專利名稱：根據(jù)協(xié)議、端口分流支持多應(yīng)用的智能加速網(wǎng)卡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，具體涉及一種根據(jù)協(xié)議、端口分流支持多應(yīng)用的智能加速網(wǎng)卡。
背景技術(shù)：
近年來主干網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)帶寬增加迅猛，互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用種類日益增多，網(wǎng)絡(luò)安全事件的種類和數(shù)量都呈現(xiàn)了指數(shù)性增長，為了維護(hù)國家安全、保障國家的根本利益，涌現(xiàn)出了一大批針對(duì)不同類型防御對(duì)象的類I DS(入侵檢測系統(tǒng))。但由于機(jī)房空間、散熱、成本等因素的限制使得靠無限的增加服務(wù)器來運(yùn)行新的業(yè)務(wù)系統(tǒng)和應(yīng)對(duì)新增加的流量成為不可能，而一臺(tái)服務(wù)器上運(yùn)行多套業(yè)務(wù)系統(tǒng)是一個(gè)較好的解決辦法。傳統(tǒng)的多應(yīng)用處理思想是將數(shù)據(jù)包拷貝多份然后由多個(gè)應(yīng)用對(duì)拷貝的數(shù)據(jù)包進(jìn) 行處理，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是各個(gè)應(yīng)用互不干涉，應(yīng)用之間耦合少，但是缺點(diǎn)也很明顯，需要將數(shù)據(jù)包拷貝多份，拷貝數(shù)據(jù)的開銷巨大，嚴(yán)重的影響了上層業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行。為了解決該問題，部分廠商提出了支持多應(yīng)用的零拷貝技術(shù)，該技術(shù)在用戶空間開辟一個(gè)共享內(nèi)存區(qū)，通過內(nèi)存映射這一機(jī)制，將網(wǎng)卡得到的數(shù)據(jù)直接放入用戶空間里去，多個(gè)用戶通過共享緩沖區(qū)的機(jī)制工作。這種方式避免了數(shù)據(jù)包的多次拷貝，一定程度上提高了處理的效率，但每個(gè)應(yīng)用仍舊需要處理所有的數(shù)據(jù)包。然而在實(shí)際的處理過程中，應(yīng)用往往需要根據(jù)流量的不同類型采取不同的處理方式，而之前的處理模式并沒有對(duì)流量按類型進(jìn)行分類，致使每個(gè)應(yīng)用都要處理所有的流量，例如，針對(duì)IPv4TCP流量進(jìn)行分析的應(yīng)用完全不用分析IPv4UPD和IPv6的流量，這將極大的降低應(yīng)用的處理效率?，F(xiàn)有的在一臺(tái)服務(wù)器支持多個(gè)類IDS業(yè)務(wù)系統(tǒng)的技術(shù)主要是數(shù)據(jù)包多重拷貝技術(shù)和采用零拷貝的緩沖區(qū)全局共享技術(shù)。數(shù)據(jù)包多重拷貝技術(shù)是對(duì)接收的數(shù)據(jù)復(fù)制多份，并分別上傳給不同的應(yīng)用，這種方式可以避免應(yīng)用之間的耦合，使多個(gè)應(yīng)用互不干擾的獨(dú)立處理數(shù)據(jù)包，但缺點(diǎn)也很明顯，需要將數(shù)據(jù)包拷貝多份，拷貝數(shù)據(jù)的開銷巨大，嚴(yán)重的影響了上層業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行；采用零拷貝的緩沖區(qū)全局共享技術(shù)是在用戶空間開辟一個(gè)共享內(nèi)存區(qū)，通過內(nèi)存映射這一機(jī)制，將網(wǎng)卡得到的數(shù)據(jù)直接DMA到用戶空間里去，多個(gè)用戶通過共享緩沖區(qū)的機(jī)制共享緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)包，由驅(qū)動(dòng)程序控制數(shù)據(jù)的接收與釋放，這種方式避免了數(shù)據(jù)包的多次拷貝，一定程度上提高了處理的效率，但每個(gè)應(yīng)用仍舊需要處理所有的數(shù)據(jù)包，而實(shí)際中很多應(yīng)用是基于特定的流量特征進(jìn)行分析的，對(duì)不相關(guān)流量的處理不僅沒有效果，反而會(huì)因處理的帶寬過大，嚴(yán)重影響處理的效率。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種根據(jù)協(xié)議、端口分流支持多應(yīng)用的智能加速網(wǎng)卡，解決了處理的帶寬過大，嚴(yán)重影響處理的效率的問題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種根據(jù)協(xié)議、端口分流支持多應(yīng)用的智能加速網(wǎng)卡，其改進(jìn)之處在于，所述網(wǎng)卡包括分流單元和與其連接的存儲(chǔ)單元。本發(fā)明提供的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述分流單元包括依次連接的寄存器、規(guī)則匹配模塊和負(fù)載均衡計(jì)算模塊。本發(fā)明提供的第二優(yōu)選技術(shù)方案中，所述存儲(chǔ)單元，用于緩沖數(shù)據(jù)包和存放分流規(guī)則。本發(fā)明提供的第三優(yōu)選技術(shù)方案中，所述寄存器，用于加載存放于所述存儲(chǔ)單元中的分流規(guī)則。本發(fā)明提供的第四優(yōu)選技術(shù)方案中，所述規(guī)則匹配模塊，根據(jù)讀取的分流規(guī)則，對(duì)接收的數(shù)據(jù)包與進(jìn)行分流規(guī)則匹配，并將匹配成功的數(shù)據(jù)包的源IP和目的IP傳遞到所述負(fù)載均衡計(jì)算模塊。 本發(fā)明提供的第五優(yōu)選技術(shù)方案中，所述負(fù)載均衡計(jì)算模塊，根據(jù)計(jì)算得到歸屬的緩沖區(qū)ID，然后將該數(shù)據(jù)包DMA到該緩沖區(qū)中。本發(fā)明提供的第六優(yōu)選技術(shù)方案中，設(shè)置如下參數(shù)源IP地址ip、目的IP地址dip、中間狀態(tài)值r和最終狀態(tài)值r2，計(jì)算過程如下(a).源IP地址ip和目的IP地址dip做異或運(yùn)算，得到中間狀態(tài)值r ；(b).將r右移動(dòng)4位之后的值與r右移12位的值做異或運(yùn)算，得到最終狀態(tài)值r2 ；(c).將最終狀態(tài)值r2與OxOOOOffff進(jìn)行與運(yùn)算，取得最終狀態(tài)值r2的最低16位；其中，最終狀態(tài)值r2的最低16位為數(shù)據(jù)包的hash值。本發(fā)明提供的第七優(yōu)選技術(shù)方案中，所述分流單元，采用型號(hào)為XC5VLX110T的FPGA芯片。本發(fā)明提供的第八優(yōu)選技術(shù)方案中，所述存儲(chǔ)單元采用容量為4G的DDR3存儲(chǔ)器。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的一種根據(jù)協(xié)議、端口分流支持多應(yīng)用的智能加速網(wǎng)卡，可以根據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的需要，將滿足相應(yīng)協(xié)議和端口的流量分配到指定的緩沖區(qū)，業(yè)務(wù)系統(tǒng)只需要從該緩沖區(qū)中取數(shù)據(jù)即可，該加速卡采用緩沖區(qū)共享的機(jī)制對(duì)多應(yīng)用進(jìn)行支持，并且支持多應(yīng)用設(shè)置優(yōu)先級(jí)。因?yàn)槊總€(gè)業(yè)務(wù)只需要與自己相關(guān)的流量，從而降低了該業(yè)務(wù)需要處理的帶寬，提高了業(yè)務(wù)處理的效率，有效的減少了投資規(guī)模。


圖I為根據(jù)協(xié)議、端口分流支持多應(yīng)用的智能加速網(wǎng)卡的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為分流單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，根據(jù)協(xié)議、端口分流支持多應(yīng)用的智能加速網(wǎng)卡，其改進(jìn)之處在于，所述網(wǎng)卡包括分流單元和與其連接的存儲(chǔ)單元。如圖2所示，所述分流單元包括依次連接的寄存器、規(guī)則匹配模塊和負(fù)載均衡計(jì)算模塊。
所述存儲(chǔ)單元，用于緩沖數(shù)據(jù)包和存放分流規(guī)則。所述寄存器，用于加載存放于所述存儲(chǔ)單元中的分流規(guī)則。所述規(guī)則匹配模塊，根據(jù)讀取的分流規(guī)則，對(duì)接收的數(shù)據(jù)包與進(jìn)行分流規(guī)則匹配，并將匹配成功的數(shù)據(jù)包的源IP和目的IP傳遞到所述負(fù)載均衡計(jì)算模塊。所述負(fù)載均衡計(jì)算模塊，根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算，得到歸屬的緩沖區(qū)ID，然后將該數(shù)據(jù)包DMA到該緩沖區(qū)中。負(fù)載均衡計(jì)算公式以sip (源IP地址)、dip (目的IP地址)兩個(gè)值做為參數(shù)inline int getHashValue (—u32sip,—u32dip) {int r, r2 ；計(jì)算步驟一源IP地址和目的IP地址做異或運(yùn)算，得到中間狀態(tài)值rr = sip Λ dip ；計(jì)算步驟二 將r右移動(dòng)4位之后的值再與r右移12位的值做異或運(yùn)算，得到最將狀態(tài)值r2r2 = (r > > 4) Λ (r >> 12)；計(jì)算步驟三將r2與OxOOOOffff，即取得r2的最低16位retu rn r2&0x0000ffff ；}其中，最終狀態(tài)值r2的最低16位為數(shù)據(jù)包的hash值。通過以上公式相同的源I P和目的I P將得到相同的hash值，相同hash值的數(shù)據(jù)包將會(huì)將DMA到同一個(gè)緩沖區(qū)中。所述分流單元，采用型號(hào)為XC5VLX110T的FPGA芯片。所述存儲(chǔ)單元采用容量為4G的DDR3存儲(chǔ)器。通過以下實(shí)施例對(duì)根據(jù)協(xié)議、端口分流支持多應(yīng)用的智能加速網(wǎng)卡作進(jìn)一步描述。一款可根據(jù)協(xié)議、端口分流且支持多應(yīng)用的智能加速網(wǎng)卡，該卡是一個(gè)基于FPGA芯片的PCIe接口插卡式產(chǎn)品，該卡可根據(jù)三層協(xié)議、四層協(xié)議和端口等屬性對(duì)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文進(jìn)行分類，滿足不同屬性種類的數(shù)據(jù)包會(huì)被分配到不同的緩沖區(qū)，多個(gè)緩沖區(qū)通過源IP和目的IP實(shí)現(xiàn)了同源同宿的負(fù)載均衡分流，保證了同一個(gè)連接的數(shù)據(jù)包總是被分配到一個(gè)緩沖區(qū)，此外該卡實(shí)現(xiàn)了 IPv4和IPv6雙棧的功能，可接收處理IPv4和IPv6流量的數(shù)據(jù)包。上層業(yè)務(wù)系統(tǒng)根據(jù)其需要的流量特征，選擇與其相關(guān)的緩沖區(qū)取數(shù)據(jù)處理即可，選擇幾個(gè)緩沖區(qū)完全由應(yīng)用程序自主控制，由卡的驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)維護(hù)各個(gè)應(yīng)用取包信息，對(duì)多個(gè)應(yīng)用按照其設(shè)定的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行差別化支持，根據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的優(yōu)先級(jí)保證高優(yōu)先級(jí)的應(yīng)用優(yōu)先取包。為了提高在一臺(tái)服務(wù)器運(yùn)行多個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的吞吐量，提高多業(yè)務(wù)系統(tǒng)的處理效率，滿足對(duì)日益增加和日趨復(fù)雜的流量的監(jiān)管，保護(hù)網(wǎng)民的合法權(quán)益，維護(hù)和諧網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，曙光公司研發(fā)了一款根據(jù)協(xié)議、端口分流且支持多應(yīng)用的智能加速網(wǎng)卡，該卡核心部件是一個(gè)專用FPGA芯片，通過芯片內(nèi)部的邏輯電路實(shí)現(xiàn)根據(jù)協(xié)議、端口進(jìn)行分流，同時(shí)該卡還對(duì)多應(yīng)用提供了支持，多個(gè)應(yīng)用可通過共享緩沖隊(duì)列的方實(shí)現(xiàn)共享，避免了數(shù)據(jù)包的多次拷貝，該卡支持IPv4和IPv6雙棧模式，提供了極大的擴(kuò)展性。整個(gè)智能加速卡上集成了 4GB內(nèi)存，負(fù)責(zé)緩沖高速數(shù)據(jù)包和存放分流規(guī)則，命中分流規(guī)則的數(shù)據(jù)包將會(huì)被DMA到相應(yīng)的緩沖區(qū)隊(duì)列中，如果一個(gè)分流規(guī)則對(duì)應(yīng)多個(gè)緩沖區(qū)隊(duì)列，卡的FPGA芯片會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)包的源IP和目的IP選擇一個(gè)緩沖區(qū)隊(duì)列，選擇的算法即可保證多個(gè)緩沖區(qū)隊(duì)列負(fù)載均衡，又要保證同一個(gè)連接的數(shù)據(jù)包始終DMA到同一個(gè)緩沖區(qū)隊(duì)列中去，整個(gè)分流命中過程完全由卡上的核心芯片控制，不占用任何主機(jī)資源，所以在保持高效分流的同時(shí)，還可以將主機(jī)的全部計(jì)算資源留給業(yè)務(wù)系統(tǒng)。業(yè)務(wù)系統(tǒng)根據(jù)其需要的流量特征，選擇與其相關(guān)的緩沖區(qū)取數(shù)據(jù)處理即可，選擇幾個(gè)緩沖區(qū)完全由應(yīng)用程序自主控制，由卡的驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)維護(hù)各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的取包隊(duì)列，對(duì)多個(gè)應(yīng)用按照其設(shè)定的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行差別化支持，根據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的優(yōu)先級(jí)保持高優(yōu)先級(jí)的應(yīng)用優(yōu)先取包。設(shè)置加速卡的分流規(guī)則，加速卡加載時(shí)會(huì)按照配置文件將分流規(guī)則加載到加速卡寄存器，數(shù)據(jù)包到達(dá)加速卡后與分流規(guī)則匹配，匹配后再進(jìn)行負(fù)載均衡計(jì)算，最終得到歸屬 的緩沖區(qū)ID，然后加速卡將該數(shù)據(jù)包DMA到該緩沖區(qū)中。支持多應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)程序根據(jù)各個(gè)應(yīng)用的優(yōu)先級(jí)維護(hù)各個(gè)共享緩沖區(qū)隊(duì)列。業(yè)務(wù)系統(tǒng)選擇需要的流量特征所對(duì)應(yīng)的緩沖區(qū)，并從緩沖區(qū)中取包分析，選擇緩沖區(qū)的個(gè)數(shù)完全和類型完全由業(yè)務(wù)系統(tǒng)控制，通過這種機(jī)制，每個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)可屏蔽掉無關(guān)的數(shù)據(jù)，這將極大的提高整體系統(tǒng)的吞吐量，降低業(yè)務(wù)系統(tǒng)的規(guī)模。需要聲明的是，本發(fā)明內(nèi)容及具體實(shí)施方式
意在證明本發(fā)明所提供技術(shù)方案的實(shí)際應(yīng)用，不應(yīng)解釋為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的精神和原理啟發(fā)下，可作各種修改、等同替換、或改進(jìn)。但這些變更或修改均在申請(qǐng)待批的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種根據(jù)協(xié)議、端口分流支持多應(yīng)用的智能加速網(wǎng)卡，其特征在于，所述網(wǎng)卡包括分流單元和與其連接的存儲(chǔ)單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能加速網(wǎng)卡，其特征在于，所述分流單元包括依次連接的寄存器、規(guī)則匹配模塊和負(fù)載均衡計(jì)算模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能加速網(wǎng)卡，其特征在于，所述存儲(chǔ)單元，用于緩沖數(shù)據(jù)包和存放分流規(guī)則。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能加速網(wǎng)卡，其特征在于，所述寄存器，用于加載存放于所述存儲(chǔ)單元中的分流規(guī)則。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能加速網(wǎng)卡，其特征在于，所述規(guī)則匹配模塊，根據(jù)讀取的分流規(guī)則，對(duì)接收的數(shù)據(jù)包與進(jìn)行分流規(guī)則匹配，并將匹配成功的數(shù)據(jù)包的源IP和目的IP傳遞到所述負(fù)載均衡計(jì)算模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能加速網(wǎng)卡，其特征在于，所述負(fù)載均衡計(jì)算模塊，根據(jù)計(jì)算得到歸屬的緩沖區(qū)ID，然后將該數(shù)據(jù)包DMA到該緩沖區(qū)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的智能加速網(wǎng)卡，其特征在于，設(shè)置如下參數(shù)源IP地址ip、目的IP地址dip、中間狀態(tài)值r和最終狀態(tài)值r2，計(jì)算過程如下 (a).源IP地址ip和目的IP地址dip做異或運(yùn)算，得到中間狀態(tài)值r； (b).將r右移動(dòng)4位之后的值與r右移12位的值做異或運(yùn)算，得到最終狀態(tài)值r2； (c).將最終狀態(tài)值r2與OxOOOOfTfT進(jìn)行與運(yùn)算，取得最終狀態(tài)值r2的最低16位； 其中，最終狀態(tài)值r2的最低16位為數(shù)據(jù)包的hash值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的智能加速網(wǎng)卡，其特征在于，所述分流單元，采用型號(hào)為XC5VLX110T 的 FPGA 芯片。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的智能加速網(wǎng)卡，其特征在于，所述存儲(chǔ)單元采用容量為4G的DDR3存儲(chǔ)器。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種根據(jù)協(xié)議、端口分流支持多應(yīng)用的智能加速網(wǎng)卡，所述網(wǎng)卡包括分流單元和與其連接的存儲(chǔ)單元。本發(fā)明提供的根據(jù)協(xié)議、端口分流支持多應(yīng)用的智能加速網(wǎng)卡，解決了處理的帶寬過大，嚴(yán)重影響處理的效率的問題。
文檔編號(hào)H04L12/803GK102904729SQ20121041795
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者劉興彬 申請(qǐng)人:曙光信息產(chǎn)業(yè)(北京)有限公司