CN101335610B - 一种高端以太网交换机中的arp同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高端以太网交换机中的ARP同步方法，该方法目前应用在博达S8500系列高端交换机上，该方法包含线卡ARP同步信息处理和主控板ARP同步信息处理；所述线卡ARP同步信息处理包括线卡请求ARP的步骤与线卡收到ARP应答的步骤；所述主控板ARP同步信息处理包括主控板请求ARP的步骤与主控板收到ARP应答的步骤。本发明方法通过应用在采用RPC作为通信机制的分布式结构的高端交换机上，从而实现交换机中主控板与线卡的数据信息同步，解决了以往交换机中线卡和主控板之间的ARP同步不能够高效的完成，使得交换机的转发效率也会大打折扣的技术问题。

Description

一种高端以太网交换机中的ARP同步方法

技术领域：

本发明涉及数据通信中的以太网通信领域，特别涉及一种高端以太网交换机中的ARP同步方法。

背景技术：

在现有技术中，博达S8500系列以太网高端交换机从功能上讲是一台三层交换机，兼有三层交换机所有的交换和路由功能，并具有更强大的吞吐能力。从物理架构上讲，S8500系列与目前普遍使用的交换机产品不同：目前的产品大多是单处理器设备，整个软件运行于单一的处理器上，各种芯片等通过总线与处理器直接联接，处理器通过寻址即可对芯片进行操作；S8500系列属于多处理器设备，除主控板拥有处理器外，各个线卡上也有各自的处理器，每块线卡上的芯片只能被各自的处理器操作，线卡之间通过内部网络相连。

在新的物理架构中，软件架构也必将发生变化：各个处理器上需要有独立运行的软件映像，处理器之间需要以某种方式进行数据和控制同步。为了便于操作物理芯片，部分软件将迁移到线卡上运行；为了充分利用线卡处理器，加快系统处理速度，部分软件将在主控板上运行，同时将有关信息复制到线卡上，便于线卡速查。

ARP便是一类典型的需要在主控板和线卡之间实现同步的数据信息。在高端交换机的分布式架构中，绝大部分网络层报文转发都由线卡独立完成，而ARP则记录了转发报文所必须的下一跳MAC地址，这就要求线卡能够维护完整且独立的ARP信息。假如线卡不能得到所需的ARP，那么报文转发就无法完成；假如线卡和主控板之间的ARP同步不能够高效的完成，交换机的转发效率也会大打折扣。

发明内容：

本发明的目的是提供一种高端以太网交换机中的ARP同步方法。该技术方案该方法包含线卡ARP同步信息处理和主控板ARP同步信息处理，通过应用在采用RPC作为通信机制的分布式结构的高端交换机上，从而实现交换机中主控板与线卡的数据信息同步，解决了以往交换机中线卡和主控板之间的ARP同步不能够高效的完成，使得交换机的转发效率也会大打折扣的技术问题。

下面具体说明该技术方案：

一种高端以太网交换机中的ARP同步方法，该方法目前应用在博达S8500系列高端交换机上，该方法包含线卡ARP同步信息处理和主控板ARP同步信息处理；所述线卡ARP同步信息处理包括线卡请求ARP的步骤与线卡收到ARP应答的步骤；所述主控板ARP同步信息处理包括主控板请求ARP的步骤与主控板收到ARP应答的步骤；

其特征在于，

所述线卡请求ARP的步骤是指：线卡在进行ARP解析时，既向VLAN内广播ARP请求报文，同时也向主控板查询ARP。主控板会将来自一个线卡的ARP查询传递给其它线卡，然后查看本地是否包含所请求的ARP，若有，则对线卡进行回应；若另一个线卡上存在所请求的ARP，该线卡就将ARP项同步给主控板，由主控板回应最初请求的线卡。

所述线卡收到ARP应答的步骤是指：线卡收到ARP应答报文之后，若本地存在对应该应答报文的未完成的ARP项，则更新该ARP，然后“紧急同步”到主控板；若本地没有未完成ARP，则定时同步给主控板。此后主控板会将一个线卡的ARP项，同步给其它线卡。

所述主控板请求ARP的步骤是指：主控板在进行ARP解析时，既向VLAN内广播ARP请求报文，同时也向所有线卡查询ARP。若一个线卡上存在所查询的ARP，该线卡就将ARP同步给主控板。主控板除了更新本地的ARP项之外，还将学习到的ARP同步给其它线卡。

所述主控板收到ARP应答的步骤是指：主控板收到ARP应答报文后，首先根据报文内容更新本地ARP项，并将该项标记为“MSUOnly”类型，以便于在不被使用时该项可以快速老化。然后主控将ARP同步到所有线卡。该ARP项对应的源槽位上的线卡根据主控板的同步成功更新本地的ARP之后，重新将该ARP项同步给主控板，此时主控板去掉ARP项的“MSUOnly”标记。

对于上述方法，所述方法中的线卡在默认情况下采用主动同步的策略，需要同步的ARP项以及同步操作类型会被打包进缓冲区，每一次向其它线卡发起同步调用时都会携带一段时间内尚未同步但是已打包的条目。

对于上述方法，主控板ARP同步时仅处理ARP源槽位号(SourceSlot)与服务发起槽位相同的条目，MSU将需要同步的条目发往所有线卡。

对于上述方法，线卡ARP同步时仅处理SourceSlot与本地不同的条目，线卡仅将需要同步的条目发往MSU，这些条目必须是在本地生成的(SourceSlot与本地槽位号相同)。

对于上述方法，一般情况下，线卡在回复一个ARP请求之后，会根据原请求报文内容创建条目，同时将该条目加入ARP更新链表；下一次同步时间到达后(默认为5秒)，该条目会被从链表中取出，打包然后通知给主控板；该过程称为定时同步。

对于上述方法，当线卡收到一个ARP应答之后，发现本地有对应的未完成项(Incomplete)，说明可能有其它的线卡请求该项；此时线卡会立刻，或者在下一次同步定时器超时之后，将该条目打包发送；该过程称为紧急同步。

另外，上述方法在应用时还具备以下特征：

局部过程(1)：线卡收到一个ARP应答报文之后，如果本地并没有对应的Incomplete ARP项，说明没有任何线卡请求过该条目。此时，仍然会根据报文的源IP和MAC地址生成一条ARP项，并且标记为临时(Temporary)类型。

如果没有线卡请求，Temporary类型的条目会在短时间内被老化删除(默认15秒)；如果在老化之前被请求，Temporary条目会被转化为普通的动态ARP项保存。

参数设置：Temporary类型ARP条目的默认老化时间为15秒。

局部过程(2)：静态ARP包括命令配置生成的条目和其它网络层模块自行添加的条目。配置生成的条目通过命令同步的方式在线卡上创建，应用模块自行添加的条目首先在MSU上创建，然后通过RPC服务同步到线卡。

静态ARP条目创建之后，可能并不包含报文转发所需的VLAN，PhysicalPort等信息，这些信息可能在MSU或线卡处理ARP报文时被更新，然后向其它线卡同步。

局部过程(3)：交换机的每个线卡都会定时更新本地ARP条目存在的时间，并进行超时检查。

参数设置：

1.对于已完成的动态ARP，如果不是Temporary或MSUOnly类型，会在下列情况下被老化删除：

a)超时(14400秒)；

b)Mac地址已经老化；

c)SourceSlot所在的线卡被拔除，仅限MSU；

2.Incomplete条目会在默认的15秒之后被老化删除；

3.Temporary和MSUOnly条目分别在15秒和300秒之后被老化删除。

上述发明方法的有益效果为：

1.主控板和线卡都可以发起ARP查询，主控板可以向线卡请求ARP，线卡也可以向主控板请求ARP；

2.用户可以通过配置来灵活控制交换机是否采用紧急同步，紧急同步可以加快ARP的同步速度，但可能增大交换机CPU的负担；

3.一条ARP项可以在最小化CPU负担的前提下，更高效的同步到所有线卡；

4.MSU处理ARP应答报文，可以在线卡负担过重的情况下保证ARP信息完整，进而保证交换机的正常转发；

5.老化超时策略可以在必要时清除无用的ARP信息。

附图说明：

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明方法中线卡请求ARP的步骤的流程图。图中LC-1代表最初请求ARP的线卡，LC-2代表其它线卡。

图2为本发明方法中线卡收到ARP应答的步骤的流程图。其中LC-1代表收到ARP应答报文的线卡，LC-2代表其它线卡。

图3为本发明方法中主控板请求ARP的步骤的流程图。

图4为本发明方法中主控板收到ARP应答的步骤的流程图。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

根据上述发明内容，下面列举本发明的一个具体事例。

本发明所提供的高端以太网交换机中的ARP同步方法，这里该方法应用在采用RPC作为通信机制的分布式结构的高端交换机上，例如博达S8503交换机。S8503交换机包含三个槽位，支持一块主控板和两块线卡，线卡用于连接外部网络，线卡与主控板之间通过RPC等通信机制连接。在默认配置下，线卡和主控板的ARP定时同步间隔为5秒，ARP应答报文由主控板处理，Incomplete和MSUOnly类型的ARP条目的老化时间为15秒。

下面介绍一下本例方法中线卡ARP同步信息处理的具体技术方案：

如图1所示，这是本例中线卡请求ARP的步骤。假设线卡LC-1开始请求ARP，LC-1首先向VLAN内的所有端口广播ARP请求报文，然后向主控板MSU发送ARP查询请求。MSU收到LC-1的ARP查询之后，首先直接将该请求转发给其它线卡，以提高查询效率，然后在本地创建未完成的ARP项，等待其它线卡的回应。

此时线卡LC-2收到了MSU转发的ARP查询，LC-2便查找本地保存的ARP项，假设LC-2找到了MSU需要的ARP，便使用紧急同步的方式把这个ARP同步给MSU。MSU收到LC-2的更新之后，发现本地存在对应的未完成ARP项，MSU首先更新本地的ARP，然后将该项紧急同步给LC-2之外的线卡(LC-1)。

LC-1收到MSU的ARP同步之后，就可以更新本地的未完成ARP项。

此外，如果MSU和其它线卡上都没有LC-1所需的ARP，这些板卡上都会创建未完成的ARP项。如果LC-1最终也没有收到外部主机的ARP应答，所有这些Incomplete项会在15秒内老化删除，以节省系统资源。

如图2所示，这是本例中线卡收到ARP应答的步骤。假设线卡LC-1收到了来自外部主机的ARP应答报文，LC-1首先进行报文的预处理，包括验证报文的类型、合法性等。预处理完成后，LC-1尝试使用报文内容更新本地的ARP，假设LC-1上此时已经存在了IncompleteARP项与该报文对应，说明不久前LC-1或其它线卡曾经请求过该ARP，此时LC-1就把更新后的ARP紧急同步给MSU。

MSU收到来自LC-1的ARP同步后，同样尝试更新本地的ARP，假设MSU上也存在Incomplete项，MSU就把该ARP紧急同步给LC-1之外的所有线卡。

另一块线卡LC-2收到MSU的ARP同步之后，仅更新本地的ARP项。

下面介绍一下本例方法中主控板ARP同步信息处理的具体技术方案：

如图3所示，这是本例中主控板请求ARP的步骤。主控板请求ARP的过程与线卡类似。MSU首先创建未完成的ARP项，然后向VLAN内广播ARP请求报文，最后向所有线卡查询ARP。

假设线卡LC上包含主控查询的ARP，LC就将该ARP紧急同步给MSU。MSU除了更新本地的IncompleteARP项之外，还会将更新后的ARP同步给LC之外的所有线卡，从而保证这些线卡都可以使用这一条ARP项。

如图4所示，这是本例中主控板收到ARP应答的步骤。MSU收到ARP应答报文之后，同样首先进行报文的预处理，然后更新本地的ARP条目。并为ARP条目添加MSUOnly标志。假设MSU更新前的ARP条目是未完成的，MSU会使用紧急同步将ARP同步给所有线卡。

假设线卡LC的所在的槽位号与该ARP条目的槽位号相同—ARP对应的主机连接着线卡LC。LC在更新本地的ARP之后，会再次将ARP同步给MSU。MSU收到LC的同步之后，发现LC的槽位号与ARP条目相同，就去掉ARP项的MSUOnly标志。

此外，如果线卡LC在收到MSU的同步之前并不存在这一条ARP—说明LC不曾请求或使用过该ARP，那么LC就不会将其再次同步给MSU，MSU也不会去掉MSUOnly标志。这一条仅在MSU上存在的ARP条目会在15秒钟后被老化删除，以节省系统资源。

本发明说明书中所涉及的技术名词解释：

VLAN--Virtual LAN，虚拟局域网，逻辑划分的交换网络。

ARP--Address Resolution Protocol，地址解析协议，实现IP地址到物理地址的映射。ARP协议使用的基本报文类型包括请求(Request)和应答(Response)等。

Incomplete ARP--未完成ARP项。表示交换机请求了某个IP地址对应的MAC地址，当时尚未收到应答。

Temporary ARP--临时ARP项。表示虽然完整但是没有任何线卡请求过该项。

MSUOnly ARP--表示该ARP条目在MSU存在，但尚未收到SourceSlot线卡发布的同步更新。

SourceSlot--源槽位号。表示ARP对应的主机所连接的线卡。

RPC--Remote Procedure Call远端过程调用，指某个处理器上的任务调用其它处理器提供的服务的操作。RPC是高端交换机系统不同线卡上软件通信的基本方法。

MSU--主控板，在系统中处于主控位置的线卡，具有协调整个系统运作、控制线卡功能和保存配置等功能。

LineCard--线卡，在系统中处于从属位置的线卡，主要用于系统I0控制。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种高端以太网交换机中的ARP同步方法，该方法目前应用在博达S8500系列高端交换机上，该方法包含线卡ARP同步信息处理和主控板MSU的ARP同步信息处理；所述线卡ARP同步信息处理包括线卡请求ARP的步骤与线卡收到ARP应答的步骤；所述主控板MSU的ARP同步信息处理包括主控板MSU请求ARP的步骤与主控板MSU收到ARP应答的步骤；

其特征在于，

所述线卡请求ARP的步骤是指：线卡在进行ARP解析时，既向VLAN内广播ARP请求报文，同时也向主控板MSU查询ARP；主控板MSU会将来自一个线卡的ARP查询传递给其它线卡，然后查看本地是否包含所请求的ARP，若有，则对线卡进行回应；若另一个线卡上存在所请求的ARP，该另一个线卡就将ARP项同步给主控板MSU，由主控板MSU回应最初请求的线卡；

所述线卡收到ARP应答的步骤是指：线卡收到ARP应答报文之后，若本地存在对应该应答报文的未完成的ARP项，则更新该ARP，然后″紧急同步″到主控板MSU；若本地没有未完成ARP，则定时同步给主控板MSU；此后主控板MSU会将一个线卡的ARP项，同步给其它线卡；

所述主控板MSU请求ARP的步骤是指：主控板MSU在进行ARP解析时，既向VLAN内广播ARP请求报文，同时也向所有线卡查询ARP；若一个线卡上存在所查询的ARP，该线卡就将ARP同步给主控板MSU；主控板MSU除了更新本地的ARP项之外，还将由该线卡同步给主控板MSU的ARP同步给其它线卡；

所述主控板MSU收到ARP应答的步骤是指：主控板MSU收到ARP应答报文后，首先根据报文内容更新本地ARP项，并将该项标记为“MSUOnly”类型，以便于在不被使用时该项可以快速老化；然后主控将ARP同步到所有线卡；该ARP项对应的源槽位上的线卡根据主控板MSU的同步成功更新本地的ARP之后，重新将该ARP项同步给主控板MSU，此时主控板MSU去掉ARP项的″MSUOnly″标记。

2.根据权利要求1的高端以太网交换机中的ARP同步方法，其特征在于， 所述方法中的线卡在默认情况下采用主动同步的策略，需要同步的ARP项以及同步操作类型会被打包进缓冲区，每一次向其它线卡发起同步调用时都会携带一段时间内尚未同步但是己打包的条目。

3.根据权利要求1的高端以太网交换机中的ARP同步方法，其特征在于，主控板MSU的ARP同步时仅处理ARP源槽位号与服务发起槽位相同的条目，主控板MSU将需要同步的条目发往所有线卡。

4.根据权利要求l的高端以太网交换机中的ARP同步方法，其特征在于，线卡ARP同步时仅处理源槽位号SourceSlot与本地不同的条目，线卡仅将需要同步的条目发往主控板MSU，这些条目必须是在本地生成的。

5.根据权利要求1的高端以太网交换机中的ARP同步方法，其特征在于，一般情况下，线卡在回复一个ARP请求之后，会根据原请求报文内容创建条目，同时将该条目加入ARP更新链表：下一次同步时间到达后，该条目会被从链表中取出，打包然后通知给主控板MSU；该过程称为定时同步。

6.根据权利要求1的高端以太网交换机中的ARP同步方法，其特征在于，当线卡收到一个ARP应答之后，发现本地有对应的未完成项，说明可能有其它的线卡请求该项；此时线卡会立刻，或者在下一次同步定时器超时之后，将该条目打包发送；该过程称为紧急同步。

7.根据权利要求1的高端以太网交换机中的ARP同步方法，其特征在于，所述方法中还包括：

局部过程：线卡收到一个ARP应答报文之后，如果本地并没有对应的未完成Incomplete ARP项，说明没有任何线卡请求过该条目;此时，仍然会根据报文的源IP和MAC地址生成一条ARP项，并且标记为临时Temporary类型；如果没有线卡请求，Temporary类型的条目会在短时间内被老化删除；如果在老化之前被请求，Temporary条目会被转化为普通的动态ARP项保存；

参数设置：Temporary类型ARP条目的默认老化时间为15秒。

8.根据权利要求1的高端以太网交换机中的ARP同步方法，其特征在于，所述方法中还包括:

局部过程:静态ARP包括命令配置生成的条目和其它网络层模块自行添加的条目;配置生成的条目通过命令同步的方式在线卡上创建，应用模块自行添 加的条目首先在主控板MSU上创建，然后通过远端过程调用RPC服务同步到线卡。

9.根据权利要求1的高端以太网交换机中的ARP同步方法，其特征在于，所述方法中还包括：

局部过程：交换机的每个线卡都会定时更新本地ARP条目存在的时间，并进行超时检查；

参数设置：

1.对于己完成的动态ARP，如果不是临时Temporary或MSUOnly类型，会在下列情况下被老化删除:

a)超时14400秒;

b)Mac地址己经老化;

c)SourceSlot所在的线卡被拔除，仅限主控板MSU;

2.未完成Incomplete条目会在默认的15秒之后被老化删除;

3.临时Ternporary和MSUOnly条目分别在15秒和300秒之后被老化删除。 

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