專利名稱：支持動態(tài)擴展幀頭的過濾匹配預處理方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以太網(wǎng)及其高層協(xié)議數(shù)據(jù)包的過濾領(lǐng)域，特別是涉及一種支持動態(tài)擴展幀頭的過濾匹配預處理方法及裝置。
背景技術(shù)：
隨著互連網(wǎng)絡(luò)對其主要承載體的以太網(wǎng)絡(luò)設(shè)備處理能力要求的不斷增長，新的以太網(wǎng)交換機除了單純的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)之外，還要能夠提供2到7層的處理能力，需要更強的重定優(yōu)先級能力。這些都要求以太網(wǎng)交換或接口芯片提供2到7層的數(shù)據(jù)包過濾、分類處理的功能。因此需要為交換機提供高速率和更強處理能力的快速包過濾處理器。在目前的交換芯片以及以太網(wǎng)接口芯片中的數(shù)據(jù)包匹配過濾器中，根據(jù)規(guī)則表的相關(guān)字段來定位，并提取當前數(shù)據(jù)包中的匹配關(guān)鍵字，一般采用固定偏移量方法傳統(tǒng)的關(guān)鍵字掩碼表項字段參見圖1所示，在相應(yīng)的過濾規(guī)則表中指定提取關(guān)鍵字的偏移量值，在匹配的過程中從數(shù)據(jù)包的固定位置(一般是包頭)開始，根據(jù)過濾表中規(guī)定的偏移量，計算要提取的關(guān)鍵字在數(shù)據(jù)包中的位置，從這個位置上提取相應(yīng)的關(guān)鍵字，與規(guī)則表的內(nèi)容比較，以確定是否匹配相應(yīng)規(guī)則。這種固定偏移量方法，對于數(shù)據(jù)包中各個字段相對于數(shù)據(jù)包頭的位置基本固定的以太網(wǎng)和無擴展幀頭的IPv4幀頭是可行的，但是，若將這個方法應(yīng)用于IPv6格式的數(shù)據(jù)包和有擴展幀頭的IPv4幀頭，則表現(xiàn)出了很大的局限性，因為IPv6的數(shù)據(jù)包頭和有擴展幀頭的IPv4幀頭，除了定長頭部之外，還有擴展頭部，而擴展頭部長度以及個數(shù)沒有限制。例如，參見圖2所示，TCP (Transmission Control Protocol，傳輸控制協(xié)議)協(xié)議幀頭的起點在IPv6數(shù)據(jù)包中的起始位置，可以是以下幾種情況之一(1) IPv6固定幀頭緊跟著TCP幀頭；(2) IPv6固定幀頭緊跟著路由幀頭，路由幀頭后面緊跟著TCP幀頭；C3) IPv6固定幀頭后面緊跟著路由幀頭，路由幀頭后面緊跟著分片幀頭，分片幀頭后面緊跟著TCP幀頭。很明顯，在上述幾種情況下，TCP幀頭相對于IPv6幀頭第一個字節(jié)或者以太網(wǎng)幀頭第一個字節(jié)的偏移位置不確定，如果采用傳統(tǒng)的固定偏移量來定位關(guān)鍵字，顯然不可能正確過濾TCP幀頭內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種支持動態(tài)擴展幀頭的過濾匹配預處理方法及裝置，能夠?qū)?shù)據(jù)包中所有鏈路及IP固定幀頭和擴展幀頭的位置都識別出來，配合預先建立的掩碼規(guī)則，即可實現(xiàn)關(guān)鍵字匹配，正確過濾TCP幀頭內(nèi)容。本發(fā)明提供的支持動態(tài)擴展幀頭的過濾匹配預處理方法，包括以下步驟:A、從數(shù)據(jù)包的鏈路層幀頭開始掃描整個數(shù)據(jù)包，根據(jù)所有起始點為數(shù)據(jù)包鏈路層幀頭的掩碼規(guī)定的偏移量，提取數(shù)據(jù)包鏈路層幀頭中指定位置的內(nèi)容，與該掩碼本身相與之后得到所需關(guān)鍵字；B、根據(jù)數(shù)據(jù)包中的鏈路層負載類型字段，定位IP協(xié)議幀的基本幀頭的起始位置；然后根據(jù)IP協(xié)議幀的版本號、幀頭長度以及擴展幀頭類型字段，定位數(shù)據(jù)包中所有IP協(xié)議幀的擴展幀頭的位置；根據(jù)起始點為相應(yīng)基本幀頭或擴展幀頭的掩碼規(guī)定的偏移量，提取數(shù)據(jù)包IP協(xié)議幀的基本幀頭或擴展幀頭中指定位置的內(nèi)容，與該掩碼本身相與之后得到所需關(guān)鍵字；C、完成數(shù)據(jù)包的掃描，提取掩碼規(guī)定提取的所有關(guān)鍵字，并將已經(jīng)提取的關(guān)鍵字送到過濾器進行規(guī)則匹配。在上述技術(shù)方案中，步驟A之前還包括以下步驟建立預處理所需要的掩碼規(guī)則，所述掩碼規(guī)則包括偏移量起始點所在的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層級Layer、相對偏移的起始點類型 Type、相對偏移量Offset、掩碼和關(guān)鍵字，其中，偏移量起始點所在的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層級Layer 和相對偏移的起始點類型Type按照以下四種情況之一建立情況a =Layer = 0，掩碼中偏移量起始點為數(shù)據(jù)包中的鏈路層幀頭；情況b =Layer = 1，掩碼中偏移量起始點為IPv4基本幀頭或擴展幀頭，Type = 0或IPv4協(xié)議規(guī)定的擴展幀頭類型；情況c =Layer = 2，掩碼中偏移量起始點為數(shù)據(jù)包中的TCP/UDP幀頭，Type = IPv4協(xié)議下的用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP或傳輸控制協(xié)議TCP ；情況d =Layer = 3，掩碼中偏移量起始點為IPv6基本幀頭或擴展幀頭， Type = 0或IPv6協(xié)議規(guī)定的擴展幀頭類型。在上述技術(shù)方案中，步驟B包括以下步驟B1、定位數(shù)據(jù)包中網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)幀的起始字節(jié)位置，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的版本號，來判斷網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)幀是IPv6數(shù)據(jù)包還是IPv4數(shù)據(jù)包；B2、若網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)幀是IPv4數(shù)據(jù)包，則根據(jù)屬于情況b且Type = O的掩碼的相對偏移量加上當前已經(jīng)定位的網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)幀的起始字節(jié)位置，在數(shù)據(jù)包中的相應(yīng)位置提取關(guān)鍵字， 并寫入掩碼的關(guān)鍵字字段；B3、若網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)幀是IPv6數(shù)據(jù)包，則根據(jù)屬于情況d且Type =0的掩碼的相對偏移量在相應(yīng)位置上提取關(guān)鍵字，并寫入掩碼的關(guān)鍵字字段。在上述技術(shù)方案中，步驟B2包括以下步驟根據(jù)IPv4數(shù)據(jù)包的幀頭長度字段，判斷是否存在IPv4擴展幀頭，若存在IPv4擴展幀頭，則跳到IPv4固定幀頭的末尾，定位并找到每一個IPv4擴展幀頭中的類型和長度字段，確定每一個擴展幀頭的起始位置；若當前 IPv4擴展幀頭的類型屬于情況b且Type=此擴展幀頭的掩碼，則根據(jù)掩碼中的相對偏移量值在數(shù)據(jù)包中的相應(yīng)位置提取關(guān)鍵字，并且與掩碼字段掩碼后存入該掩碼的關(guān)鍵字字段。在上述技術(shù)方案中，步驟B2中還包括步驟遍歷完成整個IPv4幀頭后，根據(jù)IPv4 協(xié)議幀的幀頭長度字段確定TCP/UDP數(shù)據(jù)幀頭的起始點，并且根據(jù)起始點為TCP/UDP幀頭的掩碼所規(guī)定的偏移量，提取數(shù)據(jù)包TCP/UDP幀頭指定位置的內(nèi)容，與該掩碼本身相與之后得到所需關(guān)鍵字。在上述技術(shù)方案中，步驟B3還包括以下步驟若當前處理的IPv6協(xié)議幀存在擴展幀頭，則根據(jù)下一個擴展幀頭的起始字節(jié)和所有屬于情況d且Type = IPv6協(xié)議規(guī)定的擴展幀頭類型的掩碼的偏移量，在數(shù)據(jù)包的相應(yīng)位置提取關(guān)鍵字，并寫入掩碼的關(guān)鍵字字段， 重復上述步驟直到所有IPv6擴展幀頭都處理完。本發(fā)明提供的支持動態(tài)擴展幀頭的過濾匹配預處理裝置包括第一提取單元，用于從數(shù)據(jù)包的鏈路層幀頭開始掃描整個數(shù)據(jù)包，根據(jù)所有起始點為數(shù)據(jù)鏈路層幀頭的掩碼規(guī)定的偏移量，提取數(shù)據(jù)包鏈路層幀頭中指定位置的內(nèi)容，與該掩碼本身相與之后得到所需關(guān)鍵字；基本幀頭定位單元，用于根據(jù)數(shù)據(jù)包中的鏈路層負載類型字段，定位IP協(xié)議幀的基本幀頭的起始位置；擴展幀頭定位單元，用于根據(jù)IP協(xié)議幀的版本號、幀頭長度以及擴展幀頭類型字段，定位數(shù)據(jù)包中所有IP協(xié)議幀擴展幀頭的位置；第二提取單元，用于根據(jù)起始點為相應(yīng)基本幀頭或擴展幀頭的掩碼規(guī)定的偏移量，提取數(shù)據(jù)包IP協(xié)議幀的基本幀頭或擴展幀頭中指定位置的內(nèi)容，與該掩碼本身相與之后得到所需關(guān)鍵字；發(fā)送單元，用于將已經(jīng)提取的關(guān)鍵字送到過濾器進行規(guī)則匹配。在上述技術(shù)方案中，還包括掩碼規(guī)則建立單元，用于建立預處理所需要的掩碼規(guī)則，所述掩碼規(guī)則包括偏移量起始點所在的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層級Layer、相對偏移的起始點類型 Type、相對偏移量Offset、掩碼和關(guān)鍵字，其中，偏移量起始點所在的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層級Layer 和相對偏移的起始點類型Type按照以下四種情況之一建立情況a =Layer = 0，掩碼中偏移量起始點為數(shù)據(jù)包中的鏈路層幀頭；情況b =Layer = 1，掩碼中偏移量起始點為IPv4基本幀頭或擴展幀頭，Type = 0或IPv4協(xié)議規(guī)定的擴展幀頭類型；情況c =Layer = 2，掩碼中偏移量起始點為數(shù)據(jù)包中的TCP/UDP幀頭，Type = IPv4協(xié)議下的用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP或傳輸控制協(xié)議TCP ；情況d =Layer = 3，掩碼中偏移量起始點為IPv6基本幀頭或擴展幀頭， Type = 0或IPv6協(xié)議規(guī)定的擴展幀頭類型。在上述技術(shù)方案中，還包括網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)幀類型判斷單元，用于定位數(shù)據(jù)包中網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)幀的起始字節(jié)位置，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的版本號，來判斷網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)幀是IPv6數(shù)據(jù)包還是IPv4數(shù)據(jù)包。在上述技術(shù)方案中，還包括第三提取單元，用于根據(jù)IPv4數(shù)據(jù)包的幀頭長度字段，判斷是否存在IPv4擴展幀頭，若存在IPv4擴展幀頭，則跳到IPv4固定幀頭的末尾，定位并找到每一個IPv4擴展幀頭中的類型和長度字段，確定每一個擴展幀頭的起始位置；若當前IPv4擴展幀頭的類型屬于情況b且Type =此擴展幀頭的掩碼，則根據(jù)掩碼中的相對偏移量值在數(shù)據(jù)包中的相應(yīng)位置提取關(guān)鍵字，并且與掩碼字段掩碼后存入該掩碼的關(guān)鍵字字段；以及遍歷完成整個IPv4幀頭后，根據(jù)IPv4協(xié)議幀的幀頭長度字段確定TCP/UDP數(shù)據(jù)幀頭的起始點，并且根據(jù)起始點為TCP/UDP幀頭的掩碼所規(guī)定的偏移量，提取數(shù)據(jù)包TCP/ UDP幀頭指定位置的內(nèi)容，與該掩碼本身相與之后得到所需關(guān)鍵字；第四提取單元，用于 若網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)幀是IPv6數(shù)據(jù)包，則根據(jù)屬于情況d且Type = 0的掩碼的相對偏移量在相應(yīng)位置上提取關(guān)鍵字，并寫入掩碼的關(guān)鍵字字段；以及若當前處理的IPv6協(xié)議幀存在擴展幀頭，則根據(jù)下一個擴展幀頭的起始字節(jié)和所有屬于情況d且Type = IPv6協(xié)議規(guī)定的擴展幀頭類型的掩碼的偏移量，在數(shù)據(jù)包的相應(yīng)位置提取關(guān)鍵字，并寫入掩碼的關(guān)鍵字字段， 重復上述步驟直到所有IPv6擴展幀頭都處理完。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下針對可變擴展幀頭相對于數(shù)據(jù)包開頭的偏移量在不同數(shù)據(jù)包中不同，本發(fā)明采用類似于軟件編譯程序鏈接重定位的方法，識別可變擴展幀頭的類型碼和長度字段，通過一次預處理將數(shù)據(jù)包所有幀頭(包括固定幀頭和擴展幀頭)的位置都識別出來，再配合預先建立的掩碼規(guī)則，就可以達到匹配關(guān)鍵字過濾的功能，解決了傳統(tǒng)的固定偏移量方法無法正確提取IPv6和Ipv4變長幀頭關(guān)鍵字的問題。


圖1為傳統(tǒng)的關(guān)鍵字掩碼表項字段；圖2為變長幀頭的匹配實例；
圖3為本發(fā)明實施例中的關(guān)鍵字掩碼表項字段；圖4為本發(fā)明實施例中方法的流程圖；圖5為本發(fā)明實施例中預處理模塊在數(shù)據(jù)包過濾處理中的功能框圖；圖6為本發(fā)明實施例中的HiNOC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；圖7為本發(fā)明實施例中硬件數(shù)據(jù)包過濾器在HiNOC交換設(shè)備中的位置示意圖；圖8為本發(fā)明實施例中數(shù)據(jù)包預處理以及過濾的流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。為了敘述和操作方便，首先建立預處理所需要的掩碼規(guī)則，包括偏移量起始點所在的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層級(Layer)，整數(shù)類型，占用2比特；相對偏移的起始點類型(Type)，整數(shù)類型，占用8比特；相對偏移量(Offset)，整數(shù)類型，占用8比特；掩碼整數(shù)類型，占用32比特；關(guān)鍵字整數(shù)類型，占用32比特。本發(fā)明實施例中的關(guān)鍵字掩碼表項字段參見圖3所示，其中，偏移量起始點所在的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層級(Layer)和相對偏移的起始點類型(Type)按照以下四種情況之一建立情況a =Layer = 0，掩碼中偏移量起始點為數(shù)據(jù)包中的鏈路層幀頭；情況b =Layer = 1，Type = 0或IPv4協(xié)議規(guī)定的擴展幀頭類型，即掩碼中偏移量起始點為IPv4基本幀頭(Type = 0)或擴展幀頭(Type = IPv4 協(xié)議規(guī)定的擴展幀頭類型)；情況 c =Layer = 2, Type = 0x06 或0x17 IPv4協(xié)議下的 UDP (UserData Protocol, 用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議)或TCP，即掩碼中偏移量起始點為數(shù)據(jù)包中的TCP/UDP幀頭；情況d =Layer = 3，Type = 0或IPv6協(xié)議規(guī)定的擴展幀頭類型，即掩碼中偏移量起始點為IPv6基本幀頭(Type = 0)或擴展幀頭(Type = IPv6 協(xié)議規(guī)定的擴展幀頭類型)，包括TCP和UDP。參見圖4所示，本發(fā)明實施例提供的支持動態(tài)擴展幀頭的過濾匹配預處理方法， 包括以下步驟步驟101 當有數(shù)據(jù)包進入預處理器的時候，從第0字節(jié)開始掃描數(shù)據(jù)包，根據(jù)預處理器中建立的所有屬于情況a掩碼的相對偏移量，在數(shù)據(jù)包中的相應(yīng)位置提取關(guān)鍵字， 并且與掩碼字段掩碼后存入該掩碼的關(guān)鍵字字段。步驟102 定位數(shù)據(jù)包中網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)幀的起始字節(jié)位置，根據(jù)數(shù)據(jù)包中網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)幀的起始字節(jié)，也就是網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的版本號，來判斷網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)幀是IPv4數(shù)據(jù)包還是 IPv6數(shù)據(jù)包，如果是IPv4數(shù)據(jù)包，則轉(zhuǎn)到步驟103 ；如果是Ipv6數(shù)據(jù)包，則轉(zhuǎn)到步驟107。步驟103:若網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)幀是IPv4數(shù)據(jù)包，根據(jù)預處理器中建立的所有屬于情況b 且Type = 0的掩碼的相對偏移量，加上當前已經(jīng)定位的網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)幀的起始字節(jié)位置，在數(shù)據(jù)包中的相應(yīng)位置提取關(guān)鍵字，并寫入掩碼的關(guān)鍵字字段。步驟104 根據(jù)IPv4數(shù)據(jù)包的幀頭長度字段，判斷是否存在擴展幀頭，即判斷幀頭長度字段的值是否大于IPv4固定幀頭長度，如果是，則轉(zhuǎn)到步驟105 ；否則，轉(zhuǎn)到步驟106。
步驟105 若存在IPv4擴展幀頭，則跳到IPv4固定幀頭的末尾，定位并找到每一個IPv4擴展幀頭中的類型和長度字段，也就是每一個擴展幀頭的起始位置，若當前擴展幀頭的類型符合屬于情況b，且Type =此擴展幀頭的掩碼，則根據(jù)掩碼中的相對偏移量值在數(shù)據(jù)包中的相應(yīng)位置提取關(guān)鍵字，并且與掩碼字段掩碼后存入該掩碼的關(guān)鍵字字段。步驟106 遍歷完成整個IPv4幀頭后，定位TCP或UDP四層協(xié)議幀頭起始位置，在所有屬于情況c的掩碼指定的偏移量位置上提取關(guān)鍵字，并寫入掩碼的關(guān)鍵字字段。步驟107 若網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)幀是IPv6數(shù)據(jù)包，則根據(jù)所有屬于情況d且type等于0 的掩碼表項的相對偏移量值，在相應(yīng)位置上提取關(guān)鍵字，并寫入掩碼的關(guān)鍵字字段。步驟108 根據(jù)Ipv6數(shù)據(jù)包的幀頭長度字段，判斷是否存在擴展幀頭，如果是，則轉(zhuǎn)到步驟109 ；否則，轉(zhuǎn)到步驟110。步驟109 若當前處理的IPv6幀頭的next header (下一擴展幀頭類型)字段不等于59，則跳到當前next header字段所指向的擴展幀頭的起始字節(jié)，根據(jù)所有屬于情況d 且Type =該擴展幀頭類型的掩碼表項的偏移量值，在數(shù)據(jù)包的相應(yīng)位置提取關(guān)鍵字，并寫入掩碼的關(guān)鍵字字段。重復本步驟，直到所有IPv6擴展幀頭都被處理完成。步驟110 最終，預處理器中所有規(guī)定的掩碼都已經(jīng)從數(shù)據(jù)包中提取相應(yīng)的關(guān)鍵字并保存，預處理結(jié)束，將提取的所有關(guān)鍵字輸出到后續(xù)的過濾器中進行規(guī)則匹配。本發(fā)明實施例提供的支持動態(tài)擴展幀頭的過濾匹配預處理裝置，包括第一提取單元、基本幀頭定位單元、擴展幀頭定位單元、第二提取單元、發(fā)送單元、掩碼規(guī)則建立單元、網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)幀類型判斷單元、第三提取單元和第四提取單元，其中第一提取單元，用于從數(shù)據(jù)包的鏈路層幀頭開始掃描整個數(shù)據(jù)包，根據(jù)所有起始點為數(shù)據(jù)鏈路層幀頭的掩碼規(guī)定的偏移量，提取數(shù)據(jù)包鏈路層幀頭中指定位置的內(nèi)容，與該掩碼本身相與之后得到所需關(guān)鍵字?；編^定位單元，用于根據(jù)數(shù)據(jù)包中的鏈路層負載類型字段，定位IP協(xié)議幀的基本幀頭的起始位置。擴展幀頭定位單元，用于根據(jù)IP協(xié)議幀的版本號、幀頭長度以及擴展幀頭類型字段，定位數(shù)據(jù)包中所有IP協(xié)議幀擴展幀頭的位置。第二提取單元，用于根據(jù)起始點為相應(yīng)基本幀頭或擴展幀頭的掩碼規(guī)定的偏移量，提取數(shù)據(jù)包IP協(xié)議幀的基本幀頭或擴展幀頭中指定位置的內(nèi)容，與該掩碼本身相與之后得到所需關(guān)鍵字。發(fā)送單元，用于將已經(jīng)提取的關(guān)鍵字送到過濾器進行規(guī)則匹配。掩碼規(guī)則建立單元，用于建立預處理所需要的掩碼規(guī)則，所述掩碼規(guī)則包括偏移量起始點所在的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層級Layer、相對偏移的起始點類型Type、相對偏移量Offset、 掩碼和關(guān)鍵字，其中，偏移量起始點所在的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層級Layer和相對偏移的起始點類型 Type按照以下四種情況之一建立情況a =Layer = 0，掩碼中偏移量起始點為數(shù)據(jù)包中的鏈路層幀頭；情況b =Layer = 1，掩碼中偏移量起始點為IPv4基本幀頭或擴展幀頭，Type = 0 或IPv4協(xié)議規(guī)定的擴展幀頭類型；情況c =Layer = 2，掩碼中偏移量起始點為數(shù)據(jù)包中的TCP/UDP幀頭，Type = IPv4 協(xié)議下的用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP或傳輸控制協(xié)議TCP ；
情況d =Layer = 3，掩碼中偏移量起始點為IPv6基本幀頭或擴展幀頭，Type = 0 或IPv6協(xié)議規(guī)定的擴展幀頭類型。網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)幀類型判斷單元，用于定位數(shù)據(jù)包中網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)幀的起始字節(jié)位置， 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的版本號，來判斷網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)幀是IPv6數(shù)據(jù)包還是IPv4數(shù)據(jù)包。第三提取單元，用于根據(jù)IPv4數(shù)據(jù)包的幀頭長度字段，判斷是否存在IPv4擴展幀頭，若存在IPv4擴展幀頭，則跳到IPv4固定幀頭的末尾，定位并找到每一個IPv4擴展幀頭中的類型和長度字段，確定每一個擴展幀頭的起始位置；若當前IPv4擴展幀頭的類型屬于情況b且Type=此擴展幀頭的掩碼，則根據(jù)掩碼中的相對偏移量值在數(shù)據(jù)包中的相應(yīng)位置提取關(guān)鍵字，并且與掩碼字段掩碼后存入該掩碼的關(guān)鍵字字段；以及遍歷完成整個IPv4 幀頭后，根據(jù)IPv4協(xié)議幀的幀頭長度字段確定TCP/UDP數(shù)據(jù)幀頭的起始點，并且根據(jù)起始點為TCP/UDP幀頭的掩碼所規(guī)定的偏移量，提取數(shù)據(jù)包TCP/UDP幀頭指定位置的內(nèi)容，與該掩碼本身相與之后得到所需關(guān)鍵字。第四提取單元，用于若網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)幀是IPv6數(shù)據(jù)包，則根據(jù)屬于情況d且Type =0的掩碼的相對偏移量在相應(yīng)位置上提取關(guān)鍵字，并寫入掩碼的關(guān)鍵字字段；以及若當前處理的IPv6協(xié)議幀存在擴展幀頭，則根據(jù)下一個擴展幀頭的起始字節(jié)和所有屬于情況d 且Iype = IPv6協(xié)議規(guī)定的擴展幀頭類型的掩碼的偏移量，在數(shù)據(jù)包的相應(yīng)位置提取關(guān)鍵字，并寫入掩碼的關(guān)鍵字字段，重復上述步驟直到所有IPv6擴展幀頭都處理完。本發(fā)明實施例能夠解決根據(jù)固定長度偏移量的掩碼表無法提取正確的變長幀頭關(guān)鍵字的問題。例如，要過濾匹配圖1中所示的IPv6數(shù)據(jù)包中具有三種可能位置的TCP幀頭，假定要在過濾模塊的掩碼表中設(shè)置提取TCP的目的端口號，如果采用現(xiàn)有的固定偏移量掩碼，則需要為FCP幀頭在數(shù)據(jù)包中每一種可能的位置組合設(shè)計一條關(guān)鍵字掩碼，前面列舉了至少三種不同情況，所以至少需要三條掩碼來提取同一個的關(guān)鍵字，實際上由于很多擴展幀頭本身的長度可變，所需的掩碼數(shù)遠遠超過三條。但是，采用本發(fā)明實施例的預處理方法來定位此關(guān)鍵字，解決問題變得很容易，只需要一條掩碼Layer = 0x3，Type = 0x6，Offset = 0，Mask = 0x0000_FFFF采用前述步驟的預處理之后，該掩碼所規(guī)定的關(guān)鍵字就會被成功的提取出來，參見圖5所示，預處理模塊從數(shù)據(jù)包第一字節(jié)開始掃描當前數(shù)據(jù)包，由于Layer字段等于 0x03, Type字段等于0x06，這說明該掩碼是屬于情況d的掩碼，所匹配的是IPv6數(shù)據(jù)包中的TCP幀頭(在IPv6協(xié)議中，TCP和UDP也是擴展幀頭之一)。因此，預處理將會掃描并且跳過可能在TCP幀頭之前出現(xiàn)的IPv6路由幀頭或者分片幀頭，最終定位TCP幀頭在整個數(shù)據(jù)包中的起始位置，然后加上相對偏移量0，得到當前數(shù)據(jù)包中對應(yīng)這條關(guān)鍵字掩碼的絕對位置，隨即提取該位置上的關(guān)鍵字，并進行掩碼。提取的關(guān)鍵字隨后即可以被直接送到數(shù)據(jù)包過濾模塊進行規(guī)則匹配，而根據(jù)預處理方法得到的數(shù)據(jù)包中指定位置的16比特數(shù)據(jù)正好就是TCP幀頭的目的端口字段。下面以HiN0C(High performance Network over Coax，高性能同軸網(wǎng)絡(luò))技術(shù)平臺為例，介紹本發(fā)明的一個應(yīng)用場景。參見圖6所示，HiNOC主要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括HiNOC交換機和HiNOC網(wǎng)橋，HiNOC交換機可掛接多個HiNOC網(wǎng)橋，HiNOC交換機的PHY (Physical Layer，物理層芯片)層主要完成以太網(wǎng)幀與HiNOC幀間的轉(zhuǎn)換，MAC(Medium/MediaAccess Control，介質(zhì)訪問控制)層主
1要完成MAC地址學習、MAC幀過濾和轉(zhuǎn)發(fā)的功能。除主要功能外，HiNOC交換機還需要具備如流量控制、流量優(yōu)先級、過濾等功能，另外，HiNOC網(wǎng)絡(luò)主要用在廣播電視網(wǎng)絡(luò)方面，HiNOC 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)對如VLAN(Virtual Local Area Network，虛擬局域網(wǎng))操作、IPv6組播甚至 IPv6 IGMP(Internet Group Management Protocol，互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議)Snooping(嗅探， 捕獲并檢查網(wǎng)絡(luò)包)等功能和特性提供支持。因此需要支持IPv6的預處理邏輯模塊在硬件數(shù)字邏輯電路實現(xiàn)的包處理器中完成數(shù)據(jù)幀中指定關(guān)鍵字的提取工作。數(shù)據(jù)幀過濾匹配預處理器在HiNOC交換設(shè)備中的位置參見圖7所示，該模塊在 HiNOC橋中負責將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包按照規(guī)則表的配置進行提取，然后進入匹配器，得到需要進行的操作。HiNOC數(shù)據(jù)包過濾器設(shè)計的目的是作為HiNOC芯片橋接部分的快速過濾的預處理器，完成該芯片進出數(shù)據(jù)幀的各層關(guān)鍵元素的提取，通過對以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包的過濾和分類，得到分類結(jié)果，用于指示應(yīng)該對數(shù)據(jù)包進行的處理。由此可實現(xiàn)諸如訪問控制、服務(wù)質(zhì)量處理、IGMP嗅探等相應(yīng)的功能。包括預處理的數(shù)據(jù)包過濾器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)參見圖8所示，預處理器提取后的關(guān)鍵字保存到提取字段存儲中，條款匹配器根據(jù)規(guī)則的設(shè)置計算匹配結(jié)果，計算得到的結(jié)果(匹配或不匹配)送入決策器，由決策器選擇應(yīng)對數(shù)據(jù)包實施的動作?？梢钥吹?，預處理器是數(shù)據(jù)包過濾器的關(guān)鍵模塊，本發(fā)明實施例中的預處理器完成兩大功能，一是根據(jù)本發(fā)明實施例的方法快速提取IPv6幀中各個位置上的關(guān)鍵字位置、高層協(xié)議幀頭位置等字段的位置； 二是在相應(yīng)位置上完成根據(jù)表項定義的相關(guān)字段的提取。應(yīng)用本發(fā)明實施例，使得HiNOC 交換設(shè)備的過濾功能具備快速和靈活的優(yōu)勢，能夠用較少的掩碼而得到對各種格式的IPv6 數(shù)據(jù)包完整支持。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。本說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種支持動態(tài)擴展幀頭的過濾匹配預處理方法，其特征在于包括以下步驟A、從數(shù)據(jù)包的鏈路層幀頭開始掃描整個數(shù)據(jù)包，根據(jù)所有起始點為數(shù)據(jù)包鏈路層幀頭的掩碼規(guī)定的偏移量，提取數(shù)據(jù)包鏈路層幀頭中指定位置的內(nèi)容，與該掩碼本身相與之后得到所需關(guān)鍵字；B、根據(jù)數(shù)據(jù)包中的鏈路層負載類型字段，定位IP協(xié)議幀的基本幀頭的起始位置；然后根據(jù)IP協(xié)議幀的版本號、幀頭長度以及擴展幀頭類型字段，定位數(shù)據(jù)包中所有IP協(xié)議幀的擴展幀頭的位置；根據(jù)起始點為相應(yīng)基本幀頭或擴展幀頭的掩碼規(guī)定的偏移量，提取數(shù)據(jù)包IP協(xié)議幀的基本幀頭或擴展幀頭中指定位置的內(nèi)容，與該掩碼本身相與之后得到所需關(guān)鍵字；C、完成數(shù)據(jù)包的掃描，提取掩碼規(guī)定提取的所有關(guān)鍵字，并將已經(jīng)提取的關(guān)鍵字送到過濾器進行規(guī)則匹配。
2.如權(quán)利要求1所述的支持動態(tài)擴展幀頭的過濾匹配預處理方法，其特征在于步驟A 之前還包括以下步驟建立預處理所需要的掩碼規(guī)則，所述掩碼規(guī)則包括偏移量起始點所在的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層級Layer、相對偏移的起始點類型Type、相對偏移量Off set、掩碼和關(guān)鍵字，其中，偏移量起始點所在的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層級Layer和相對偏移的起始點類型Type按照以下四種情況之一建立情況a =Layer = 0，掩碼中偏移量起始點為數(shù)據(jù)包中的鏈路層幀頭；情況b :Layer = 1，掩碼中偏移量起始點為IPv4基本幀頭或擴展幀頭，Type = 0或 IPv4協(xié)議規(guī)定的擴展幀頭類型；情況c =Layer = 2，掩碼中偏移量起始點為數(shù)據(jù)包中的傳輸控制協(xié)議TCP/用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP幀頭，Type = IPv4協(xié)議下的UDP或TCP ；情況d =Layer = 3，掩碼中偏移量起始點為IPv6基本幀頭或擴展幀頭，Type = 0或 IPv6協(xié)議規(guī)定的擴展幀頭類型。
3.如權(quán)利要求2所述的支持動態(tài)擴展幀頭的過濾匹配預處理方法，其特征在于步驟B 包括以下步驟Bi、定位數(shù)據(jù)包中網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)幀的起始字節(jié)位置，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的版本號，來判斷網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)幀是IPv6數(shù)據(jù)包還是IPv4數(shù)據(jù)包；B2、若網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)幀是IPv4數(shù)據(jù)包，則根據(jù)屬于情況b且Type = 0的掩碼的相對偏移量加上當前已經(jīng)定位的網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)幀的起始字節(jié)位置，在數(shù)據(jù)包中的相應(yīng)位置提取關(guān)鍵字，并寫入掩碼的關(guān)鍵字字段；B3、若網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)幀是IPv6數(shù)據(jù)包，則根據(jù)屬于情況d且Type = 0的掩碼的相對偏移量在相應(yīng)位置上提取關(guān)鍵字，并寫入掩碼的關(guān)鍵字字段。
4.如權(quán)利要求3所述的支持動態(tài)擴展幀頭的過濾匹配預處理方法，其特征在于步驟B2 包括以下步驟根據(jù)IPv4數(shù)據(jù)包的幀頭長度字段，判斷是否存在IPv4擴展幀頭，若存在IPv4擴展幀頭，則跳到IPv4固定幀頭的末尾，定位并找到每一個IPv4擴展幀頭中的類型和長度字段， 確定每一個擴展幀頭的起始位置；若當前IPv4擴展幀頭的類型屬于情況b且Type =此擴展幀頭的掩碼，則根據(jù)掩碼中的相對偏移量值在數(shù)據(jù)包中的相應(yīng)位置提取關(guān)鍵字，并且與掩碼字段掩碼后存入該掩碼的關(guān)鍵字字段。
5.如權(quán)利要求4所述的支持動態(tài)擴展幀頭的過濾匹配預處理方法，其特征在于步驟B2 中還包括步驟遍歷完成整個IPv4幀頭后，根據(jù)IPv4協(xié)議幀的幀頭長度字段確定TCP/UDP 數(shù)據(jù)幀頭的起始點，并且根據(jù)起始點為TCP/UDP幀頭的掩碼所規(guī)定的偏移量，提取數(shù)據(jù)包 TCP/UDP幀頭指定位置的內(nèi)容，與該掩碼本身相與之后得到所需關(guān)鍵字。
6.如權(quán)利要求3所述的支持動態(tài)擴展幀頭的過濾匹配預處理方法，其特征在于步驟B3 還包括以下步驟若當前處理的IPv6協(xié)議幀存在擴展幀頭，則根據(jù)下一個擴展幀頭的起始字節(jié)和所有屬于情況d且Type = IPv6協(xié)議規(guī)定的擴展幀頭類型的掩碼的偏移量，在數(shù)據(jù)包的相應(yīng)位置提取關(guān)鍵字，并寫入掩碼的關(guān)鍵字字段，重復上述步驟直到所有IPv6擴展幀頭都處理元ο
7.一種支持動態(tài)擴展幀頭的過濾匹配預處理裝置，其特征在于包括第一提取單元，用于從數(shù)據(jù)包的鏈路層幀頭開始掃描整個數(shù)據(jù)包，根據(jù)所有起始點為數(shù)據(jù)鏈路層幀頭的掩碼規(guī)定的偏移量，提取數(shù)據(jù)包鏈路層幀頭中指定位置的內(nèi)容，與該掩碼本身相與之后得到所需關(guān)鍵字；基本幀頭定位單元，用于根據(jù)數(shù)據(jù)包中的鏈路層負載類型字段，定位IP協(xié)議幀的基本幀頭的起始位置；擴展幀頭定位單元，用于根據(jù)IP協(xié)議幀的版本號、幀頭長度以及擴展幀頭類型字段， 定位數(shù)據(jù)包中所有IP協(xié)議幀擴展幀頭的位置；第二提取單元，用于根據(jù)起始點為相應(yīng)基本幀頭或擴展幀頭的掩碼規(guī)定的偏移量，提取數(shù)據(jù)包IP協(xié)議幀的基本幀頭或擴展幀頭中指定位置的內(nèi)容，與該掩碼本身相與之后得到所需關(guān)鍵字；發(fā)送單元，用于將已經(jīng)提取的關(guān)鍵字送到過濾器進行規(guī)則匹配。
8.如權(quán)利要求7所述的支持動態(tài)擴展幀頭的過濾匹配預處理裝置，其特征在于還包括掩碼規(guī)則建立單元，用于建立預處理所需要的掩碼規(guī)則，所述掩碼規(guī)則包括偏移量起始點所在的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層級Layer、相對偏移的起始點類型Type、相對偏移量Offset、掩碼和關(guān)鍵字，其中，偏移量起始點所在的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層級Layer和相對偏移的起始點類型Type按照以下四種情況之一建立情況a =Layer = 0，掩碼中偏移量起始點為數(shù)據(jù)包中的鏈路層幀頭；情況b :Layer = 1，掩碼中偏移量起始點為IPv4基本幀頭或擴展幀頭，Type = 0或 IPv4協(xié)議規(guī)定的擴展幀頭類型；情況c =Layer = 2，掩碼中偏移量起始點為數(shù)據(jù)包中的TCP/UDP幀頭，Type = IPv4協(xié)議下的用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP或傳輸控制協(xié)議TCP ；情況d =Layer = 3，掩碼中偏移量起始點為IPv6基本幀頭或擴展幀頭，Type = 0或 IPv6協(xié)議規(guī)定的擴展幀頭類型。
9.如權(quán)利要求6所述的支持動態(tài)擴展幀頭的過濾匹配預處理裝置，其特征在于還包括網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)幀類型判斷單元，用于定位數(shù)據(jù)包中網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)幀的起始字節(jié)位置，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的版本號，來判斷網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)幀是IPv6數(shù)據(jù)包還是IPv4數(shù)據(jù)包。
10.如權(quán)利要求6至9任一項所述的支持動態(tài)擴展幀頭的過濾匹配預處理裝置，其特征在于還包括第三提取單元，用于根據(jù)IPv4數(shù)據(jù)包的幀頭長度字段，判斷是否存在IPv4擴展幀頭， 若存在IPv4擴展幀頭，則跳到IPv4固定幀頭的末尾，定位并找到每一個IPv4擴展幀頭中的類型和長度字段，確定每一個擴展幀頭的起始位置；若當前IPv4擴展幀頭的類型屬于情況b且Type =此擴展幀頭的掩碼，則根據(jù)掩碼中的相對偏移量值在數(shù)據(jù)包中的相應(yīng)位置提取關(guān)鍵字，并且與掩碼字段掩碼后存入該掩碼的關(guān)鍵字字段；以及遍歷完成整個IPv4幀頭后，根據(jù)IPv4協(xié)議幀的幀頭長度字段確定TCP/UDP數(shù)據(jù)幀頭的起始點，并且根據(jù)起始點為 TCP/UDP幀頭的掩碼所規(guī)定的偏移量，提取數(shù)據(jù)包TCP/UDP幀頭指定位置的內(nèi)容，與該掩碼本身相與之后得到所需關(guān)鍵字；第四提取單元，用于若網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)幀是IPv6數(shù)據(jù)包，則根據(jù)屬于情況d且Type = 0 的掩碼的相對偏移量在相應(yīng)位置上提取關(guān)鍵字，并寫入掩碼的關(guān)鍵字字段；以及若當前處理的IPv6協(xié)議幀存在擴展幀頭，則根據(jù)下一個擴展幀頭的起始字節(jié)和所有屬于情況d且 Type = IPv6協(xié)議規(guī)定的擴展幀頭類型的掩碼的偏移量，在數(shù)據(jù)包的相應(yīng)位置提取關(guān)鍵字， 并寫入掩碼的關(guān)鍵字字段，重復上述步驟直到所有IPv6擴展幀頭都處理完。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種支持動態(tài)擴展幀頭的過濾匹配預處理方法及裝置，方法包括步驟從數(shù)據(jù)包鏈路層幀頭開始掃描，根據(jù)起始點為鏈路層幀頭的掩碼規(guī)定的偏移量，提取數(shù)據(jù)包鏈路層幀頭指定位置的內(nèi)容，與該掩碼相與得到關(guān)鍵字；根據(jù)數(shù)據(jù)包中鏈路層負載類型字段，定位IP基本幀頭的起始位置；根據(jù)IP幀的版本號、幀頭長度以及擴展幀頭類型字段，定位IP擴展幀頭的位置；根據(jù)起始點為相應(yīng)IP基本幀頭或擴展幀頭掩碼規(guī)定的偏移量，提取基本幀頭或擴展幀頭指定位置的內(nèi)容，與該掩碼相與得到關(guān)鍵字；完成掃描，將提取的關(guān)鍵字送到過濾器進行規(guī)則匹配。本發(fā)明能識別數(shù)據(jù)包中所有鏈路及IP固定幀頭和擴展幀頭的位置，并正確過濾TCP/UDP幀頭內(nèi)容。
文檔編號H04L29/06GK102316121SQ20111031746
公開日2012年1月11日 申請日期2011年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月19日
發(fā)明者徐寧, 李松 申請人:武漢烽火網(wǎng)絡(luò)有限責任公司