[發明專利]Linux系統下用戶態TCP/IP協議棧與本地應用通信的系統及方法

在審

• 申請號: 201910871217.2
• 申請日: 2019-09-16
• 公開（公告）號: CN112506674A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 劉文鋒;貝少峰;焦亮
• 申請（專利權）人: 北京華耀科技有限公司
• 主分類號: G06F9/54
• 分類號: G06F9/54;H04L12/24;H04L29/06;H04L29/12
• 代理公司: 北京太合九思知識產權代理有限公司 11610
• 代理人: 劉戈

本發明是一種Linux系統下用戶態TCP/IP協議棧與Linux本地應用通信的系統及方法,該系統是由應用交付設備的應用程序模塊與該應用交付設備的Linux本地應用通信模塊構成，其中，所述的應用交付設備的應用程序模塊內至少包括用戶態TCP/IP協議棧模塊、DPDK模塊，特別地，在應用交付設備的應用程序模塊內和Linux本地應用通信模塊內對應地安裝一對邏輯互通的虛擬網卡。本發明應用交付設備產品實現了本機用戶態TCP/IP協議棧，通過DPDK在用戶空間實現了虛擬網卡的收包和發包，進而實現了與Linux本地應用的通信,不需要物理網卡及網線；所有數據包在內存中進行傳輸，提升了通信性能。

技術領域

本發明涉及網絡應用交付控制領域，特別涉及一種Linux系統下用戶態TCP/IP協議棧與Linux本地應用通信的系統及方法。

背景技術

Linux系統是一套免費使用和自由傳播的類Unix操作系統，是一個基于POSIX和UNIX的多用戶、多任務、支持多線程和多CPU的操作系統。它能運行主要的UNIX工具軟件、應用程序和網絡協議。它支持32位和64位硬件。Linux繼承了Unix以網絡為核心的設計思想，是一個性能穩定的多用戶網絡操作系統。Linux系統將自身劃分為兩部分，一部分為核心軟件(kernel)，也稱作內核空間；另一部分為普通應用程序，這部分稱為用戶空間(Userspace)。用戶空間中的代碼運行在較低的特權級別上，只能看到允許它們使用的部分系統資源，并且不能使用某些特定的系統功能，也不能直接訪問內核空間和硬件設備，以及其他一些具體的使用限制。

TCP/IP協議棧(TCP/IP Protocol Stack)是一個網絡通訊模型，或稱一整個網絡傳輸協議家族，為互聯網的基礎通訊架構。這個協議家族的兩個核心協議，包括TCP(傳輸控制協議)和IP(網際協議)，為這個家族中最早通過的標準。由于在網絡通訊協議普遍采用分層的結構，當多個層次的協議共同工作時，類似計算機科學中的堆棧。把TCP/IP協議棧放在Linux系統用戶空間(userspace)來運行是一種技術趨勢，由此帶來的好處有很多，例如：由于不需要修改Linux內核源代碼所以能使整個系統更穩定，不會造成整個操作系統(Operating System，簡稱OS)的重啟進而造成系統對外提供的服務中斷。另外，在Linux系統用戶空間運行TCP/IP協議棧還能避免GPL(General Public License，GNU通用公共授權)，從而保護公司自有的軟件知識產權。

在APV的某些應用場景中，APV應用需要與本機的Linux本地應用程序進行通信，那么一般地，可以通過兩塊物理網卡實現：該場景中，需要將添加一塊物理網卡，由Linux內核接管，并通過物理網線與之前APV上的網卡進行互聯，如圖1所示。現有技術方案存在以下缺點：

1.需要添加新的物理網卡及網線，增加了系統的使用成本。

2.需要將物理網卡接入正確的物理網絡設備才能實現網絡的互通，增加了系統的維護及管理成本。

3.現有方案網絡數據包需經過物理設備，傳輸效率較低。

發明內容

為克服已有技術中存在的問題，本發明提出并設計了一種無需物理網卡及網線即可實現的用戶態TCP/IP協議棧與Linux本地應用通信的方法。

一種Linux系統下用戶態TCP/IP協議棧與Linux本地應用通信的系統,是由應用交付設備的應用程序模塊與該應用交付設備的Linux本地應用通信模塊構成，其中，所述的應用交付設備中的應用程序模塊內至少包括用戶態TCP/IP協議棧模塊、DPDK模塊，所述的Linux本地應用通信模塊模塊內至少包括Socket接口、Linux TCP/IP協議棧、網卡設備驅動程序等，特別地，在應用交付設備的應用程序模塊內和Linux本地應用通信模塊內對應地安裝一對邏輯互通的虛擬網卡。

一種Linux系統下用戶態TCP/IP協議棧與Linux本地應用通信的方法,其特征是由以下步驟實現的: