN114980359A - 数据转发方法、装置、设备、***及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种数据转发方法、装置、设备、***及存储介质。该方法包括：通过第一网元实例，获取终端与目的端之间会话的报文，第一网元实例部署在云计算架构的第一层中；通过第一网元实例，利用第一层原有的报文转发能力，解析报文得到终端与目的端之间数据报文对应的地址信息，从转发表中查找与地址信息匹配的转发表项，并根据查找到的转发表项对报文进行转发处理。本申请能够节省对云资源的开销并提升了转发性能。
Description
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种数据转发方法、装置、设备、***及存储介质。
背景技术
随着通信技术的飞速发展，第五代无线通信技术5G网络的应用越来越广泛。目前，UPF网元实例具体是部署在云计算架构的PaaS层的UPF应用实例，用户数据通过云计算架构的IaaS层可以到达PaaS层，并可以由部署在PaaS层中的UPF应用实例对用户数据进行转发。然而，这样的方式，存在UPF网元对云资源的开销较大且转发时延较大的问题。
发明内容
本申请实施例提供一种数据转发方法、装置、设备、***及存储介质，用以解决现有技术中对云资源的开销较大且转发时延较大的问题。
第一方面，本申请实施例提供一种数据转发方法，包括：
通过第一网元实例，获取终端与目的端之间会话的报文，所述第一网元实例部署在云计算架构的第一层中；
通过所述第一网元实例，利用所述第一层原有的报文转发能力，解析所述报文得到所述终端与所述目的端之间数据报文对应的地址信息，从转发表中查找与所述地址信息匹配的转发表项，并根据查找到的转发表项对所述报文进行转发处理。
第二方面，本申请实施例提供一种数据转发装置，包括：
获取模块，用于通过第一网元实例，获取终端与目的端之间会话的报文，所述第一网元实例部署在云计算架构的第一层中；
转发模块，用于通过所述第一网元实例，利用所述第一层原有的报文转发能力，解析所述报文得到所述终端与所述目的端之间数据报文对应的地址信息，从转发表中查找与所述地址信息匹配的转发表项，并根据查找到的转发表项对所述报文进行转发处理。
第三方面，本申请实施例提供一种计算设备，包括：存储器、处理器；其中，所述存储器存储一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被所述处理器执行时实现如第一方面中任一项所述的方法。
第三方面，本申请实施例提供一种数据通信***，包括：终端、基站、云网络的计算设备和目的端，所述终端接入所述基站；所述计算设备用于通过第一网元实例，获取终端与目的端之间会话的报文，所述第一网元实例部署在云计算架构的第一层中，并通过所述第一网元实例，利用所述第一层原有的报文转发能力，解析所述报文得到所述终端与所述目的端之间数据报文对应的地址信息，从转发表中查找与所述地址信息匹配的转发表项，并根据查找到的转发表项对所述报文进行转发处理。
第五方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序被执行时，实现如第一方面中任一项所述的方法。
本申请实施例还提供一种计算机程序，当所述计算机程序被计算机执行时，用于实现如第一方面任一项所述的方法。
在本申请实施例中，将核心网的用户数据转发功能下沉到云计算架构中原本就有报文转发能力的层（记为第一层，第一层例如可以为IaaS层），具体的，通过第一网元实例，获取终端与目的端之间会话的报文，第一网元实例部署第一层中，并通过第一网元实例，利用第一层原有的报文转发能力，解析报文得到封装在报文内的数据报文对应的地址信息，从转发表中查找与地址信息匹配的转发表项，并根据查找到的转发表项对报文进行转发处理，由于报文转发能力是云计算架构的第一层原本就有的能力，因此通过第一网元实例利用第一层原有的报文转发能力对终端与目的端之间会话的报文，实现了利用云网络原有的报文转发能力进行用户数据转发，利用云网络原有的报文转发能力就意味着用于实现核心网的用户数据转发功能的云资源是云网络中原本就有的资源，从而在由云网络实现用户数据转发功能时，无在云网络中增加用于实现用户数据转发功能的资源，从而节省了对云资源的开销，并且利用云网络原有的报文转发能力还意味着无需在云网络原有的报文转发处理的基础上再次进行报文转发处理，从而提升了转发性能。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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数据转发方法的应用场景示意图；
图2为现有的UPF网元上云方案中UPF网元转发用户数据的示意图；
图3为本申请一实施例提供的数据转发方法的流程示意图；
图4为本申请实施例提供的报文的结构示意图；
图5A和图5B为本申请实施例提供的报文的结构示意图；
图6为本申请一实施例提供的UPF网元上云的方案的处理流程示意图；
图7为本申请提供的UPF网元上云方案中UPF网元转发用户数据的示意图；
图8为本申请一实施例提供的数据转发装置的结构示意图；
图9为本申请一实施例提供的计算设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测（陈述的条件或事件）”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测（陈述的条件或事件）时”或“响应于检测（陈述的条件或事件）”。
还需要说明的是，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商品或者***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商品或者***所固有的要素。在没有更多限制情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者***中还存在另外的相同要素。
另外，下述各方法实施例中的步骤时序仅为一种举例，而非严格限定。
术语定义：
基站：主要负责为终端（例如用户的手机、平板电脑等）提供无线接入功能。
核心网：是移动网络的核心，它为最终用户建立可靠、安全的网络连接，并提供对其服务的访问。以移动通信技术为5G为例，核心网具体可以为5G核心网（5GC）。
GTP：GPRS Tunnel Protocol，GPRS隧道传输协议，是一组基于IP的高层协议，位于TCP/IP，UDP/IP协议之上，GTP-U是其中的一种，GTP-U是用于核心网和基站用户面数据传输的隧道协议。
SMF：会话管理功能（Session Management Function），用于负责隧道维护、IP地址分配和管理、UP功能选择、策略实施和QoS中的控制、计费数据采集、漫游等。
UPF：用户面功能（User Plane Function），用于负责用户面数据转发的网元。
UPF-C：UPF的控制面，负责UPF与控制面网元SMF的交互。
UPF-U：UPF的用户面，负责UPF网元用户数据的转发。
PaaS：平台即服务（Platform as a Service），云计算服务类型之一，是指把服务器平台作为一种服务提供的商业模式。
IaaS：基础设施即服务（Infrastructure as a Service），云计算服务类型之一，是指把IT基础设施作为一种服务通过网络对外提供，并根据用户对资源的实际使用量或占用量进行计费的一种服务模式。
UPF网元实例：用于实现UPF网元的功能的实例。
图1为本申请实施例提供的数据转发方法的应用场景示意图，如图1所示，该应用场景中可以包括终端11、基站12、用于实现用户数据转发的核心网网元13和目的端14，终端11接入基站12，并通过基站12及其核心网网元13访问目的端14。其中，基站12可以部署在云上，或者也可以部署在云外；目的端14可以部署在云上，也可以部署在云外，以核心网为5GC为例，核心网网元13可以为UPF网元，目的端14可以为数据网络（Data Network，DN）。
随着云计算的蓬勃发展，通信技术（Communications Technology，CT）上云已成为不可阻挡趋势，并提出了UPF网元上云的方案，如图2所示，在现有的UPF网元上云方案中，UPF网元实例具体是部署在云计算架构的PaaS层中的UPF应用实例，UPF应用实例用于实现UPF-C和UPF-U的功能，即UPF应用实例包括UPF-C模块和UPF-U模块，其中，UPF-C模块用于实现与SMF进行交互，UPF-U模块用于实现报文转发。
参考图2，基站（gNb）发送的用户数据可以先通过端口P2到达云计算架构的IaaS层，然后可以依次通过IaaS层与PaaS层之间的端口P0和端口P0’转发给PaaS层，之后可以由部署在PaaS层中的UPF应用实例的UPF-U模块通过端口P1’转发给端口P1，以转发给DN；DN返回的用户数据可以先通过端口P3到达云计算架构的IaaS层，然后可以依次通过IaaS层与PaaS层之间的端口P1和端口P1’转发给PaaS层，再由部署在PaaS层中的UPF应用实例的UPF-U模块通过端口P0’转发给端口P0，以转发给基站并由基站返回给终端。其中的端口可以是交换机或者物理网卡的端口，IaaS对UPF的流量仅做透明转发。需要说明的是，图2中N4是指SMF和UPF之间的接口，N3是指UPF与基站之间的接口，N6是指UPF与DN之间的接口。
结合图2可以看出，现有的UPF网元上云方案中，云上的UPF网元需要对同一用户数据进行两次转发，一次是发生在云计算架构的原本就有报文转发能力的IaaS层，另一次是发生在云计算架构部署UPF应用实例的PaaS层，因此存在虽然云网络原本就有报文转发能力，但是还需要在云网络中增加用于实现用户数据转发功能的资源，造成对云资源的开销较大的问题，同时还存在需要在云网络原有的报文转发处理的基础上再次进行报文转发处理，造成转发时延较大的问题。并且，在这种方案下，由于云上租户申请的虚拟机上运行的UPF应用实例需要实现用户数据转发功能，因此对租户申请的虚拟机的性能要求较高，导致租户的使用成本也较高。
为了解决对云资源的开销较大的技术问题，在本申请实施例中，将核心网的用户数据转发功能下沉到云计算架构中原本就有报文转发能力的层（记为第一层，第一层例如可以为IaaS层），具体的，通过第一网元实例，获取终端与目的端之间会话的报文，第一网元实例部署第一层中，并通过第一网元实例，利用第一层原有的报文转发能力，解析报文得到封装在报文内的数据报文对应的地址信息，从转发表中查找与地址信息匹配的转发表项，并根据查找到的转发表项对报文进行转发处理，由于报文转发能力是云计算架构的第一层原本就有的能力，因此通过第一网元实例利用第一层原有的报文转发能力对终端与目的端之间会话的报文，实现了利用云网络原有的报文转发能力进行用户数据转发，利用云网络原有的报文转发能力就意味着用于实现核心网的用户数据转发功能的云资源是云网络中原本就有的资源，从而在由云网络实现用户数据转发功能时，无需在云网络中增加用于实现用户数据转发功能的资源，从而节省了对云资源的开销，并且利用云网络原有的报文转发能力还意味着无需在云网络原有的报文转发处理的基础上再次进行报文转发处理，从而提升了转发性能。
需要说明的是，第一层原本就有报文转发能力是指第一层原本就有获取报文，解析报文并根据解析结果对报文进行转发的能力，在本申请中利用了第一层原有的报文转发能力，并能够进一步对封装在报文内的数据报文进行解析，得到数据报文对应的地址信息，并根据地址信息对报文进行转发。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
图3为本申请一实施例提供的数据通信方法的流程示意图，如图3所示，本实施提供的方法可以包括：
步骤31，通过第一网元实例，获取终端与目的端之间会话的报文，第一网元实例部署在云计算架构的第一层中；
步骤32，通过第一网元实例，利用第一层原有的报文转发能力，解析报文得到终端与目的端之间数据报文对应的地址信息，从转发表中查找与地址信息匹配的转发表项，并根据查找到的转发表项对报文进行转发处理。
在实际应用中，基于云计算架构可以实现云网络，云网络是overlay网络（又叫叠加网络、覆盖网络），overlay网络简单理解就是把一个逻辑网络建立在一个实体网络之上，通过隧道封装技术可以在实体网络的基础上实现overlay网络，以隧道协议为虚拟可扩展的局域网（Virtual eXtensible Local Area Network，VxLAN）为例，云网络中报文的结构例如可以如图4所示，其中，VxLAN+第二个Eth+L3+L4是指云网络中第一虚拟机封装得到的发送给第二虚拟机的隧道报文，封装在隧道报文内的报头可以理解为内层报头，封装在隧道报文外的报头可以理解为外层报头，其中，内层报头可以与第二虚拟机上运行的实例相关，外层报头可以与第二虚拟机所在的计算节点相关。图4中从左至右每个字段的含义分别为：第一个Eth可以表示外层二层以太头，IP可以表示外层三层IP头，UDP可以表示外层四层用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）头，VxLAN可以表示VxLAN头，第二个Eth可以表示内层二层以太头，L3可以表示内层三层报头，L4可以表示内层四层报头，Inner Data可以表示净荷报文，FCS可以表示帧校验序列。
本申请实施例中，第一网元实例是用于实现用户数据转发的核心网网元对应的网元实例，以移动通信技术为5G为例，第一网元实例可以为UPF网元对应的网元实例（可以记为UPF网元实例）。云计算架构可以包括多个层，例如可以包括IaaS 层、Paas层和 SaaS层，云计算架构包括的多个层中存在原本就有报文转发能力的层（记为第一层），第一网元实例是部署在第一层中。示例性的，第一层可以包括IaaS层，第一网元实例例如可以为UPF-U服务实例。
第一网元实例可以用于获取终端与目的端之间会话的报文，即，通过第一网元实例，可以获取终端与目的端之间会话的报文。终端与目的端之间会话的报文是指包括终端与目的端之间会话的标识的报文，获取到的终端与目的端之间会话的报文可以是净荷报文，或者可以是封装有净荷报文的云中报文（例如图4所示的报文）。其中，净荷报文可以是终端与目的端之间的数据报文，或者可以是封装有数据报文的GTP报文，终端与目的端之间的数据报文可以包括终端需要发送给目的端的数据报文，还可以包括目的端需要发送给终端的数据报文。
一种可能的情况是，获取到的报文是来自终端的报文，且获取到的报文的结构具体是云网络中报文的结构，在此情况下，封装有终端与目的端之间数据报文的GTP报文可以作为净荷报文封装在获取到的报文中。另一种可能的情况是，获取到的报文是来自终端的报文，且获取到的报文是GTP报文。又一种可能的情况是，获取到的报文是来自目的端的报文，且获取到的报文的结构是云网络中报文的结构，在此情况下，终端与目的端之间的数据报文可以作为净荷报文封装在获取到的报文中。又一种可能的情况是，获取到的报文是来自目的端的报文，且获取到的报文是数据报文。
在本申请实施例中，第一网元实例还可以用于利用第一层原有的报文转发能力，对获取到的报文进行转发处理，即，还可以通过第一网元实例，利用第一层原有的报文转发能力，解析报文得到终端与目的端之间数据报文对应的地址信息，从转发表中查找与地址信息匹配的转发表项，并根据查找到的转发表项对报文进行转发处理。
其中，数据报文对应的地址信息可以是数据报文中包含的地址信息（例如IP地址），或者，可以是用于封装数据报文的GTP头中的GTP隧道标识（TEID）。3GPP 标准的 UPF方案U面转发查表过程为：每个报文需要通过 TEID/UE_IP 查找对应的 会话（sess），然后找出优先级最高的分组数据规则（pdr），匹配转发动作规则（far）/ qos实施规则（qer）/使用报告规则（urr）进行转发。
需要说明的是，解析获取到的报文得到数据报文对应的地址信息，从转发表中查找与地址信息匹配排的转发表项，以及根据查找到的转发表项对报文进行转发处理，可以理解为在第一层原有的报文转发能力的基础上进一步给第一层附加的能力，由于第一网元实例进行报文转发均是与GTP报文相关（添加GTP报头得到GTP报文，或者去掉GTP报头得到数据报文），因此可以认为本申请中给第一层附加的能力是GTP报文处理能力，这个能力可以是软件的也可以是硬件的，即可以依赖CPU进行报文转发，或者，当需要将报文转发的功能卸载到物理硬件时，例如可以通过智能网卡进行报文转发。
需要说明的是，数据报文中可以包含三层报头和四层报头，三层报头可以是IP报头，可以解析得到数据报文中的地址信息，地址信息可以包括源IP地址和/或目的IP地址。例如，可以根据源IP地址从转发表中查找匹配的转发表项，当然，在其他实施例中也可以通过其他方式查找匹配的转发表项，本申请对此不做限定。
在实际应用中，基站和目的端可以与云上特定的设备（可以记为转发设备）通信连接，基站和目的端可以将报文发送给转发设备。一个实施例中，第一网元实例可以运行在转发设备上，从而可以直接由转发设备进行解析和转发。另一个实施例中，第一网元实例可以运行在转发设备之外的其他设备上，从而转发设备可以将报文转发给其他设备进行解析和转发。
示例性的，查找到的转发表项中的动作可以是丢弃、转发或者上报。
在查找到的转发表项中的动作是丢弃时，根据查找到的转发表项对报文进行转发处理，具体可以包括丢弃报文。在查找到的转发表项中的动作是是转发时，需要根据查找到的转发表项进行转发。在查找到的转发表项中的动作是上报时，根据查找到的转发表项对报文进行转发处理，具体可以包括上报报文。
示例性的，在获取到的报文是来自终端，获取到的报文是封装有数据报文的GTP报文，且目的端部署在云上的情况下，根据查找到的转发表项对报文进行转发处理，包括：删除报文的GTP头并为报文依次添加相应的内层报头、VxLAN隧道头和外层报头得到待转发报文，并根据查找到的转发表项对待转发报文进行转发，以将待转发报文转发给所述目的端。
示例性的，在获取到的报文是来自终端，获取到的报文是封装有数据报文的GTP报文，且目的端部署在云外的情况下，根据查找到的转发表项对报文进行转发处理，具体可以包括：删除报文的GTP头得到待转发报文，并根据查找到的转发表项对待转发报文进行转发。
示例性的，在获取到的报文是来自终端，封装有数据报文的GTP报文作为净荷报文封装在获取到的报文中，且目的端部署在云外的情况下，根据查找到的转发表项对报文进行转发处理，包括：从报文中获取GTP-U报文，删除获取到的GTP-U报文的GTP头得到待转发报文，并根据查找到的转发表项对转发报文进行转发。
示例性的，在获取到的报文是来自终端，封装有数据报文的GTP报文作为净荷报文封装在获取到的报文中，且目的端部署在云上的情况下，根据查找到的转发表项对报文进行转发处理，包括：删除报文中的GTP隧道头并添加相应的内层以太头得到待转发报文，并根据查找到的转发表项对待转发报文进行转发。需要说明的是，由于收发端口换了，因此内层以太头也要相应的变化。其中，进行转发处理前的报文的结构例如可以如图5A所示，删除GTP隧道头并添加相应的内层以太头后得到的待转发报文例如可以如图5B所示。需要说明的是，GTP隧道是包括GTP头外面的ETH头、L3头和L4头，因此本申请中的GTP隧道头是包括内层报头中的ETH头、内层包头中的L3头、内层包头中的L4头和GTP头。
示例性的，在获取到的报文是来自目的端，数据报文作为净荷报文封装在获取到的报文中，且终端接入的基站部署在云上的情况下，根据查找到的转发表项对数据报文进行转发处理，具体可以包括：删除报文中的内层以太头并为封装在报文中的数据报文添加相应的GTP隧道头得到待转发报文，并根据查找到的转发表项对待转发报文进行转发。其中，进行转发处理前的报文的结构例如可以如图5B所示，删除内层以太头并添加GTP隧道头后得到的待转发报文例如可以如图5A所示。
示例性的，在获取到的报文是来自目的端，数据报文作为净荷报文封装在获取到的报文中，且终端接入的基站部署在云外的情况下，根据查找到的转发表项对数据报文进行转发处理，具体可以包括：从报文中获取数据报文，为获取到的数据报文添加相应的GTP隧道头得到待转发报文，并根据查找到的转发表项对待转发报文进行转发。
示例性的，在获取到的报文是来自目的端，获取到的报文是数据报文，且终端接入的基站部署在云上的情况下，根据查找到的转发表项对数据报文进行转发处理，具体可以包括：为报文依次添加相应的GTP头、内层报头、VxLAN隧道头和外层报头得到待转发报文，并根据查找到的转发表项对待转发报文进行转发。
示例性的，在在获取到的报文是来自目的端，获取到的报文是数据报文，且终端接入的基站部署在云外的情况下，根据查找到的转发表项对数据报文进行转发处理，具体可以包括：为报文添加相应的GTP隧道头得到待转发报文，并根据查找到的转发表项对待转发报文进行转发。
一个实施例中，第一网元实例还可以用于根据其他网元的通知建立会话上下文，并根据会话上下文生成转发规则。需要说明的是，关于建立上下文以及根据上下文生成转发规则的具体方式，可以参考相关技术中的具体描述，在此不再赘述。
另一个实施例中，可以由部署在不同于第一层（可以记为第二层）的第二网元实例根据其他网元的通知建立会话上下文，并根据会话上下文生成转发规则，其中，第二网元实例也是用于实现用户数据转发的核心网网元对应的网元实例，从而能够实现与其他网元交互的功能和转发用户数据的功能的层分离，有利于提高灵活性。
其中，第一网元实例与第二网元实例是可以对应同一核心网网元，从而实现该同一核心网网元上云。示例性的，第一网元实例和第二网元实例可以是对应同一UPF网元的UPF网元实例，从而实现该同一UPF网元上云。第二网元实例部署在云计算架构的第二层中，第二层可以为第一层之上的层，示例性的，第二层可以包括PaaS层，第二网元实例例如可以为UPF应用实例。
以核心网网元为UPF网元为例，在UPF网元实例包括第一网元实例和第二网元实例时，租户申请的虚拟机可以运行用于提供UPF-C的功能而不提供UPF-U的功能（即包括UPF-C模块，而不包括UPF-U模块）的应用程序，以创建UPF应用实例。租户还可以申请用于提供UPF-U的功能的服务（即UPF-U服务），以创建对应的UPF-U服务实例，可以将申请的UPF-U服务注册到虚拟机，从而使得虚拟机可以向UPF-U服务下发信息。相比于图2所示的方案，由于云上租户申请的虚拟机上运行的UPF应用实例无需实现用户数据转发功能，因此能够降低对租户申请的虚拟机的性能要求，降低了租户的使用成本。
基于此，本申请实施例提供的方法还可以包括：通过第二网元实例，根据通知建立会话的会话上下文，根据会话上下文生成相应的转发规则，并向第一网元实例下发转发规则，第二网元实例部署在云计算架构的第二层中，第二层为第一层之上的层；以及，通过第一网元实例，获取第二网元实例下发的转发规则，并在转发表中增加与转发规则相应的转发表项。其中，根据转发规则增加的转发表项可以包括用于实现终端到目的端方向的报文转发的转发表项，以及用于实现目的端到终端方向的报文转发的转发表项。
一个实施例中，在UPF-C和UPF-U分离的情况下，可以定义用于实现UPF-C和UPF-U之间通信连接的新接口，可以将用于实现UPF-C和UPF-U之间通信连接的新接口记为预设接口，第一网元实例与第二网元实例之间可以通过预设接口进行通信，即第一网元实例和第二网元实例之间可以基于预设接口的协议进行通信。可以由3GPP协议定义用于UPF-C和UPF-U之间进行通信连接的新接口，新接口例如可以标识为N4-E接口或者N4-L接口。预设接口的协议旨在使用通用转发平台完成通信特有协议转发，也即对 GTP-U 协议的支持。UPF（在此设计中只有 UPF-C）只需要增加对预设接口的协议的支持，就能够使用任何适配预设接口的协议的平台进行转发实现。预设接口的协议的实现可以是适配 OpenFlow 协议，从而能够使做转发的基础设施可以对接UPF-C 等。
需要说明的是，用于提供用户数据转发功能的同一核心网网元包括的第一网元实例的数量可以为多个，用于提供用户数据转发功能的同一核心网网元包括的第二网元实例的数量可以为多个，第一网元实例和第二网元实例可以运行在相同的设备上，也可以运行在不同的设备上。
以原本就有报文转发能力的层为IaaS 层，且用于提供用户数据转发功能的核心网网元为UPF网元为例，终端从发起会话到与目的端之间通信的过程可以如图6所示，在步骤①中，终端可以发起会话建立，SMF网元可以通过N4连接通知部署在IaaS层之上的层中的UPF-C创建会话上下文；在步骤②中，UPF-C可以生成转发规则，并通过N4-L消息通知IaaS层生成转发表项；在步骤③中，终端发起连接访问DN，消息到达IaaS层查表直接转发，而不需要先到达IaaS层之上的层（例如PaaS层）并在该层查表转发；在步骤④中有些报文可以设置为上送到UPF-C缓存或处理。
以第一层为IaaS 层，第二层为PaaS层，且实现UPF网元上云为例，如图7所示，UPF网元实例可以包括部署在云计算架构的PaaS层中的UPF应用实例和部署在云计算架构的IaaS层中的UPF-U服务实例。其中，UPF应用实例用于实现UPF-C的功能，而不实现UPF-U的功能，即UPF应用实例包括UPF-C模块，而不包括UPF-U模块；UPF-U服务实例用于实现UPF-U的功能。
参考图7，基站（gNb）发送的用户数据可以先通过端口P2到达云计算架构的IaaS层，然后可以由部署IaaS层中的UPF-U服务实例通过端口P3转发给DN；DN返回的用户数据可以先通过端口P3到达云计算架构的IaaS层，然后可以由部署在IaaS层中的UPF-U服务实例通过端口P2转发给基站，以由基站返回给终端。其中的端口可以是交换机或者物理网卡的端口，IaaS对UPF的流量并不是透明转发，而是根据转发规则进行转发。需要说明的是，图7中N4是指SMF和UPF之间的接口，N4-L是指UPF-C与UPF-U之间的接口，N3是指UPF与基站之间的接口，N6是指UPF与DN之间的接口。
结合图7可以看出，本申请实施例提供的UPF网元上云方案中，因为利用了IaaS 层原本的报文转发能力来实现用户数据转发功能，因此与图2所示的方式相比，采用本申请提供的方法云上的UPF网元只需对同一用户数据进行一次转发，转发可以只发生在云计算架构的IaaS层，而不发生在云计算架构的PaaS层，因此提升了转发性能，并且无需在云网络中增加用于实现用户数据转发功能的资源，从而节省了对云资源的开销。
本申请实施例提供的数据转发方法，通过第一网元实例，获取终端与目的端之间会话的报文，第一网元实例部署在云计算架构的第一层中，并通过第一网元实例，利用第一层原有的报文转发能力，解析报文得到封装在报文内的数据报文对应的地址信息，从转发表中查找与地址信息匹配的转发表项，并根据查找到的转发表项对报文进行转发处理，由于报文转发能力是云计算架构的第一层原本就有的能力，因此通过第一网元实例利用第一层原有的报文转发能力对终端与目的端之间会话的报文，实现了利用云网络原有的报文转发能力进行用户数据转发，利用云网络原有的报文转发能力就意味着用于实现核心网的用户数据转发功能的云资源是云网络中原本就有的资源，从而在由云网络实现用户数据转发功能时，无需在云网络中增加用于实现用户数据转发功能的资源，从而节省了对云资源的开销，并且利用云网络原有的报文转发能力还意味着无需在云网络原有的报文转发处理的基础上再次进行报文转发处理，从而提升了转发性能。
图8为本申请一实施例提供的数据转发装置的结构示意图；参考附图8所示，本实施例提供了一种装置，该装置可以执行图3所示的方法，具体的，该装置可以包括：
获取模块81，用于通过第一网元实例，获取终端与目的端之间会话的报文，所述第一网元实例部署在云计算架构的第一层中；
转发模块82，用于通过所述第一网元实例，利用所述第一层原有的报文转发能力，解析所述报文得到所述终端与所述目的端之间数据报文对应的地址信息，从转发表中查找与所述地址信息匹配的转发表项，并根据查找到的转发表项对所述报文进行转发处理。
一个实施例中，本实施例提供的装置还可以包括建立模块，用于通过第二网元实例，根据通知建立所述会话的会话上下文，根据所述会话上下文生成相应的转发规则，并向所述第一网元实例下发所述转发规则，所述第二网元实例部署在所述云计算架构的第二层中，所述第二层为所述第一层之上的层；
转发模块82，还用于通过所述第一网元实例，获取所述第二网元实例下发的所述转发规则，并在所述转发表中增加与所述转发规则相应的转发表项。
一个实施例中，所述第一网元实例和所述第二网元实例为对应同一UPF网元的UPF网元实例。
一个实施例中，所述第一网元实例与所述第二网元实例之间通过预设接口进行通信，所述预设接口是用于实现UPF-U与UPF-C之间通信连接的接口。
一个实施例中，所述第二层包括PaaS层。
一个实施例中，所述第一层包括IaaS层。
一个实施例中，所述报文来自所述终端，封装有所述数据报文的GTP报文作为净荷报文封装在所述报文中；所述转发模块82用于根据查找到的转发表项对所述报文进行转发处理，包括：删除所述报文中的GTP隧道头并添加相应的内层以太头得到待转发报文，并根据查找到的转发表项对所述待转发报文进行转发。
一个实施例中，所述报文来自所述目的端，所述数据报文作为净荷报文封装在所述报文中；所述转发模块82用于根据查找到的转发表项对所述数据报文进行转发处理，包括：删除所述报文中的内层以太头并为封装在所述报文中的所述数据报文添加相应的GTP隧道头得到待转发报文，并根据查找到的转发表项对所述待转发报文进行转发。
图8所示装置可以执行图3所示实施例的方法，本实施例未详细描述的部分，可参考对图3所示实施例的相关说明。该技术方案的执行过程和技术效果参见图3所示实施例中的描述，在此不再赘述。
在一个可能的实现中，图8所示装置的结构可实现为一计算设备。如图9所示，该计算设备可以包括：处理器91和存储器92。其中，存储器92用于存储支持计算设备执行上述图3所示实施例中提供的方法的程序，处理器91被配置为用于执行存储器92中存储的程序。
程序包括一条或多条计算机指令，其中，一条或多条计算机指令被处理器91执行时能够实现如下步骤：
通过第一网元实例，获取终端与目的端之间会话的报文，所述第一网元实例部署在云计算架构的第一层中；
通过所述第一网元实例，利用所述第一层原有的报文转发能力，解析所述报文得到所述终端与所述目的端之间数据报文对应的地址信息，从转发表中查找与所述地址信息匹配的转发表项，并根据查找到的转发表项对所述报文进行转发处理。
可选的，处理器91还用于执行前述图3所示实施例中的全部或部分步骤。
其中，计算设备的结构中还可以包括通信接口93，用于计算设备与其他设备或通信网络通信。
另外，本申请实施例还提供了一种数据通信***，包括：终端、基站、云网络的计算设备和目的端，所述终端接入所述基站；所述计算设备用于通过第一网元实例，获取终端与目的端之间会话的报文，所述第一网元实例部署在云计算架构的第一层中，并通过所述第一网元实例，利用所述第一层原有的报文转发能力，解析所述报文得到所述终端与所述目的端之间数据报文对应的地址信息，从转发表中查找与所述地址信息匹配的转发表项，并根据查找到的转发表项对所述报文进行转发处理。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序被执行时，实现如图3所示实施例所述的方法。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件和软件结合的方式来实现。基于这样的理解，上述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计算机产品的形式体现出来，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（***）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器 (CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器 (RAM) 和/或非易失性内存等形式，如只读存储器 (ROM) 或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、链表、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存 (PRAM)、静态随机存取存储器 (SRAM)、动态随机存取存储器 (DRAM)、其他类型的随机存取存储器 (RAM)、只读存储器 (ROM)、电可擦除可编程只读存储器 (EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器 (CD-ROM)、数字多功能光盘 (DVD) 或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体 (transitory media)，如调制的数据信号和载波。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (12)
1.一种数据转发方法，其特征在于，包括：
通过第一网元实例，获取终端与目的端之间会话的报文，所述第一网元实例部署在云计算架构的第一层中；
通过所述第一网元实例，利用所述第一层原有的报文转发能力，解析所述报文得到所述终端与所述目的端之间数据报文对应的地址信息，从转发表中查找与所述地址信息匹配的转发表项，并根据查找到的转发表项对所述报文进行转发处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过第二网元实例，根据通知建立所述会话的会话上下文，根据所述会话上下文生成相应的转发规则，并向所述第一网元实例下发所述转发规则，所述第二网元实例部署在所述云计算架构的第二层中，所述第二层为所述第一层之上的层；
通过所述第一网元实例，获取所述第二网元实例下发的所述转发规则，并在所述转发表中增加与所述转发规则相应的转发表项。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一网元实例和所述第二网元实例为对应同一UPF网元的UPF网元实例。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一网元实例与所述第二网元实例之间通过预设接口进行通信，所述预设接口是用于实现UPF-U与UPF-C之间通信连接的接口。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二层包括PaaS层。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一层包括IaaS层。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述报文来自所述终端，封装有所述数据报文的GTP报文作为净荷报文封装在所述报文中；所述根据查找到的转发表项对所述报文进行转发处理，包括：删除所述报文中的GTP隧道头并添加相应的内层以太头得到待转发报文，并根据查找到的转发表项对所述待转发报文进行转发。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述报文来自所述目的端，所述数据报文作为净荷报文封装在所述报文中；所述根据查找到的转发表项对所述数据报文进行转发处理，包括：删除所述报文中的内层以太头并为封装在所述报文中的所述数据报文添加相应的GTP隧道头得到待转发报文，并根据查找到的转发表项对所述待转发报文进行转发。
9.一种数据转发装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于通过第一网元实例，获取终端与目的端之间会话的报文，所述第一网元实例部署在云计算架构的第一层中；
转发模块，用于通过所述第一网元实例，利用所述第一层原有的报文转发能力，解析所述报文得到所述终端与所述目的端之间数据报文对应的地址信息，从转发表中查找与所述地址信息匹配的转发表项，并根据查找到的转发表项对所述报文进行转发处理。
10.一种计算设备，其特征在于，包括：存储器、处理器；其中，所述存储器存储一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被所述处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的方法。
11.一种数据通信***，其特征在于，包括：终端、基站、云网络的计算设备和目的端，所述终端接入所述基站；所述计算设备用于通过第一网元实例，获取终端与目的端之间会话的报文，所述第一网元实例部署在云计算架构的第一层中，并通过所述第一网元实例，利用所述第一层原有的报文转发能力，解析所述报文得到所述终端与所述目的端之间数据报文对应的地址信息，从转发表中查找与所述地址信息匹配的转发表项，并根据查找到的转发表项对所述报文进行转发处理。
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序被执行时，实现如权利要求1-8中任一项所述的方法。
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