[发明专利]一种面向UDP传输的对称性Receive‑sideScaling电路

说明书

技术领域

本发明属于计算机网络技术领域，具体涉及一种面向UDP传输的对称性Receive-side Scaling电路，尤其适用于网络安全领域的对UDP传输敏感的高性能网络数据处理系统，如网络入侵检测系统和硬件防火墙系统等。

背景技术

目前在主流的以太网控制器中，都使用了Receive-side Scaling(RSS，接收端调控)技术。RSS技术通过对接收到的数据报文进行分析处理，将属于同一个UDP/IP的数据包分配到相同的CPU核上处理，从而在多处理器(多核)系统之间平衡了网络数据吞吐，同时也提高了CPU对网络数据的处理能力。

然而在网络安全领域，如网络入侵检测系统和硬件防火墙系统中，为了确保网络的安全和可靠，都需要对整个网络的数据进行监测和分析。因为UDP传输是双向的，因此网络入侵检测系统和硬件防火墙系统会接收到双向的UDP/IP报文。这就需要其对UDP传输具有非常高的处理能力，但是现有的RSS不能够保证属于同一个UDP传输的上行数据和下行数据都在同一个CPU核中处理，这样就会产生多核之间跨线程访问等问题，从而增大了CPU的开销，降低了系统的性能。

一种通过修改RSS算法中的Key值来实现对称的RSS方法，通过对RSS中采用的Toeplitz Hash算法的研究，发现当Hash类型为带有UDP头的IPv4情况时，只要Hash Key为16位循环的方式，那么对于同一个UDP/IP传输，无论其是上行数据还是下行数据，最终计算出的Hash结果是相同的，这也就意味着将会由一个CPU核来处理双向的数据。该方法实现起来简单，只需要将Hash Key配成16位循环的方式即可，但是其还是存在以下缺陷：

1、存在边界条件(corner cases)，当Hash Key全为1或全为0时，该方法将失效；

2、适用性不强。该方法只针对一种Hash类型，对于其它三种Hash类型并不适用。

3、存在潜在的风险。修改Hash Key使该方法成为了Toeplitz Hash算法的子集，不能保证Hash结果的唯一性。

一种面向多核处理器系统的传输友好的网卡，(Wenji Wu,Phil DeMar,A Transport-Friendly NIC for Multicore/Multiprocessor Systems,2012)，通过操作系统软件和网卡硬件电路的配合，在原有的RSS电路基础上，由软件来计算和维护间接表，从而得到数据流-CPU核的对应关系，实现对双向UDP/IP传输的同核处理。该架构存在的主要缺陷是：

1、硬件设计相对传统的RSS较为复杂，且需要大量的memory来存储数据流-CPU核的对应关系；

2、需要操作系统的支持，需要对操作系统进行一定的修改，风险较高，可移植性较差。

一种Ethernet Flow Director技术的提出，虽然能够保证属于同一个UDP传输的上行数据和下行数据都在同一个CPU核中处理，但是其存在UDP报文重排序的问题，无法保障QoS。因此，RSS仍然被广泛地应用在网络控制器设计中。这主要是因为RSS技术相对来说较成熟，且具有很好的软件兼容性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种面向UDP传输的对称性Receive-side Scaling电路，实现了对现有RSS的兼容，同时实现了将不同方向但却属于同一个UDP/IP链接的报文分配到相同的CPU核上进行处理。

本发明采用以下技术方案：

一种面向UDP传输的对称性Receive-side Scaling电路，包括UDP/IP头提取模块、Hash函数计算模块、Hash结果重组模块、间接表查询模块和用于存储配置信息的RSS寄存器模块，UDP/IP头提取模块连接有用于完成数据帧的封装、解封、发送和接收功能的MAC模块，间接表查询模块连接有用于将数据帧分配到不同的接收队列中的RQP模块，RSS寄存器模块分别与UDP/IP头提取模块、Hash函数计算模块、Hash结果重组模块和间接表查询模块连接；

UDP/IP头提取模块用于根据RSS寄存器模块中Hash类型寄存器的配置，对从MAC接收到的数据帧分别进行UDP/IP头和反向的UDP/IP头的提取，并将提取结果分别发送到Hash函数计算模块；

Hash函数计算模块用于完成对接收到的TCP/IP头提取模块的提取内容的Hash结果计算，包括对正向提取内容的计算和反向提取内容的计算，并将计算结果发送到Hash结果重组模块；