XDP VNP虚拟以太网关（章节：三）

重点：关于重新注入内核

备注：基于AF_XDP技术原理，我们并不能通过它重新注入内核，因为它对外发帧时会绕过内核协议栈直通传递到网卡驱动，但可以采用 PF_RING、TUN/TAP、LIBPCAP、AF_PACKET_V3/4 等方式重新注入到内核。

四、自定义路由系统设计

4.1 RIB/FIB路由架构

本系统实现了一套完整的自定义路由系统，独立于操作系统内核路由表，为每个数据包提供灵活的路由决策能力。RIB（路由信息库）负责存储路由策略，FIB（转发信息库）负责快速查找和执行转发决策。

4.1.1 路由结构

4.2 NAT状态跟踪系统

本地转发流量需要NAT状态跟踪，以确保回程流量能够正确转发到原始客户端。本系统实现了完整的NAT状态机，支持TCP、UDP和ICMP协议的状态跟踪。

4.2.1 NAT状态跟踪流程

五、主动RST响应机制

5.1 RST响应触发条件

在某些情况下，系统需要主动发送TCP RST数据包来终止连接。这主要发生在以下场景：

1. 路由策略拒绝：当路由决策决定拒绝某个连接时
2. 资源分配失败：无法分配NAT资源或隧道资源时
3. 安全策略拦截：连接违反安全策略规则时
4. 连接状态异常：检测到异常连接状态时

5.2 RST响应生成流程

六、单网卡架构下的流量处理

6.1 单网卡流量分离机制

在单网卡架构下，系统需要处理三种不同类型的流量：本地管理流量、VNP隧道流量和本地转发流量。通过智能的流量分类和转发机制，实现在单一物理接口上的流量分离。

6.2 本地转发流量处理机制

本地转发流量是指那些需要经过NAT转换后发送到本地物理网关的流量。这些流量不经过VNP隧道，直接使用本地运营商的网络出口。

6.2.1 本地转发处理流程

七、系统配置与管理

7.1 虚拟网关配置方案

系统支持两种虚拟网关配置模式，适应不同的部署环境和需求。

7.2 路由策略配置示例

系统通过配置文件定义路由策略，支持多种匹配条件和动作类型。

7.2.1 路由策略配置结构

路由策略配置:
├── 全局设置
│   ├── 默认动作: VNP隧道
│   ├── DNS默认策略: 本地解析
│   └── 日志级别: 信息
├── 域名规则
│   ├── 匹配模式: 后缀匹配
│   ├── 规则列表:
│   │   ├── *.github.com -> VNP隧道
│   │   ├── *.cloudflare.com -> VNP隧道
│   │   ├── *.cn -> 本地网关
│   │   └── *.local -> 本地网关
├── IP地址规则
│   ├── CIDR匹配
│   ├── 规则列表:
│   │   ├── 10.0.0.0/8 -> 本地网关
│   │   ├── 192.168.0.0/16 -> 本地网关
│   │   └── 0.0.0.0/0 -> VNP隧道
├── 端口规则
│   ├── 端口范围匹配
│   ├── 规则列表:
│   │   ├── 80,443 -> VNP隧道
│   │   └── 53 -> DNS特殊处理
└── 协议规则
    ├── 协议类型匹配
    └── 规则列表:
        ├── TCP -> 智能处理
        └── UDP -> 快速处理

八、总结

本方案设计了一个基于XDP技术的高性能VNP虚拟以太网关系统，预期可以实现在10G/25G网络环境下的线速处理能力。

重点：

1. XDP与AF_XDP协同处理：利用XDP实现内核态高速过滤，AF_XDP实现用户态灵活处理，平衡性能与功能需求。

2. TCP连接智能豁免：通过SYN包检测和MAPS状态跟踪，实现TCP连接的智能豁免机制，充分利用内核协议栈的TCP优化能力。

3. DNS智能分流：实现基于域名的DNS流量分流，支持CDN优化和访问控制，解决跨境网络访问的常见问题。

4. 自定义路由系统：构建独立的RIB/FIB路由系统，实现灵活的路由策略控制，支持复杂的流量工程需求。

5. 单网卡流量分离：在单一物理接口上实现管理流量、VNP流量和本地流量的智能分离和转发。

6. 主动RST响应机制：在资源分配失败或策略拒绝时，能够主动发送TCP RST数据包，优雅地终止连接。