[发明专利]一种高效且可扩展的IP数据包分类方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机科学与技术领域，涉及IP网络数据包分类，具体是一种基于索引指针和Tries查找树的高效且可扩展的IP数据包分类方法，可用于支持网络设备中的区分服务应用。

背景技术

Internet技术的快速发展要求网络设备，尤其是边界网络设备支持诸如策略路由、访问控制、虚拟专用网VPN、网络地址转换、负载均衡、认证计费等各种区分服务应用，这些应用都是以数据包分类技术为基础的。它们要求网络设备能够根据包头中的某些字段将数据包划分为不同标识的流，从而针对不同的流采取不同的操作，即提供不同的服务。数据包分类方法的好坏和效率的高低直接影响了整个网络设备的性能。一个典型的数据包分类的例子是IP路由查找，运用最长前缀匹配规则LPM(Longest Prefix Match)查找路由表，根据目的IP地址确定下一跳地址。

目前，关于路由查找方法的研究已经逐步成熟，而通用的多维数据包分类方法由于其复杂性和难度较高，一直是近年来的研究热点。目前在实际应用中主要有两种分类组合，一种是基于源IP地址、目的IP地址的二维分类，另一种是基于源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号、协议类型的五维分类。其中，AQT算法[Buddhikot et al.，IFIP PfHSN 1999]、Grid of Tries算法[Srinivasan et al.，ACMSIGCOMM 1998]、FIS-tree算法[Feldman et al.，IEEE INFOCOM 2000]属于二维方法，很难扩展到多维情形；交叉乘积算法[Srinivasan et al.，ACM SIGCOMM 1998]、RFC算法[Gupta et al.，ACM SIGCOMM 1999]、HiCuts算法[Gupta et al.，IEEE Micro2000]对空间要求大，在大规模分类规则集时扩展性较差；位向量(BV)算法和聚合位向量(ABV)算法[Baboescu et al.，IEEE/ACM TON 2005]的硬件实现速度很快，但软件实现速度太慢；完全基于硬件的算法[Lakshminarayanan et al.，ACM SIGCOMM2005]虽然分类速度快，但支持的维数少，扩展性差，性价比较低。

发明内容

本发明为了克服上述已有技术的不足，提供了一种高效且可扩展的IP数据包五维分类方法，以便在不增加硬件成本的情况下，满足网络设备对数据包分类方法执行效率和可扩展能力两方面的要求。

为了实现上述目的，本发明的高效且可扩展的IP数据包分类方法，包括：

(1)预处理步骤

(1.1)初始化索引指针数组indexed_pointer[256]为0；

(1.2)设定Tries查找树叶子节点的最大容量为cluster_size；

(1.3)遍历分类规则集R，依次取出每个规则R_i进行处理：

(1.3a)取R_i的源端口号字段，根据该字段的值将它映射到一个3比特元组S₁S₂S₃，映射的方法为：将21端口映射到3比特元组000，将80端口映射到3比特元组001，将23端口映射到3比特元组010，将25端口映射到3比特元组011，将110端口映射到3比特元组100，将53端口映射到3比特元组101，将1024～65535端口映射到3比特元组110，将其它端口映射到3比特元组111；

(1.3b)取R_i的目的端口号字段，根据该字段的值将它映射到一个3比特元组D₁D₂D₃，映射的方法为：将21端口映射到3比特元组000，将80端口映射到3比特元组001，将23端口映射到3比特元组010，将25端口映射到3比特元组011，将110端口映射到3比特元组100，将53端口映射到3比特元组101，将1024～65535端口映射到3比特元组110，将其它端口映射到3比特元组111；

(1.3c)取R_i的协议类型字段，根据该字段所确定的协议类型将它映射到一个2比特元组P₁P₂，映射的方法为：将传输控制协议TCP映射到2比特元组00，将用户数据报协议UDP映射到2比特元组01，将因特网控制报文协议ICMP映射到2比特元组10，将其它协议映射到2比特元组11；