[发明专利]基于虚拟网卡技术的多隧道并发模型实现方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及基于虚拟网卡技术的多隧道并发模型实现方法。涉及大并发量、大数据量的数据处理，需要多个进程或是线程能并发的与虚拟网卡进行数据交互的方法。

二、背景技术

虚拟网卡技术被广泛的应用于VPN领域，如开源项目OpenVpn，其就使用了tun/tap驱动程序来实现虚拟网卡的功能。

使用tun驱动的应用程序在初始化虚拟网卡时，会建立一个文件描述字fd，此后，应用程序通过该文件描述字与虚拟网卡进行数据交互。

大并发量、大数据量的TCP应用程序模型，往往都是一个进程或一个线程来处理一个独立的Tcp连接，通过启用多进程或多线程的方式，来实现对大并发量、大数据量的支持。如果以此基础来实现多隧道的并发模型，这就需要多个进程或是线程能并发的与虚拟网卡进行数据交互。使用tup驱动来实现此种应用时，处理并发连接的进程和使用tun驱动的进程之间需要进行额外的数据通信，显然，这存在着一定的性能缺陷。

三、发明内容

本发明的发明目的是：提供一种基于虚拟网卡技术的多隧道并发模型实现方法，尤其是实现一种虚拟网卡驱动程序，该驱动能支持与多进程间的并发通信，从而支持多隧道的建立，解决性能问题。通过对虚拟网卡驱动的修改实现：修改启动虚拟网卡的驱动操作，并在此基础之上，增加注册虚拟网卡实例的功能。以此基础来实现多进程或是多线程与虚拟网卡的并发数据交互，从而支持大并发量、大数据量的处理。

一种基于虚拟网卡技术的支持大并发量、大数据量的多隧道并发模型实现方法：建立隧道时，应用程序的处理进程获取虚拟地址，然后进行虚拟网卡使用实例的注册，建立与虚拟网卡通信的文件描述字；当虚拟网卡接收到协议栈转发的数据时，根据数据包的目的地址(即虚拟地址)，将数据包转发给相应的文件描述字，从而交由正确的处理进程进行处理；

每个进程处理一个隧道，一个隧道的处理过程可分为建立隧道、数据转发以及拆除隧道，具体步骤如下：

●建立隧道

客户端发送建立隧道请求，隧道网关的应用程序fork一个新的进程来处理该请求：

1)fork一个新的进程，处理客户端的建立TCP连接请求；

2)接收客户端的建立隧道请求；

3)选取一个未使用的虚拟地址，准备分配给客户端；

4)以该虚拟地址为关键IP，调用虚拟网卡的DUMMY_INSTANCE_REGISTER服务，完成虚拟网卡使用实例的注册；

5)返回给客户端隧道建立成功报文；

●数据转发

隧道建立成功后，隧道网关负责转发客户端与应用服务器之间的通信数据：

1)客户端将IP数据包封装入隧道报文，将隧道报文发送给隧道网关；

2)隧道网关处理进程接收到数据包后，解析隧道报文，提取其中封装的IP数据包，然后将IP数据包通过与虚拟网卡关联的文件描述字，提交给虚拟网卡驱动；

3)虚拟网卡驱动将数据包提交给协议栈，协议栈通过路由匹配，将数据包转发给应用服务器；

4)应用服务器将响应数据包发送给隧道网关；

5)隧道网关协议栈根据路由，将数据包传送给虚拟网卡；

6)虚拟网卡驱动根据数据包的目的地址(虚拟地址)，查看与其对应的虚拟网卡实例是否已经注册，如果已经注册，则唤醒相应的隧道网关处理进程读取数据；否则丢弃该数据包；

7)隧道网关处理进程读取数据之后，将其封装入隧道报文，发送给客户端；

●拆除隧道

当客户端断开tcp连接或是超时时，则需要拆除隧道连接，隧道网关将回收地址池分配出去的虚拟地址，并调用虚拟网卡的DUMMY_INSTANCE_UNREGISTER服务，进行虚拟网卡的虚拟实例的注销。

本发明的有益效果是：实现了基于虚拟网卡技术的多隧道并发模型；解决了使用tun驱动的性能低下的问题，性能提升50％以上；虚拟网卡驱动的实现原理基本同tun驱动，本发明修改了启动虚拟网卡的驱动操作，并在此基础之上，增加了注册虚拟网卡实例的功能。

四、附图说明

图1是本发明关系图

图2是隧道建立过程示意图

图3是转发数据示意图

图4是隧道拆除过程示意图

五、具体实施方式