[发明专利]增强UDP网络协议以有效传输大型数据单元的技术

说明书

公开了增强UDP网络协议以有效传输大型数据单元的技术。用户数据报协议(UDP)是一种众所周知的协议，用于在网络的两个节点之间传输数据。当数据太大而无法容纳于可以在两个节点之间传输的单个UDP数据包中时，需要对数据进行分段并与多个数据包一起传输，然后在接收节点上重新组装。本文公开了例如用于从节点的中央处理单元(CPU)卸载这种分段、传输和重新组装的技术。例如，通过重新利用UDP传输中使用的旧协议字段(例如互联网协议(IP)标识(ID)，生存时间(TTL)，服务类型(TOS)和/或以太类型字段)对有效分段、乱序接收和重新组装所需的信息进行编码，可以有效地执行这种卸载。

背景技术

数据包(或数据报)通常通过操作系统的网络堆栈(network stack)运行每个数据包来处理，其分层处理该数据包中的每个报头-例如，以太网报头，互联网协议(IP)报头和传输控制协议(TCP)/用户数据报协议(UDP)报头。由于需要处理每个数据包报头，因此高带宽网络接口可能会导致中央处理器(CPU)利用率高，因为CPU处理大量数据包。因此，可以实现各种解决方案以将某些处理从CPU卸载到另外的一个或更多个硬件组件上，例如网络媒体访问控制(MAC)硬件。例如，已经实现了分段(segmentation)卸载(主要是针对固有排序的TCP连接)，从而使CPU上运行的网络堆栈仅处理一个大的TCP有效载荷，而网络MAC硬件负责将较大的TCP有效载荷分段为可以容纳在底层以太网介质的最大传输单元(MTU)中的最大分段大小(MSS)部分，同时根据执行的分段更新TCP/IP报头。

然而，对于UDP业务，分段卸载更具挑战性，因为UDP有效载荷中没有内置或固有的排序。例如，在应用程序向网络堆栈发送大的UDP有效载荷，并且该堆栈(在CPU上执行)将一个UDP报头添加到该大的有效载荷，并将有效载荷传递给网络MAC硬件的情况下，有效载荷可能无法运行准确的重建。例如，MAC硬件可以将UDP有效载荷分割成MTU大小的帧，每个帧携带IP/UDP报头，并根据该分段修改适当的字段。但是，这些个体的MTU大小的帧在传输过程中仍然可能丢失/通过网络乱序路由，因此可能无法根据传输顺序到达接收器。结果是，并且由于UDP/IP报头信息不包括排序信息，因此可能无法重新组装应用程序发送到网络堆栈的原始UDP有效载荷(例如，由于帧可能不知不觉而丢失)和/或因为接收到的帧可能是乱序的，并且正确的顺序未知。

考虑到这一点，一些常规系统要求使用网络堆栈的每个应用程序都要完全了解底层的卸载能力和操作。例如，可以在有效载荷本身中编码元数据，其帮助卸载感知应用程序检测出或排序或糟糕地重新组合的有效载荷。然而，这些操作需要重写应用程序，并且取决于发送方的特定硬件如何分割有效载荷，应用程序仍可能无法准确处理数据。

发明内容

本公开的实施例涉及用于序列感知用户数据报协议(UDP)分段卸载(USO)的有效技术。公开了重新利用旧报头字段来呈现(render)UDP分段卸载(USO)序列感知的系统和方法，使得由应用程序生成并通过网络传输的原始有效载荷可以在接收器处可信且准确地重新组合。

与如上所述的常规系统相比，可以修改以太网和/或互联网协议(IP)报头中的旧位定义-并且可以将关联的硬件配置为执行此类修改-以对较大的UDP有效载荷的各个帧之间的排序信息进行编码。可以对修改进行编码，以使较大的UDP有效载荷的各个帧的典型路由和转发不受影响–从而允许本文所述的系统和方法对应用程序透明，从而无需重写或更新它们即可考虑(account for)或利用USO功能。结果，可以降低用于处理高带宽UDP业务的CPU利用率(例如在汽车系统，存储网络(例如，网络附加存储(NAS))等中)，以提高总体系统性能，同时保持相同的系统语义状态。

附图说明

下面参考附图详细描述用于序列感知用户数据报协议(UDP)分段卸载(USO)的有效技术的系统和方法，其中：

图1描绘了根据本公开的实施例的序列感知UDP联网系统的框图；

图2A-图2D描绘了根据本公开的实施例的在序列感知UDP联网系统中生成最大传输单元(MTU)大小的数据包的可视化；