CN101170555A - 地址解析协议高速缓存管理方法以及相关通信装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种地址解析协议(ARP)高速缓存管理方法，及相关通信装置。地址解析协议高速缓存包括多个地址解析协议列表并且每个地址解析协议列表包括多个可更新项目。地址解析协议高速缓存管理方法包括下列步骤：接收地址解析协议消息；查询多个地址解析协议列表来找到消息匹配项目；选择地址解析协议列表来储存新项目；在查询地址解析协议列表后，若找不到消息匹配项目时，建立新项目来覆盖在选择地址解析协议列表中的现存项目。本发明可以解决地址解析协议高速缓存管理的效率和时间耗费的问题。
Description
技术领域
本发明有关于计算机通信技术，特别是有关于地址解析协议(addressresolution protocol，ARP)高速缓存(cache)管理方法及相关通信装置。
背景技术
为了通过局域网络传送数据包(datagram)到目的主机，传送主机必须获取目的主机的至少一个硬件地址，例如媒体接入控制(media access control，以下简称MAC)地址，并将此硬件地址填入带有此数据包的链路层信息帧(frame)中。图1是链路层信息帧100的结构示意图，其具有数据包101以及报头(header)102，报头102包括下一个中继段(hop)的硬件地址以及传送器硬件地址。在数据包101中的协议地址，例如因特网协议(Intemet Protocol，以下简称IP)地址，是用来识别信息帧的目的主机以及用来确定信息帧到目的主机的一条路线。当链路层信息帧100由传送主机通过网络送出时，路线中的下一个中继段依据路由表(routing table)确定。为了在中继段与中继段之间传送信息帧，下一个中继段的硬件地址必须被填入到链路层报头中，来识别链路层信息帧100的下一中继段。在链路层报头中的硬件地址可使得服务器确定其信息帧目的地。
地址解析协议(Address Resolution Protocol，以下简称ARP)是用来从网络节点的协议地址(例如IP地址)中得到此网络节点的硬件地址(例如MAC地址)。一般而言，每一个网络节点具有一个ARP高速缓存(一种内存)来储存并保留其本身的ARP列表。ARP列表包括多个项目(entry)。每一个项目包括对应于一个特定网络节点的协议地址以及硬件地址之间的对应关系。表1显示一个ARP列表的例子：
| 协议地址(IP地址) | 硬件地址(MAC地址) | 其它信息 |
| 172.16.0.2 | 00.01.22.33.E3.98 | … |
| 172.16.0.35 | 00.01.45.86.23.8F | … |
| 172.16.0.254 | 00.01.02.35.63.7E | … |
表1
当需要传送信息帧时，传送主机先查询其本身的ARP列表来解析出下一个中继段的硬件地址。若在传送主机的ARP列表中找不到匹配的项目时，广播一个ARP请求来获取由目的主机(下一个中继段)所送出的一个ARP响应。当获取到ARP响应时，在传送主机的ARP列表中将加入一个对应此ARP响应的新项目，以供后续参考。因此，ARP项目是被高速缓存在ARP列表中来用于地址解析流程。
由上面的讨论可以知道，一个ARP项目依据接收ARP响应来加入到ARP列表中。然而，当接收来自网络中任何主机的一个指定到目的主机的未经请求的ARP消息时，一个ARP项目可能会被加入到ARP列表中。新接收到的指定到目的主机的未经请求的ARP消息可能造成现存的ARP项目被对应于ARP消息的一个新项目所覆盖，而不考虑这两个项目的有效性。一个参考频繁的项目可能会被没用的项目所覆盖，使得ARP高速缓存命中率(cache hitratio)变低。在最差的情形下，ARP项目可能被恶意的攻击所清空(flushed)。尤其是ARP列表容量为有限的装置更容易受到恶意的消息攻击的影响。此外，命中率变低可能产生大量的ARP请求以及响应，也会降低装置以及网络效能。另一方面，虽然一个大的ARP列表容量可能增加ARP项目询问的命中率，但是查询ARP列表时将耗费更多的时间。
发明内容
本发明提供了一种地址解析协议高速缓存管理方法及相关装置，可以解决上述的地址解析协议高速缓存管理的有效率和时间耗费的问题。
本发明实施方式提供一种地址解析协议(ARP)高速缓存管理方法，用来管理通信装置上地址解析协议高速缓存。地址解析协议高速缓存包括多个ARP列表且每一个ARP列表包括多个可更新项目。ARP高速缓存管理方法包括下列步骤：接收ARP消息；查询ARP列表以找到消息匹配项目；选择ARP列表来储存新项目；在查询ARP列表后，若找不到消息匹配项目时，建立新项目来覆盖在选定ARP列表中现存项目。
本发明另一实施方式提供通信装置，其可进行ARP高速缓存管理。ARP高速缓存包括多个ARP列表，且每一个ARP列表包括多个可更新项目。通信装置更包括网络接口单元以及处理器。网络接口单元接收ARP消息或传送信息帧到目的主机。当有需要时，处理器建立新项目来覆盖选择的ARP列表中现存项目。
本发明另一实施方式提供一种ARP高速缓存管理方法，用来管理通信装置上的ARP高速缓存，其中ARP高速缓存包括多个ARP列表，每一个ARP列表包括多个可更新项目。ARP高速缓存管理方法包括下列步骤。先依据信息帧为基础的通信的请求，执行在ARP高速缓存中第一项目上的项目操作。依据项目操作以及用信息帧为基础的通信，将第一项目重新分类成ARP高速缓存中ARP列表中的一个。
本发明另一实施方式提供一种通信装置，其可进行ARP高速缓存管理。ARP高速缓存包括多个可更新项目。通信装置更包括网络接口单元以及处理器。网络接口单元接收以信息帧为基础的通信的请求。处理器执行在ARP高速缓存中第一项目上的项目操作，并且依据项目操作以及以信息帧为基础的通信，将第一项目重新分类成ARP高速缓存中ARP列表中的一个。
本发明另一实施方式提供一种地址解析协议(ARP)高速缓存管理方法，用来管理通信装置上的地址解析协议高速缓存。ARP高速缓存包括至少一个保留的ARP列表以及至少一个非保留的ARP列表，每一个ARP列表包括多个可更新项目。ARP高速缓存管理方法包括下列步骤。当通信装置接收ARP消息时，判断ARP高速缓存接收到的ARP消息是否包含一个匹配传送主机协议地址的高速缓存协议地址的消息匹配项目。若否，且ARP消息是指定到通信装置时，限制在非保留的ARP列表上建立新项目，来响应ARP消息。
本发明另一实施方式提供一种地址解析协议(ARP)高速缓存管理方法，用来管理通信装置上的地址解析协议高速缓存。ARP高速缓存包括至少一个保留的ARP列表以及至少一个非保留的ARP列表，每一个ARP列表包括多个可更新项目。ARP高速缓存管理方法包括下列步骤。当通信装置传送信息帧时，先搜寻保留的ARP列表，来定位信息帧的传送匹配项目。其中，在传送匹配项目中的高速缓存协议地址是匹配信息帧的下一中继段(hop)的协议地址。当保留的ARP列表中没有传送匹配项目存在时，搜寻非保留的ARP列表，来定位传送匹配项目。当在ARP高速缓存中没有传送匹配项目存在时，限制在保留的ARP列表上建立新项目。
本发明另一实施方式提供一种ARP高速缓存管理方法，用来管理通信装置上的ARP高速缓存，其中ARP高速缓存包括多个可更新项目。ARP高速缓存管理方法包括下列步骤。当通信装置接收ARP消息时，判断ARP高速缓存接收到的ARP消息是否包含一个匹配传送主机协议地址的高速缓存协议地址的消息匹配项目。当ARP高速缓存不包括消息匹配项目且ARP消息是指定到通信装置时，在ARP高速缓存中建立新项目，来响应ARP消息接收，并且依据ARP消息接收，限制建立项目的数量，使其少于ARP高速缓存中所有可更新项目的总数。
本发明另一实施方式提供一种ARP高速缓存管理方法，用来管理通信装置上的ARP高速缓存，其中ARP高速缓存包括多个可更新项目。ARP高速缓存管理方法包括下列步骤。当项目建立的条件满足时，在ARP高速缓存中建立新项目来响应ARP消息接收。限制依据ARP消息接收而建立项目的数量，使其少于ARP高速缓存中所有可更新项目的总数。
本发明提供的ARP高速缓存管理方法及相关装置既有较高的有效率，又节省了操作时间。
附图说明
图1是链路层信息帧例子的示意图。
图2是依据本发明实施方式的通信装置以及网络系统的设置方块图。
图3是依据本发明实施方式的ARP高速缓存示意图。
图4是依据本发明ARP列表配置的第一实施方式的示意图。
图5是依据本发明ARP列表配置的第二实施方式的示意图。
图6是依据本发明实施方式的ARP消息接收时的ARP高速缓存操作的流程图。
图7是依据本发明实施方式的数据包传送时的ARP高速缓存操作的流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出实施方式，并配合附图，作详细说明如下。
以下将提供数个实施方式说明本发明的ARP高速缓存管理方法以及装置，安排如下：
硬件设置
ARP高速缓存设置
ARP消息接收
信息帧传送
结论
1.硬件设置
图2显示一个一般的网络系统，其中数个装置是通过各种网络加以连接。网络30以及网络A 50均可包括局域网络(LAN)或广域网络(WAN)，例如因特网。通信装置10是通过网络30连接到其它通信装置，例如移动装置20以及计算机22。移动装置20可包括移动电话、个人数字助理(PDA)、平板个人计算机(PC)或类似的便携式装置。路由器40也连接到网络30，其负责在网络30以及另一网络(网络A 50)之间安排网络数据数据包的传递路线。通信装置10包括处理器11、内存控制器12、内存13、定时器14、网络接口单元(NetworkInterface Unit，以下简称NIU)15以及直接内存存取(Direct Memory Access，以下简称DMA)控制器16。因为处理器11获取并执行储存在内存13中的软件，所以处理器11控制整个系统的操作。内存控制器12如同处理器11以及内存13之间的桥梁，可将数据传送于两者之间。ARP高速缓存18可储存在内存13中且其内容可依据下面描述的ARP管理方法来保留以及更新。ARP高速缓存可位于其它内存单元，例如芯片上内存、板子上内存或储存装置，例如内建于主机板或NIU 15上的闪存、电子式可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或硬盘中。定时器14提供时间信息给处理器11，使得处理器11可得到特定事件发生(例如当加入ARP高速缓存项目时)的时间。NIU 15，即装置10的通信单元，是通过TCP/IP网络协议与网络30相连接。一般NIU包含以太网(Ethemet)接口以及无线局域网络(WLAN)装置，其中这些无线局域网络装置可实现于任何无线网络，例如WLAN或IEEE 802.11网络中。与网络30的连接可以是有线或无线方式，这取决于所采用的NIU技术。NIU 15传送数据包到网络30，并接收来自网络30的数据包。要送到网络30的数据包可由处理器11或较佳地由DMA控制器16所准备以及提供，其中DMA控制器16可在没有处理器11的干预下，通过内存控制器12从内存13中取得数据包数据。
当通信装置10即将传送一个ARP请求到网络30时，处理器11在内存13中构建ARP请求数据包，并接着编程DMA控制器16，来通过NIU 15将数据包传送到网络30。相反的，当接收到来自网络30的一个ARP请求数据包时，此数据包可通过NIU 15、DMA控制器16以及内存控制器12送到内存13。处理器11可接着存取在内存13中的数据包数据，来执行必要的操作。
通信装置10可进行ARP高速缓存管理，其可包括移动电话、个人数字助理(PDA)、膝上型或桌上型个人计算机或其它类似装置。处理器11根据ARP请求及信息来维持ARP高速缓存18的操作。值得注意的是，ARP高速缓存也可由其它处理器，例如内存控制器12、DMA控制器16或NIU 15上的处理器来进行管理。在通信装置的其它实施方式中，任何一组组件(例如处理器11、内存控制器12、内存13或DMA控制器16)也可被整合在单一芯片中。
2.ARP高速缓存设置
请参考图3，ARP高速缓存18包括多个ARP列表Tin以及Tout。每个ARP列表包括多个项目(例如表Tin中的183与184以及表Tout中的193与194)。请注意，每个表也可依照需求而有不同的大小。举例来说，表Tout的大小可大于表Tin的大小。此外，ARP列表的数量也仅用来说明，并非用来限定本发明仅止于此。每个ARP列表中的项目包括至少一个协议地址字段、一个硬件地址字段、以及其它信息字段。协议地址字段以及硬件地址字段储存彼此相关的协议地址以及硬件地址，而且其通常由网络节点(即连接到网络的装置)所拥有。在一个项目中的其它信息字段可用来找到在ARP列表中的最没用(1eastuseful)项目。其它信息字段可储存由定时器14所提供的项目的最近参考时间或建立时间，或项目的参考次数。举例来说，假设在ARP列表中有三个项目，这三个项目对应的最近参考时间分别为T1＝1小时以前、T2＝2小时以前、以及T3＝3小时以前；三个项目对应的产生时间分别为T4＝2006年3月、T5＝2004年4月、以及T6＝2005年1月；以及三个项目对应的参考次数分别为C1＝5、C2＝12以及C3＝30。若其它信息字段储存了项目的最近参考时间，最近参考时间为T3的第3项目将被确定为最没用项目。若其它信息字段储存了项目的产生时间，产生时间为T5的第2项目将被确定为最没用项目。若其它信息字段储存了项目的参考次数，参考次数为C1的第1项目将被确定为最没用项目。请注意，一个项目也可同时包括最近参考时间以及参考次数，其中参考次数是记录对项目的参考操作的数目。在此情况下，最没用项目可同时依据最近参考时间以及参考次数来确定。关于ARP列表Tin以及Tout的详细操作以及功能说明请参见以下的内容。
在第一ARP列表(Tin)中的项目是受限于依据ARP消息接收所建立的项目，在第二ARP列表(Tout)中的项目是受限于依据数据包(或信息帧)传送所建立的项目。换言之，依据ARP消息接收所建立的项目是储存并分类(classify)到Tin，而依据信息帧传送所建立的项目则储存并分类到Tout。因此，通信装置10将可更新项目进行分类并避免Tin以及Tout的无条件的项目建立。依据最近参考时间、产生时间或参考次数，可以将一个表格中的一些项目(最没用项目)进行移除或覆盖(overwritten)。此外，依据每个表格的优先级(例如：从具有较低优先等级的表格到具有较高优先等级的其它表格)以及特定属性(用来确定哪一个项目属于哪个ARP列表)，可以将一个表格中的一些项目移动到另一表格中。再者，不同的表格可位于ARP高速缓存的不同区域中，或依表格的每一个项目离散地分布，其中每一个项目是由相关的类别识别数据(ID)所识别。关于表格配置的详细说明请参见以下的内容。
图4以及图5是具有不同表格配置的ARP高速缓存的实施方式。在图4中，表Tin以及表Tout分别设置于ARP高速缓存18A的不同区域中，其中表Tin以及表Tout是设置在两个不同范围的地址所形成的区域。表Tout是设置在ARP高速缓存18A中从ADDRESS_1到ADDRESS_2的区域，而表Tin是设置在ARP高速缓存18A中从ADDRESS_3到ADDRESS_4的区域。在图5的ARP高速缓存18B中，一个项目是属于表Tin还是属于表Tout是依据与此项目相关的一个属性(例如：在类别识别数据字段180中的一个数值)来确定。具有类别ID“1”的项目是属于表Tin，而具有类别ID“2”的项目是属于表Tout。请注意，属性以及ARP高速缓存可被分开并储存在通信装置10中的任何位置。在一些实施方式中，ARP高速缓存也可设计成其它的数据结构，例如可设计为链接串表(linked list)。图5的其它信息中所列出的一个变量C(未图示)可当作一个计数器，用来记录在Tin中的项目数量，以及一个变量S(未图示)可被预设成变量C的上限，因此限制了在表Tin中的项目数量会小于在ARP高速缓存中可更新项目的总数。举例来说，假设变量S设为5且变量C为3。由于变量C并未大于变量S，因此仍然可加入新的项目到表Tin中。一旦变量C增加到5时，则无法再加入新的项目到表Tin中(但是新的项目仍可覆盖现存(existing)的项目)。
表Tin以及表Tout可分别设定其优先级如下：Tin可依据ARP消息接收，在ARP高速缓存18中的其它表格被参考前，优先被参考；而表Tout可依据信息帧传送，在ARP高速缓存18中的其它表格被参考前，优先被参考。类似地，表Tout也可依据信息帧传送以及ARP消息接收，在ARP高速缓存18中的其它表格被参考前，优先被参考。
ARP高速缓存管理方法可依据一个以信息帧为基础的通信(frame-basedcommunication)的请求，对在ARP高速缓存中的一个项目执行项目操作，并且依据此项目操作以及以信息帧为基础的通信，将此项目分类到ARP高速缓存的多个表格其中的一个表格中。此以信息帧为基础的通信包括ARP消息接收以及信息帧传送，并且此以信息帧为基础的通信的请求可通过通信装置10或与其相耦接的其它装置中的一个应用程序来传送。以下将详细介绍与ARP消息接收以及信息帧传送有关的ARP高速缓存管理机制。
3.ARP消息接收
当接收到一个ARP消息时，通信装置10开始执行ARP高速缓存操作。请参照图6，当NIU 15接收ARP消息时(步骤S2)，处理器11先搜寻表Tout以找到ARP消息的匹配项目(matching entry)(步骤S4)，其中匹配项目中包括与接收到的ARP消息中所包含的传送主机协议地址相匹配的协议地址。换言之，所谓匹配项目即包含一个与ARP消息的协议地址相同的协议地址的一个项目。处理器11判断是否有如此的ARP消息的一个匹配项目存在于表Tout中(步骤S6)。若是，处理器11将利用ARP消息来更新表Tout中的此匹配项目(步骤S8)。处理器11可通过将ARP消息中所包含的传送主机硬件地址填入匹配项目的硬件地址字段中来更新此匹配项目。
若表Tout并不具有一个匹配项目时(步骤S6中的否)，处理器11便搜寻表Tin以寻找匹配ARP消息的项目(步骤S10)，并且判断此匹配项目是否存在于表Tin中(步骤S12)。若是，处理器11将利用ARP消息来更新表Tin中的此匹配项目(步骤S14)。类似地，处理器11可通过将ARP消息中所包含的传送器硬件地址填入匹配项目的硬件地址字段中来更新此匹配项目。请注意，通信装置10并不会改变项目的分类。
若表Tin并不具有这样一个匹配项目时，处理器11判断此ARP消息是否指定到通信装置10(步骤S16)。当ARP高速缓存18不具有这样一个匹配项目且ARP消息指定到通信装置10时，处理器11建立一个新项目，并且将欲建立的新项目限制为表Tin的其中一员，来响应此ARP消息(步骤S18)。处理器11可分别将ARP消息中所包含的传送主机协议地址以及传送主机硬件地址填入新项目的协议地址字段以及硬件地址字段中。当表Tin填满时，表Tin中最没用项目可被移除或由新项目所覆盖。表Tin的项目的数量是被限制在小于ARP高速缓存中所有可更新项目的总数，因此可防止随意(arbitrary)的项目建立。在最差的情况下，恶意的攻击提供ARP溢出消息(flooding message)，如此的消息将产生非常大量的没用的新项目，不但移除或覆盖最没用项目，而且也可以移除或覆盖在表Tin中的其它项目(几乎在表Tin中的所有项目都会被移除或覆盖)。请注意，因为依据ARP消息接收的事件，表Tin是被设为最先被参考，恶意攻击仅可影响表Tin，其它表格(例如：表Tout)仍然可正常地操作。换言之，就算通信装置10持续地接收恶意的ARP溢出消息，也可防止对其他表格(例如：表Tout)中的项目的覆盖。处理器11将防止对表Tin的项目建立，直到通信装置接收到一个指定到其本身的ARP消息并且在ARP高速缓存中找不到任何ARP消息的匹配项目为止。储存在每个项目的其它信息字段中的时间信息可用来判断项目的时间，并且可进一步用来定位最没用项目。
当ARP消息不是指定到通信装置10时(步骤S16中的否)，处理器11将丢弃此ARP消息(步骤S20)。处理器11可识别在ARP消息的信息帧报头(例如：L2报头)中的目的协议地址，来判断ARP消息是否指定到通信装置10。若在ARP消息的信息帧报头中的目的协议地址是通信装置10的协议地址时，处理器11确定此第一消息是指定到通信装置10，并且用上述描述的步骤响应。
值得注意的是，在一些实施方式中，处理器11可在搜寻表Tout之前先搜寻表Tin以寻找上述匹配项目。当准备传送数据包时，通信装置10也执行ARP高速缓存操作。以下为一个ARP消息接收的例子。
以IP地址以及MAC地址为例，假设通信装置10接收ARP消息，此ARP消息的来源IP地址以及MAC地址分别为172.16.0.2以及00.01.22.33.E3.98。在接收ARP消息之后(步骤S2)，处理器11搜寻在任何ARP列表中是否有一个匹配项目(其IP地址等于172.16.0.2的项目)存在(步骤S4以及S10)。较佳地，处理器11先查询表Tout，再查询表Tin。各种可能的搜寻结果如下所示：
第一种情形：处理器11在表Tout中找到匹配项目(步骤S6的是)。此时，表Tout如下。
| IP地址 | MAC地址 | 其它信息 |
| 172.16.0.2 | 00.01.45.86.23.8F | … |
| … | … | … |
表Tout
当在表Tout中找到匹配项目后，处理器11将匹配项目的MAC地址由00.01.45.86.23.8F更新到00.01.22.33.E3.98(ARP消息的MAC地址)(步骤S8)。此时，修改后的表Tout如下。
| IP地址 | MAC地址 | 其它信息 |
| 172.16.0.2 | 00.01.22.33.E3.98 | … |
| … | … | … |
表Tout(已更新匹配项目)
第二种情形：处理器11在表Tin中找到匹配项目(步骤S12的是)。此时，表Tin如下。
| IP地址 | MAC地址 | 其它信息 |
| 172.16.0.2 | 00.01.02.35.63.7E | … |
| … | … | … |
表Tin
当在表Tin中找到匹配项目后，处理器11将匹配项目的MAC地址由00.01.02.35.63.7E更新到00.01.22.33.E3.98(ARP消息的MAC地址)(步骤S14)。此时，修改后的表Tin如下。
| IP地址 | MAC地址 | 其它信息 |
| 172.16.0.2 | 00.01.22.33.E3.98 | … |
| … | … | … |
表Tin(已更新匹配项目)
第三种情形：处理器11无法在任何表格中找到匹配项目(步骤S12的否)。此时，表Tin以及表Tout分别如下。
| IP地址 | MAC地址 | 其它信息 |
| 172.16.0.1 | 00.03.45.86.23.5F | … |
| … | … | … |
表Tin
| IP地址 | MAC地址 | 其它信息 |
| 172.16.0.3 | 00.53.47.89.27.5A | … |
| … | … | … |
表Tout
若ARP消息未被指定(步骤S16的否)，处理器11不会对任何ARP列表进行任何操作。反之(步骤S16的是)，处理器11将在表Tin中加入一个新项目。新项目的IP以及MAC地址分别是172.16.0.2以及00.01.22.33.E3.98(与ARP消息的IP以及MAC地址相同)(步骤S18)。若表Tin已经填满时，表Tin中的最没用项目可被移除或由新项目所覆盖。此时，修改后的表Tin如下。
| IP地址 | MAC地址 | 其它信息 |
| 172.16.0.1 | 00.03.45.86.23.5F | … |
| 172.16.0.2 | 00.01.22.33.E3.98 | … |
表Tin(已加入匹配项目)
4.信息帧传送
在通信装置10传送任何信息帧到目的主机(即下一中继段的主机)时，通信装置10必须取得目的主机的协议地址(例如：IP地址)以及硬件地址(例如：MAC地址)。一般而言，通信装置10已经知道目的主机的协议地址，而目的主机的硬件地址必须在通信装置10的表中再进行搜寻。请参照图7，当通信装置准备要传送信息帧时(步骤S602)，处理器11先于表Tout中搜寻信息帧的一个匹配项目(步骤S604)。其中，匹配项目是一个项目，其协议地址与目的主机的协议地址相同。若在表Tout中有找到匹配项目(步骤S606)，在将匹配项目的硬件地址填入要送出的信息帧中之前，处理器11将更进一步检查匹配项目的硬件地址是否有效(步骤S608)。
若匹配项目的硬件地址是有效时(步骤S608中的是)，处理器11将匹配项目的硬件地址填入要送出的信息帧的报头中(步骤S610)，并且通过NIU 15传送此信息帧(步骤S611)。否则(步骤S608中的否)，NIU 15传送一个ARP请求，来取得目的主机的硬件地址(步骤S612)。在接收到带有硬件地址的ARP响应后，处理器11接着更新匹配项目的硬件地址(步骤S613)，并且将匹配项目的硬件地址填入要送出的信息帧的报头中(步骤S610)。最后，NIU 15传送此信息帧(步骤S611)。
当在表Tout中找不到信息帧的一个匹配项目时，处理器11搜寻表Tin，来寻找此信息帧的一个匹配项目(步骤S614)。处理器11将判断表Tin中是否存在此信息帧的一个匹配项目(步骤S616)。若是，处理器11将此信息帧的匹配项目由表Tin中移动到表Tout中(步骤S618)，并且将匹配项目的硬件地址填入要送出的信息帧的报头中(步骤S610)。因此，此匹配项目被移动到具有较高优先等级的表格中，并且防止其被进来的ARP消息所覆盖。在填入硬件地址之后(步骤S610)，NIU 15传送此信息帧(步骤S611)。若表Tin已经填满时，表Tin中的最没用项目可被移除或由此信息帧的匹配项目所覆盖。或者，表Tin的容量可被扩大来容纳此匹配项目。
当在ARP高速缓存中不存在信息帧的一个匹配项目时(步骤S616中的否)，处理器11将在表Tout中加入一个新项目(步骤S620)，将目的主机的协议地址填入新项目的一个协议地址字段，并且指示NIU 15传送ARP请求，来取得和目的主机的协议地址相关的一个硬件地址(步骤S622)。在接收到带有与目的主机的协议地址相关的硬件地址的ARP响应后，处理器11接着将获取到的硬件地址填入新项目的一个硬件地址字段以及信息帧的报头中(步骤S624)，并且指示NIU 15传送此信息帧(步骤S626)。以下提供信息帧传送的一个例子。
同样以IP地址以及MAC地址为例，假设通信装置10想要将信息帧送到目的主机，此目的主机的IP地址为172.16.0.35，而其MAC地址未知。在传送之前，处理器11搜寻在任何ARP列表中是否存在有匹配项目(其IP地址等于172.16.0.35的项目)(步骤S604以及S614)，来找出目的主机的MAC地址。较佳地，处理器11先查询表Tout，再查询表Tin。各种可能的搜寻结果如下所示：
第一种情形：处理器11在表Tout中找到匹配项目(步骤S606中的是)。此时，表Tout如下。
| IP地址 | MAC地址 | 其它信息 |
| 172.16.0.35 | 00.01.45.86.23.8F | … |
| … | … | … |
表Tout
若匹配项目的MAC地址为有效时(例如：00.01.45.86.23.8F)(步骤S608中的是)，通信装置10将有效值00.01.45.86.23.8F填入信息帧的MAC地址字段，并且传送此信息帧(步骤S610以及S611)。否则(步骤S608中的否)，处理器11送出一个对目的主机的MAC地址的ARP请求来更新匹配项目的MAC地址(步骤S613)。
第二种情形：处理器11在表Tin中找到匹配项目(步骤S616中的是)。此时，表Tin如下。
| IP地址 | MAC地址 | 其它信息 |
| 172.16.0.35 | 01.23.46.87.23.5C | … |
| … | … | … |
表Tin
类似地，通信装置10将匹配项目的MAC地址(例如：01.23.46.87.23.5C)填入信息帧的MAC地址字段，并且传送此信息帧(步骤S610以及S611)。第二种情形与第一种情形主要的差别在于，此匹配项目将更进一步由表Tin移动到表Tout中(步骤S618)。
| IP地址 | MAC地址 | 其它信息 |
| … | … | … |
表Tin(已移除匹配项目)
第三种情形：处理器11无法在任何表格中找到匹配项目(步骤S616中的否)。此时，表Tin以及表Tout分别如下。
| IP地址 | MAC地址 | 其它信息 |
| 172.16.0.33 | 00.03.45.86.23.5F | … |
| … | … | … |
表Tin
| IP地址 | MAC地址 | 其它信息 |
| 172.16.0.28 | 00.53.47.89.27.5A | … |
| … | … | … |
表Tout
处理器11在表Tout中加入一个新项目并将其IP地址填入172.16.0.35，并送出ARP请求以填入其MAC地址(步骤S620、S622以及S624)。在依据响应的ARP响应填入信息帧的IP地址以及MAC地址之后，通信装置10送出此信息帧(步骤S626)。此时，修改后的表Tout如下。
| IP地址 | MAC地址 | 其它信息 |
| 172.16.0.28 | 00.53.47.89.27.5A | … |
| 172.16.0.35 | 00.01.22.33.E3.98 | … |
表Tout(已加入匹配项目)
5.结论
在不同的ARP高速缓存配置中，实现由表Tin到表Tout的项目移动方式也不尽相同。特别是，当表Tin以及表Tout是分别位于ARP高速缓存18的不同区域时，处理器11可能在表Tout中产生信息帧的匹配项目的一个副本，并且删除在表Tin中的信息帧的匹配项目。当信息帧的匹配项目的类别依据一个相关的类别识别资料而辨识出来时，处理器11可能修改此类别识别数据以实现将信息帧的匹配项目由表Tin移动到表Tout。依据此ARP管理方法，指定到目的主机的未经请求的ARP项目是储存在表Tin中，并且当被作为信息帧传送的参考时，将被移动到表Tout中。因此，可防止恶意的ARP溢出消息覆盖在表Tout中最近参考的ARP项目。关于通信装置10的操作整理在表2中。
表2
当NIU 15接收到一个以信息帧为基础的通信(frame-based communication)请求时，处理器11搜寻ARP高速缓存18以寻找相应于此以信息帧为基础的通信的一个匹配项目，若有找到此匹配项目时，依据此以信息帧为基础的通信，将匹配项目分类到表Tin或表Tout中。举例来说，依据一个传送信息帧的请求，当匹配项目位于表Tin中时，处理器11将匹配项目分类到表Tout中。依据一个接收ARP消息或传送信息帧的请求，当匹配项目位于表Tin中时，处理器11不会改变匹配项目的分类，如此，此匹配项目仍保留在表Tin中。依据一个接收ARP消息或传送信息帧的请求，当匹配项目位于表Tout中时，处理器11不会改变匹配项目的分类。
若没有找到对应此以信息帧为基础的通信的一个匹配项目时，处理器11建立一个对应于此以信息帧为基础的通信的新项目，并依据此以信息帧为基础的通信进行分类。当新项目是依据一个传送信息帧的请求所建立时，处理器11会将此项目分类到表Tout中。当新项目是依据一个接收ARP消息的请求所建立时，处理器11会将此项目分类到表Tin中。
一般而言，当NIU 15接收到一个以信息帧为基础的通信的请求时，处理器11将依据此请求，执行在ARP高速缓存中匹配项目上的项目操作，并且据此项目操作以及以信息帧为基础的通信，将匹配项目分类到表Tin或表Tout中。
上述ARP管理方法也可被实施于连接到网络30以及网络A 50的其它装置上，例如移动装置20、计算机22以及路由器40。
综上所述，至少两个表格(Tin以及Tout)是配置在一个ARP高速缓存中，并且可更新ARP项目也被对应的分类到表Tin以及表Tout中。表Tin中的项目的数量被限制在小于ARP高速缓存的可更新项目的总数。一个目前作为信息帧传送参考的ARP项目是储存在表Tout中，并且依据随之而来的信息帧传送将首先被参考，因此可改善ARP列表查询的效率。未经请求的ARP项目是储存在表Tin中，一旦作为信息帧传送参考时，就会被移入Tout中。因此，可防止恶意的ARP溢出消息覆盖在表Tout中最近参考的ARP项目。
上述说明提供数种不同实施方式或应用本发明的不同方法。实例中的特定装置以及方法是用来帮助阐释本发明的主要精神及目的，当然本发明不限于此。
因此，虽然本发明已用实施方式揭露如上，然其并非用来限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。
Claims (37)
1.一种地址解析协议高速缓存管理方法，用来管理通信装置上的地址解析协议高速缓存，其中上述地址解析协议高速缓存包括至少一个保留的地址解析协议列表以及至少一个非保留的地址解析协议列表，每一个地址解析协议列表包括多个项目，每一项目包括高速缓存协议地址以及高速缓存硬件地址，上述地址解析协议高速缓存管理方法包括：
接收地址解析协议消息，其中上述地址解析协议消息包括消息协议地址以及消息硬件地址；
查询上述多个地址解析协议列表中的至少一个来找到项目，上述项目的高速缓存协议地址与上述接收到的地址解析协议消息的上述消息协议地址匹配；以及
若未找到上述项目，在上述非保留的地址解析协议列表中建立新项目，其中上述新项目包含上述消息协议地址以及上述消息硬件地址，或将上述选定地址解析协议列表中的现存项目用上述新项目进行覆盖。
2.如权利要求1所述的地址解析协议高速缓存管理方法，其特征在于，上述查询上述多个地址解析协议列表中的至少一个的步骤更包括：
先查询上述保留的地址解析协议列表来判断在上述保留的地址解析协议列表中是否存在上述消息匹配项目；以及
若否，接着查询上述非保留的地址解析协议列表来判断在上述非保留的地址解析协议列表中是否存在上述消息匹配项目。
3.如权利要求2所述的地址解析协议高速缓存管理方法，其特征在于，上述更新上述消息匹配项目的步骤更包括将上述地址解析协议消息中所包含的上述消息硬件地址填入上述消息匹配项目的上述高速缓存硬件地址中。
4.如权利要求1所述的地址解析协议高速缓存管理方法，其特征在于，上述在上述非保留的地址解析协议列表中建立上述新项目的步骤更包括：
分别将上述地址解析协议消息中所包含的上述消息协议地址以及上述消息硬件地址对应地填入上述新项目的上述高速缓存协议地址及上述高速缓存硬件地址。
5.如权利要求1所述的地址解析协议高速缓存管理方法，其特征在于，上述在上述非保留的地址解析协议列表中建立上述新项目的步骤更包括：
防止在上述保留的地址解析协议列表中的项目建立操作，直到收到指定到上述通信装置的地址解析协议消息。
6.如权利要求1所述的地址解析协议高速缓存管理方法，其特征在于，更包括为每一个项目提供一个属性项，其中上述属性项表示上述项目属于哪一个地址解析协议列表。
7.如权利要求1所述的地址解析协议高速缓存管理方法，其特征在于，所述的地址解析协议高速缓存管理方法更包括：
当上述通信装置传送信息帧到目的主机时，在上述保留的地址解析协议列表中找到或建立传送匹配项目，其中在上述信息帧的上述传送匹配项目中的上述协议地址匹配上述信息帧的上述目的主机的上述协议地址；
将上述传送匹配项目的上述协议地址填入上述信息帧的上述目的主机的传送协议地址；
将上述传送匹配项目的上述硬件地址填入上述信息帧的上述目的主机的传送硬件协议地址中；以及
将上述信息帧传送到上述目的主机。
8.如权利要求7所述的地址解析协议高速缓存管理方法，其特征在于，上述在上述保留的地址解析协议中找到或建立上述传送匹配项目的步骤更包括：
若上述信息帧的上述传送匹配项目存在于上述非保留的地址解析协议列表中时，将上述信息帧的上述传送匹配项目由上述非保留的地址解析协议列表中移动到另一地址解析协议列表中。
9.如权利要求1所述的地址解析协议高速缓存管理方法，其特征在于，不同的上述多个地址解析协议列表位于上述地址解析协议高速缓存的不同区域中。
10.一种通信装置，可进行地址解析协议管理，其特征在于，所述的通信装置包括：
地址解析协议高速缓存，包括：
多个地址解析协议列表，每一个上述多个地址解析协议列表包括：
多个可更新项目，每一个上述多个项目包括高速缓存协议地址以及高速缓存硬件地址；
网络接口单元，用来接收多个地址解析协议消息或传送多个信息帧到目的主机，其中每一个上述多个地址解析协议消息包括消息协议地址以及消息硬件地址，且每一个上述多个信息帧包括传送协议地址以及传送硬件地址；以及
处理器，包括：
第一查询装置，用来在上述网络接口单元接收地址解析协议消息之后，查询上述多个地址解析协议列表来寻找是否存在消息匹配项目；
第二查询装置，用来在上述网络接口单元传送信息帧之前查询上述多个地址解析协议列表，来寻找是否存在传送匹配项目；
选择装置，用来在上述多个地址解析协议列表中选择一个地址解析协议列表来储存新项目；以及
建立装置，用来在未找到上述消息匹配项目时，建立新项目来覆盖在上述选择的地址解析协议列表中的现存项目；
其中上述消息匹配项目是一个项目，上述项目的上述高速缓存协议地址等于上述接收的地址解析协议消息的上述消息协议地址，且在上述信息帧的上述传送匹配项目中的上述协议地址与上述信息帧的上述目的主机的上述协议地址匹配。
11.如权利要求10所述的通信装置，其特征在于，上述建立装置防止在上述选择的地址解析协议列表中的项目建立操作，直到收到指定到上述通信装置的一个地址解析协议消息。
12.如权利要求10所述的通信装置，其特征在于，项目是属于哪一个地址解析协议列表是由和上述项目相关的一个属性所表示。
13.如权利要求10所述的通信装置，其特征在于，不同的上述多个地址解析协议列表位于上述地址解析协议高速缓存的不同区域中。
14.如权利要求10所述的通信装置，其特征在于，如果上述信息帧的上述传送匹配项目存在于上述选择的地址解析协议列表中时，上述处理器将上述信息帧的上述传送匹配项目由上述选择的地址解析协议列表中移动到另一个地址解析协议列表中。
15.一种地址解析协议高速缓存管理方法，用来管理通信装置上的地址解析协议高速缓存，其中上述地址解析协议高速缓存包括多个地址解析协议列表，每一个地址解析协议列表包括多个可更新项目，上述地址解析协议高速缓存管理方法包括：
依据用信息帧为基础的通信的一个请求，执行在上述地址解析协议高速缓存中第一项目上的项目操作；以及
依据上述项目操作以及上述用信息帧作为基础的通信，将上述第一项目重新分类成上述地址解析协议高速缓存中上述多个地址解析协议列表中的一个。
16.如权利要求15所述的地址解析协议高速缓存管理方法，其特征在于，所述的地址解析协议高速缓存管理方法更包括：
当上述项目操作包括建立上述第一项目而且上述用上述信息帧为基础的操作包括接收地址解析协议消息时，将上述第一项目分类到上述地址解析协议高速缓存中的第一地址解析协议列表。
17.如权利要求15所述的地址解析协议高速缓存管理方法，其特征在于，所述的地址解析协议高速缓存管理方法更包括：
当上述项目操作包括建立上述第一项目且上述用上述信息帧为基础的操作包括传送第一信息帧时，将上述第一项目分类到上述地址解析协议高速缓存中的第二地址解析协议列表。
18.如权利要求17所述的地址解析协议高速缓存管理方法，其特征在于，所述的地址解析协议高速缓存管理方法更包括：
当接收到后来的信息帧传送请求时，依据上述后来的信息帧传送请求，在参考上述地址解析协议高速缓存中的其它地址解析协议列表之前，先参考上述第二地址解析协议列表中的项目。
19.如权利要求17所述的地址解析协议高速缓存管理方法，其特征在于，上述地址解析协议高速缓存包括依据地址解析协议消息接收所建立的项目的第一地址解析协议列表以及依据信息帧传送所建立的项目的上述第二地址解析协议列表，更包括，当上述项目操作包括定位在上述第一地址解析协议列表中的上述第一项目而且上述以上述信息帧为基础的操作包括传送第一信息帧时，将上述第一项目分类到上述第二地址解析协议列表。
20.如权利要求19所述的地址解析协议高速缓存管理方法，其中上述第一地址解析协议列表以及上述第二地址解析协议列表是分别位于上述地址解析协议高速缓存的不同区域中。
21.一种通信装置，可进行地址解析协议管理，其特征在于，所述的通信装置包括：
地址解析协议高速缓存，包括：
多个地址解析协议列表，每一个上述多个地址解析协议列表包括：
多个可更新项目，每一个上述多个项目包括高速缓存协议地址以及高速缓存硬件地址；
网络接口单元，用来接收以信息帧为基础的通信的请求；以及
处理器，用来依据上述请求，对上述地址解析协议高速缓存中的项目执行项目操作，以及依据上述项目操作以及上述以信息帧为基础的通信，将上述项目分类到在上述地址解析协议高速缓存中的上述多个地址解析协议列表中的一个。
22.如权利要求21所述的通信装置，其特征在于，所述的通信装置更包括，当上述项目操作包括建立所述的第一项目且所述的以所述的信息帧为基础的操作包括接收地址解析协议消息时，上述处理器将上述第一项目分类到上述地址解析协议高速缓存中的第一地址解析协议列表。
23.如权利要求21所述的通信装置，其特征在于，所述的通信装置更包括，当上述项目操作包括建立上述第一项目且上述以上述信息帧为基础的操作包括传送第一信息帧时，上述处理器将上述第一项目分类到上述地址解析协议高速缓存中的第二地址解析协议列表。
24.如权利要求23所述的通信装置，其特征在于，当接收到后来的信息帧传送请求时，上述处理器依据上述后来的信息帧传送请求，在参考上述地址解析协议高速缓存中其它地址解析协议列表之前，先参考上述第二地址解析协议列表中的项目。
25.如权利要求21所述的通信装置，其特征在于，上述地址解析协议高速缓存包括依据地址解析协议消息接收所建立的项目的第一地址解析协议列表以及依据信息帧传送所建立的项目的第二地址解析协议列表，当上述项目操作包括定位在上述第一地址解析协议列表中的上述第一项目且上述以上述信息帧为基础的操作包括传送第一信息帧时，上述处理器将上述第一项目分类到上述第二地址解析协议列表。
26.一种地址解析协议高速缓存管理方法，其特征在于，用来管理通信装置上的地址解析协议高速缓存，其中上述地址解析协议高速缓存包括多个地址解析协议列表，每一个上述多个地址解析协议列表包括多个可更新项目，上述地址解析协议高速缓存管理方法包括：
当上述通信装置接收到地址解析协议消息时，判断上述地址解析协议高速缓存是否包括消息匹配项目，其中上述消息匹配项目包括与上述接收到的地址解析协议消息中所包含的上述传送主机协议地址相匹配的高速缓存协议地址；以及
若否，且上述地址解析协议消息是指定到上述通信装置时，限制在非保留的地址解析协议列表上建立新项目，来响应上述地址解析协议消息。
27.如权利要求26所述的地址解析协议高速缓存管理方法，其特征在于，所述的地址解析协议高速缓存管理方法更包括将上述地址解析协议消息中所包含的上述传送主机协议地址以及上述传送主机硬件地址分别填入上述新项目的协议地址字段以及硬件地址字段。
28.如权利要求26所述的地址解析协议高速缓存管理方法，其特征在于，所述的地址解析协议高速缓存管理方法更包括防止在上述非保留的地址解析协议列表中的项目建立操作，直到收到指定到上述通信装置的地址解析协议消息以及在上述地址解析协议高速缓存找不到上述地址解析协议消息的上述消息匹配项目。
29.如权利要求26所述的地址解析协议高速缓存管理方法，其特征在于，所述的地址解析协议高速缓存管理方法更包括，当上述地址解析协议高速缓存包括上述消息匹配项目，其包括上述接收到的上述地址解析协议消息中所包含的上述传送主机的协议地址时，利用上述地址解析协议消息更新上述消息匹配项目。
30.如权利要求29所述的地址解析协议高速缓存管理方法，其特征在于，更新上述消息匹配项目的步骤包括将上述地址解析协议消息中所包含的上述传送主机的硬件地址填入上述消息匹配项目的硬件地址字段。
31.如权利要求26所述的地址解析协议高速缓存管理方法，其特征在于，上述非保留的地址解析协议列表位于上述地址解析协议高速缓存的区域中。
32.如权利要求26所述的地址解析协议高速缓存管理方法，其特征在于，项目是否属于上述非保留的地址解析协议列表是由和上述项目相关的属性项所表示。
33.一种地址解析协议高速缓存管理方法，用来管理通信装置上的地址解析协议高速缓存，其中上述地址解析协议高速缓存包括保留的地址解析协议列表以及非保留的地址解析协议列表，每一个地址解析协议列表包括多个可更新项目，上述地址解析协议高速缓存管理方法包括：
当上述通信装置传送信息帧时，先搜寻上述保留的地址解析协议列表，来定位上述信息帧的传送匹配项目，其中在上述传送匹配项目中的上述高速缓存协议地址是匹配上述信息帧的下一个中继段的上述协议地址；
当上述保留的地址解析协议列表中没有传送匹配项目存在时，搜寻上述非保留的地址解析协议列表，来定位传送匹配项目；以及
当在上述地址解析协议高速缓存中没有传送匹配项目存在时，限制在上述保留的地址解析协议列表中建立新项目。
34.如权利要求33所述的地址解析协议高速缓存管理方法，其特征在于，所述的地址解析协议高速缓存管理方法更包括，将上述信息帧的上述下一中继段的上述协议地址填入第二新项目中的协议地址字段。
35.如权利要求33所述的地址解析协议高速缓存管理方法，其特征在于，上述非保留的地址解析协议列表中的项目是依据地址解析协议消息接收所建立，以及上述保留的地址解析协议列表中的项目是依据信息帧传送所建立。
36.一种地址解析协议高速缓存管理方法，用来管理通信装置上地址解析协议高速缓存，其中上述地址解析协议高速缓存包括多个可更新项目，上述地址解析协议高速缓存管理方法包括：
当上述通信装置接收地址解析协议消息时，判断上述地址解析协议高速缓存是否包括消息匹配项目，其中上述消息匹配项目包括和上述接收到的地址解析协议消息中所包含的上述传送主机协议地址相匹配的高速缓存协议地址；以及
当上述地址解析协议高速缓存不包括上述消息匹配项目且上述地址解析协议消息是指定到上述通信装置时，在上述地址解析协议高速缓存中建立新项目，来响应上述地址解析协议消息接收，并且依据上述地址解析协议消息接收，限制建立项目的数量，使其少于上述地址解析协议高速缓存中所有上述多个可更新项目的总数量。
37.一种地址解析协议高速缓存管理方法，用来管理通信装置上的地址解析协议高速缓存，其中上述地址解析协议高速缓存包括多个可更新项目，上述地址解析协议高速缓存管理方法包括：
当项目建立的条件满足时，在上述地址解析协议高速缓存中建立新项目来响应上述地址解析协议消息接收；以及
依据上述地址解析协议消息接收，限制建立项目的数量，使其少于上述地址解析协议高速缓存中所有上述多个可更新项目的总数量。
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