CN101645851B

CN101645851B - 一种ip分片报文的重组方法和装置

Info

Publication number: CN101645851B
Application number: CN2009101899540A
Authority: CN
Inventors: 赵丰收; 姚俊; 郭树波; 汪勇; 单丽杰; 谈青
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2009-09-03
Filing date: 2009-09-03
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2029-09-03
Also published as: WO2011026344A1; CN101645851A

Abstract

本发明公开了一种完善现有IP重组过程的方法和系统，通过为现有的重组模块增加报文所属VPN的判断，实现属于不同VPN的IP分片报文在进行重组时，相互不受影响。采用本发明能够避免不同VPN内的IP分片报文在重组时相互影响的可能，补充了RFC协议关于IP重组过程的描述，完善了现有的IP重组流程，能够提高网络设备的稳定性，提高IP网络的传输质量。该发明适用于IPv4重组和IPv6重组，且与VPN的实现方式无关。

Description

一种IP分片报文的重组方法和装置

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种IP分片报文的重组方法和装置。

背景技术

IP是TCP/IP协议族中最为核心的协议。所有的TCP、UDP、ICMP及IGMP数据都以IP数据报格式传输，用IP协议封装的数据单元叫做IP报文。IP协议的下层协议是链路层协议，对于大多数链路层协议来说，所能传输的数据帧长度都有一个上限，比如以太网和802.3对所能传输的长度其最大值分别为1500和1492字节，链路层的这个特性称作MTU，即最大传输单元。

如果IP层有一个数据报文需要传递，而且数据的长度比链路的MTU还大，那么IP层就需要对IP报文进行分片，使每个报文的长度都不大于链路层的MTU，然后才能在链路上发送报文。

在接收端，为了还原发送端发出来的原始报文，必须将收到的属于同一个原始报文的各个IP分片进行重组，重组成一个完整的报文之后再交由上层协议处理。重组一般由目的主机完成，但是对于一般特殊的情况，比如说NAT(网络地址转换)过程需要重新计算整个报文的校验和，路由器等中间节点也需要对分片报文进行重组。

RFC791描述了对IP报文进行分片和重组的过程。该协议指出，IP头中的IP_ID、源IP地址、目的IP地址以及协议号四个字段用于标识属于同一原始IP报文的各个分片。如果这些字段相同，则认为它们是由同一个报文分片成的多个报文，需要将其重组成一个报文。

图1是重组表的基本结构图

在系统初始化阶段，重组模块首先在内存中分配两片内存，其中一片内存用于重组表，另外一片内存用于重组表对应的冲突表。重组表用于保存在后续的重组过程中每个分片报文的必要信息，需要保存的信息包括IP_ID、协议号、源IP地址、目的IP地址。这样一个数据结构叫做重组表，除了能够保存以上信息之外，每个重组表的表项还需要保存两个指针，分别指向重组表的冲突表项，以及一个叫做“分片报文链表”的数据结构。在重组模块寻找每个分片报文对应的重组表项时，对IP_ID、协议号、源IP地址、目的IP地址这四个值进行哈希，当不同报文的哈希结果相同时，就需要使用冲突表项(冲突的重组表项)。冲突表项与重组表表项一样，都保存在内存中，其结构与重组表表项结构完全相同，在某些系统实现中，并不区分重组表表项和冲突表项，因此在后面的描述中，可能会将冲突表项直接描述为重组表表项。所谓“分片报文链表”，是指网络设备所接收到的一串相同特征的IP分片报文，所谓相同特征是指IP_ID、协议号、源IP地址、目的IP地址这四个字段完全相同。事实上，当IP分片报文被接收到网络设备之中时，它已经保存在了网络设备的内存中，重组模块只是使用“分片报文链表”将属于同一原始IP报文的多个分片报文链接起来，以完成对报文的重组。图中分别画出了前面所提到的重组表项、冲突表项、分片报文链表。在这个重组表中，重组表项2和表项n被使用，并且每个表项后面还链接有冲突表项，每个表项还有一个指针指向分片报文链表。

在IP网络运行了多年之后，VPN出现了，VPN的出现改变了一个事实，互联网由原来平面结构变成了立体结构，由于VPN之间相互隔绝，不同VPN内的主机可以具有相同的IP地址。

由于IPv4报文的IP头内没有携带VPN信息，而且IPv4的出现远远早于VPN，因此IPv4报文的重组流程没有考虑到VPN因素，这样一来，IPv4报文的重组过程就不再具有完备性。如果分别属于VPN1和VPN2的主机A1和主机A2发出去的IP分片报文的源IP地址、目的IP地址、IP_ID、协议号相同，报文到达路由器R之后，由于路由器R的重组模块不区分VPN信息，因此在其重组时就会认为来自主机A1和主机A2的分片报文属于同一个原始IP报文，就可能会将来自主机A1和主机A2的分片报文重组到一起，显然这样重组出来的是一个错误的报文。虽然IPv6协议出现时间要晚于IPv4协议，但是IPv6报文的重组流程依然是只考虑了IP头本身的内容，并未考虑VPN，因此IPv6报文的重组流程也有与IPv4重组流程相同的问题。

发明内容

本发明的目的是，针对上述IP重组方法的现状，改进IP重组流程，使不同VPN内需要重组的IP报文相互之间不受影响。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种IP分片报文的重组方法，具体包括：

重组模块获取分片报文的VPN标识，并结合从分片报文中获取的IP头信息，计算出一个哈希索引以确定本分片报文所对应的重组表项，重组模块根据重组表项、VPN标识和IP头信息完成分片报文的比较、重组。

进一步地，当确定本分片报文所对应的重组表项未被使用时，则将VPN标识和IP头信息保存到重组表表项中，并将本分片报文挂到当前重组表项的“分片报文链表”上，其中，“分片报文链表”用于保存同一原始报文中的分片。

进一步地，当确定本分片报文所对应的重组表项已被使用时，所述比较是将收到的VPN标识和IP头信息与已使用重组表项中保存的VPN标识和IP头信息进行比较。

进一步地，如果比较结果为全部匹配，将本分片报文挂到对应的重组表项的“分片报文链表”上。

进一步地，所述重组具体包括：当原始报文的所有分片都挂到对应的重组表项的“分片报文链表”上时，将当前重组表项的“分片报文链表”上的所有分片报文按顺序拼装到一起，完成原始报文的重组。

进一步地，如果比较结果不匹配，路由器判断当前重组表项是否有冲突表项。

进一步地，如果还没有冲突表项，则说明当前报文是同一原始报文中第一个到达重组模块的分片，重组模块新分配一个冲突表项，将该冲突表项链接到当前所查重组表项的后面，并将当前分片报文的VPN标识和IP头信息保存到该冲突表项中。

进一步地，如果已经有冲突表项，则重新将报文的VPN标识和IP头信息与冲突表项中保存的VPN标识和IP头信息进行比较，如果能够匹配，就将当前分片报文保存在匹配到的冲突表项的“分片报文链表”中；否则，就新分配一个冲突表项，并保存VPN标识和IP头信息到新分配的冲突表项中。

进一步地，所述VPN标识为VPN_ID，所述IP头信息为IP_ID、源IP地址、目的IP地址以及协议号。

本发明还提出一种IP分片报文的重组装置，包括：获取单元，用于获取分片报文的VPN标识和IP头信息；计算确定单元，用于根据获取单元获取的VPN标识和IP头信息计算出哈希索引以确定分片报文所对应的重组表项；比较重组单元，用于根据计算确定单元确定的重组表项与VPN标识、IP头信息进行分片报文的比较、拼装，完成原始报文的重组。

本发明具有以下有益效果：避免了不同VPN内的IP分片报文在重组时错误和相互影响的可能，补充了RFC协议关于IP分片报文重组过程的描述，完善了现有的IP重组流程，能够提高网络设备的稳定性，提高IP网络的传输质量。

附图说明

图1是重组表的基本结构图。

图2为使用本发明改进后，不同VPN内分片报文在路由器上的转发处理示意图。

图3为实施例中用于实现本发明的算法流程图。

图4为实施本方法的重组模块结构图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述。

图2示出了使用本发明的IP重组流程之后，路由器设备在处理不同VPN内分片报文的情况。从示意图中可以看出，重组模块也跟VRF一样，在逻辑上每个VPN存在一个，而事实上重组模块在整个路由器设备中只有一个，只是对原来的重组模块进行了稍微的变动，在判断分片报文是否属于同一个原始报文时，除比较IP_ID、源IP地址、目的IP地址和协议号IP头内的4个字段之外，还比较报文的VPN_ID，只有同一个VPN下的报文，才有可能来源于同一个原始报文，才能够重组到一起。

对于每一个分片报文，在将其送到重组模块处理之前，路由器必须获取其所属VPN，获取报文的VPN_ID之后，将VPN_ID带给重组模块使用。重组模块在对报文进行重组时，首先使用传给重组模块的VPN_ID以及报文IP头中的IP_ID、源IP地址、目的IP地址、协议号字段计算报文在重组表中的索引，再根据索引定位到相应的重组表项。然后，使用报文的VPN_ID、IP_ID、源IP地址、目的IP地址以及协议号与缓存在重组表项中的相应的5个值进行比较，只有所有5个值都相同时，才认为找到了自己所属的重组表项。找到自己所属的重组表项之后，对分片报文进行排序、复制等实际的报文内容重组操作，与此前的重组过程相同。VPN_ID是本发明的关键，相比之前的重组过程，本发明中新增了VPN_ID的比较，保证了不同VPN下的分片报文相互不影响。

下面将以一个实施例来描述本发明的具体实施方式。

图3是本实施例的算法流程图，下面将对算法中的每一个步骤进行详细说明。

在步骤410，重组模块收到一个IP分片报文。

在步骤411，路由器通过当前分片报文的描述信息，获取报文所属的VPN，即报文的VPN_ID，并从当前分片报文的IP头中获取报文的IP_ID、源IP地址、目的IP地址和协议号。并使用这5个值计算出一个哈希索引，以确定本分片报文所对应的重组表表项。

在步骤412，通过步骤411计算出的哈希索引，定位到重组表的对应表项，判断该表项是否还处于未被使用的状态。如果该重组表项还未被使用，则说明当前报文为同一原始报文中第一个到达的分片，转入步骤420；否则，说明已经有同一原始报文的分片到达，转入步骤430。

在步骤420，将当前报文的VPN_ID、IP_ID、源IP地址、目的IP地址以及协议号这5个值保存到重组表项中，并将当前报文挂到当前重组表项的“分片报文链表”上，重组模块对当前分片报文的处理流程结束。其中，重组表项的“分片报文链表”用于保存同一原始报文中已经收到的分片。

在步骤430，将报文的VPN_ID、IP_ID、源IP地址、目的IP地址以及协议号分别与重组表项中保存的这5个值进行比较，然后进入步骤431。

在步骤431，判断步骤430的比较结果，如果比较结果为全部匹配，则说明已经找到了当前报文所属的重组表项，转入步骤440；否则，说明有报文的哈希索引与当前报文的哈希索引相同，重组表项相冲突，转入步骤460查找冲突表项。

在步骤440，将当前报文挂到当前重组表项的“分片报文链表”上，然后进入步骤441。

在步骤441，判断同一原始报文的所有分片是否全部到齐，如果未全部到齐，则重组模块对当前报文的处理流程结束；否则，转入步骤450。

在步骤450，将当前重组表项的“分片报文链表”上的所有分片报文按顺序拼装到一起，完成对当前报文所属原始报文的重组过程，重组模块对当前报文的处理流程结束。

在步骤460，判断当前重组表项的冲突表项指针是否为空。如果该指针为空，则说明当前报文是同一原始报文中第一个到达重组模块的分片，转入步骤470；否则，说明已经有同一原始报文的分片到达，转入步骤480。

在步骤470，新分配一个冲突表项，并将该冲突表项接到步骤460所查重组表项的后面，进入步骤471。

在步骤471，将当前报文的VPN_ID、IP_ID、源IP地址、目的IP地址以及协议号这5个值保存到步骤470分配的冲突表项中，重组模块对当前报文的处理流程结束。

在步骤480，根据步骤460中所查的重组表项的冲突表项指针，定位到下一个的冲突表项，然后进入步骤430，开始对当前报文与冲突表项内容的新一轮比较操作。

以上即为本实施例的实现算法描述，该算法对IPv4报文和IPv6报文都适用。

图4为实施本方法的重组装置结构图

获取单元，用于获取分片报文的VPN标识和IP头信息；

计算确定单元，用于根据获取单元获取的VPN标识和IP头信息计算出哈希索引以确定分片报文所对应的重组表项；

比较重组单元，用于根据计算确定单元确定的重组表项与VPN标识、IP头信息进行分片报文的比较、拼装，完成原始报文的重组。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种IP分片报文的重组方法，其特征在于：重组模块获取分片报文的VPN标识，并结合从分片报文中获取的IP头信息，计算出一个哈希索引以确定本分片报文所对应的重组表项，重组模块根据重组表项、VPN标识和IP头信息完成分片报文的比较、重组；其中，当确定本分片报文所对应的重组表项已被使用时，所述比较是将收到的VPN标识和IP头信息与已使用重组表项中保存的VPN标识和IP头信息进行比较；如果比较结果不匹配，路由器判断当前重组表项是否有冲突表项。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：当确定本分片报文所对应的重组表项未被使用时，则将VPN标识和IP头信息保存到重组表表项中，并将本分片报文挂到当前重组表项的“分片报文链表”上，其中，“分片报文链表”用于保存同一原始报文中的分片。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：如果比较结果为全部匹配，将本分片报文挂到对应的重组表项的“分片报文链表”上。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述重组具体包括：当原始报文的所有分片都挂到对应的重组表项的“分片报文链表”上时，将当前重组表项的“分片报文链表”上的所有分片报文按顺序拼装到一起，完成原始报文的重组。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：如果还没有冲突表项，则说明当前报文是同一原始报文中第一个到达重组模块的分片，重组模块新分配一个冲突表项，将该冲突表项链接到当前所查重组表项的后面，并将当前分片报文的VPN标识和IP头信息保存到该冲突表项中。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：如果已经有冲突表项，则重新将报文的VPN标识和IP头信息与冲突表项中保存的VPN标识和IP头信息进行比较，如果能够匹配，就将当前分片报文保存在匹配到的冲突表项的“分片报文链表”中；否则，就新分配一个冲突表项，并保存VPN标识和IP头信息到新分配的冲突表项中。

7.如权利要求1至6中任一项的方法，其特征在于：所述VPN标识为VPN_ID，所述IP头信息为IP_ID、源IP地址、目的IP地址以及协议号。

8.一种IP分片报文的重组装置，其特征在于，包括：获取单元，用于获取分片报文的VPN标识和IP头信息；计算确定单元，用于根据获取单元获取的VPN标识和IP头信息计算出哈希索引以确定分片报文所对应的重组表项；比较重组单元，用于根据计算确定单元确定的重组表项与VPN标识、IP头信息进行分片报文的比较、拼装，完成原始报文的重组；其中，当所述计算确定单元确定本分片报文所对应的重组表项已被使用时，所述比较重组单元将收到的VPN标识和IP头信息与已使用重组表项中保存的VPN标识和IP头信息进行比较；如果比较结果不匹配，路由器判断当前重组表项是否有冲突表项。