用於高效的網絡地址轉換和應用層網關處理的裝置和方法
2023-07-20 11:28:36 1
用於高效的網絡地址轉換和應用層網關處理的裝置和方法
【專利摘要】公開了用於高效的NAT和ALG處理的裝置和方法。示例性的方法包括下面的操作：對通過連接所接收的分組進行深度掃描，以確定要對該分組執行的應用層網關(ALG)處理；將該連接與ALG處理進行關聯；以及基於所述關聯，對通過該連接所接收的額外分組進行轉發以接收ALG處理，使得繞過對這些額外的分組的深度掃描。示例性的裝置包括：處理器，其用於對通過連接所接收的分組進行深度掃描，以確定要對該分組執行的ALG處理；資料庫，其用於將該連接與ALG處理進行關聯；以及分組發射機，其用於基於所述關聯，對通過該連接所接收的其它分組進行轉發以接收ALG處理，使得繞過對這些額外的分組的深度掃描。
【專利說明】用於高效的網絡地址轉換和應用層網關處理的裝置和方法
【技術領域】
[0001]概括地說，本申請涉及無線通信系統的操作，具體地說，本申請涉及實現高效的分
組路由。
【背景技術】
[0002]網絡地址轉換(NAT)用於擴展網絡的可使用地址空間。在一種實現中，NAT模塊只轉換數據分組的IP/傳輸報頭信息。這影響在數據分組有效載荷中向它們的對等體傳輸網絡IP/埠信息的應用，這是由於NAT模塊不對該信息進行轉換。由於NAT模塊可能拒絕這些IP/埠上的輸入分組連接，因此這導致丟棄的分組。
[0003]應用層網關(ALG)通過將應用有效載荷中嵌入的IP/埠信息轉換成NAT外部的IP/埠，來實現特定於應用的NAT穿越(traversal)。ALG可以與NAT模塊交互以允許輸入的數據連接，或者在NAT模塊與外部領域中的對等體通信的後臺，執行實現應用所需要的其它操作。
[0004]不幸地，在傳統系統中，ALG是特定於應用的，並且由於它們對應用有效載荷進行解析來搜索嵌入的IP/埠信息，因此引入了顯著的處理延遲。如果在NAT處理路徑中直接引入這些延遲，則這些延遲可能影響所有分組流，從而導致往返時間(RTT)的不適當的增加，並且因此還使整個吞吐量下降。另外，無線嵌入設備(或者移動路由器)在CPU帶寬方面受到限制，這意味著NAT處理的增加將影響通用系統性能。此外，由於ALG增加而導致的增加的NAT處理還將使移動路由器消耗更多的功率，這導致電池的更快速消耗和頻繁的充電。
[0005]因此，期望具有一種提供高效的NAT和ALG處理以克服如上所述的與傳統系統相關聯的問題的系統。
【發明內容】
[0006]在一個或多個示例性實施例中，提供了一種用於提高路由器(例如，移動路由器)中的NAT-ALG處理的效率的包括裝置和方法的系統。在一個示例性實施例中，維持用於將特定連接的分組與選擇的ALG處理相關聯的資料庫。當接收到額外的分組時，可以根據該資料庫容易地且快速地確定針對每一個分組所需要的ALG處理，從而避免需要對每一個分組進行深度掃描並且查找ALG規則來確定其ALG處理需求。每一個ALG處理還包括其自己的輸入/輸出隊列，因此進一步增加了 NAT處理效率。
[0007]在一個方面，提供了一種用於進行分組路由的方法，該方法包括:對通過選擇的連接接收的分組進行深度掃描，以確定要對所述分組執行的選擇的應用層網關(ALG)處理；將所選擇的連接與所選擇的ALG處理進行關聯；以及基於所述關聯，對通過所選擇的連接接收的額外分組進行轉發以接收所選擇的ALG處理，使得繞過對所述額外分組的深度掃描。
[0008]在一個方面，提供了一種用於進行分組路由的裝置，該裝置包括:處理器，其被配置為對通過選擇的連接接收的分組進行深度掃描，以確定要對所述分組執行的選擇的應用層網關(ALG)處理；資料庫，其被配置為將所選擇的連接與所選擇的ALG處理進行關聯；以及分組發射機，其被配置為基於所述關聯，對通過所選擇的連接接收的額外分組進行轉發以接收所選擇的ALG處理，使得繞過對所述額外分組的深度掃描。
[0009]在一個方面，提供了 一種用於進行分組路由的裝置，該裝置包括:用於對通過選擇的連接接收的分組進行深度掃描，以確定要對所述分組執行的選擇的應用層網關(ALG)處理的單元；用於將所選擇的連接與所選擇的ALG處理進行關聯的單元；以及用於基於所述關聯，對通過所選擇的連接接收的額外分組進行轉發以接收所選擇的ALG處理，使得繞過對所述額外分組的深度掃描的單元。
[0010]在一個方面，提供了一種用於進行分組路由的電腦程式產品。所述電腦程式產品包括非臨時性計算機可讀介質，非臨時性計算機可讀介質體現可由處理器執行以進行以下操作的指令:對通過選擇的連接接收的分組進行深度掃描，以確定要對所述分組執行的選擇的應用層網關(ALG)處理；將所選擇的連接與所選擇的ALG處理進行關聯；以及基於所述關聯，對通過所選擇的連接接收的額外分組進行轉發以接收所選擇的ALG處理，使得繞過對所述額外分組的深度掃描。
[0011]在閱讀下文闡述的對附圖、【具體實施方式】和權利要求書的簡短描述以後，其它方面將變得顯而易見。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]參照下面結合附圖給出的詳細描述，本文描述的上述方面將變得更加顯而易見，其中:
[0013]圖1示出了用於在路由器使用的傳統NAT配置；
[0014]圖2示出了用於高效的NAT和ALG處理的裝置的示例性實施例；
[0015]圖3示出了示例性NAT查找模塊；
[0016]圖4示出了示例性分類模塊；
[0017]圖5示出了示例性規則資料庫；
[0018]圖6示出了示例性連接資料庫；
[0019]圖7描繪了用於執行NAT處理的示例性方法，其中該方法減少分組掃描需求和對ALG規則的表格查找，從而提供增加的效率；
[0020]圖8示出了用於分組分類和傳輸的示例性方法；
[0021 ]圖9示出了示例性NAT查找裝置；
[0022]圖10示出了示例性分組分類裝置；
[0023]圖11描繪了用於執行減少分組掃描需求的NAT處理的示例性方法；以及
[0024]圖12示出了用於分組分類和傳輸的示例性方法。
【具體實施方式】
[0025]下面的說明描述了用於提高路由器(例如，移動路由器)中的NAT-ALG處理的效率的包括裝置和方法的系統。該系統特別適合於結合行動裝置來使用，但也可以結合作為路由器進行操作的任何類型的設備來使用。[0026]圖1示出了用於在路由器使用的傳統NAT配置100。配置100包括NAT裝置102，NAT裝置102通過區域網(LAN)連接104來接收和發送分組。NAT裝置102包括NAT查找模塊106、一個或多個ALG引擎108和NAT處理模塊110。
[0027]在操作期間，從LAN接收的分組流到NAT查找模塊106，其中在NAT查找模塊106處，對這些分組進行掃描以確定要執行哪一種ALG處理(如果有的話)。例如，ALG處理操作以根據這些分組的有效載荷來確定任何應用規範信息，其中該信息將在對這些分組進行路由時使用。在掃描之後，將這些分組傳送給適當的ALG引擎108。在ALG引擎108進行的處理之後，這些分組流到NAT處理模塊110，其中在NAT處理模塊110處，確定用於這些分組的目的地路由地址。隨後，在廣域網(WAN)連接112上將這些分組發送給目的地地址。對於在相反的方向上行進的分組，該處理是相反的。
[0028]NAT配置100描繪了用於執行ALG處理的次最佳配置，這是由於直接在NAT數據路徑中處理這些分組。由ALG引擎處理的分組可以造成當處理在輸入隊列中等待的其它分組時發生延遲，這導致建立輸入隊列，從而增加所有分組流的RTT。如果ALG處理任務不夠快，則隊列可能被快速地建立，從而導致分組丟失。對於TCP連接，這轉換成可能的超時和回退，並最終造成較低的吞吐量。維持的同步處理還造成CPU的不高效使用，從而減少了系統的空閒時間並且增加了電池消耗。
[0029]圖2示出了用於高效的NAT和ALG處理的系統200的示例性實施例。在各種實現中，針對LAN和WffAN處理或者為了處理與任何類型的連接相關聯的分組，可以對稱/非對稱地布置ALG處理。系統200使ALG處理是異步的，並且執行至少下面四個主要功能。
[0030]1、分組查找
[0031]2、分類和異步分組操縱
[0032]3、有效載荷轉換
[0033]4、分組路由
[0034]系統200包括NAT查找模塊202、分類和異步分組操縱器206 (其還稱為「分組操縱器」)和NAT處理模塊212。系統200還包括一個或多個ALG引擎208，並且每一個ALG引擎包括相關聯的輸入/輸出隊列210。
[0035]使用關於如何對與特定的應用相關聯的分組進行處理的規則，來對NAT查找模塊202進行初始化。例如，每一個ALG引擎208向NAT查找模塊202提供規則信息，使得可以在NAT查找模塊202處維持規則資料庫。該規則資料庫包括規定各種分組類型的一組規則，並且每組規則與將用於處理該相關聯的分組類型的相應ALG引擎相關聯。可以(例如通過用戶輸入或者通過使用從其它網絡實體接收的信息)使用任何其它輸入來初始化、更新或者維持該規則資料庫。
[0036]NAT查找模塊202還包括連接資料庫。該連接資料庫將特定連接的分組與特定的ALG引擎進行關聯。這允許將特定連接的分組高效地傳送到適當的ALG引擎，而無需對與該連接相關聯的每一個分組都進行深度掃描。
[0037]在示例性操作期間，NAT查找模塊202從LAN204接收要被路由到無線WAN214的分組。NAT查找模塊202首先確定接收的分組是否與已在該連接資料庫中標識的連接相關聯。如果該分組與連接資料庫中標識的任何連接都不相關聯，則將該分組視作新連接的第一分組。假定該分組是新連接的第一分組，則對該分組進行深度掃描，以確定針對該分組需要的ALG處理。例如，在深度掃描期間，對分組有效載荷或者任何其它分組信息進行掃描以確定關於該分組的信息。將通過對分組進行深度掃描所獲得的信息與規則資料庫進行相互參照，以確定針對該分組所需要的ALG處理的類型。隨後，對連接資料庫進行更新，以便將該特定連接的分組與特定的ALG引擎相關聯。使用標識期望的ALG處理的信息來標記該分組，隨後將該分組傳送給分組操縱器206以執行適當的ALG處理。
[0038]當NAT查找模塊202接收到該連接的額外分組時，將它們相對於連接資料庫進行核查，以確定將用於處理該分組的ALG引擎。使用標識根據連接資料庫所確定的期望的ALG處理的信息，對該連接的每一個額外分組進行標記。隨後，將這些額外的分組傳送到分組操縱器206，以執行適當的ALG處理。因此，一旦使用來自特定連接的第一分組的信息對連接資料庫進行了更新，就可以標識與該連接相關聯的所有其它分組，並將它們傳送到分組操縱器206以進行適當的ALG處理，而無需對每一個額外的分組都進行深度掃描。在一些情況下，分組將不需要任何ALG處理，並且將對這些分組進行標記以指示不需要ALG處理並將這些分組傳送到NAT處理模塊以進行路由。因此，NAT查找模塊202可以從多個連接接收分組，並且可以使用連接資料庫將這些分組高效地路由到適當的ALG處理，同時繞過對每一個識別的連接的額外分組進行深度掃描的需要。
[0039]分組操縱器206操作以對去往/來自ALG引擎208和去往NAT處理模塊212的分組的流進行協調。分組操縱器206接收旨在進行ALG處理的分組，並且將這些分組路由到與期望的ALG處理引擎208相關聯的特定隊列210。在一個示例性實施例中，向每一個ALG引擎提供輸入隊列和輸出隊列。例如，每一個隊列可以被配置為先入先出(FIFO)隊列或者任何其它類型的適當隊列。這些隊列為要由每個引擎處理的分組提供臨時存儲，並且為已經由每個引擎處理的分組提供臨時存儲。各個隊列操作以減少或者消除可能當沒有使用隊列並且系統被迫等待任何特定的ALG處理完成時發生的瓶頸。
[0040]分組操縱器206還從隊列210接收已由ALG引擎208處理的分組。分組操縱器206將這些分組與來自NAT查找模塊202的不需要任何ALG處理的分組進行組合，以形成流到NAT處理模塊212的分組流。因此，分組操縱器206操作以執行異步多處理，以允許ALG引擎對分組進行處理，並且形成向NAT處理模塊212發送的分組流。NAT處理模塊212操作以對去往/來自無線WAN網絡214上的實體的分組進行路由。因此，減少或者消除了系統的瓶頸，並且更高效地使用了 CPU和電池資源。
[0041]圖3示出了示例性NAT查找模塊300。例如，NAT查找模塊300適合於在圖2中所示的NAT查找模塊202處使用。NAT查找模塊300包括處理器302、規則資料庫304、連接資料庫306、分組發射機308和分組接收機310，其均通過總線312耦合在一起以進行通信。應當注意的是，NAT查找模塊300僅僅只是一種實現，並且其它實現是可能的。
[0042]分組接收機310包括硬體和/或執行軟體的硬體，其操作以允許NAT查找模塊300從網絡(例如，LAN)接收分組。
[0043]規則資料庫304包括允許存儲、獲取和維持與接收的分組的ALG處理相關聯的規則的任何適當的存儲器或存儲設備。例如，在初始化處理期間，將與每一個ALG引擎相關聯的規則提供給NAT查找模塊300，並存儲在規則資料庫304中。在操作期間，使用規則資料庫304來確定針對特定的分組所需要的ALG處理的類型。因此，可以針對滿足特定的一組規則的任何分組，確定ALG處理的類型。[0044]連接資料庫306包括允許存儲、獲取和維持連接/分組與ALG處理引擎之間的關聯的任何適當的存儲器或存儲設備。連接資料庫306由處理器302維持，並被不斷地更新以反映連接/分組與ALG處理引擎之間的關聯。例如，當接收到與新連接相關聯的第一分組時，處理器302對該分組進行深度掃描以確定所需要的ALG處理，並在連接資料庫306中存儲該連接與所需要的ALG處理之間的關聯。通過使用連接資料庫306，可以高效地確定用於對在該連接上接收的任何額外的分組進行處理的適當ALG引擎，而無需對每一個額外的分組都進行深度掃描，從而繞過對這些額外的分組的深度掃描。
[0045]分組發射機308包括硬體和/或執行軟體的硬體，其操作以允許NAT查找模塊300向分組操縱器(例如，圖2中所示的分組操縱器206)發送分組。
[0046]處理器302包括CPU、處理器、門陣列、硬體邏輯、存儲器元件和/或執行軟體的硬體中的至少一個。處理器302操作以控制NAT查找模塊300來執行本文所描述的功能。例如，處理器302操作以使用任何適當的接口來與ALG引擎進行通信，從而接收存儲在規則資料庫304中的規則。處理器302還操作以對分組接收機310所接收的每一個連接的第一分組進行深度掃描，並且根據規則資料庫304確定該分組所需要的ALG處理的類型。隨後，處理器302更新連接資料庫306，以指示將與該連接相關聯的分組將傳送到所確定的ALG引擎以進行處理。此外，處理器302使用來自連接資料庫的指示要向每一個分組應用的ALG處理的類型(如果有的話)的信息，對這些分組進行標記。隨後，處理器302控制分組發射機308向分組操縱器(例如，圖2中所示的分組操縱器206)發送標記的分組。下面提供NAT查找模塊300的操作的更詳細描述。
[0047]圖4示出了示例性分組操縱器400。例如，分組操縱器400適合用作圖2中所示的分組操縱器206。分組操縱器400包括處理器402、NAT查找接口 404、NAT處理接口 406、分組發射機408和分組接收機410，其均通過總線412耦合在一起以進行通信。應當注意的是，分組操縱器400僅僅是一種實現，並且其它實現是可能的。
[0048]NAT查找接口 404包括CPU、處理器、門陣列、硬體邏輯、存儲器元件和/或執行軟體的硬體中的至少一個。NAT查找接口 404提供與NAT查找模塊(例如，圖2中所示的NAT查找模塊202或者圖3中所示的NAT查找模塊300)的通信。NAT查找接口 404操作以從NAT查找模塊接收標記的分組。這些標記的分組指示要對每一個分組執行的ALG處理的類型。
[0049]分組發射機408包括CPU、處理器、門陣列、硬體邏輯、存儲器元件和/或執行軟體的硬體中的至少一個。分組發射機408提供與可用的ALG引擎的通信。例如，將需要ALG處理的分組發送到與期望的ALG引擎相關聯的適當隊列(B卩，隊列210)。進入每一個隊列的分組將由相關聯的ALG引擎按照順序進行處理。
[0050]分組接收機410包括CPU、處理器、門陣列、硬體邏輯、存儲器元件和/或執行軟體的硬體中的至少一個。分組接收機410提供與可用的ALG引擎/隊列的通信。例如，從與ALG引擎相關聯的適當隊列(即，隊列210)接收處理後的分組。
[0051 ] NAT處理接口 406包括硬體和/或執行軟體的硬體，其操作以允許分組操縱器400向NAT處理模塊(例如，圖2中所示的NAT處理模塊212)發送分組，以進行進一步路由。
[0052]處理器402包括CPU、處理器、門陣列、硬體邏輯、存儲器元件和/或執行軟體的硬體中的至少一個。處理器402操作以控制分組操縱器400，以執行本文所描述的功能。例如，處理器402操作以使用接口 404來與NAT查找模塊進行通信，從而接收用於ALG處理的標記的分組。處理器402還控制分組發射機408向適當的ALG隊列發送分組，以進行處理。該處理器還控制分組接收機410從ALG隊列接收處理後的分組，並且控制NAT處理接口 406向NAT處理模塊發送這些處理後的分組。在一些情況下，接口 404可以接收不需要ALG處理的分組。處理器402控制NAT處理接口 406針對這些分組繞過ALG處理，並且將它們發送到NAT處理模塊。下面提供分組操縱器400的操作的更詳細描述。
[0053]應當注意的是，雖然已經將NAT查找模塊300和分組操縱器400描述成不同的實體，但也可以將這些模塊組合成單個模塊或者實體。此外，在一個或多個各種實施例中，可以根據期望對每一個模塊的功能進行重新排列或者重新分布。
[0054]圖5示出了示例性規則資料庫500。例如，規則資料庫500代表圖3中所示的規則資料庫304。規則資料庫500包括標識規則的三列(規則I一規則3)，其中這些規則當被滿足時，標識特定的分組類型502。例如，「X」指示滿足相關聯的規則。因此，規定了不滿足任何規則的第一分組類型，並且規定了滿足規則I和規則2但不滿足規則3的第四分組類型。應當注意的是，可以指定更多或者更少的規則，並且可以使用規則的任意期望的組合(與、或、非等等)來對任何特定的分組類型進行分類或者規定。例如，為了規定FTP協議分組的ALG處理，可以在規則資料庫500中指定下面兩種規則。
[0055]規則I下一個協議應當是TCP (與)
[0056]規則2 TCP目的地埠 21
[0057]第四列504標識了與每一個分組類型相關聯並且將用於處理每一個分組類型的ALG引擎。應當注意的是，對於所選擇的分組類型來說，可以不需要ALG處理。此外，與不同的連接相關聯的分組也可以滿足相同的一組規則，並且由相同的ALG引擎進行處理。
[0058]圖6示出了示例性連接資料庫600。例如，連接資料庫600代表圖3中所示的連接資料庫306。連接資料庫600包括提供連接標識符602的第一列和提供與每一個連接標識符相關聯的ALG引擎604的第二列。
[0059]在操作期間，當接收到每一個連接的第一分組時，在連接資料庫中將新連接標識符與該連接進行關聯。隨後，對該第一分組進行深度掃描，以確定ALG處理需求。例如，規則資料庫500與根據深度掃描所確定的信息進行相互參照，以確定該分組滿足的規則和相關聯的ALG引擎。隨後，在連接資料庫600中，將所確定的ALG引擎與該連接標識符進行關聯。因此，當接收到該連接的額外分組時，訪問連接資料庫600以高效地確定針對這些分組的所需要的ALG處理，而無需對每一個額外的分組都進行深度掃描。
[0060]應當注意的是，對於所選擇的連接標識符來說，可以不存在ALG處理需求。與不同的連接相關聯的分組也可能需要相同的ALG引擎來處理這些分組。例如，在連接資料庫600中，與連接I相關聯的分組不需要ALG處理，與連接2和6相關聯的分組需要通過相同的ALG引擎(即，ALG引擎I)進行處理。
[0061]圖7描繪了用於執行NAT處理的示例性方法700，其中該方法減少分組掃描需求和對ALG規則的表格查找，從而提供增加的效率。例如，方法700適合於由圖3中所示的NAT查找模塊300使用。在一種實現中，處理器302執行一組或多組代碼或指令，以控制查找模塊300來執行下面所描述的功能。
[0062]在框702，維持ALG規則的資料庫。例如，處理器302維持規則資料庫304，以維持由一個或多個ALG引擎、通過用戶輸入或者其它方式提供的規則。這些規則確定將使用哪個ALG引擎來處理具有特定的分組類型的分組(S卩，滿足指定的一組規則的分組)。可以對規則資料庫304進行初始化，隨後在ALG引擎的數量和/或類型改變時並且在規則改變時，處理器302對規則資料庫304進行不斷地更新。
[0063]在框704，維持分組/連接的資料庫。例如，處理器302維持連接資料庫306，以維持連接/分組和將用於處理這些連接的分組的ALG處理之間的關係。
[0064]在框706，對分組進行接收，例如，在NAT查找模塊202處從LAN接收用於路由到WffAN的分組。在一種實現中，由分組接收機310接收該分組，並將其傳送給處理器302。
[0065]在框708，確定所接收的分組是否與連接資料庫中標識的連接相關聯。例如，處理器302通過評估分組報頭或者關於該分組或連接的其它信息並且將該信息與連接資料庫306中的信息進行比較，來進行該確定。如果該分組與不存在於連接資料庫306中的連接相關聯，則確定該分組是新連接的第一分組，並且該方法前進至框712。如果該分組與連接資料庫306中標識的連接相關聯，則確定該分組與現有的連接相關聯，並且該方法前進至框718。
[0066]在框712，對所接收的分組進行深度掃描，以確定可以與規則資料庫306相互參照的關於該分組的信息。例如，處理器302對該分組進行深度掃描，以確定來自其報頭、有效載荷和/或該分組的其它方面的信息，從而確定可以用於確定該分組是否滿足規則資料庫304中的規則中的任何一個的關於該分組的信息。處理器302使用來自深度掃描的該信息，來確定該分組滿足規則資料庫304中的哪些規則，並因此確定分組類型。
[0067]在框714，執行規則查找，以確定針對該分組所需要的ALG處理。一旦確定了分組類型(即，滿足哪些規則)，處理器302就根據規則資料庫304確定針對該分組的所需要的ALG處理。
[0068]在框716，對連接資料庫進行更新。一旦確定了用於該分組的ALG引擎，就在連接資料庫306中添加新條目，其標識該連接和將用於對與該連接相關聯的分組進行處理的相關聯的ALG處理。一旦使用新連接對連接資料庫306進行了更新，就不需要在該連接條目的使用期，對與該連接相關聯的額外分組執行另外的深度掃描。這節省了處理時間，並且繞過對該連接的額外分組的深度掃描。
[0069]在框718，使用來自連接資料庫的標識針對每一個分組所需要的ALG處理的類型的信息，對分組進行標記。例如，在一個實施例中，將連接標識符和相關聯的ALG引擎標識符添加到該分組中。因此，使用標識該分組所需要的ALG處理的信息來標記每一個分組。如果不需要ALG處理，則沒有標記與分組相關聯，或者將指示不進行ALG處理的特定標記與該分組相關聯。
[0070]在框720，發送該分組以進行處理。例如，處理器302控制分組發射機308將這些分組轉發到分類和異步分組操縱器(例如，圖4中所示的分組操縱器400)。
[0071 ] 因此，方法700操作以接收和識別用於ALG處理的分組，而無需對每一個分組都進行深度掃描。應當注意的是，方法700僅僅是一種實現，並且可以對方法700的操作進行重新排列或者以其它方式進行修改，使得其它實現是可能的。
[0072]圖8示出了用於實現異步分類和分組操縱的示例性方法800。為了清楚起見，下面參照分組操縱器400來描述方法800。例如，方法800提供了對分組的異步並行和多任務ALG處理。例如，示出了可以並行地執行的兩個處理。這些異步處理規定了以下內容。
[0073]1、當更快速地處理隊列時分組流的RTT降低，這導致該隊列中的分組丟棄的機率更低並且端到端吞吐量增加。
[0074]2、任何單個任務的CPU使用減少。
[0075]3、當將每一分組處理劃分成更小的單元時，CPU的效率增加，這是因為其可以並行處理多個任務，從而增加了系統的空閒時間並因此顯著地減少了電池功耗。
[0076]在一種實現中，處理器402執行一組或多組代碼或指令，以控制分組操縱器400執行下面所描述的功能。
[0077]在框802，通過從NAT查找模塊接收標記的分組，來開始第一處理。例如，從圖2中所示的NAT查找模塊202或者圖3中所示的NAT查找模塊300接收該標記的分組。使用指示針對該分組所需要的ALG處理的類型的信息來標記該分組,或者將該分組與該信息相關聯。還可以對該分組進行標記或者以其它方式指示不需要ALG處理。
[0078]在框804，確定針對所接收的分組是否需要ALG處理。例如，處理器402檢查分組標記來確定是否需要ALG處理，如果需要的話，確定需要哪種類型的ALG處理。如果分組標記指示不需要ALG處理，則該方法前進至框810。如果分組標記指示需要ALG處理，則該方法前進至框806。
[0079]在框810，發送該分組以用於NAT處理。例如，向NAT處理模塊212發送該分組，以進行進一步處理和路由。例如，處理器402控制NAT處理接口 406來向NAT處理模塊212發送該分組。
[0080]在框806，將該分組轉發給通過分組的標記所確定的適當ALG引擎。在一個實施例中，每一個ALG弓丨擎包括輸入隊列和輸出隊列，這些隊列允許ALG弓丨擎按照接收分組的順序，對與多個連接相關聯的分組進行處理。隊列的使用空出了(free up)NAT處理，這是由於當系統等待ALG處理完成時，不需要對分組處理進行暫停或者延遲。例如，一旦選擇的分組輸入到適當的ALG隊列中，就可以在所選擇的分組由ALG引擎進行處理的同時，對額外的分組進行操縱。這種類型的多任務幫助減少對端到端RTT的影響。
[0081]處理器402控制分組發射機408向適當的ALG引擎隊列發送該分組。向ALG引擎通知處於其接收隊列中的該分組，並當ALG引擎對該分組進行處理時，其根據協議規定來轉換該分組的應用有效載荷。在ALG處理完成之後，ALG引擎將該分組放入到其輸出隊列中。
[0082]第二處理開始於框808，其中在框808，在處理之後，從ALG引擎接收處理後的分組。例如，處理後的分組由分組接收機410接收，並傳送給處理器402。隨後，該方法前進至框810，其中在框810，發送處理後的分組以進行NAT處理，如上所述。
[0083]因此，方法800提供了由分組操縱器執行的兩個處理。在第一處理中，將從NAT查找模塊接收的分組導向選擇的ALG引擎以進行ALG處理。在第二處理中，將經ALG處理的分組和不需要ALG處理的任何分組發送給NAT處理模塊，以進行進一步處理。應當注意的是，方法800僅僅是一種實現，並且可以對方法800的操作進行重新排列或者以其它方式進行修改，使得其它實現是可能的。
[0084]圖9示出了示例性NAT查找裝置900。例如，NAT查找裝置900適合用作圖3中所示的NAT查找模塊300。在一個方面，通過包括一個或多個模塊的至少一個集成電路來實現NAT查找裝置900，其中所述一個或多個模塊被配置為提供如本文所描述的NAT查找模塊的各個方面。例如，在一個方面，每一個模塊包括硬體和/或執行軟體的硬體。
[0085]NAT查找裝置900包括第一模塊，第一模塊包括用於對通過選擇的連接接收的分組進行深度掃描，以確定要對該分組執行的選擇的應用層網關(ALG)處理的單元(902)。NAT查找裝置900還包括第二模塊，第二模塊包括用於將所選擇的連接與所選擇的ALG處理進行關聯的單元(904)，其在一個方面包括連接資料庫306。NAT查找裝置900還包括第三模塊，第三模塊包括用於基於所述關聯，對通過所選擇的連接接收的額外分組進行轉發以接收所選擇的ALG處理的單元(906)，其中繞過對所述額外的分組的深度掃描，其在一個方面包括處理器302。
[0086]圖10示出了示例性分類裝置1000。例如，分類裝置1000適合用作圖4中所示的分類模塊400。在一個方面，通過包括一個或多個模塊的至少一個集成電路來實現分類裝置1000，其中所述一個或多個模塊被配置為提供如本文所描述的分類和分組操縱器的各個方面。例如，在一個方面，每一個模塊包括硬體和/或執行軟體的硬體。
[0087]分類裝置1000包括第一模塊，第一模塊包括用於接收標記的分組的單元(1002)，其在一個方面包括NAT查找接口 404。分類裝置1000還包括第二模塊，第二模塊包括用於基於與每一個標記的分組相關聯的ALG處理信息，確定針對每一個標記的分組是否需要任何ALG處理的單元(1004)，其在一個方面包括處理器402。分類裝置1000還包括第三模塊，第三模塊包括用於如果確定針對所選擇的標記的分組需要ALG處理，則將所選擇的標記分組分別傳送給選擇的ALG引擎，以接收ALG處理的單元(1006)，其在一個方面包括分組發射機408。分類裝置1000還包括第四模塊，第四模塊包括用於如果確定針對其它標記的分組不需要ALG處理，則向網絡地址轉換(NAT)處理模塊發送這些其它標記的分組的單元(1008)，其在一個方面包括NAT處理接口 406。
[0088]圖11描繪了用於執行NAT處理的示例性方法1100，其中該方法減少分組掃描需求和對ALG規則的表格查找，從而提供增加的效率。例如，方法1100適合於由圖3中所示的NAT查找模塊300使用。在一種實現中，處理器302執行一組或多組代碼或指令，來控制查找模塊300執行下面所描述的功能。
[0089]在框1102，對通過選擇的連接接收的分組進行深度掃描，以確定要對該分組執行的選擇的應用層網關(ALG)處理。例如，對接收的分組進行深度掃描，以確定可以與規則資料庫306相互參照的關於該分組的信息。例如，處理器302對分組進行深度掃描，以確定來自其報頭、有效載荷和/或該分組的其它方面的信息，從而確定可以用於確定該分組是否滿足規則資料庫304中的規則中的任何一個的關於該分組的信息。處理器302使用來自深度掃描的該信息，來確定該分組滿足規則資料庫304中的哪些規則，並因此確定分組類型。
[0090]在框1104，將所選擇的連接與選擇的ALG處理進行關聯，並且對連接資料庫進行更新。一旦確定了用於該分組的ALG引擎，就在連接資料庫306中添加新條目，其標識該連接和將用於對與該連接相關聯的分組進行處理的相關聯的ALG處理。一旦使用新連接對連接資料庫306進行了更新，就不需要在該連接條目的使用期，對與該連接相關聯的額外分組執行另外的深度掃描。這節省了處理時間，並且繞過對該連接的額外分組的深度掃描。
[0091]在框1106，基於連接資料庫306中的關聯，對通過所選擇的連接接收的額外分組進行轉發以接收所選擇的ALG處理，使得繞過對這些額外分組的深度掃描。例如，處理器302控制分組發射機308將這些分組轉發給分類和異步分組操縱器(例如，圖4中所示的分組操縱器400)。
[0092]因此，方法1100操作以接收並識別用於ALG處理的分組，而無需對每一個分組都進行深度掃描。應當注意的是，方法1100僅僅是一種實現，並且可以對方法1100的操作進行重新排列或者以其它方式進行修改，使得其它實現是可能的。
[0093]圖12描繪了用於分類和分組操縱的示例性方法1200。為了清楚起見，下面參照分組操縱器400來描述方法1200。在一種實現中，處理器402執行一組或多組代碼或指令，來控制分組操縱器400執行下面所描述的功能。
[0094]在框1202，從NAT查找模塊接收標記的分組。例如，從圖2中所示的NAT查找模塊202或者圖3中所示的NAT查找模塊300接收標記的分組。使用指示針對該分組所需要的ALG處理的類型的信息來標記該分組，或者將該分組與該信息相關聯。還可以對該分組進行標記或者以其它方式指示不需要ALG處理。
[0095]在框1204，確定針對所接收的分組是否需要ALG處理。例如，處理器402檢查分組標記來確定是否需要ALG處理，如果需要的話，確定需要哪種類型的ALG處理。如果分組標記指示不需要ALG處理，則該方法前進至框1208。如果分組標記指示需要ALG處理，則該方法前進至框1206。
[0096]在框1206，將該分組轉發給通過分組的標記所確定的適當ALG引擎。在一個實施例中，每一個ALG弓丨擎包括輸入隊列和輸出隊列，這些隊列允許ALG弓丨擎按照接收分組的順序，對與多個連接相關聯的分組進行處理。隊列的使用空出了 NAT處理，這是由於當系統等待ALG處理完成時，不需要對分組處理進行暫停或者延遲。例如，一旦選擇的分組輸入到適當的ALG隊列中，就可以在所選擇的分組由ALG引擎進行處理的同時，進行額外分組的處理。這種類型的多任務幫助減少對端到端RTT的影響。
[0097]處理器402控制分組發射機408向適當的ALG引擎隊列發送該分組。向ALG引擎通知存在於其接收隊列中的該分組，並當ALG引擎對該分組進行處理時，其根據協議規定來轉換該分組的應用有效載荷。在ALG處理完成之後，ALG引擎將該分組放入到其輸出隊列中。
[0098]在框1208，發送該分組以用於NAT處理。例如，已確定不需要對該分組進行ALG處理，將該分組發送給NAT處理模塊212，以進行進一步處理和路由。例如，處理器402控制NAT處理接口 406來向NAT處理模塊212發送該分組。
[0099]因此，方法1200操作以從NAT查找模塊接收標記的分組。如果需要ALG處理，則將這些分組發送給適當的ALG引擎。如果不需要ALG處理，則直接將這些分組發送給NAT處理模塊。應當注意的是，方法1200僅僅是一種實現，並且可以對方法1200的操作進行重新排列或者以其它方式進行修改，使得其它實現是可能的。
[0100]在一個或多個示例性的實施例中，所描述的功能可以用硬體、軟體、固件或其任意組合的方式來實現。如果用軟體來實現，則可以將這些功能作為一個或多個指令或代碼存儲在或傳送到計算機可讀介質上。計算機可讀介質包括非臨時性計算機存儲介質和通信介質，其中通信介質包括便於從一個地方向另一個地方傳送電腦程式的任何介質。計算機存儲介質可以是計算機能夠存取的任何可用介質，並且還可以稱為電腦程式產品。舉例說明而非限制性地，這種計算機可讀介質可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光碟存儲器、磁碟存儲器或其它磁存儲設備、或者能夠用於攜帶或存儲具有指令或數據結構形式的期望的程序代碼並能夠由計算機進行存取的任何其它介質。此外，任何連接都可以適當地稱為計算機可讀介質。例如，如果軟體是使用同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數字用戶線(DSL)或者諸如紅外線、無線和微波之類的無線技術從網站、伺服器或其它遠程源傳輸的，那麼同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、DSL或者諸如紅外線、無線和微波之類的無線技術包括在所述介質的定義中。如本文所使用的磁碟和光碟包括壓縮光碟(CD)、雷射光碟、光碟、數字多功能光碟(DVD)、軟盤和藍光光碟，其中磁碟通常磁性地複製數據，而光碟則用雷射光學地複製數據。上面各項的組合也應當包括在計算機可讀介質的範圍之內。
[0101]為了使本領域任何技術人員能夠實現或者使用本發明，提供了對所公開的方面的描述。對於本領域技術人員來說，對這些方面的各種修改是顯而易見的，並且本文定義的總體原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的基礎上適用於其它方面(例如，在即時消息傳送服務或者任何通用無線數據通信應用中)。因此，本發明並不旨在限於本文所給出的這些方面，而是與符合本文公開的原理和新穎性特徵的最廣範圍相一致。本文專門使用的「示例性的」一詞意味著「用作例子、例證或說明」。本文描述為「示例性」的任何方面不應被解釋為比其它方面更優選或更具優勢。
[0102]因此，雖然本文示出和描述了用於高效的NAT和ALG處理的裝置和方法的各個方面，但是應當清楚的是，在不脫離它們的精神或本質特徵的基礎上，可以對這些方面做出各種修改。因此，本文的公開內容和描述是說明性的，而不是對下面的權利要求中闡述的本發明的範圍的限制。
【權利要求】
1.一種用於進行分組路由的方法，包括: 對通過選擇的連接接收的分組進行深度掃描，以確定要對所述分組執行的選擇的應用層網關(ALG)處理； 將所述選擇的連接與所述選擇的ALG處理進行關聯；以及 基於所述關聯，對通過所述選擇的連接接收的額外分組進行轉發以接收所述選擇的ALG處理，並且其中對所述額外分組的深度掃描被繞過。
2.根據權利要求1所述的方法，還包括: 維持對與一個或多個ALG處理相關聯的一個或多個規則分別進行標識的規則資料庫；以及 確定所述分組滿足 所述一個或多個規則中的哪一些，以確定所述選擇的ALG處理。
3.根據權利要求1所述的方法，所述關聯包括:維持將所述選擇的連接與所述選擇的ALG處理進行關聯的連接資料庫。
4.根據權利要求1所述的方法，所述深度掃描包括:對分組報頭和分組有效載荷中的至少一個進行掃描，以確定要對所述分組執行的所述選擇的應用層網關(ALG)處理。
5.根據權利要求1所述的方法，所述轉發包括:使用ALG處理信息標記所述分組和所述額外分組以形成標記的分組，並且其中所述ALG處理信息包括標識要執行的所述選擇的ALG處理的信息。
6.根據權利要求5所述的方法，還包括: 接收所述標記的分組； 基於與每一個標記的分組相關聯的所述ALG處理信息，確定針對每一個標記的分組是否需要任何ALG處理； 如果確定針對選擇的標記分組需要ALG處理，則將所述選擇的標記分組分別傳送給選擇的ALG引擎，以接收ALG處理；以及 如果確定針對其它標記分組不需要ALG處理，則向網絡地址轉換(NAT)處理模塊發送所述其它標記分組。
7.根據權利要求6所述的方法，所述傳送包括:將所述選擇的標記分組分別輸入到與所述選擇的ALG引擎相關聯的選擇的輸入隊列。
8.根據權利要求6所述的方法，還包括: 從所述選擇的ALG引擎接收經處理的分組；以及 將所述經處理的分組轉發給所述NAT處理模塊。
9.根據權利要求8所述的方法，所述接收包括:分別從與所述選擇的ALG引擎相關聯的選擇的輸出隊列接收所述經處理的分組。
10.一種用於進行分組路由的裝置，包括: 處理器，其被配置為對通過選擇的連接接收的分組進行深度掃描，以確定要對所述分組執行的選擇的應用層網關(ALG)處理； 資料庫，其被配置為將所述選擇的連接與所述選擇的ALG處理進行關聯；以及分組發射機，其被配置為基於所述關聯，對通過所述選擇的連接接收的額外分組進行轉發以接收所述選擇的ALG處理，並且其中對所述額外分組的深度掃描被繞過。
11.根據權利要求10所述的裝置，所述處理器被配置為:維持對與一個或多個ALG處理相關聯的一個或多個規則分別進行標識的規則資料庫；以及 確定所述分組滿足所述一個或多個規則中的哪一些，以確定所述選擇的ALG處理。
12.根據權利要求10所述的裝置，所述資料庫被配置為:維持連接和ALG處理之間的關聯。
13.根據權利要求10所述的裝置，所述處理器被配置為:對分組報頭和分組有效載荷中的至少一個進行深度掃描，以確定要對所述分組執行的所述選擇的應用層網關(ALG)處理。
14.根據權利要求10所述的裝置，所述處理器被配置為:使用ALG處理信息標記所述分組和所述額外分組以形成標記的分組，並且其中所述ALG處理信息包括標識要執行的所述選擇的ALG處理的信息。
15.根據權利要求10所述的裝置，還包括: 第一接口，其被配置為接收所述標記的分組； 第二處理器，其被配置為基於與每一個標記的分組相關聯的所述ALG處理信息，確定針對每一個標記的分組是否需要ALG處理； 第二分組發射機，其被配置為如果確定針對選擇的標記分組需要ALG處理，則將所述選擇的標記分組分別傳送給選擇的ALG引擎，以接收ALG處理；以及 第二接口，其被配置為如果確定針對其它標記分組不需要ALG處理，則向網絡地址轉換(NAT)處理模塊發送所述其它標記分組。
16.根據權利要求15所述的裝置，所述第二分組發射機被配置為將所述選擇的標記分組分別傳送到與所述選擇的ALG引擎相關聯的選擇的輸入隊列。
17.根據權利要求15所述的裝置，還包括: 分組接收機，其被配置為從所述選擇的ALG引擎接收經處理的分組；以及 所述第二接口，其被配置為向所述NAT處理模塊發送所述經處理的分組。
18.根據權利要求17所述的裝置，所述分組接收機被配置為分別從與所述選擇的ALG引擎相關聯的選擇的輸出隊列接收所述經處理的分組。
19.一種用於進行分組路由的裝置，包括: 用於對通過選擇的連接接收的分組進行深度掃描，以確定要對所述分組執行的選擇的應用層網關(ALG)處理的單元； 用於將所述選擇的連接與所述選擇的ALG處理進行關聯的單元；以及用於基於所述關聯，對通過所述選擇的連接接收的額外分組進行轉發以接收所述選擇的ALG處理的單元，並且其中對所述額外分組的深度掃描被繞過。
20.根據權利要求19所述的裝置，還包括: 用於維持對與一個或多個ALG處理相關聯的一個或多個規則分別進行標識的規則資料庫的單元；以及 用於確定所述分組滿足所述一個或多個規則中的哪一些，以確定所述選擇的ALG處理的單元。
21.根據權利要求19所述的裝置，所述用於關聯的單元包括:用於維持將所述選擇的連接與所述選擇的ALG處理進行關聯的連接資料庫的單元。
22.根據權利要求19所述的裝置，所述用於深度掃描的單元包括:用於對分組報頭和分組有效載荷中的至少一個進行深度掃描，以確定要對所述分組執行的所述選擇的應用層網關(ALG)處理的單元。
23.根據權利要求19所述的裝置，所述用於轉發的單元包括:用於使用ALG處理信息標記所述分組和所述額外分組以形成標記的分組的單元，並且其中所述ALG處理信息包括標識要執行的所述選擇的ALG處理的信息。
24.根據權利要求19所述的裝置，還包括: 用於接收所述標記的分組的單元； 用於基於與每一個標記的分組相關聯的所述ALG處理信息,確定針對每一個標記的分組是否需要任何ALG處理的單元； 用於如果確定針對選擇的標記分組需要ALG處理，則將所述選擇的標記分組分別傳送給選擇的ALG引擎，以接收ALG處理的單元；以及 用於如果確定針對其它標記分組不需要ALG處理，則向網絡地址轉換(NAT)處理模塊發送所述其它標記分組的單元。
25.根據權利要求24所述的裝置，所述用於傳送的單元包括:將所述選擇的標記分組分別輸入到與所述選擇的ALG引擎相關聯的選擇的輸入隊列中。
26.根據權利要求24所述的裝置，還包括: 用於從所述選擇的ALG引擎接收經處理的分組的單元；以及 用於向所述NAT處理模塊轉發所述經處理的分組的單元。
27.根據權利要求26所述的裝置，所述用於接收的單元包括:用於分別從與所述選擇的ALG引擎相關聯的選擇的輸出隊列接收所述經處理的分組的單元。
28.一種用於進行分組路由的電腦程式產品，包括: 非臨時性計算機可讀介質，其體現可由處理器執行以進行以下操作的指令: 對通過選擇的連接接收的分組進行深度掃描，以確定要對所述分組執行的選擇的應用層網關(ALG)處理； 將所述選擇的連接與所述選擇的ALG處理進行關聯；以及 基於所述關聯，對通過所述選擇的連接接收的額外分組進行轉發以接收所述選擇的ALG處理，並且其中對所述額外分組的深度掃描被繞過。
29.根據權利要求28所述的計算機可讀介質，所述指令被配置為使所述處理器執行以下操作: 維持對與一個或多個ALG處理相關聯的一個或多個規則分別進行標識的規則資料庫；以及 確定所述分組滿足所述一個或多個規則中的哪一些，以確定所述選擇的ALG處理。
30.根據權利要求28所述的計算機可讀介質，所述指令被配置為使所述處理器在資料庫中維持連接和ALG處理之間的關聯。
31.根據權利要求28所述的計算機可讀介質，所述指令被配置為使所述處理器對分組報頭和分組有效載荷中的至少一個進行深度掃描，以確定要對所述分組執行的所述選擇的應用層網關(ALG)處理。
32.根據權利要求28所述的計算機可讀介質，所述指令被配置為使所述處理器使用ALG處理信息標記所述分組和所述額外分組以形成標記的分組，並且其中所述ALG處理信息包括標識要執行的所述選擇的ALG處理的信息。
33.根據權利要求28所述的計算機可讀介質，所述指令被配置為使所述處理器執行以下操作: 接收所述標記的分組； 基於與每一個標記的分組相關聯的所述ALG處理信息，確定針對每一個標記的分組是否需要ALG處理； 如果確定針對選擇的標記分組需要ALG處理，則將所述選擇的標記分組分別傳送給選擇的ALG引擎，以接收ALG處理；以及 如果確定針對其它標記分組不需要ALG處理，則向網絡地址轉換(NAT)處理模塊發送所述其它標記分組。
34.根據權利要求33所述的計算機可讀介質，所述指令被配置為使所述處理器將所述選擇的標記分組分別傳送到與所述選擇的ALG引擎相關聯的選擇的輸入隊列。
35.根據權利要求33所述的計算機可讀介質，所述指令被配置為使所述處理器執行以下操作: 從所述選擇的ALG引擎接收經處理的分組；以及 向所述NAT處理模塊發送所述經處理的分組。
36.根據權利要求35所述的計算機可讀介質，所述指令被配置為使所述處理器分別從與所述選擇的ALG引擎相關聯的選擇的輸出隊列接收所述經處理的分組。
37.一種用於進行分組路由的裝置，包括: 第一接口，其被配置為接收標記的分組； 處理器，其被配置為基於與每一個標記的分組相關聯的所述ALG處理信息，確定針對每一個標記的分組是否需要ALG處理； 分組發射機，其被配置為如果確定針對選擇的標記分組需要ALG處理，則將所述選擇的標記分組分別傳送給選擇的ALG引擎，以接收ALG處理；以及 第二接口，其被配置為如果確定針對其它標記分組不需要ALG處理，則向網絡地址轉換(NAT)處理模塊發送所述其它標記分組。
38.根據權利要求37所述的裝置，所述分組發射機被配置為將所述選擇的標記分組分別傳送到與所述選擇的ALG引擎相關聯的選擇的輸入隊列。
39.根據權利要求37所述的裝置，還包括: 分組接收機，其被配置為從所述選擇的ALG引擎接收經處理的分組；以及 所述第二接口，其被配置為向所述NAT處理模塊發送所述經處理的分組。
40.根據權利要求39所述的裝置，所述分組接收機被配置為分別從與所述選擇的ALG引擎相關聯的選擇的輸出隊列接收所述經處理的分組。
41.一種用於進行分組路由的方法，包括: 接收標記的分組； 基於與每一個標記的分組相關聯的所述ALG處理信息，確定針對每一個標記的分組是否需要任何ALG處理； 如果確定針對選擇的標記分組需要ALG處理，則將所述選擇的標記分組分別傳送給選擇的ALG引擎， 以接收ALG處理；以及 如果確定針對其它標記分組不需要ALG處理，則向網絡地址轉換(NAT)處理模塊發送所述其它標記分組。
42.根據權利要求41所述的方法，所述傳送包括:將所述選擇的標記的分組分別輸入到與所述選擇的ALG引擎相關聯的選擇的輸入隊列中。
43.根據權利要求41所述的方法，還包括: 從所述選擇的ALG引擎接收經處理的分組；以及 向所述NAT處理模塊轉發所述經處理的分組。
44.根據權利要求43所述的方法，所述接收包括:分別從與所述選擇的ALG引擎相關聯的選擇的輸出隊列接收所述經處理的分組。
【文檔編號】H04L29/12GK103999435SQ201280062382
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2012年12月19日 優先權日:2011年12月19日
【發明者】V·S·K·萬格拉, A·米特拉, R·特裡帕蒂 申請人:高通股份有限公司