CN101106532A - 实现交换芯片与网络处理器混合转发的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现交换芯片与网络处理器混合转发的方法，步骤包括：为网络处理器分配一个与ASIC交换芯片MAC转发表里端口号规则一致的全局端口号，该全局端口号用于表征所述网络处理器；在MAC转发表中，将具有MAC+VLAN特征的报文定向给该网络处理器，将该MAC+VLAN特征对应于所述全局端口号，该MAC转发表置上静态标志；当接收到的报文需要重定向时，根据MAC+VLAN特征查找MAC转发表，找出所述全局端口号，所述ASIC交换芯片根据所述全局端口号将所述报文转发给所述网络处理器，由所述网络处理器继续处理和转发所述报文。本发明技术方案不需要浪费ACL规则，降低了网络处理器的负担和开发工作量。
Description
技术领域
本发明涉及一种IP(Internet Protocol)网络通讯技术，具体说，涉及一种利用MAC(Media Access Control)转发表来实现交换芯片与网络处理器混合转发处理方法。
背景技术
随着因特网的高速发展，IP网络逐渐成为人们日常工作和生活中必不可少的工具，并且对数据通信设备的转发性能和业务功能都提出了极高的要求。
目前数据通信网络的应用要求数据通信设备既能实现较高的转发性能，又能提供丰富复杂的高级功能。因此设备厂商一般都采用的是专用集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuits)交换芯片与网络处理器混合处理业务的硬件设备，使用ASIC交换芯片处理二层三层的普通业务，充分利用ASIC交换芯片高效的线速转发性能，使用网络处理器处理多协议标记交换(MPLS，Multi-Protocol Label Switch)、虚拟专用网(VPN，VirtualPrivate Network)、虚拟专用局域网服务(VPLS，Virtual Private LAN Server)、MAC-IN-MAC等需要修改报文的高级业务，充分利用网络处理器灵活编程的优势提供复杂的功能。将ASIC交换芯片和网络处理器混合设置在一个设备上，业务从ASIC交换芯片的端口进入或发出，只将特定的业务由ASIC交换芯片转交给网络处理器来处理，达到充分发挥ASIC交换芯片的高速特性和网络处理灵活的处理功能。因此这就需要如何将普通业务留给交换芯片，而只将需要高级处理(例如修改或增加字段)的业务交给网络处理器处理的问题。
由于现有的混合转发普遍都是使用访问控制列表(ACL，Access ControlList)重定向的技术，将需要进行高级处理的业务流按照报文的某些字段的重要特征(或是按接收到的交换芯片端口)重定向到网络处理器，有些业务就可能占用大量的ACL规则，而ASIC芯片本身ACL条目不多(在业界里部分交换芯片128条/端口，或是整芯片共享式的1k条)，再加上其他网络环境组网上网络安全过滤或是各种协议报文保护，就使得ACL条目捉襟见肘，甚至无法满足网络组网对ACL条目的需求。例如以VLAN(Virtual LocalAccess Network，虚拟局域访问网络)为特征的业务，因为VLAN标签本身有4094个，就存在连以VLAN为特征的重定向都不够用的问题。有的为了解决此类问题就采用了其他的一些手段，如将业务进入的交换芯片端口整个重定向，这就又存在其他的问题，如对业务区别不是很好，可能将许多只需要由ASIC交换芯片能完成处理的业务都交给了网络处理器处理。这样，就加重了网络处理器的负担，影响了转发的线速性能，同样也加重了网络处理器开发任务和工作量。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种实现交换芯片与网络处理器混合转发的方法，能够降低网络处理器的负担和开发工作量。
技术方案如下：
一种实现交换芯片与网络处理器混合转发的方法，包括：
(1)为网络处理器分配一个与ASIC交换芯片MAC转发表里端口号规则一致的全局端口号，所述全局端口号用于表征所述网络处理器；
(2)在MAC转发表中，将具有MAC+VLAN特征的报文定向给所述网络处理器，将所述MAC+VLAN特征对应于所述全局端口号，所述MAC转发表置上静态标志；
(3)当接收到的报文需要重定向时，根据MAC+VLAN特征查找MAC转发表，找出所述全局端口号，所述ASIC交换芯片根据所述全局端口号将所述报文转发给所述网络处理器，由所述网络处理器继续处理和转发所述报文。
进一步，步骤(2)中，协议直接生成的静态的MAC+VLAN→网络处理器的条目，写入所述ASIC交换芯片的MAC转发表，当协议去掉该业务时，同样由协议来删除所述ASIC交换芯片MAC表中的对应MAC+VLAN的项。
进一步，步骤(2)中，ASIC交换芯片得到MAC+VLAN特征后，MAC管理模块根据MAC+VLAN特征及其端口信息判断具有所述MAC+VLAN特征的业务流是否需要交给所述网络处理器来继续处理；如果是则按MAC+VLAN→网络处理器的方式来写入所述ASIC交换芯片，否则按MAC+VLAN→交换芯片端口号方式写入所述ASIC交换芯片。
进一步，步骤(2)中，所述MAC管理模块用于管理MAC转发表项的MAC学习、老化、添加或者删除。
进一步，步骤(3)中，根据MAC、VLAN、端口或者MAC+VLAN来判断所述报文是否需要重定向。
进一步，步骤(3)中，当命令或协议产生业务不需要交给所述网络处理器处理时，按照所述MAC+VLAN特征搜索所述MAC转发表，获得MAC条目，将所述条目从所述ASIC交换芯片的MAC转发表中删除。
进一步，步骤(2)中，使用相应的配置命令或协议指定特征MAC、VLAN、交换芯片端口或者MAC+VLAN，或者满足以上全部条件的特征信息写入MAC转发表重定向库中，用于表明具有这些特征信息的业务需要重定向给网络处理器。
进一步，步骤(3)中，当所述ASIC交换芯片得到MAC条目后，将MAC信息上报MAC管理模块，在管理MAC回写交换芯片MAC转发表时，检查所述MAC条目中MAC、VLAN或者是端口项是否能够匹配配置命令中指定的MAC条目；如果匹配，将所述MAC条目的端口号改为网络处理器的端口号，并且置上静态标志位，以防止所述MAC条目在MAC转发表中老化；否则写入ASIC交换芯片MAC转发表，并将所述MAC条目写成动态。
与现有技术相比较，本发明引入了利用MAC转发表自身的特性来将具有一定MAC+VLAN特征的业务报文转交给网络处理器的方法。一方面，实现非常的简单，原因之一是因为MAC转发表的表项的复杂度远远小于交换芯片的ACL表表项的复杂度，而且ACL表本身每一条规则都存在优先级的问题需要处理配置顺序或者写在ACL表中具体位置的问题，存在匹配顺序或配置顺序等问题。另一方面，更为巨大的优势是，目前业界ASIC交换芯片的ACL条目普遍都偏小，在实际组网中普遍存在ACL不够用和ACL资源紧张的问题。例如在二层VPLS中，如果配置的二层VPLS业务很多，就会有大量的VLAN业务需要用ACL按VLAN的规则将业务重定向到网络处理器，这会占用大量的ACL条目，导致ACL资源紧张，甚至ACL根本就不够用，若出现这一情况时就无法满足应用，或者退而求其次按端口将整个端口收到所有报文重定向到网络处理器，这样又加重了网络处理器的负担；但是在业界里ASIC交换芯片的MAC转发表容量却是很巨大的，表项动辄就是16k、32k、64k条等，如果这些需要交给网络处理器来处理的业务在端口、MAC、VLAN或者MAC+VLAN存在特征的话，就可以利用这一发明简单并且精确的将这些特定业务定向到网络处理，而不需要浪费ACL规则，也不会将多余的业务也重定向到网络处理器了，极大地降低了网络处理器的负担，以及网络处理器的开发工作量。
附图说明
图1是ASIC交换芯片和网络处理器的连接示意图；
图2是对重定向过程的流程图；
图3是MAC管理模块和MAC重定向数据库的交互过程流程图。
具体实施方式
为网络处理器分配一个与ASIC交换芯片MAC转发表里端口号规则一致的全局端口号，用该全局端口号表征该网络处理器，使得ASIC交换芯片能根据该全局端口号将报文转发给该网络处理器。根据MAC、VLAN、端口、MAC+VLAN或者是这些的综合信息，判断该业务是否需要重定向，如果需要重定向，则由网络处理器来处理该业务。将MAC+VLAN，并将端口项改写为网络处理器，写入MAC转发表(置上静态标志，用于防止老化)。这样使用MAC转发表就可以将具有该MAC+VLAN特征的报文重定向给网络处理器，由网络处理器继续处理和转发报文。如果获得的出端口指向了网络处理器，就会将这个报文送给网络处理器，由网络处理器继续处理好报文后并决定了出端口后，在内部转发协议头中封装好该报文的全局出端口号，将报文从该全局出端口转发出去。
在业界ASIC交换芯片里的MAC转发表(MAC转发表是交换芯片里用于决定二层转发的出端口或是继续三层转发的表项)里的表项：一般都是由关键字段(MAC+VLAN→PORT)和其他附加的业务字段(包括静态标志位-用于防止老化、三层转发标志位-用于表明需要进行三层转发处理、优先级字段、优先级字段、过滤字段等)构成。这样当具有目的MAC为MAC_D(MAC_D表示以太网报文中的目的MAC地址字段)且标签VLAN的报文进入交换芯片后，首先会学习到这个报文的源MAC_S(MAC_S表示以太网报文中的源MAC地址字段)+VLAN，然后按报文的MAC_D+VLAN作为键值查找交换芯片的MAC转发表，从MAC_D+VLAN的条目项中获得出端口号PORT，如要进行三层转发，就继续查找路由表，否则直接从端口号(PORT)中转发出去。
下面参照附图，对本发明的优选实施例作详细描述。
参照图1所示，对发明应用的硬件场合作详细说明。
多个ASIC交换芯片(如图中所示的ASIC交换芯片1和ASIC交换芯片2)和网络处理器(如图中所示网络处理器1和网络处理器2)通过内部连接器连接在一起。内部连接器能够提供串接或是桥设备来实现ASIC交换芯片和网络处理器的连接。
由于ASIC交换芯片具有较多的端口，一般外部业务端口都是使用的ASIC交换芯片端口。
根据MAC表转发的原理，对MAC转发表进行特殊处理实现混合转发其他方式的重定向，本发明优选实施例中通过如下两种方法来实现。
方法一，静态配置。
当配置的业务需要网络处理器来处理时，由协议直接生成的静态的MAC+VLAN→网络处理器的条目，写入ASIC交换芯片的MAC转发表，当协议去掉该业务时，同样由协议来删除ASIC交换芯片MAC表中的对应MAC+VLAN的项。
这种情况一般情况都是利用网关的MAC来实现的，以三层VPN为例来说明协议直接生成的情况：在交换芯片里的网关IP都是在VLAN接口下配置，在该接口被配置的时候，会用该设备的MAC_G(MAC_G表示该设备的MAC地址，用作网关的MAC地址)+接口VLAN_G(VLAN_G表示三层接口的VLAN)写入交换芯片的MAC转发表里，并在MAC_G+VLAN_G所在的条目里设置网关属性的标志，凡是具有目的MAC为MAC_G，并且该报文进入交换芯片后VLAN标签为VLAN_G，进行三层转发，若作如下处理就可以转给网络处理进行VPN的处理。
1、VLAN_G的接口下配置三层VPN时，可直接在MAC转发表里将MAC_G+VLAN_G的网关MAC进行改写，去掉其网关的属性标志-三层转发标志位，并将这个条目里的端口号改写为分配给网络处理器的端口号。这样交换芯片对目的MAC_G并带着VLAN_G或者是被交换芯片的端口插上VLAN_G标签的报文不再进行三层转发处理，而是将该报文转发给了网络处理器，网络处理器就能接着处理和转发这个报文。
2、VLAN_G的接口下去掉三层VPN配置的时，将MAC_G+VLAN_G条目里网络处理器的端口号去掉，并恢复其网关MAC的属性标志-三层转发标志位置位。这样交换芯片收到目的MAC为MAC_G并带着VLAN_G或者是被交换芯片的端口插上VLAN_G标签的报文在交换芯片里直接进行三层转发和处理。
方法二，根据业务特征生成规则，由MAC管理模块(用于管理MAC转发表项的MAC学习、老化、添加以及删除)学习到MAC条目后，根据特征规则自动生成。
交换芯片学习到MAC+VLAN之后，MAC管理模块在写芯片的时候，根据MAC+VLAN及其端口信息判断具有这个特征的业务流是否需要交给网络处理器来继续处理，是则按MAC+VLAN→网络处理器的方式来写入交换芯片，否则按其正常学习方式MAC+VLAN→交换芯片端口号写入交换芯片。
使用相应的配置命令或协议指定特征MAC、VLAN、交换芯片端口或者MAC+VLAN，或者满足以上全部条件的特征信息写入MAC转发表重定向库中，用于表明具有这些特征信息的业务需要重定向给网络处理器，利用MAC管理模块学习到的MAC根据其特征信息决定如何写入ASIC交换芯片的MAC转发表。当ASIC交换芯片学习到这些MAC条目后，将MAC信息上报MAC管理模块，在管理MAC回写交换芯片MAC转发表时，检查这条MAC条目中其MAC、VLAN或者是端口项是否能够匹配配置命令中指定的那些MAC条目，如果匹配就将该条目的端口号改为网络处理器的端口号，并且置上静态标志位以防止这个MAC条目在MAC转发表中老化；否则按正常的学习到的端口号写入ASIC交换芯片MAC转发表，并将这个条目写成动态的。这样进入交换芯片后具有目的MAC+VLAN数据包就被交换芯片的MAC转发表重定向给网络处理器，由网络处理器来处理。
当这些业务需要去掉时，MAC管理模块直接将这些MAC重新回写，并恢复成其原来的所学习到该MAC条目的端口，这样该业务就恢复到由交换芯片本处理。
参照图2所示，对重定向过程作详细描述。
步骤S211：由命令或协议生成需要由MAC转发表重定向的业务特征，该业务特征能够由MAC、VLAN、MAC+VLAN、MAC+VLAN+端口或端口为关键值查找值，并在条目中指明在哪些芯片需要重定向，以及重定向的目的网络处理器的全局端口号。
步骤S212：将条目信息写入MAC重定向信息库中。
步骤S221：触发MAC管理模块，按MAC重定向信息库的条目特征去搜索MAC管理模块的MAC管理表中的MAC条目。
步骤222：当ASIC交换芯片S[x](S[x]表示第x号ASIC交换芯片)从自己的P1端口收到一个源MAC为mac，VLAN标签为vlan的报文，就表示学习到了mac+vlan→P1。
步骤S223：将该条目报给MAC管理模块。
MAC管理模块每次读取到MAC条目都按以下过程操作。
步骤S224：MAC管理模块处理MAC条目，在准备写i号芯片时，首先用特征(mac、vlan、ASIC交换芯片端口P1)并且结合第i芯片号去查询MAC重定向信息库。
步骤S225：MAC管理模块判断是否需要重定向。
如果满足重定向条件，执行步骤S226，否则执行步骤S227。
步骤S226：如果特征和第i号ASIC交换芯片的条件都满足MAC重定向信息库中的某个表项，则将该条目内容转换为mac+vlan→Pn(Pn表示分配给网络处理器的端口号)，执行步骤S228。
步骤S227：如果特征和第i号ASIC交换芯片的条件不满足MAC重定向信息库中的表项，则仍然保持其学习的mac+vlan→P1条目内容，执行步骤S228。
步骤S228：MAC管理模块将MAC条目写入交换芯片的转发表。
重复步骤224到步骤S228，直到将MAC条目写入最后一颗ASIC交换芯片后结束。
参照如图3所示，对MAC管理模块和MAC重定向数据库的交互过程作详细描述。
步骤S301：MAC管理模块获得(可以是学习到的，亦可以是配置的)MAC+VID→Ps条目，VID表示VLAN的标签值，Ps表示交换芯片的某个端口，Pn表示分配给某个网络处理器的端口号，S[i]表示i号ASIC交换芯片，iMax表示最大ASIC交换芯片数。
步骤S302：判断ASIC交换芯片的序号i是否小于iMax。
如果序号i是小于iMax，执行步骤S303；否则，执行查询结束。
步骤S303：当ASIC交换芯片的序号i小于iMax时，根据S[i]的MAC、VID、PORT等特征查询MAC重定向数据库。
步骤S304：判断在MAC重定向信息库中是否找到满足条件的某个表项。
如果找到，执行步骤S305，否则执行步骤S307。
步骤S305：获得出端口为网络处理器Pn。
步骤S306：MAC条目为mac+vlan→Pn。
步骤S307：MAC条目为mac+vlan→Ps。
步骤S308：将mac+vlan→Ps或者mac+vlan→Pn写入ASIC交换芯片S[i]的MAC转发表。
假如，上述过程中只有两个ASIC交换芯片S[0]和S[1]，现在MAC管理模块学习到(或是遍历获得)的MAC条目为mac+vlan→Ps，MAC管理模块检查S[0]发现键值(S[0]，mac+vlan)→Pn在MAC重定向数据库中存在，则在将mac+vlan→Pn写入ASIC交换芯片S[0]的MAC转发表，为了防止老化，可将该条目设为静态。而ASIC交换芯片S[1]不在其中，则将mac+vlan→Ps写入交换芯片S[1]的MAC转发表。在这个过程中就出现了，同一条MAC+VLAN的条目，但在不同的芯片中写入的端口是不一致的情况。
当命令或协议产生某个特征的业务不再交给网络处理器处理的情况，MAC管理模块按该特征搜索管理的MAC表，获得MAC条目，将其条目从交换芯片的MAC转发表中删除。当芯片再次学习到这些条目时按其所学习到的端口写入交换芯片MAC转发表，这些业务自动恢复到由交换芯片处理转发。
Claims (8)
1.一种实现交换芯片与网络处理器混合转发的方法，包括：
(1)为网络处理器分配一个与ASIC交换芯片MAC转发表里端口号规则一致的全局端口号，所述全局端口号用于表征所述网络处理器；
(2)在MAC转发表中，将具有MAC+VLAN特征的报文定向给所述网络处理器，将所述MAC+VLAN特征对应于所述全局端口号，所述MAC转发表置上静态标志；
(3)当接收到的报文需要重定向时，根据MAC+VLAN特征查找MAC转发表，找出所述全局端口号，所述ASIC交换芯片根据所述全局端口号将所述报文转发给所述网络处理器，由所述网络处理器继续处理和转发所述报文。
2.根据权利要求1所述的实现交换芯片与网络处理器混合转发的方法，其特征在于，步骤(2)中，协议直接生成的静态的MAC+VLAN→网络处理器的条目，写入所述ASIC交换芯片的MAC转发表，当协议去掉该业务时，同样由协议来删除所述ASIC交换芯片MAC表中的对应MAC+VLAN的项。
3.根据权利要求1所述的实现交换芯片与网络处理器混合转发的方法，其特征在于，步骤(2)中，ASIC交换芯片得到MAC+VLAN特征后，MAC管理模块根据MAC+VLAN特征及其端口信息判断具有所述MAC+VLAN特征的业务流是否需要交给所述网络处理器来继续处理；如果是则按MAC+VLAN→网络处理器的方式来写入所述ASIC交换芯片，否则按MAC+VLAN→交换芯片端口号方式写入所述ASIC交换芯片。
4.根据权利要求3所述的实现交换芯片与网络处理器混合转发的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述MAC管理模块用于管理MAC转发表项的MAC学习、老化、添加或者删除。
5.根据权利要求1所述的实现交换芯片与网络处理器混合转发的方法，其特征在于，步骤(3)中，根据MAC、VLAN、端口或者MAC+VLAN来判断所述报文是否需要重定向。
6.根据权利要求1所述的实现交换芯片与网络处理器混合转发的方法，其特征在于，步骤(3)中，当命令或协议产生业务不需要交给所述网络处理器处理时，按照所述MAC+VLAN特征搜索所述MAC转发表，获得MAC条目，将所述条目从所述ASIC交换芯片的MAC转发表中删除。
7.根据权利要求1所述的实现交换芯片与网络处理器混合转发的方法，其特征在于，步骤(2)中，使用相应的配置命令或协议指定特征MAC、VLAN、交换芯片端口或者MAC+VLAN，或者满足以上全部条件的特征信息写入MAC转发表重定向库中，用于表明具有这些特征信息的业务需要重定向给网络处理器。
8.根据权利要求7所述的实现交换芯片与网络处理器混合转发的方法，其特征在于，步骤(3)中，当所述ASIC交换芯片得到MAC条目后，将MAC信息上报MAC管理模块，在管理MAC回写交换芯片MAC转发表时，检查所述MAC条目中MAC、VLAN或者是端口项是否能够匹配配置命令中指定的MAC条目；如果匹配，将所述MAC条目的端口号改为网络处理器的端口号，并且置上静态标志位，以防止所述MAC条目在MAC转发表中老化；否则写入ASIC交换芯片MAC转发表，并将所述MAC条目写成动态。
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