[发明专利]网络快速转发模块及网络快速转发实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及网络通信终端领域，尤其涉及一种应用于用户端设备（简称CPE）的网络快速转发模块及基于Linux的网络快速转发实现方法。

背景技术

随着互联网技术的不断成熟，互联网应用越来越广泛，用户对网络带宽和网络设备性能产生了更高的要求。固网运营商“光进铜退”网络部署的建设，网络接入带宽从几Mbps提升到100Mbps甚至1Gbps，从链路带宽上来讲完全可以满足用户高速数据传输、高清视频播放以及低延时的VOIP等应用需求，而用户终端网络设备却成了网络转发吞吐量的瓶颈。

Linux操作系统作为一个免费且开源的自由操作系统，其强大的网络支持能力和稳定性，深受通信设备制造商们的欢迎，现今绝大多数用户终端网络接入设备是基于linux系统而开发，具有良好的可扩展性。

目前，用户端设备通常是通过linux网络协议栈来进行网络数据包的转发，网络转发流程复杂，cpu资源消耗多，而且存在较大的转发时延，转发吞吐量小，因而有必要对此转发方法进行改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种网络快速转发模块及基于Linux的网络快速转发实现方法，简化网络转发流程，减少cpu资源消耗，降低转发时延，增加单位时间内转发包数量，最终达到提高转发吞吐量的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种网络快速转发模块，该模块运行于内核态，包括以下单元：

注册单元：在初始化时向linux各网络子系统进行注册；

规则缓存单元：用于接收linux网络协议栈在首次转发各种类型的网络数据流时按照所注册方式下发的数据转发所需信息，并进行缓存，生成快速转发规则缓存表；

匹配处理单元：用于在同一类型的数据流再次从网卡接收后、进入linux网络协议栈之前，匹配快速转发规则缓存表，如果其中存在该类型数据流对应的快速转发规则，则据此将该数据流直接从相应的网卡发送出去，否则将该数据流返回至linux网络协议栈，由linux网络协议栈转发处理。

其中，还包括：

状态刷新单元：用以刷新规则缓存单元缓存的各个快速转发规则的状态；在有数据流通过匹配处理单元直接转发时，刷新其对应的快速转发规则为活动状态，否则刷新其为非活动状态；定时清除处于非活动状态的快速转发规则。 

一种网络快速转发实现方法，应用上述的网络快速转发模块，该方法包括步骤：

所述网络快速转发模块进行初始化，向linux各网络子系统进行注册；

在各种类型的网络数据流第一次被linux网络协议栈转发时， 网络快速转发模块获取并缓存linux网络协议栈通过所述注册方式下发的网络转发规则，生成快速转发规则缓存表；

在有网络数据流再次从网卡接收后、进入linux网络协议栈之前，网络快速转发模块将该网络数据流与快速转发规则缓存表的表项进行匹配，如果存在对应的快速转发规则，则据此将该网络数据流直接从相应的网卡发送出去，否则将该网络数据流返回至linux网络协议栈，由其转发处理。

其中，还包括：

若网络快速转发模块根据快速转发规则将当前网络数据流直接发送出去，则刷新快速转发规则缓存表中对应的快速转发规则为活动状态，否则刷新为非活动状态；

在有网络数据流通过NFP模块直接转发后、linux网络协议栈中相应的网络转发规则超时老化前，查询快速转发规则缓存表中对应的快速转发规则的状态，如果是活动状态则刷新linux协议栈中相关定时器时间，等下一次超时重复本操作；

对于快速转发规则缓存表中处于非活动状态的快速转发规则，待linux协议栈相关定时器下一次超时时进行清除。

其中，所述网络快速转发模块获取并缓存网络转发规则的过程为： 

注册linux系统中网络接口事件通知，当网络接口创建、删除和状态变化时，通过通知回调函数将网络接口信息更新到快速转发规则缓存表；

通过注册linux协议栈桥接子系统中桥端口事件通知，获取系统中桥端口的信息，用于网络快速转发模块的桥接快速转发；

注册hook函数到linux协议栈桥接子系统中，用于学习网络快速转发模块桥接快速转发所需的转发信息；

注册linux协议栈邻居子系统规则通知链，通过通知事件回调函数学习IP地址与MAC地址的对应关系，用于网络快速转发模块进行IP地址解析；