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UDP 分段卸载 (USO)

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Windows 10 版本 2004 及更高版本中支持的 UDP 分段卸载（USO）是一项使网络接口卡（NIC）能够卸载大于网络介质最大传输单元（MTU）的 UDP 数据报分段的功能。 通过这样做，Windows 可减少与每个数据包 TCP/IP 处理关联的 CPU 利用率。 USO 的要求类似于 TCP 传输协议的大型发送卸载版本 2 (LSOv2)。

USO 的要求

本部分主要指 NDIS 协议和微型端口驱动程序。 NDIS 轻型筛选器驱动程序（LWFs）在修改或发送数据包时必须遵循协议驱动程序的要求，并且可以假设提供给其 FilterSendNetBufferLists 处理程序的任何数据包都满足协议驱动程序的要求。

微型端口驱动程序可以卸载大于网络介质 MTU 的大型 UDP 数据包的分段。 支持大型 UDP 数据包分段的 NIC 还必须能够执行以下操作：

  • 为包含 IPv4 选项的发送数据包计算 IP 校验和
  • 计算已发送数据包的 UDP 校验和

支持 USO 的微型端口驱动程序必须根据 NET_BUFFER_LIST 结构的带外 (OOB) 信息确定卸载类型。 如果 NDIS_UDP_SEGMENTATION_OFFLOAD_NET_BUFFER_LIST_INFO 结构的值非零，则微型端口驱动程序必须执行 USO。 任何包含 USO OOB 数据的 NET_BUFFER_LIST 也包含一个 NET_BUFFER 结构。 但是，如果微型端口驱动程序收到了关闭 USO 的 OID_TCP_OFFLOAD_PARAMETERS 文件，微型端口驱动程序在成功完成 OID 后，应拒绝并返回任何设置了 USO OOB 字段的 NET_BUFFER_LIST。

TCP/IP 传输仅卸载满足以下条件的 UDP 数据包：

  • 数据包是 UDP 数据包。
  • 数据包长度必须大于最大段大小 (MSS) * (MinSegmentCount - 1)。
  • 如果微型端口驱动程序未设置 SubMssFinalSegmentSupported 功能，则传输层卸载的每个大型 UDP 数据包必须具有 Length % MSS == 0。 也就是说，大型数据包可以分成 N 个数据包，每个数据包段完全包含 MSS 用户字节。 如果微型端口驱动程序设置 SubMssFinalSegmentSupported 功能，则传输上的此数据包长度可除性条件不适用。 换句话说，最终段可以小于 MSS。
  • 数据包不是环回数据包。
  • UDP/IP 传输卸载的大型 TCP 数据包的 IP 标头中的 MF 位将不会被设置，IP 标头中的碎片偏移将为零。
  • 应用程序已指定 UDP_SEND_MSG_SIZE/WSASetUdpSendMessageSize。

在卸载大型 UDP 数据包进行分段之前，TCP/IP 传输执行以下操作：

  • 更新与 NET_BUFFER_LIST 结构关联的大型数据包分段信息。 此信息是一种 NDIS_UDP_SEGMENTATION_OFFLOAD_NET_BUFFER_LIST_INFO 结构，而该结构是 NET_BUFFER_LIST 结构的 OOB 信息的一部分。 TCP/IP 传输将 MSS 值设置为所需的 MSS。
  • 计算 UDP 伪标头的补数和，并将此和写入 UDP 标头的 Checksum 字段。 TCP/IP 传输会计算伪首部中以下字段的补数和：源 IP 地址、目标 IP 地址和协议。

TCP/IP 传输所提供的伪首部的补数和使 NIC 可以提前开始计算每个数据包的真正 UDP 校验和，NIC 可以从大型 UDP 数据包中推导出这些数据包，而无需检查 IP 标头。

请注意，RFC 768 和 RFC 2460 规定，伪头是通过源 IP 地址、目标 IP 地址、协议和 UDP 长度（UDP 标头的长度加上 UDP 有效负载的长度（不包括伪头的长度）计算的。 但是，由于基础微型端口驱动程序和 NIC 从 TCP/IP 传输所传递的大数据包中生成 UDP 数据报，传输不知道每个 UDP 数据报的 UDP 有效负载的大小，因此无法在伪标头文件计算中包含 UDP 长度。 相反，如下部分所述，NIC 会扩展 TCP/IP 传输提供的伪标头文件校验和，以覆盖每个生成的 UDP 数据报的 UDP 长度。

重要

如果 TCP/IP 传输提供的 UDP 标头校验和字段为零，则 NIC 不应执行 UDP 校验和计算。

使用 USO 发送数据包

微型端口驱动程序在其 MiniportSendNetBufferLists 回调函数中获取 NET_BUFFER_LIST 后，可以调用 NET_BUFFER_LIST_INFO 宏（_Id 为 UdpSegmentationOffloadInfo）来获取 MSS 值和 IP 协议。

微型端口驱动程序从第一个 NET_BUFFER 结构的长度中获取大包的总长度，并使用 MSS 值将大型 UDP 包划分为更小的 UDP 包。 每个较小的数据包都包含 MSS 或更少的用户数据字节。 只有从分段大数据包创建的最后一个数据包所含的用户数据字节数应少于 MSS。 从分段数据包创建的所有其他数据包必须包含 MSS 用户数据字节。 如果微型端口驱动程序不符合此规则，则 UDP 数据报未正确传递。 如果微型端口驱动程序未设置 SubMssFinalSegmentSupported 功能，则数据包长度除以 MSS，并且每个分段数据包都包含 MSS 用户字节。

微型端口驱动程序将 MAC、IP 和 UDP 标头附加到从大型数据包派生的每个段。 微型端口驱动程序必须计算这些派生数据包的 IP 和 UDP 校验和。 为计算从大型 UDP 数据包衍生出的每个数据包的 UDP 校验和，NIC 会计算 UDP 校验和（UDP 标头和 UDP 有效负载）的变量部分，将此校验和与 TCP/IP 传输计算的伪标头的 1 的补数和相加，然后计算校验和的 16 位 1 的补数。 有关计算此类校验和的详细信息，请参阅 RFC 768 和 RFC 2460。

大型 UDP 数据包中的 UDP 用户数据的长度必须小于或等于微型端口驱动程序分配给 MaxOffLoadSize的值。

驱动程序在发出状态指示以更改为 MaxOffLoadSize后，如果收到使用先前 MaxOffLoadSize 值的 LSO 发送请求，则不得导致错误检查。 相反，驱动程序必须拒绝发送请求。 驱动程序必须出于任何原因（包括大小、最小段数、IP 选项等）而无法执行任何发送请求。 如果驾驶员的能力发生更改，则必须尽快发送状态指示。

独立发出状态指示（报告 MaxOffLoadSize 值更改）的中间驱动程序必须确保未发出状态指示的基础微型端口适配器不会获取大于微型端口适配器报告的 MaxOffLoadSize 值的任何数据包。

响应 OID_TCP_OFFLOAD_PARAMETERS 以关闭 USO 服务的微型端口中间驱动程序必须为 USO 请求仍可到达微型端口驱动程序的一小段时间窗口做好准备。

派生自大型 UDP 数据包的分段数据包数必须等于或大于微型端口驱动程序指定的 MinSegmentCount 值。

处理大型 UDP 数据包时，微型端口驱动程序仅负责将数据包分段，并将 MAC、IP 和 UDP 标头附加到派生自大型 UDP 数据包的数据包。 如果微型端口无法发送至少一个分段数据包，则 NBL 最终必须以失败状态完成。 微型端口可以继续发送后续数据包，但不需要这样做。 在所有分段数据包传输完成或失败之前，NBL 无法完成返回 NDIS。

支持 USO 的微型端口驱动程序还必须执行以下操作：

  • 支持 IPv4 和 IPv6。
  • 支持将大型数据包中的 IPv4 选项复制到 NIC 生成的每个分段数据包中。
  • 使用 NET_BUFFER_LIST 结构中的 IP 和 UDP 标头作为模板，为每个分段数据包生成 UDP 和 IP 标头。
  • 使用从 0x0000 到 0xFFFF范围内的 IP 标识（IP ID）值。 例如，如果模板 IP 标头以标识字段值 0xFFFE开头，则第一个 UDP 数据报数据包必须具有 0xFFFE值，后跟 0xFFFF、0x0000、0x0001等。
  • 如果大型 UDP 数据包包含 IP 选项，微型端口驱动程序会将这些选项（未更改）复制到派生自大型 UDP 数据包的每个数据包。
  • 使用 NDIS_UDP_SEGMENTATION_OFFLOAD_NET_BUFFER_LIST_INFO 的 UdpHeaderOffset 成员中的字节偏移量来确定 UDP 标头的位置，从数据包的第一个字节开始。
  • 根据分段数据包递增发送统计信息。 例如，包括每个数据包段的以太网、IP 和 UDP 标头字节数，数据包计数是 MSS 大小的数据包段数，而不是 1 大小的数据包段数。
  • 根据每个分段的数据报大小设置 UDP 总长度和 IP 长度字段。

NDIS 接口更改

本部分介绍 NDIS 6.83 中的更改，这些更改使主机 TCP/IP 驱动程序堆栈能够利用微型端口驱动程序公开的 USO 功能。

NDIS 和微型端口驱动程序执行以下操作：

  • 播发 NIC 支持 USO 功能
  • 启用或禁用 USO
  • 获取当前的 USO 功能状态

播发 USO 功能

微型端口驱动程序通过填写 NDIS_OFFLOAD 结构的 UdpSegmentation 字段来播发 USO 功能，该字段在 NdisMSetMiniportAttributes 的参数中传递。 NDIS_OFFLOAD 结构中的 Header.Revision 字段必须设置为 NDIS_OFFLOAD_REVISION_6，并且 Header.Size 字段必须设置为 NDIS_SIZEOF_NDIS_OFFLOAD_REVISION_6。

查询 USO 状态

可以使用 OID_TCP_OFFLOAD_CURRENT_CONFIG 查询当前的 USO 状态。 NDIS 处理此 OID，不会将其传递到微型端口驱动程序。

更改 USO 状态

可以使用 OID_TCP_OFFLOAD_PARAMETERS 启用或禁用 USO。 微型端口驱动程序处理完 OID 后，必须发送更新了卸载状态的 NDIS_STATUS_TASK_OFFLOAD_CURRENT_CONFIG 状态指示。

USO 关键字

USO 枚举关键字如下所示：

  • *UsoIPv4
  • *UsoIPv6

这些值描述了 USO 在特定的 IP 协议中是启用还是禁用的。 USO 设置与 NDIS_TCP_IP_CHECKSUM_OFFLOAD 配置无关。 例如，禁用 *UDPChecksumOffloadIPv4 不会隐式禁用 *UsoIPv4。

子项名称 参数说明 值 枚举说明
*UsoIPv4 USO （IPv4） 0 已禁用
1 Enabled
*UsoIPv6 USO（IPV6） 0 已禁用
1 Enabled