高效IP分片重组的设计与实现

(3) 13位分片偏移量 :每一个分片都要设置该 字段值 ,用来指明其在原始数据报中的位置 ,用 8个 字节的倍数来表示 。
(4) 1位分片标志 :如果没有分片 ,则该标志设 定为 0;如果数据报进行了分片 ,则除了最后一个分 片将该字段设置为 0外 ,其余各分片都应该设为 1。
每个数据报分片在网络中进行独立传输 ,因此 , 在经过中间路由节点时 ,可能会选择不同的路由抵 达目的主机 ,这样 ,抵达目的主机的各个 IP数据报 分片的顺序与其发送顺序极有可能不同 。所以 ,目 的主机的 IP协议必须根据数据报中的相关字段 (标 识 、长度 、偏移量等 )将这些分片数据重组为原始的 数据报 ,然后提交到上层协议 。在重组过程中 ,各个 数据报分片必须具有相同的标识 、相同的用户协议 值以及相同的源和目的 IP地址 ,并且在一定时间内 必须全部到齐 。 IP协议将满足上述条件的数据报 分段按照偏移量顺序排队 ,且只保留第一个分片的 报头 ,删除其他的分片报头 ,组装成一个完整的原始 IP数据报 ,并重新计算报文长度 ,填入相应的报文 字段中 。最后 ,按照组装完毕的报文中的用户协议 值提交给上层协议 。 IP分片重组过程可如图 1 所 示。
伸展树 ( Sp lay Tree)是由 1999年图灵奖得主普 林斯顿大学计算机系教授罗伯特 ·塔扬发明的 ,是 一种二叉排序树 ,但比其他任何平衡树更简单 ,空间 管理更 有 效 , 更 加 快 速 , 更 加 灵 活 。伸 展 树 能 在 O ( log n)内完成插入 、查找和删除操作 ,这是一个非 常重要的性能保证 ,保证了 IP分片重组的高效性 。
3)根据该 IP包的四元组对应值查找 IP包伸展 树 ,看是否已建立该 IP分片的 IP包节点 。如果不 存在 IP包节点 ,则新建 IP包节点 ,插入到 IP包伸展 树 ,再以该 IP包节点 作为根节点 ,初始化分片树 , 将此 IP分片插入到该 IP分片树 。对于 IP包的第一 个分片 ,要为其新建一个 IP包节点 ,并为该 IP包节 点新建一棵 frag伸展树 (该树为空 ) 。然后将这第 一个分片插入到该 IP包节点的伸展树中 ,并将该 IP 包节点再插入到 IP包伸展树中 。
对对该 IP包节点下的 FRAG伸展树进行前序遍历 , 做这个判断的好处是可以减少前序遍历的次数 。
第一个 分 片 特 点 是 IP 分 片 偏 移 量 = 0 并 且
MF =1 最后一个分片特点是 IP分片偏移量 > 0 并且
MF =0 6)通过对 FRAG伸展树进行前序遍历 ,判断所
有的 IP分片是否全部到达并且是否合法 。遍历到 分片 Pi时 ,由 Pi - 1的偏移量和 Pi - 1的数据长度 , 可以得到合法的下一个偏移量 NextOffset。一般的 , Pi Offset = NextOffset,说明 Pi在位置上与 Pi - 1 紧 密相邻 ;但是 ,如果 Pi Offset < NextOffset,说明 Pi在 位置上与 Pi - 1 有重合 ;如果 Pi Offset > NextOffset, 说明 Pi在位置上与 Pi - 1 有空隙 ,分片不完整 ,进 行出错处理 。如果所有分片都满足 :
由于需要进行 IP分片重组的网络数据中可能 有多个被分片的 IP包 ,而每一个 IP包又有多个分 片 ,因此使用两级伸展树存储所有分片 ,第一级伸展 树存储的是 IP包的信息 ,称为“ IP包伸展树 ”,其节 点称为“ IP包节点 ”;第二级伸展树存储的是 IP分 片的信息 ,称为“frag伸展树 ”,其节点称为“frag节 点 ”;如图 2所示 。
No. 5
Oct. , 2008
微 处 理 机
M ICROPROCESSORS
第5 2008年
期 10
月
高效 IP分片重组的设计与实现
王 永 ,张新家
(西北工业大学软件学院 ,西安 710065)
摘 要 : IP分片重组是 TCP / IP协议栈中 IP层所需要实现的不可缺少的功能之一 ,首先分析 了网络中产生 IP分片的原因和 IP分片重组的过程 ,然后论述了采用伸展树这种数据结构实现高 效 IP分片重组的算法 ,最后 ,给出了有关 IP分片重组的一些应用 。
Offset = Pi - 1 Offset, + Pi - 1 Fragsize
则可认为 IP分片已经到齐 ,可以重组 IP包 。
7)对于 IP包的最后一个分片 ,要对 IP包长度
进行一次合法性检查 。由下面公式可以得到 IP包
的数据总长度 :
(下转第 177页 )
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关键词 : TCP / IP; IP分片 ;伸展树 ;网络入侵检测 中图分类号 : TP393 文献标识码 : A 文章编号 : 1002 - 2279 (2008) 05 - 0172 - 02
D esign and Rea liza tion of H igh Performance IP Fragm en ta tion Rea ssem bly
现 IP分片重组的算法 : 1)首先按照 (源 IP地址 、目的 IP地址 、IP标识
号 、p rotocol协议类型 )四元组建立 IP包伸展树 ,并 以该四员组作为该树的比较查找函数 。
2)每来一个 IP包 ,首先检测其是否为 IP分片 , 若未分片 ,不做处理 。分片识别规则是 :如果 IP数 据报的“分片偏移量 ”和 M F标志同时为零 ,则说明 该 IP数据报未经过分片处理 ;否则 ,就是一个 IP分 片。
5期
王 青等 :基于四象限调速的直流电机控制器设计
·177·
电机电枢两端的电压为 :
UO
=(
t1 T
-
T
T
t1
)
Us
= (2
t1 T
- 1) Us
= ( 2α - 1) Us
(2)
所以通过调节 α值的大小可控制电机的转速
和转向 ,当 α在 0 - 0. 5 之间时 , UO 小于零 ,电机反 转且 α = 0时转速最大 ;当 α在 0. 5 - 1 之间时 , UO 大于零 ,电机正转且 α = 1 时转速最大 。其中 α值 是由单片机判断光电编码器的 2 路信号来确定的 。 单片机每 25m s对光电编码器信号处理后的变量进 行检测 ,当前电机正转时 ,若判断需要加速正转则以 每 25m s占空比递增 5%的速率分级加速到光电编 码器设定的占空比 ,若判断需要停机则立即将占空 比调节到 50% ,若判断需要反转则先将占空比立即 调到 50% ,再以每 25m s占空比递减 5%的速率分级 反向加速到光电编码器设定的占空比 。在程序中 , 电压加速时采用分级加速是十分必要的 ,否则 ,流经 电机的电流会过大 ,有可能烧坏电机 ,对系统造成损 失 。 PWM 波输出控制的流程图如图 4所示 。
IP分片重组是 TCP / IP 协议栈中 IP 层需要实 现的不可缺少的功能之一 。 IP数据报中与 IP分片 相关的字段如下 (参照 TCP / IP协议中 IP数据报格 式):
(1) 16位报文标识 :数据报的唯一标识 。同一 数据报的不同分段中都设置相同的报文标识 。
(2) 16位报文总长度 :对于每一个数据报的分 片 ,都要重新计算其报文长度 。
5期
王 永等 :高效 IP分片重组的设计与实现
·173·
图 1 IP分片重组后的 IP数据报
2 IP分片重组的设计与实现
为了能够高效率的完成 IP分片重组 ,用于保存 数据报分片的数据结构必须能做到 :为构成某个特 定数据报的一组数据报分片快速定位 ;在一组数据 报分片中快速插入新的数据报分片 ;有效地判断一 个完整的的数据报是否已全部到达 ;具有数据报分 片超时机制 ,并且 ,如果在重组完成之前定时器溢 出 ,则删除数据报片 。采用一种叫做伸展树的数据 结构来满足高效 IP分片重组对数据结构的要求 。
4)如果存在 IP包节点 ,则以 IP分片的 OFFSET 值在 IP分片包伸展树内查找 ,如果找到 ,则说明分 片重复 ,丢弃该分片 ,否则插入该分片到树的相应位 置。
5)如果 IP包节点的第一个分片和最后一个分 片都已经到达 ,可以认为大部分 IP分片都已到达 , 对所有分片进行完整性检查 。因为完整性检查需要
Key words: TCP / IP; IP Fragm entation; Sp lay Tree; Network Intrusion Detection
1 概 述
每一种包交换网络技术对在一个物理帧所能传 输的数据量都有一个上限 ,一般称这个上限为这种物 理网络的最大传输单元 ,即 MTU (maximum transfer unit) 。不同的物理网络有不同的〗最大传输单元。互 联网上的 IP数据报要通过许多具有不同 MTU 的物 理网络。因此 ,在从一个具有较大 MTU 的网络转发 到一个具有较小 MTU 的网络时 ,路由器需要把大的 IP数据报分割成小的 IP数据报分片 ,以便能装载到 具有较小 MTU的网络物理帧中 ,此过程称为 IP数据 报的分片。目的主机不断累积到达的数据报分片 , 在所有的数据报分片到达后 ,将它们重新组合生成 完整的数据报 ,此过程称为 IP数据报的分片重组 。
5 结 束 语
系统经测试表明 ,通过调节光电编码器可有效 地实现电机的四象限运行 ,并且由霍尔电流传感器 达到保护作用 。经过实际运行表明文中研制的基于 四象限调速的直流电机控制系统达到了设计要求 。
图 4 PWM 波输出控制流程图
参考文献 : [ 1 ] 王兆安 ,黄俊. 电力电子技术 [M ]. 北京 : 机械工业出
图 2 IP分片两组伸展树结构
伸展树作为一种 BST,树节点之间也有比较关 系 , IP包节点之间的比较是在 (源 IP地址 、目的 IP 地址 、IP标识号 ( ip id) 、p rotocol协议类型 )四元组 进行的 ; frag节点之间的比较是对 IP的偏移量字段 进行比较 。通过比较 ,可以迅速地在伸展树上找到 需要插入 、删除或者进行计算的结点 。下面给出实