CN100459583C - 一种数据转发控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数据转发控制方法，包括：根据MAC地址属性的不同，为每个MAC地址分配一个属性ID，建立属性ID之间的转发规则，之后二层交换机的端口收到数据帧，根据MAC地址与属性ID的对应关系，确定该数据帧的源MAC地址和目的MAC地址对应的源属性ID和目的属性ID，然后根据在属性ID之间的转发规则中查找到的转发规则，进行数据帧的转发；本发明同时提供了一种数据转发装置，包括：属性ID分配保存模块、转发规则确定模块和数据转发模块。本发明所提供的方法和装置通过为MAC地址分配属性ID，减少了转发规则的存储空间，降低了成本，且实现简单；另外，由于所需存储空间较少，可将存储和控制在同一芯片上实现，提高了数据转发速度。

Description

一种数据转发控制方法和装置

技术领域

本发明涉及数据传输技术领域，具体涉及一种数据转发控制方法和装置。

背景技术

二层转发技术的基本原理是学习和转发。以以太网数据帧的学习和转发为例，当二层交换机在一个端口上收到一个以太网数据帧后，首先对该数据帧的源媒体访问控制(MAC)地址进行学习即：建立该数据帧的源MAC地址和接收该数据帧的端口号的对应关系，然后将该对应关系通知二层交换机的其它端口，这样二层交换机的每个端口都保存有其它端口的MAC地址与端口号的对应关系；此后，当二层交换机的端口接收到数据帧后，就提取该数据帧的目的MAC地址，然后在自身保存的MAC地址与端口号的对应关系中，查找该目的MAC地址对应的端口号，若查找到，就将该数据帧向对应端口发送；否则，则将该数据帧在整个虚拟局域网(VLAN)内广播。

为了对以太网数据帧转发进行进一步控制和管理，在传统的以太网二层(L2)/三层(L3)交换机转发机制中，通常都有一个访问控制列表(ACL)或服务质量(QOS)技术处理模块。ACL技术从安全角度出发，主要对允许还是禁止数据的转发进行控制，如：规定源IP地址位于10.1.1.0网段的数据包不能访问目的IP地址为20.1.1.2的主机服务器。而QOS技术从业务保障的角度出发，主要对数据转发的质量进行管理，如：规定源IP地址位于10.1.1.0网段的数据包访问目的IP地址为20.1.1.3的主机服务器时，要保证具有10M的业务带宽、20us之内的网络延时等。

ACL或QOS技术通常都以列表的形式给出不同类型的转发规则。当交换机收到数据帧后，ACL或QOS功能模块提取该数据帧的一层信息如：入物理端口等、二层信息即：MAC层信息、三层信息即：IP层信息、四层信息即：传输控制协议(TCP)/用户数据报协议(UDP)层信息及四层以上的信息中的部分或全部信息，然后根据提取到的信息，以及ACL或QOS列表中的转发规则进行数据帧的转发。

现有通过ACL或QOS技术进行数据转发控制的方法，具有以下缺点：

一、占用存储空间较大。以二层转发为例，由于ACL列表和QOS列表中的转发规则都是以源MAC地址和目的MAC地址一一对应形式表示的，而通常一个网络设备就有一万多个MAC地址，这样，要将所有MAC地址相互间的转发规则一一对应地列举出来，所占用的存储空间较大，需要专门的存储芯片，这样不仅增加了成本，且从存储芯片读取数据，也会降低处理速度。

二、成本较高。由于ACL或QOS列表中包含不同类型的转发规则，各转发规则的长度从36比特到288比特不等，且ACL或QOS处理模块需并行地对所有的转发规则进行处理，因此实现较复杂。目前一般采用三重内容寻址存储器(TCAM)芯片或IP核机制实现ACL或QOS技术，成本很高，且受存储空间的限制，提供的转发规则的类型很小，一般只能提供几百个转发规则。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种数据转发控制方法和装置，以降低数据转发成本，提高数据转发速度。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种数据转发控制方法，该方法根据MAC地址对应的网络设备的类型的不同，为不同类型的网络设备的MAC地址分配不同的属性ID，或者，

根据使用网络设备的用户类型的不同，为不同类型的用户所使用网络设备的MAC地址分配不同的属性ID，

建立属性ID之间的转发规则；保存MAC地址与属性ID的对应关系，以及源属性ID、目的属性ID和转发规则间的对应关系，包括：

A、二层交换机的端口接收到数据帧，二层交换机根据MAC地址与属性ID的对应关系，确定该数据帧的源MAC地址和目的MAC地址对应的源属性ID和目的属性ID；

B、二层交换机在源属性ID、目的属性ID和转发规则的对应关系中查找转发规则，根据查找到的转发规则判断是否允许转发该数据帧，若是，将数据帧发往目的MAC地址对应端口；否则，丢弃该数据帧。

所述转发规则包括QOS信息。

所述将该数据帧发往目的MAC地址对应的端口为：二层交换机根据所述QOS信息将数据帧发往目的MAC地址对应的端口。

所述保存MAC地址与属性ID的对应关系为二层交换机的属性ID获取模块保存。

该方法进一步包括：属性ID获取模块保存当前处于运行状态的设备的MAC地址与属性ID的对应关系，

所述保存MAC地址与属性ID的对应关系为中央处理单元保存，

所述二层交换机确定该数据帧的源MAC地址和目的MAC地址对应的源属性ID和目的属性ID包括：

二层交换机在属性ID获取模块中查找该数据帧的源MAC地址和目的MAC地址分别对应的源属性ID和目的属性ID，若两者都查找到，执行步骤B；若有一者未查找到或两者都未查找到，则将对应的源MAC地址或/和目的MAC地址发送到中央处理单元，并在收到中央处理单元发来的源属性ID或/和目的属性ID，保存源MAC地址与源属性ID的对应关系，或/和目的MAC地址与目的属性ID的对应关系，然后执行步骤B。

所述方法进一步包括：二层交换机检测到在预定时长内未收到与属性ID获取模块中已保存的MAC地址相关的数据帧，则删除属性ID获取模块中的该MAC地址以及该MAC地址与属性ID的对应关系。

所述保存MAC地址与属性ID的对应关系为：属性ID获取模块保存常用设备的MAC地址与属性ID的对应关系，中央处理单元保存不常用设备的MAC地址与属性ID的对应关系，

所述二层交换机确定该数据帧的源MAC地址和目的MAC地址对应的源属性ID和目的属性ID包括：

二层交换机在属性ID获取模块中查找该数据帧的源MAC地址和目的MAC地址分别对应的源属性ID和目的属性ID，若两者都查找到，执行步骤B；若有一者未查找到或两者都未查找到，则将对应的源MAC地址或/和目的MAC地址发送到中央处理单元，并在收到中央处理单元发来的源属性ID或/和目的属性ID，保存源MAC地址与源属性ID的对应关系，或/和目的MAC地址与目的属性ID的对应关系，然后执行步骤B。

一种数据转发控制装置，该装置包括：属性ID分配保存模块、转发规则确定模块和数据转发模块，其中：

属性ID分配保存模块，根据媒体访问控制MAC地址对应的网络设备的类型的不同，为不同类型的网络设备的MAC地址分配不同的属性ID，或者，根据使用网络设备的用户类型的不同，为不同类型的用户所使用网络设备的MAC地址分配不同的属性ID，保存MAC地址与属性ID的对应关系；接收数据转发模块发来的源MAC地址和目的MAC地址，将对应的源属性ID和目的属性ID发送到转发规则确定模块；

转发规则确定模块，建立并保存源属性ID和目的属性ID之间的转发规则，接收属性ID分配保存模块发来的源属性ID和目的属性ID，将对应的转发规则发送到数据转发模块；

数据转发模块，接收数据帧，向属性ID分配保存模块发送该数据帧的源MAC地址和目的MAC地址，根据转发规则确定模块发来的转发规则判断是否允许转发该数据帧，若是，将数据帧发往目的MAC地址对应端口；否则，丢弃该数据帧。

所述属性ID分配保存模块包括：属性ID分配模块和属性ID获取模块，其中：

属性ID分配模块，预先根据自身保存的MAC地址对应的网络设备的类型的不同，为不同类型的网络设备的MAC地址分配不同的属性ID，或者，根据使用网络设备的用户类型的不同，为不同类型的用户所使用网络设备的MAC地址分配不同的属性ID；保存MAC地址与属性ID的对应关系；当收到属性ID获取模块发来的MAC地址后，将与该MAC地址对应的属性ID返回到属性ID获取模块；

属性ID获取模块，在收到数据转发模块发来的源MAC地址和目的MAC地址后，在自身查找该源MAC地址和目的MAC地址对应的属性ID，将查找到的源属性ID或/和目的属性ID发送给转发规则确定模块；将未查找到对应属性ID的源MAC地址或/和目的MAC地址发送给属性ID分配模块，并在收到属性ID分配模块发来的相应源属性ID或/和目的属性ID后，保存该源MAC地址或/和目的MAC地址与相应源属性ID或/和目的属性ID的对应关系，并将该源属性ID或/和目的属性ID发送给转发规则确定模块。

与现有技术相比，本发明所提供的方法和装置根据MAC地址属性的不同，为每个MAC地址分配一个属性ID，建立属性ID之间的转发规则，之后二层交换机收到数据帧，根据MAC地址与属性ID的对应关系，以及源属性ID、目的属性ID和转发规则的对应关系进行数据帧的转发。本发明所提供的方法和装置为每个MAC地址分配一个属性ID，然后建立属性ID之间的转发规则，由于一个属性ID可对应多个MAC地址，因此减少了转发规则的条数，从而节约了存储空间，降低了成本，且实现简单；由于所需存储空间较少，因此可将存储和控制在同一芯片上实现，提高了数据转发速度；另外，转发规则中不仅可包括ACL信息，也可包括QOS信息，使得在降低成本的同时，达到与ACL技术和QOS技术同样的数据转发控制质量。

附图说明

图1为本发明的实施例提供的数据转发控制的流程图；

图2为本发明的实施例提供的数据转发控制表示意图；

图3为本发明的实施例提供的数据转发控制的装置框图一；

图4为本发明的实施例提供的数据转发控制的装置框图二。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

图1是本发明的实施例提供的数据转发控制的流程图，如图1所示，其具体步骤如下：

步骤101：根据MAC地址的不同属性，为具有不同属性的MAC地址分配一个属性标识(ID)，建立MAC地址与属性ID的对应关系。

可根据实际需要为MAC地址分配属性ID，例如：可根据网络中所包含的网络设备的类型的不同，为网管设备所包含的MAC地址、路由设备所包含的MAC地址、用户设备所包含的MAC地址分别分配一个属性ID；也可根据使用网络设备的用户类型的不同，为不同类型的用户所使用网络设备的MAC地址分配不同的属性ID，如：在企业内部，为主管使用的用户设备的MAC地址和普通职员使用的用户设备的MAC地址分配不同的属性ID。

步骤102：根据属性ID对应的MAC地址所属端口之间转发数据的实际需求，建立属性ID之间的转发规则。

将数据帧的源MAC地址所属的属性ID称为源属性ID，将数据帧的目的MAC地址所属的属性ID称为目的属性ID，属性ID之间的转发规则即：源属性ID和目的属性ID之间的转发规则。

转发规则至少包括：是否允许转发信息，进一步包括QOS信息如：优先级信息、最小满足带宽信息、时延信息等中的一种或任意组合。

源属性ID与目的属性ID之间的转发控制列表可如表2所示，设属性ID1包括：源属性ID1和目的属性ID1对应网管设备的MAC地址，属性ID2包括：源属性ID2和目的属性ID2对应路由设备的MAC地址，属性ID3包括：源属性ID3和目的属性ID3对应用户设备的MAC地址，可以看出：网管设备相互间允许进行数据转发，而网管设备和用户设备之间则不允许进行数据转发，同时也可以看出：网管设备相互间进行数据转发的优先级比网管设备与路由设备间进行数据转发的优先级低。

步骤103：二层交换机保存MAC地址与属性ID的对应关系，以及源属性ID、目的属性ID和转发规则间的对应关系。

二层交换机内部的处理单元可分为中央处理单元和转发处理单元两种，其中，中央处理单元与转发处理单元间的带宽通常很低，只有几百兆，而转发处理单元内部的各模块间的带宽则很高，通常可达到几十千兆。属性ID获取模块和二层交换机中负责转发数据帧的数据转发模块都为转发处理单元中的模块。

这里，二层交换机可将所有MAC地址与属性ID的对应关系都保存在属性ID获取模块中；或者，只将当前处于运行状态的设备的MAC地址与属性ID的对应关系保存在属性ID获取模块中，而由中央处理单元保存所有MAC地址与属性ID之间的对应关系，若二层交换机在最近一定时长内收到与该MAC地址相关的数据帧，则二层交换机认为该MAC地址对应设备当前处于运行状态；或者，只将常用设备的MAC地址与属性ID的对应关系保存在属性ID获取模块中，而将不常用设备的MAC地址与属性ID的对应关系保存在中央处理单元中，某个设备是否常用设备，可由经验确定。

由于属性ID获取模块的存储空间有限，因此将所有MAC地址与属性ID的对应关系都保存在属性ID获取模块中，会占用较多存储空间，而中央处理单元的存储空间较大且较灵活。因此，可将当前处于运行状态的设备的MAC地址与属性ID的对应关系保存在属性ID获取模块中，而将所有MAC地址与属性ID的对应关系保存在中央处理单元中。这样，当二层交换机收到数据帧后，可直接从属性ID获取模块中获取该数据帧的源MAC地址和目的MAC地址对应的源属性ID和目的属性ID，若属性ID获取模块未保存源MAC地址或/和目的MAC地址对应的属性ID，再向中央处理单元获取，这样，不仅可节省转发处理单元的存储空间，且加快了数据转发速度。

步骤104：二层交换机的端口接收到数据帧，二层交换机提取该数据帧的源MAC地址和目的MAC地址。

步骤105：二层交换机根据MAC地址与属性ID的对应关系，确定该数据帧的源MAC地址的属性ID即：源属性ID，同时确定该数据帧的目的MAC地址的属性ID即：目的属性ID。

这里，若二层交换机的属性ID获取模块保存了所有MAC地址与属性ID的对应关系，则二层交换机收到数据帧后，直接在属性ID获取模块中查找到该数据帧的源MAC地址对应的源属性ID，和目的MAC地址对应的目的属性ID。

若二层交换机的属性ID获取模块只保存了常用的MAC地址或属性ID的对应关系，或者，只保存了当前处于运行状态的设备的MAC地址与属性ID的对应关系，则二层交换机收到数据帧后，首先在自身查找该数据帧的源MAC地址和目的MAC地址分别对应的源属性ID和目的属性ID，若两者都查找到，则直接执行步骤106；若其中之一未查找到或两者都未查找到，则将对应的源MAC地址或/和目的MAC地址发送到中央处理单元，并在收到中央处理单元发来的源属性ID或/和目的属性ID后，保存源MAC地址与源属性ID的对应关系，或/和目的MAC地址与目的属性ID的对应关系，然后执行步骤106。

进一步地，若二层交换机在预定时长内未收到与属性ID获取模块已保存的MAC地址相关的数据帧，则删除属性ID获取模块保存的该MAC地址以及该MAC地址与属性ID的对应关系。

步骤106：二层交换机在所述源属性ID、目的属性ID和转发规则的对应关系中，查找转发规则。

步骤107：根据查找到的转发规则，二层交换机判断是否允许转发该数据帧，若是，将数据帧发往目的MAC地址对应端口；否则，丢弃该数据帧。

进一步地，若转发规则中包括QOS信息，则二层交换机根据所述QOS信息将数据帧发往目的MAC地址对应的端口。

图3为本发明的实施例提供的数据转发控制的装置框图，如图3所示，其主要包括：属性ID分配保存模块31、转发规则确定模块32和数据转发模块33，其中：

属性ID分配保存模块31：用于预先根据自身保存的MAC地址属性的不同，为每个MAC地址分配一个属性ID，保存MAC地址与属性ID的对应关系；当收到数据转发模块33发来的源MAC地址和目的MAC地址时，将对应的源属性ID和目的属性ID发送到转发规则确定模块32。

进一步地，如图4所示，属性ID分配保存模块31包括：属性ID分配模块311和属性ID获取模块312，其中：

属性ID分配模块311：用于预先根据自身保存的MAC地址属性的不同，为每个MAC地址分配一个属性ID，保存MAC地址与属性ID的对应关系；当收到属性ID获取模块312发来的MAC地址后，在自身查找该MAC地址对应的属性ID，将该属性ID返回到属性ID获取模块312。

属性ID获取模块312：用于在收到数据转发模块33发来的源MAC地址或目的MAC地址后，在自身查找该源MAC地址或目的MAC地址对应的属性ID，若查找到，将该查找到的源属性ID或目的属性ID发送给转发规则确定模块32；若未查找到，则向属性ID分配模块311转发该未查找到对应属性ID的MAC地址，并在收到属性ID分配模块311发来的属性ID后，保存MAC地址与该属性ID的对应关系，并将该属性ID发送给转发规则确定模块32。

转发规则确定模块32：用于预先根据属性ID对应MAC地址所属端口间的数据转发需求，建立源属性ID和目的属性ID之间的转发规则，保存源属性ID、目的属性ID和转发规则的对应关系；当收到属性ID分配保存模块31发来的源属性ID和目的属性ID后，将对应的转发规则发送到数据转发模块33。

数据转发模块33：用于在收到数据帧后，提取该数据帧的源MAC地址和目的MAC地址，然后向属性ID分配保存模块31发送该源MAC地址和目的MAC地址；之后根据转发规则确定模块32发来的转发规则对该数据帧进行转发相关处理。

以上所述仅为本发明的过程及方法实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1、一种数据转发控制方法，其特征在于，根据媒体访问控制MAC地址对应的网络设备的类型的不同，为不同类型的网络设备的MAC地址分配不同的属性ID，或者，

根据使用网络设备的用户类型的不同，为不同类型的用户所使用网络设备的MAC地址分配不同的属性ID；

建立属性ID之间的转发规则；保存MAC地址与属性ID的对应关系，以及源属性ID、目的属性ID和转发规则间的对应关系，该方法包括：

A、二层交换机的端口接收到数据帧，二层交换机根据MAC地址与属性ID的对应关系，确定该数据帧的源MAC地址和目的MAC地址对应的源属性ID和目的属性ID；

B、二层交换机在源属性ID、目的属性ID和转发规则的对应关系中查找转发规则，根据查找到的转发规则判断是否允许转发该数据帧，若是，将数据帧发往目的MAC地址对应端口；否则，丢弃该数据帧。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转发规则包括服务质量QOS信息。

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将该数据帧发往目的MAC地址对应的端口为：二层交换机根据所述QOS信息将数据帧发往目的MAC地址对应的端口。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保存MAC地址与属性ID的对应关系为二层交换机中的属性ID获取模块保存。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：属性ID获取模块保存当前处于运行状态的设备的MAC地址与属性ID的对应关系，

所述保存MAC地址与属性ID的对应关系为中央处理单元保存，

所述二层交换机确定该数据帧的源MAC地址和目的MAC地址对应的源属性ID和目的属性ID包括：

二层交换机在属性ID获取模块中查找该数据帧的源MAC地址和目的MAC地址分别对应的源属性ID和目的属性ID，若两者都查找到，执行步骤B；若有一者未查找到或两者都未查找到，则将对应的源MAC地址或/和目的MAC地址发送到中央处理单元，并在收到中央处理单元发来的源属性ID或/和目的属性ID，保存源MAC地址与源属性ID的对应关系，或/和目的MAC地址与目的属性ID的对应关系，然后执行步骤B。

6、如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：二层交换机检测到在预定时长内未收到与属性ID获取模块中已保存的MAC地址相关的数据帧，则删除属性ID获取模块中的该MAC地址以及该MAC地址与属性ID的对应关系。

7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保存MAC地址与属性ID的对应关系为：属性ID获取模块保存常用设备的MAC地址与属性ID的对应关系，中央处理单元保存不常用设备的MAC地址与属性ID的对应关系，

所述二层交换机确定该数据帧的源MAC地址和目的MAC地址对应的源属性ID和目的属性ID包括：

二层交换机在属性ID获取模块中查找该数据帧的源MAC地址和目的MAC地址分别对应的源属性ID和目的属性ID，若两者都查找到，执行步骤B；若有一者未查找到或两者都未查找到，则将对应的源MAC地址或/和目的MAC地址发送到中央处理单元，并在收到中央处理单元发来的源属性ID或/和目的属性ID，保存源MAC地址与源属性ID的对应关系，或/和目的MAC地址与目的属性ID的对应关系，然后执行步骤B。

8、一种数据转发控制装置，其特征在于，该装置包括：属性ID分配保存模块、转发规则确定模块和数据转发模块，其中：

属性ID分配保存模块，根据媒体访问控制MAC地址对应的网络设备的类型的不同，为不同类型的网络设备的MAC地址分配不同的属性ID，或者，根据使用网络设备的用户类型的不同，为不同类型的用户所使用网络设备的MAC地址分配不同的属性ID；保存MAC地址与属性ID的对应关系；接收数据转发模块发来的源MAC地址和目的MAC地址，将对应的源属性ID和目的属性ID发送到转发规则确定模块；

转发规则确定模块，建立并保存源属性ID和目的属性ID之间的转发规则，接收属性ID分配保存模块发来的源属性ID和目的属性ID，将对应的转发规则发送到数据转发模块；

数据转发模块，接收数据帧，向属性ID分配保存模块发送该数据帧的源MAC地址和目的MAC地址，根据转发规则确定模块发来的转发规则判断是否允许转发该数据帧，若是，将数据帧发往目的MAC地址对应端口；否则，丢弃该数据帧。

9、如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述属性ID分配保存模块包括：属性ID分配模块和属性ID获取模块，其中：

属性ID分配模块，预先根据自身保存的MAC地址对应的网络设备的类型的不同，为不同类型的网络设备的MAC地址分配不同的属性ID，或者，根据使用网络设备的用户类型的不同，为不同类型的用户所使用网络设备的MAC地址分配不同的属性ID；保存MAC地址与属性ID的对应关系；当收到属性ID获取模块发来的MAC地址后，将与该MAC地址对应的属性ID返回到属性ID获取模块；

属性ID获取模块，在收到数据转发模块发来的源MAC地址和目的MAC地址后，在自身查找该源MAC地址和目的MAC地址对应的属性ID，将查找到的源属性ID或/和目的属性ID发送给转发规则确定模块；将未查找到对应属性ID的源MAC地址或/和目的MAC地址发送给属性ID分配模块，并在收到属性ID分配模块发来的相应源属性ID或/和目的属性ID后，保存该源MAC地址或/和目的MAC地址与相应源属性ID或/和目的属性ID的对应关系，并将该源属性ID或/和目的属性ID发送给转发规则确定模块。

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