[发明专利]报文保序方法及其装置

说明书

【技术领域】

本发明涉及通信设备和网络设备中报文转发的保序方法和装置。

【背景技术】

随着通信技术和网络技术的发展，通信设备或是网络设备(以下统称为网络设备)逐步向全IP(Internet Protocol，互联网协议)推进；网络设备的一个最基本功能就是转发IP报文。许多上层业务报文在传输过程中需要网络设备严格保证报文的顺序，也就是同一数据流进入网络设备和离开网络设备的顺序应严格相同。

为提高系统整体性能，目前网络设备通常使用多核多硬件线程芯片进行报文转发，报文的保序往往利用硬件机制辅助实现，如网络处理器中使用硬件信号同步报文的接收、处理和发送以实现报文的保序。虽然利用硬件机制实现报文保序的方案对系统性能影响较小，但是不同的硬件架构，使用的机制大不相同，保序方案难以通用、统一，且受限于硬件本身的实现机制。

除利用硬件机制实现报文保序之外，采用多核多硬件线程芯片的网络设备中，还可以使用软件方案实现报文的保序。软件方案可以屏蔽硬件芯片的差异，移植性和通用性都优于利用硬件机制的方案。使用软件方案实现报文保序的基本策略有两种：一是避免报文在多个线程处理时失序；二是使用软件方案对失序的报文重新进行排序。

图1～图3给出了现有技术中使用多核多线程网络设备中避免报文失序的原理示意图：图1中的软件方案是所有的核和线程完全采用流水线的方式完成IP报文的转发，每个核/线程完成报文转发处理的不同阶段和步骤，前一核/线程处理完成后通知第二个核/线程进行处理，依次类推，最后完成报文发送；此方案的最大缺陷在于各核/线程上的模块功能分配和处理负荷难以均衡，难以适应模块功能的不断扩展和升级，易出现性能的瓶颈点。图2所示软件方案中各线程完全采用并行的工作方式，每个核/线程完成相同的功能，使用分类单元(软件或是硬件)，将不同流分发到不同的核/线程处理，同一流的报文由同一线程处理，故可避免失序；此方案的最大缺陷是不同流的负荷差别可能很大，会造成某些线程比较空闲，而有些线程负荷比较繁重。图3所示的软件折中图1、图2中的方案，但仍然存在两种方案的缺点。

考虑业务流在不同核/线程之间的负载均衡和平滑系统整体性能，往往使用多线程完全并行工作的方式，各核/线程驻留相同的功能模块，业务流根据一定的策略均匀的分发到不同的核/线程上处理。图4给出了在此系统方案下报文保序实现的软件原理示意图：接收单元为接收到的报文分配一个序列号seq_num并均匀分发到并行的线程中处理，各线程为每个业务流维护一个发送序列号tx_seq_curr，发送序列号属于各线程的共享临界资源，转发报文时，判断业务流的当前发送序列号tx_seq_curr和报文序列号seq_num是否相同，如果相同则转发报文，并将tx_seq_curr加1，否则循环等待。此方案存在的最大不足之处是没有考虑业务流异常处理状态，业务流有效发送序列号更新粒度固定不变为1，当报文异常状态对应不同处理策略如需要丢弃或是处理超时后，会造成保序功能的失败、死等或是引起报文的抖动。

【发明内容】

本发明的主要目的是：克服上述现有技术中的不足之处，提供一种保序策略更为完善、保序功能更为稳定有效的报文保序方法及其装置。

为实现上述目的，本发明提出一种报文保序方法，包括如下的步骤：

11)流分类标识单元对接收到的报文首先进行流分类和标识操作，将报文按给定规则划分为不同的业务流，同时为流中每个报文分配一个报文序列号，同一流中序列号连续递增分配；然后将报文均衡分发到并行的多个核/线程中；

12)报文处理单元对报文进行处理时，流状态监控单元为每个业务流队列维护一个相应的流状态队列，实时监控报文状态，设置每个报文的状态向量，对于不同的报文状态向量，指定不同的处理策略；

13)保序与调度发送单元获取业务流当前发送序列号、报文序列号、业务流报文状态向量和对应的处理策略；锁定业务流当前发送序列号、相应状态向量；根据不同报文状态向量对应的处理策略，实现对报文调度、发送的同步；同时更新当前发送序列号，解锁发送序列号和报文状态向量。