CN1933450A - 板间通信方法及接口板 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种板间通信方法及接口板。其中，方法包括：根据流特征信息查询流索引标识，将其与数据体组合成精简数据包，发送给出接口板；出接口板根据流索引标识查询标准包头，将标准包头与数据体组合成恢复数据包。装置包括：查询模块，用于查询流索引标识及标准包头；数据包组合模块，用于组合精简数据包、标准数据包及恢复数据包。由于传输的精简数据包的数据量很小，因此，提高了实际有效带宽利用率。

Description

板间通信方法及接口板

技术领域

本发明涉及一种板间通信方法，尤其涉及一种应用于分布式设备中进行板间通信的能够提高实际有效带宽利用率的板间通信方法，及应用于分布式设备中的能够达到同样效果的接口板。

背景技术

分布式设备，如分布式路由器等，具有多个接口板，每个接口板都具有若干个接口。在工作时，每个接口板可以自行完成数据包的转发，也可以与其他接口板协作完成数据包的转发。因此，分布式设备的转发方式可以分为两种，一种是板内转发，另一种是板间转发。

如图1所示，现有分布式设备主要包括：主板10，备板20，若干个分布式的接口板，每个接口板上具有若干接口，并且主板10，备板20及若干个接口板均连接到***总线30上。板内转发是指数据包在一个接口板上的不同接口之间进行转发的转发方式，如图1中的数据包传输方向61，从接口板43的接口53送入转发设备，经转发后，从同一接口板43的接口54送出，完成板内转发；板间转发是指数据包在不同接口板上的接口之间进行转发的转发方式，如图1中的数据包传输方向62，从接口板41的接口51送入转发设备，经转发后，从另一接口板42的接口52送出，完成板间转发。

现有技术的缺陷在于：在板间转发方式中，被转发的数据包除了数据包的数据体本身以外，还需要携带一些附加信息，这些附加信息与要转发的数据数据体信息一起作为一个数据包，从一个接口板转发到另一个接口板。例如，在应用Free BSD(Free Berkeley Systems Distribution)网络操作***时，这个数据包也被称为MBUF(Memory Buffers)。MBUF包括MBUF头和数据体两部分，其中，MBUF头用于存放附加的上下文信息；数据体用来存放要转发的数据信息。MBUF头与数据体两部分可以在物理上连续或不连续分布。在板间转发时，MBUF头和数据体都要从一个接口板转发到另一个接口板，但有的时候，需要转发的数据体信息量很小，而相比之下，MBUF头的长度却很大，从而造成传输小数据体时，实际的有效带宽利用率很低。例如，假设一个MBUF头长度为256字节，需要传送的小数据体长度为64字节，此时，板间转发的MBUF长度为256+64＝320字节，因此，实际的有效带宽利用率仅为64/320＝1/5。即，如果备板总线带宽为10G，那么实际有效利用的带宽仅为2G，可见带宽利用率非常低。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种板间传输方法及接口板，使得在板间进行数据包传输时，提高实际带宽利用率。

为实现上述目的，本发明提供了一种板间通信方法，包括：

入接口板接收到数据包后，根据该数据包中的流特征信息，查询预先保存的相应的流索引标识；

将查询出的流索引标识与数据包的数据体组合成精简数据包，发送给出接口板；

出接口板接收到精简数据包后，根据精简数据包中的流索引标识，查询预先保存的相应的标准包头；

将标准包头与数据体组合成恢复数据包。

为实现上述目的，本发明还提供了一种接口板，包括：

查询模块，用于在发送或接收数据包时，根据该数据包中的流特征信息查询相应的流索引标识，或根据精简数据包中的流索引标识查询预先保存的相应的标准包头；

数据包组合模块，用于在发送或接收数据包时，将来自于查询模块的流索引标识与数据体组合成精简数据包，或将来自于查询模块的写有流索引标识的标准包头与数据体组合成标准数据包，将标准包头与数据体组合成恢复数据包。

基于上述步骤及装置，由于入接口板与出接口板之间仅传输精简数据包，且该精简数据包中仅包括流索引标识和数据体，而流索引标识仅是对不同数据流进行的标记，与数据包的包头相比，数据长度大大减少，因此，提高了实际带宽利用率，尤其对于数据体信息长度很小的情况，效果更加明显。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为现有分布式设备的转发方式示意图；

图2为本发明实施例1所述板间通信方法流程图；

图3为本发明实施例2所述板间通信方法流程图；

图4为本发明实施例3所述板间通信方法流程图；

图5为具有本发明实施例4所述接口板的分布式设备结构示意图。

具体实施方式

首先需要说明的是，数据流是指具有相同流特征信息的一组数据包的集合。在以下各实施例中，仅以该特征信息为五元组信息为例加以说明，而对于具有其他流特征信息的数据流，由于其传输特点相同，因此处理方法也相同，本文不再赘述。

实施例1

本实施例提供了一种根据数据流中的数据包所具有的五元组信息对数据包的包头进行精简，以减小包头的数据长度，提高实际带宽利用效率的板间通信方法。其中，如图2所示，

步骤101，在进行板间通信时，入接口板收到一个数据包后，根据该数据包中的流特征信息，查询预先保存的相应的流索引标识。其中，预先保存的相应的流索引标识是通过对由人工预先关联保存的数据流的五元组信息，流索引标识及标准包头进行查询而得到的。五元组信息是指数据包中携带的源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号及协议号这五种信息。由于在向用户提供一次特定的服务时，如下载一个网页，传输一个文件，或发送一个电子邮件等，一组数据包往往具有相同的五元组信息，因此可以将具有相同五元组信息的数据包定义为一个数据流。在进行板间通信时，同一个数据流中每个数据包的包头中的信息基本上是固定不变的，因此将具有相同五元组信息的一组数据包中，每个数据包的包头所共有的包头信息提取出来，保存为标准包头，相同的数据流具有相同的标准包头。

步骤102，将查询出的流索引标识与数据包的数据体组合成精简数据包。在进行板间传输时，数据包包括包头及数据体，将流索引标识与数据体组合成精简数据包可以有多种组合方式，具体可以为，创建一个第二包头，将查询出的流索引标识写入到第二包头中，用第二包头替换数据包的包头，与数据包的数据体组合成精简数据包；或者，可以将查询出的流索引标识写入到数据包的数据体中，组合成精简数据包。

步骤103，将精简数据包发送给出接口板。具体传输方法可以根据现有的路由转发技术，通过主板等设备进行转发或透传。

步骤104，出接口板接收到精简数据包后，根据精简数据包中的流索引标识，查询预先保存的相应的标准包头。具体查询方法，可以按照步骤102中所述的不同组合方式而有所不同，具体可以根据精简数据包中的第二包头中的流索引标识进行查询；或者还可以根据精简数据包中的数据体中的流索引标识进行查询。

步骤105，用标准包头与数据体组合成恢复数据包。恢复数据包中既包括需要进行传输的数据体信息，又包括板间通信所需要的包头信息，从而实现不同接口板之间的板间通信。

在本实施例所述方法中，由于入接口板向出接口板传输的精简数据包中，仅包括流索引标识和数据体，而流索引标识仅是对不同数据流进行的标记，与数据包的包头相比，数据长度大大减少，因此，提高了实际带宽利用率。尤其对于数据体信息长度很小的情况，效果更加明显。例如，假设MBUF头被精简到16字节甚至更小，则实际带宽利用率就能够达到64/(64+16)＝80％以上。

实施例2

实施例1中所述方法只能适用于同一数据流中的数据包的包头内容相同的情况，但在某些情况下，尽管同一个数据流中的数据包的包头大部分内容相同，但某些内容会随数据包的不同而发生变化，因此无法被定义在标准包头，从而会限制了该方法的应用范围。本实施例提供一种能够解决上述问题的板间通信方法。如图3所示，

步骤201，在进行板间通信时，入接口板收到一个数据包后，根据该数据包中的五元组信息，查询预先保存的相应的流索引标识。其中，预先保存的相应的流索引标识是通过对由人工预先关联保存的数据流的五元组信息，流索引标识及标准包头进行查询而得到的。

步骤202，创建第二包头，将查询出的流索引标识写入到第二包头中，用第二包头替换数据包的包头，与数据包的数据体组合成精简数据包。

步骤203，入接口板根据数据包中的五元组信息，查询出相应的预先保存的标准包头，将数据包的包头与该标准包头相区别的非标准头信息也写入到第二包头中。其中，非标准头信息是指，由于同一数据流的不同数据包中的某些信息内容会随数据包发生变化，从而无法被定义在标准包头中，因此将这部分信息定义为非标准头信息。另外，需要特别指出的是，步骤202与步骤203的顺序并不是固定的，例如，可以先将非标准头信息写入到第二包头中，再将流索引标识写入到第二包头中，然后再将第二包头与数据体组合成精简数据包；或者，也可以先将第二包头与数据体组合成精简数据包，然后再向第二包头中写入非标准头信息和流索引标识；并且，对流索引标识的查询和对标准包头的查询，这两个查询步骤之间也没有必然的顺序关系。

步骤204，将记录有流索引标识和非标准头信息的精简数据包发送给出接口板。具体传输方法可以根据现有的路由转发技术，通过主板等设备进行转发或透传。

步骤205，出接口板接收到精简数据包后，根据精简数据包中的第二包头中的流索引标识，查询预先保存的相应的标准包头。

步骤206，将接收到的第二包头中的非标准头信息写入到查询出的标准包头中形成恢复包头，将恢复包头与数据体组合成恢复数据包。此时，恢复数据包中既包括了需要进行传输的数据体信息，又包括了板间通信所需要的包头信息，从而实现不同接口板之间的板间通信。

在本实施例所述步骤中，由于进行传输的精简数据包中，除了包括数据体信息外，仅包括流索引标识和非标准头信息，而流索引标识仅是对不同数据流进行的标记，因此数据量非常少；而且，同一数据流中的不同数据包的大部分内容都是相同的，即标准包头包含了包头的大部分信息内容，而可能会随包变化的部分信息内容，即非标准头信息只占包头的很小部分，因此，非标准头信息的信息量也很少，从而提高了实际有效带宽利用率，尤其对于数据体信息量很小的情况，效果则更加明显。另外，由于本实施例中传输的精简包头还包括有随包变化的非标准头信息，因此，对包头的恢复更加准确完整，从而更适用于包头中包含有非标准头信息的情况。

实施例3

实施例1、2中所述的板间通信方法中，流索引标识，五元组信息及标准包头都是由人工预先进行并联保存的，在数据包转发时进行查询。这种方法仅适用五元组信息种类相对较少且变化不大的情况。但有些情况下，接口板上的接口定义会进行动态变化，相应地，五元组信息内容也会发生大量变化，此时，由人工预先保存的流索引标识就不能满足变化后的五元组信息的查询需要，并且需要人工干预也会增加大量的工作量。为此，本实施例提供了一种不需要由人工预先对流索引标识进行关联并保，而是根据一个数据流中的首包对流索引标进行关联保存的板间通信方法。如图4所示，

步骤301，入接口板收到一个数据包后，根据该数据包中的五元组信息，查询相应的预先保存的流索引标识。其中，相应的预先保存的流索引标识是指，根据该数据流中的首包，预先进行关联保存的流索引标识。

步骤302，如果入接口板未能查询出相应预先保存的流索引标识，说明该入接口板以前未处理过具有上述五元组信息的数据包，并且说明该数据包为这个数据流的首包，则根据该首包创建一个与该五元组信息相应的流索引标识及标准包头，并将他们与相应的五元组信息进行关联保存，以供在传输该数据包所在数据流中的其他数据包时进行查询。具体保存方法有很多，可以在本接口板中创建一个入方向流缓存(flow cache of Inbound)，进行保存；或者还可以根据现有的数据结构保存在内存或硬盘等存储介质中。并且既可以保存在本接口板中，也可以保存在主板或其他设备中，只不过根据不同的保存方法，要采取相应的查询机制。

步骤303，将创建的流索引标识写入到标准包头中，与数据包的数据体组合成标准数据包，发送给出接口板。具体传输方法可以根据现有的路由转发技术，通过主板等设备进行转发或透传。

步骤304，出接口板接收到标准数据包后，将标准数据包中的流索引标识，五元组信息及标准包头进行关联保存。具体保存方法有很多，可以在本接口板中创建一个出方向流缓存(flow cache of Outbound)，进行保存；或者还可以根据现有的数据结构保存在内存或硬盘等存储介质中。并且既可以保存在本接口板中，也可以存储在主板或其他设备中，只不过根据不同的保存方法，要采取相应的查询机制。

步骤305，入接口板接收到步骤301中所述的同一数据流中的其他数据包后，根据该数据包中的五元组信息，查询相应的流索引标识。由于在步骤302中已经创建了与该数据包中的五元组信息相关联的流索引标识，因此能够成功查询出所需结果。

步骤306，根据实施例1或实施例2所述的方法，生成精简数据包，并发送给出接口板。

步骤307，出接口板接收到精简数据包后，根据精简数据包中的第二包头中的流索引标识，查询预先保存的相应的标准包头。由于出接口板在步骤304中，已经对该数据包所在数据流的流索引标识、标准包头及五元组信息进行了关联保存，因此能够成功查询出所需结果。查询完成后，根据实施例1或实施2所述的方法生成恢复数据包，以完成数据包的传输过程。

在本实施例所述步骤中，由于入接口板及出接口板都对未处理过的数据流的流索引标识、标准包头及五元组信息进行了关联保存，因此，对于该数据流中的其他数据包仍然可以按照实施例1或实施例2所述方法进行板间通信，从而提高实际带宽利用率。并且，当出接口板需要向入接口板发送该数据流时，可以利用本实施例所述步骤保存的五元组信息或流索引标识完成查询，进而生成精简数据包，实现数据包传输。另外，由于整个过程是***自动完成的，无需人工参与，因此也减少了工作人员工作量，提高了工作效率。

另外，需要特别指出的是，本实施例所述的查询相应的预先保存的流索引标识还可以先对人工预先保存的流索引标识进行查询，如果查询失败，再根据该数据对五元组信息，标准包头和流索引标识进行关联保存，以供该数据包所在的数据流中的其他数据包进行查询。这样可以减少一定的***开销。

实施例4

本实施例提供了一种能够提高板间通信实际带宽利用率的接口板结构。如图5所示，为具有本实施例所述接口板的分布式设备示意图，包括：主板10，备板20，接口板41、42等若干个接口板，均连接到***总线30上；每个接口板，以接口板41为例，均设置有接口51等若干个接口，查询模块411，数据包组合模块421，与***总线30相连的总线接口431，用于收发数据包。其中，数据包组合模块421与查询模块411相连接，并且查询模块411，数据包组合模块421，总线接口431及若干个接口均连接到板内总线上。以下以接口51需要向接口52进行板间数据包传输为例，说明该设备的工作原理。

接口板41的接口51收到一个数据包后，查询模块411根据该数据包中的流特征信息，查询相应的流索引标识。以下，以该流特征信息为五元组信息加以说明，对于其他流特征信息，处理方法相同。如果查询成功，则将查询出的流索引标识及该数据包的非标准头信息发送给数据包组合模块421；如果查询失败，则说明接口板41以前未处理过具有上述五元组信息的数据包，因此创建一个与之对应的流索引标识及标准包头，并将创建的流索引标识写入到标准包头中，发送给数据包组合模块421。其中，五元组信息是指数据包中携带的源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号及协议号这五种信息。由于在向用户提供一次特定的服务，如下载一个网页，传输一个文件，或发送一个电子邮件等，一组数据包往往具有相同的五元组信息，因此可以将具有相同五元组信息的数据包定义为一个数据流，将具有相同五元组信息的一组数据包中，每个数据包的包头所共有的包头信息提取出来作为标准包头，将包头中与标准包头信息不相同的信息定义为非标准头信息。五元组信息，标准包头及流索引标识需要进行关联保存，以供传输其他数据包时查询。具体保存方法有很多，既可以预先进行定义保存，也可以在传输过程中动态生成并进行保存；既可以保存在查询模块411中，也可以保存在本接口板的内存、缓存、硬盘等其他存储介质中；既可以保存在本接口板中，也可以保存在主板或其他设备中，只不过根据不同的保存方法，查询模块411要采取相应的查询机制。

数据包组合模块421从板内总线获得数据包的数据体信息，并将其与来自于查询模块411的信息进行组合。如果来自于查询模块411的信息仅是流索引标识及非标准头信息，则将该流索引标识及非标准头信息与数据体组合成精简数据包；如果来自于查询模块411的信息是携带有流索引标识的标准包头，则将该标准包头与数据体组合成标准数据包。数据包组合模块421将组合后的数据包发送给总线接口431，进而通过***总线30发送给主板10，由主板10转发给接口板42。

接口板42通过总线接口432接收到来自于数据包组合模块421的数据包，如果收到的数据包为精简数据包，则查询模块412根据精简数据包中的流索引标识查询出相应的标准包头，发送给数据包组合模块422。数据包组合模块422将来自于查询模块412的标准包头与精简数据包中的非标准头信息组合成恢复包头，并将该恢复包头与精简数据包中的数据体组合成恢复数据包，发送给接口52，从而完成板间通信。如果接口板42收到的数据包为标准数据包，则通过总接口432将该标准数据包发送给接口52，从而完成板间通信。并且由查询模块412将该标准数据包的标准包头流索引标识及五元组信息进行关联保存，以供将来查询。

基于本实施例所述装置，由于进行传输的精简数据包中，除了包括数据体信息外，仅包括流索引标识和非标准头信息，而流索引标识仅是对不同数据流进行的标记，因此数据量非常少；而且，同一数据流中的不同数据包的大部分内容都是相同的，即标准包头包含了包头的大部分信息内容，而可能会随包变化的部分信息内容，即非标准头信息只占包头的很小部分，因此，非标准头信息的信息量也很少，从而提高了实际有效带宽利用率，尤其对于数据体信息量很小的情况，效果则更加明显。另外，虽然本装置传输的标准数据包中的标准包头仍然很大，但对于每一个数据流最多只需要传输一次，该数据流中的其他数据包及再次需要传输的同样的数据流都不需要重复传输标准数据包，因此，仍然能够保证较高的实际有效带宽利用率。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (13)

1、一种板间通信方法，包括：

入接口板接收到数据包后，根据该数据包中的流特征信息，查询预先保存的相应的流索引标识；

将查询出的流索引标识与数据包的数据体组合成精简数据包，发送给出接口板；

出接口板接收到精简数据包后，根据精简数据包中的流索引标识，查询预先保存的相应的标准包头；

将标准包头与数据体组合成恢复数据包。

2、根据权利要求1所述的板间通信方法，其特征在于：所述将查询出的流索引标识与数据包的数据体组合成精简数据包包括：创建第二包头，将查询出的流索引标识写入到第二包头中，将第二包头替换数据包的包头，与数据包的数据体组合成精简数据包。

3、根据权利要求2所述的板间通信方法，其特征在于：所述根据精简数据包中的流索引标识，查询预先保存的相应的标准包头包括：根据精简数据包中的第二包头中的流索引标识查询预先保存的相应的标准包头。

4、根据权利要求3所述的板间通信方法，其特征在于：所述将查询出的流索引标识写入到第二包头中还包括：将数据包的包头与标准包头相区别的非标准头信息也写入到第二包头中。

5、根据权利要求4所述的板间通信方法，其特征在于：所述将标准包头与数据体组合成恢复数据包包括：将接收到的第二包头中的非标准头信息写入到标准包头中形成恢复包头，将恢复包头与数据体组合成恢复数据包。

6、根据权利要求1所述的板间通信方法，其特征在于：所述将查询出的流索引标识与数据包的数据体组合成精简数据包包括：将查询出的流索引标识写入到数据包的数据体中，组合成精简数据包。

7、根据权利要求6所述的板间通信方法，其特征在于：所述根据精简数据包的流索引标识，查询预先保存的相应的标准包头包括：根据精简数据包中的数据体中的流索引标识查询预先保存的相应的标准包头。

8、根据权利要求1所述的板间通信方法，其特征在于：所述步骤还包括：如果入接口板未查询出相应的流索引标识，则创建一个与该数据包中的流特征信息相应的流索引标识及标准包头，将创建的流索引标识及标准包头与流特征信息进行关联保存。

9、根据权利要求8所述的板间通信方法，其特征在于：所述步骤还包括：将创建的流索引标识写入到创建的标准包头中，与数据包的数据体组合成标准数据包，发送给出接口板。

10、根据权利要求9所述的板间通信方法，其特征在于：所述步骤还包括：出接口板接收到标准数据包后，将标准数据包中的流索引标识、流特征信息及标准包头进行关联保存。

11、根据权利要求1-10中任意项所述的板间通信方法，其特征在于，所述根据该数据包中的流特征信息，查询相应的流索引标识还包括：根据该数据包中的五元组信息，查询相应的流索引标识。

12、一种接口板，包括：

查询模块，用于在发送或接收数据包时，根据该数据包中的流特征信息查询相应的流索引标识，或根据精简数据包中的流索引标识查询预先保存的相应的标准包头；

数据包组合模块，用于在发送或接收数据包时，将来自于查询模块的流索引标识与数据体组合成精简数据包，或将来自于查询模块的写有流索引标识的标准包头与数据体组合成标准数据包，将标准包头与数据体组合成恢复数据包。

13、根据权利要求12所述的接口板，其特征在于：所述接口板设置在路由器设备中，与***总线相连。

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