[發明專利]基于Intel DPDK的網絡數據包并行處理方法

有效

• 申請號: 201610064205.5
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105577567B
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 黃益彬;金倩倩;紀元;韋小剛;鄧進;張騫;陳功勝;紀鵬;宋述停;王強
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;南京南瑞集團公司;南京南瑞信息通信科技有限公司;國網山西省電力公司
• 主分類號: H04L12/861
• 分類號: H04L12/861;H04L12/911;H04L12/26;H04L12/24
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開了一種基于Intel DPDK的網絡數據包并行處理方法，步驟一，構建Intel DPDK運行環境；步驟二，創建內存池，創建用于接收網絡數據包的RX內存環和用于發送網絡數據包的TX內存環；步驟三，設置網絡數據包調度策略，準備進行網絡數據包調度；步驟四，創建多個工作線程，進行網絡數據包的并行處理。本發明充分利用多核CPU的性能優勢，通過無鎖的數據結構設計，并行的網絡處理框架，高效的網絡數據包分發，實現網絡數據包在多個CPU核上的并行處理。

技術領域

本發明涉及一種基于Intel DPDK的網絡數據包并行處理方法，屬于網絡數據包處理技術領域。

背景技術

隨著網絡通信技術的發展，網絡帶寬迅速提高，1Gbit、10Gbit網絡逐漸普及，40Gbit網絡在電信運營商、大型企業級骨干網絡中大規模應用。網絡流量的指數級增長，對防火墻、IDS/IPS、應用網關等網絡數據包分析處理類網絡產品的性能提出了新的挑戰。傳統的網絡數據包處理方法在高速網絡環境下面臨著丟包率高，延時大，系統負載高等問題，無法滿足高速網絡環境下的網絡數據包實時處理。目前，業界主要有以下三種主流的方法：

1、PF_RING：是由ntop公司提出的一種高速網絡數據包處理的軟件解決方法。該方法通過在Linux系統網絡協議棧中引入PF_RING協議族，并結合環形隊列與內存映射技術，大幅提升了網絡數據包的捕獲速度。在1Gbit網絡小包流量下，傳統的基于PCAP的抓包方法，其捕包率只能達到20%左右，而采用了PF_RING之后，其捕包率能提高到70%左右。

2、DPDK：DPDK（Data Plane Development Kit，數據面開發套件）是Intel公司提出的一種高速網絡數據包的軟件開發套件，現已開源。前期主要支持采用Intel CPU及網卡的系統，現已支持IBM Power、ARM等其他CPU，以及部分非Intel的網卡。DPDK通過旁路Linux系統網絡協議棧，直接對網卡進行讀寫，結合對多核CPU中不同內核的綁定，能夠實現1Gbit網絡小包流量下的線速收發。

3、硬件智能網卡：除了軟件實現高速網絡數據包處理的方法外，近幾年，也出現了一些硬件解決方法。該方法主要是采用基于PCIe接口的硬件智能網卡，如基于Tilera的智能網卡，基于Cavium的智能網卡等。智能網卡上帶有多核處理器、內存、物理網絡接口，以及針對網絡數據包處理進行特別設計的硬件加速單元等，通過智能網卡，直接實現對網絡數據包的線速收發，從而能夠大幅減輕智能網卡所在的宿主機的CPU負載。

網絡數據包分析處理是集網絡數據包捕獲、分析處理、網絡數據包發送于一體的綜合應用。任何一個環節在性能上出現問題，都會嚴重影響整個應用的性能。上述的三種主流的方法中，PF_RING方法雖然大幅提升了捕包率，但還存在不少的丟包率，且CPU負載高，不能滿足商業的應用需求；傳統的基于DPDK方法主要側重于數據包的線速收發，當加入對數據包的處理過程后，其性能會大幅下降，達不到數據包的線速接收、處理與發送；硬件智能網卡方法雖然能夠顯著降低宿主機CPU負載，但一方面需要額外配置價格昂貴的硬件智能網卡，另一方面，宿主機的CPU不能得到充分利用，浪費了資源，因此不適合普通的商業應用。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種基于Intel DPDK的網絡數據包并行處理方法。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：

基于Intel DPDK的網絡數據包并行處理方法，包括以下步驟，

步驟一，構建Intel DPDK運行環境；

步驟二，創建內存池，創建用于接收網絡數據包的RX內存環和用于發送網絡數據包的TX內存環；

步驟三，設置網絡數據包調度策略，準備進行網絡數據包調度；

步驟四，創建多個工作線程，進行網絡數據包的并行處理。