DPDK——IP分片和重组库

一. 缘由

在网络数据包处理过程中，大量的包处理，就涉及到IP分片和重组。TCP/IP协议原理中，有对为什么要IP分片有描述。

在TCP/IP分层中，数据链路层用MTU（Maximum Transmission Unit，最大传输单元）来限制所能传输的数据包大小，MTU是指一次传送的数据最大长度，不包括数据链路层数据帧的帧头，如以太网的MTU为1500字节，实际上数据帧的最大长度为1512字节，其中以太网数据帧的帧头为12字节。

当发送的IP数据报的大小超过了MTU时，IP层就需要对数据进行分片，否则数据将无法发送成功。

二. 介绍

该库实现IPv4和IPv6包分片和重组。

1. 包分片

包分片程序将一个包分解为多个分片。rte_ipv4_fragment_packet()和rte_ipv6_fragment_packet()函数都假定输入mbuf数据指向分组的IP报头的开始（即L2报头已经被剥离）。

为避免实际包的拷贝，rte_pktmbuf_attach()使用了零拷贝技术。

对于么每个分片将创建两个新的mbufs结构：

Direct mbuf--mbuf将包含新分片的L3头部。

Indirect mbuf--mbuf将附加在原始数据包上。它的数据域指针指向原始数据包附加偏移的开始处。

L3 头部从原来mbuf结构中赋值到direct mbuf结构，并且更新分片状态。注意IPv4，头部校验和不会重新计算，且校验和置位0。

最后，通过mbuf的下一个文件将每个片段的“直接”和“间接”mbuf链接在一起，以构成新片段的数据包。

调用者有能力明确指定哪些mempools应用于从中分配“直接”和“间接”mbufs。

2. 包重组

2.1 IP分片表

分片表维持一个已经接受的包的分片信息。每个Ip 包有一个唯一的标识，通过三元组源ip-目的ip-id。

注意：所有的更新和查找操作为非线程安全的。因此，如果不同的执行上下文（线程/进程）将同时访问同一个表，那么必须提供一些外部同步机制。

每个表条目能够持有信息关于包由多少分片组成（ RTE_LIBRTE_IP_FRAG_MAX，默认为4）。

代码例子，说明一个分片表的创建：

     frag_cycles = (rte_get_tsc_hz() + MS_PER_S - 1) / MS_PER_S * max_flow_ttl;bucket_num = max_flow_num + max_flow_num / 4;frag_tbl = rte_ip_frag_table_create(max_flow_num, bucket_entries, max_flow_num, frag_cycles, socket_id);

内部分片表是一个简单的hash表。这个基本做法是用两个hash函数和桶条目组成。提供了2 * <bucket_entries>可能的位置为每个key的hash表。当发生冲突并且所有2 * <bucket_entries>都被占用时，ip_frag_tbl_add（）只是返回失败，而不是将现有的Key重新插入到另外的位置。

而且，表中长于<max cycles>的条目也被认为是无效的，可以被新的条目删除/替换。

请注意，重新组合需要分配很多mbuf。在任何给定时间（2*bucket_entries*RTE_LIBRTE_IP_FRAG_MAX*<每个数据包的最大mbufs数>>）可以存储在等待剩余片段的Fragment Table中。

2.2 包重组

通过rte_ipv4_frag_reassemble_packet()/rte_ipv6_frag_reassemble_packet完成分片和重组处理。它们返回一个指向有效mbuf的指针，它包含重新组合的数据包，或者返回NULL（如果数据包由于某种原因而无法重新组合）。

这些函数负责：

1、用包的三元组（src_ip，dest_ip，id）搜索分片表。

2、如果条目发现，检查条目是否超时。如果超时，释放前面所有分片，然后移除关于这个条目的所有信息。

3、如果这个key没有找到相关条目，按照如下步骤尝试创建一个新的：

a.用作空条目。

b.删除超时条目，释放相关mbufs，存储一个指定key的新条目。

4、用新的分片信息更新条目，并且检查一个包是否被重组。（这个包条目包含所有的分片）。

a.如果是，重组包，标记表的条目为空，并返回一个重组mbuf的调用。

b.如果不是，返回一个NULL给调用者。

如果在分组处理的任何阶段遇到错误（例如：不能将新条目插入片段表或无效/超时片段），则该函数将释放所有与分组片段相关联的标记表条目作为无效并将NULL返回给调用者。

2.3 调试日志和统计收集

RTE_LIBRTE_IP_FRAG_TBL_STAT配置宏控制片段表的统计信息收集。此宏默认情况下未启用

RTE_LIBRTE_IP_FRAG_DEBUG控制IP片段处理和重新组装的调试日志记录。默认情况下禁用此宏。请注意，在日志记录包含大量详细信息时，会减慢数据包处理速度，并可能导致丢失大量数据包。

三. 源码

     /* if this is an IPv4 packet */if (m->ol_flags & PKT_RX_IPV4_HDR) {struct ipv4_hdr *ip_hdr;uint32_t ip_dst;/* Read the lookup key (i.e. ip_dst) from the input packet */ip_hdr = rte_pktmbuf_mtod(m, struct ipv4_hdr *);ip_dst = rte_be_to_cpu_32(ip_hdr->dst_addr);/* Find destination port */if (rte_lpm_lookup(rxq->lpm, ip_dst, &next_hop) == 0 &&(enabled_port_mask & 1 << next_hop) != 0) {port_out = next_hop;/* Build transmission burst for new port */len = qconf->tx_mbufs[port_out].len;}/* if we don't need to do any fragmentation */if (likely (IPV4_MTU_DEFAULT >= m->pkt_len)) {qconf->tx_mbufs[port_out].m_table[len] = m;len2 = 1;} else {len2 = rte_ipv4_fragment_packet(m,&qconf->tx_mbufs[port_out].m_table[len],(uint16_t)(MBUF_TABLE_SIZE - len),IPV4_MTU_DEFAULT,rxq->direct_pool, rxq->indirect_pool);/* Free input packet */rte_pktmbuf_free(m);/* If we fail to fragment the packet */if (unlikely (len2 < 0))return;}

原文链接：https://blog.csdn.net/pangyemeng/article/details/77644939

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