CN110838980A - 一种基于nfv的报文匹配系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种基于NFV的报文匹配系统和方法，NFV网元设备将封装后的规则数据发送至硬件加速器。其中，规则数据是执行报文匹配所依赖的参数。硬件加速器接收封装后的规则数据，并将解析后的规则数据保存至预设位置。当硬件加速器接收到网络报文时，解析该网络报文携带的数据信息；并从预设位置查询与该数据信息相匹配的目标规则数据，硬件加速器可以将匹配到的目标规则数据反馈给NFV网元设备，以便于NFV网元设备依据目标规则数据对所述网络报文进行处理。在NFV系统引入外部硬件加速器来实现NAT功能，减轻了NFV网元设备的CPU负载，提高了报文转发效率，缩小了报文转发时延。

Description

一种基于NFV的报文匹配系统和方法

技术领域

本发明涉及网络虚拟化技术领域，特别是涉及一种基于NFV的报文匹配系统和方法。

背景技术

网络功能虚拟化(Network Function Virtualization，NFV)通过使用基于行业标准的x86服务器、存储和交换设备等通用性硬件以及虚拟化技术，承载运行很多既有的网络功能软件程序，来取代通信网的那些私有专用的网元设备，从而降低传统网络硬件昂贵的设备成本。

网络地址转换技术(Network Address Translation，NAT)通过使用少量的公有IP地址代表较多的私有IP地址的方式，将有助于减缓可用的IP地址空间的枯竭。

在运营级NAT(CGN)运行过程使用NAT会话(session)进行报文匹配处理，session数据结构复杂，需要根据查找算法进行规则匹配操作，对命中的报文进行相关地址&端口数据替换，在较大程度上增加传统网络设备开销。在NFV环境下，所有的网络功能在x86服务器都采用软件方法实现。当需要叠加NAT功能处理大规模的报文业务流量时，NFV系统的报文处理效率严重下降，无法满足现实网络中的业务运行需求。

可见，如何提升报文处理效率，是本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种基于NFV的报文匹配系统和方法，可以提升报文处理效率。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种基于NFV的报文匹配系统，包括NFV网元设备和硬件加速器；

所述NFV网元设备，用于将封装后的规则数据发送至所述硬件加速器；

所述硬件加速器，用于接收所述封装后的规则数据，并将解析后的规则数据保存至预设位置；接收网络报文，解析所述网络报文携带的数据信息；从所述预设位置查询与所述数据信息相匹配的目标规则数据，以便于所述NFV网元设备依据所述硬件加速器反馈的所述目标规则数据对所述网络报文进行处理。

可选地，当硬件加速器为交换机时，所述NFV网元设备具体用于将规则数据封装成IP报文，通过网络通信将所述IP报文发送至所述硬件加速器。

可选地，所述交换机包括SDN交换机或P4交换机。

可选地，当硬件加速器为FPGA智能网卡时，所述NFV网元设备具体用于将规则数据封装成结构数据，通过驱动接口将所述结构数据发送至所述硬件加速器。

可选地，所述硬件加速器具体用于判断预设位置中是否存储有与所述数据信息相匹配的规则数据；

若否，则展示匹配失败的提示信息；

若是，则将匹配到的目标规则数据反馈给所述NFV网元设备，以便于所述NFV网元设备依据所述目标规则数据对所述网络报文进行处理。

可选地，所述NFV网元设备还用于将处理后的网络报文发送至所述硬件加速器，以便于所述硬件加速器将所述处理后的网络报文向外转发。

可选地，所述NFV网元设备还用于当接收到规则数据时，保存所述规则数据。

可选地，所述规则数据包括源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号以及协议号。

本发明实施例还提供了一种基于NFV的报文匹配方法，适用于硬件加速器，所述方法包括：

接收封装后的规则数据；并将解析后的规则数据保存至预设位置；

接收网络报文，解析所述网络报文携带的数据信息，从所述预设位置查询与所述数据信息相匹配的规则数据。

可选地，所述从所述预设位置查询与所述数据信息相匹配的规则数据包括：

判断预设位置中是否存储有与所述数据信息相匹配的规则数据；

若否，则展示匹配失败的提示信息；

若是，则将匹配到的目标规则数据反馈给所述NFV网元设备，以便于所述NFV网元设备依据硬件加速器反馈的所述目标规则数据对所述网络报文进行处理。

由上述技术方案可以看出，基于NFV的报文匹配系统包括NFV网元设备和硬件加速器。规则数据是执行报文匹配所依赖的参数，为了降低NFV网元设备的CPU处理负载，NFV网元设备可以将封装后的规则数据发送至硬件加速器。硬件加速器，用于接收封装后的规则数据，并将解析后的规则数据保存至预设位置。当硬件加速器接收到网络报文时，解析该网络报文携带的数据信息；并从预设位置查询与该数据信息相匹配的目标规则数据，硬件加速器可以将匹配到的目标规则数据反馈给NFV网元设备，以便于NFV网元设备依据目标规则数据对所述网络报文进行处理。在NFV系统引入外部硬件加速器来实现NAT功能，减轻了NFV网元设备的CPU负载，提高了报文转发效率，缩小了报文转发时延。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的一种基于NFV的报文匹配系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于NFV的报文匹配方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

接下来，详细介绍本发明实施例所提供的一种基于NFV的报文匹配系统。图1为本发明实施例提供的一种基于NFV的报文匹配系统的结构示意图，该系统包括NFV网元设备11和硬件加速器12。

当系统需要处理大规模的报文业务时，NFV网元设备11的负载会较大，导致网络报文的处理效率较低，因此，在本发明实施例中，为了提升网络报文的处理效率，在NFV系统中引入了硬件加速器12。NFV网元设备11可以将封装后的规则数据发送至硬件加速器12。

规则数据包含有执行报文匹配所依赖的参数。在具体实现中，规则数据可以包含有五元组信息，即源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号以及协议号。

考虑到NFV网元设备11对网络报文进行处理时可能需要依赖于规则数据，因此，NFV网元设备11在将规则数据发送至硬件加速器12的同时，也可以在本地保存规则数据，以便于后续的调用。

不同的规则数据所对应的处理流程所有差异，系统在接收到网络报文之后，需要匹配出该网络报文所对应的规则数据，从而根据该规则数据所对应的处理流程，对网络报文进行处理。

传统方式中网络报文的匹配过程需要依赖于软件方法实现，软件方法的数据计算量往往较大。在本发明实施例中，将网络报文的规则匹配过程交由硬件加速器12处理，减轻了NFV网元设备11的负载，并且交由硬件加速器12处理不易受外界因素干扰，提升了网络报文匹配的正确性。

硬件加速器12，用于接收封装后的规则数据，并将解析后的规则数据保存至预设位置；接收网络报文，解析网络报文携带的数据信息；从预设位置查询与数据信息相匹配的目标规则数据，以便于NFV网元设备11依据硬件加速器12反馈的目标规则数据对网络报文进行处理。

在本发明实施例中，硬件加速器12的类型可以有多种，可以为交换机或者现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)智能网卡等。

针对于不同类型的硬件加速器12，NFV网元设备11对网络报文的封装过程有所差异。

以交换机为例，NFV网元设备11具体用于将规则数据封装成IP报文，通过网络通信将IP报文发送至硬件加速器12。

其中，交换机可以包括SDN交换机或P4交换机。在本发明实施例中，对于交换机的具体类型不做限定。

以FPGA智能网卡为例，NFV网元设备11具体用于将规则数据封装成结构数据，通过驱动接口将结构数据发送至硬件加速器12。

硬件加速器12在接收到网络报文之后，会对该网络报文进行解析以获取数据信息，并判断预设位置中是否存储有与数据信息相匹配的规则数据。

数据信息是与规则数据中包含的数据类型相关的数据。结合上述介绍中，规则数据可以包含有五元组信息，相应的，硬件加速器12在获取到网络报文之后，可以解析出网络报文的五元组信息作为数据信息。

当预设位置中记录的规则数据中不存在与数据信息相匹配的规则数据时，则展示匹配失败的提示信息，以便于及时提醒用户对不匹配的情况进行处理。

当预设位置中记录的规则数据中存在与数据信息相匹配的规则数据时，则将匹配到的目标规则数据反馈给NFV网元设备11，以便于NFV网元设备11依据目标规则数据对网络报文进行处理。

由上述技术方案可以看出，基于NFV的报文匹配系统包括NFV网元设备和硬件加速器。规则数据是执行报文匹配所依赖的参数，为了降低NFV网元设备的CPU处理负载，NFV网元设备可以将封装后的规则数据发送至硬件加速器。硬件加速器，用于接收封装后的规则数据，并将解析后的规则数据保存至预设位置。当硬件加速器接收到网络报文时，解析该网络报文携带的数据信息；并从预设位置查询与该数据信息相匹配的目标规则数据，硬件加速器可以将匹配到的目标规则数据反馈给NFV网元设备，以便于NFV网元设备依据目标规则数据对所述网络报文进行处理。在NFV系统引入外部硬件加速器来实现NAT功能，减轻了NFV网元设备的CPU负载，提高了报文转发效率，缩小了报文转发时延。

硬件加速器12不易受外界因素的干扰，运行的稳定性和安全性较高，因此，在本发明实施例中，可以依赖于硬件加速器12向外传输报文数据。

在具体实现中，NFV网元设备11可以将处理后的网络报文发送至硬件加速器12，以便于硬件加速器12将处理后的网络报文向外转发。

硬件加速器的转发性能优于NFV网元设备的转发性能，通过依赖于硬件加速器实现与外接设备的报文交互，可以有效的提升NFV系统的数据转发性能。

图2为本发明实施例提供的一种基于NFV的报文匹配方法的流程图，适用于硬件加速器，方法包括：

S201：接收封装后的规则数据，并将解析后的规则数据保存至预设位置。

规则数据包含有执行报文匹配所依赖的参数。在具体实现中，规则数据可以包含有五元组信息，即源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号以及协议号。

在本发明实施例中，将网络报文的规则匹配过程交由硬件加速器处理，减轻了NFV网元设备的负载，并且交由硬件加速器处理不易受外界因素干扰，提升了网络报文匹配的正确性。

S202：接收网络报文，解析网络报文携带的数据信息。

结合上述介绍中，规则数据可以包含有五元组信息，相应的，硬件加速器在获取到网络报文之后，可以解析出网络报文的五元组信息。

S203：从预设位置查询与数据信息相匹配的规则数据。

可选地，从预设位置查询与数据信息相匹配的规则数据包括：

判断预设位置中是否存储有与数据信息相匹配的规则数据；

若否，则展示匹配失败的提示信息；

若是，则将匹配到的目标规则数据反馈给NFV网元设备，以便于NFV网元设备依据目标规则数据对网络报文进行处理。

图2所对应实施例中特征的说明可以参见图1所对应实施例的相关说明，这里不再一一赘述。

由上述技术方案可以看出，规则数据是执行报文匹配所依赖的参数，为了降低NFV网元设备的CPU处理负载，NFV网元设备可以将封装后的规则数据发送至硬件加速器。硬件加速器接收封装后的规则数据，并将解析后的规则数据保存至预设位置。当硬件加速器接收到网络报文时，解析该网络报文携带的数据信息；并从预设位置查询与该数据信息相匹配的目标规则数据，硬件加速器可以将匹配到的目标规则数据反馈给NFV网元设备，以便于NFV网元设备依据目标规则数据对所述网络报文进行处理。在NFV系统引入外部硬件加速器来实现NAT功能，减轻了NFV网元设备的CPU负载，提高了报文转发效率，缩小了报文转发时延。

以上对本发明实施例所提供的一种基于NFV的报文匹配系统和方法进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

Claims (10)

1.一种基于NFV的报文匹配系统，其特征在于，包括NFV网元设备和硬件加速器；

所述NFV网元设备，用于将封装后的规则数据发送至所述硬件加速器；

所述硬件加速器，用于接收所述封装后的规则数据，并将解析后的规则数据保存至预设位置；接收网络报文，解析所述网络报文携带的数据信息；从所述预设位置查询与所述数据信息相匹配的目标规则数据，以便于所述NFV网元设备依据所述硬件加速器反馈的所述目标规则数据对所述网络报文进行处理。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当硬件加速器为交换机时，所述NFV网元设备具体用于将规则数据封装成IP报文，通过网络通信将所述IP报文发送至所述硬件加速器。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述交换机包括SDN交换机或P4交换机。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当硬件加速器为FPGA智能网卡时，所述NFV网元设备具体用于将规则数据封装成结构数据，通过驱动接口将所述结构数据发送至所述硬件加速器。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的系统，其特征在于，所述硬件加速器具体用于判断预设位置中是否存储有与所述数据信息相匹配的规则数据；

若否，则展示匹配失败的提示信息；

若是，则将匹配到的目标规则数据反馈给所述NFV网元设备，以便于所述NFV网元设备依据所述目标规则数据对所述网络报文进行处理。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述NFV网元设备还用于将处理后的网络报文发送至所述硬件加速器，以便于所述硬件加速器将所述处理后的网络报文向外转发。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述NFV网元设备还用于当接收到规则数据时，保存所述规则数据。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述规则数据包括源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号以及协议号。

9.一种基于NFV的报文匹配方法，其特征在于，适用于硬件加速器，所述方法包括：

接收封装后的规则数据；并将解析后的规则数据保存至预设位置；

接收网络报文，解析所述网络报文携带的数据信息，从所述预设位置查询与所述数据信息相匹配的规则数据。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述从所述预设位置查询与所述数据信息相匹配的规则数据包括：

判断预设位置中是否存储有与所述数据信息相匹配的规则数据；

若否，则展示匹配失败的提示信息；

若是，则将匹配到的目标规则数据反馈给所述NFV网元设备，以便于所述NFV网元设备依据硬件加速器反馈的所述目标规则数据对所述网络报文进行处理。

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