CN101616159A

CN101616159A - 用于三层交换机的数据转发方法和装置

Info

Publication number: CN101616159A
Application number: CN200910160825A
Authority: CN
Inventors: 刘晓东
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2009-07-24
Filing date: 2009-07-24
Publication date: 2009-12-30

Abstract

本发明公开了一种用于三层交换机的数据转发方法和装置，该方法包括：判断接收到的数据的地址是否是本地链路地址；如果是，则记录地址和数据的出接口地址；按照地址和出接口地址对数据进行转发。本发明实现了提高数据转发质量的技术效果。

Description

用于三层交换机的数据转发方法和装置

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种用于三层交换机的数据转发方法和装置。

背景技术

三层交换机是在普通交换机上增加三层路由功能，它是通过交换机和路由器的有机结合实现的。三层交换机对首次接收到的数据流软件路由后，产生MAC地址与IP地址的映射表，并进行硬件缓存，当具有相同地址信息的数据流再次通过时，就可以根据此表直接进行快速转发，即“一次路由，多次交换”，有效提高了数据包转发的效率，其中，硬件缓存由ASIC芯片来实现。

为实现三层路由，ASIC芯片中配置了两种硬件表项：L3(Layer3，层三)表项和LPM(Longest Prefix Matching，最长前缀匹配)表项，L3表项中保存通过软件路由转发学习到的ARP/ND表项，该表项用于索引到相应的二层转发信息以实现数据转发；LPM表中保存通过路由协议学习的网络前缀，在进行首次数据软件路由转发时，由ARP/ND协议对该网络前缀的出接口地址进行解析，然后将解析得到的ARP/ND表项保存到L3表项中的该地址索引的下一跳信息中，同时LPM表中的网络前缀也会索引到该下一跳信息，这样，就可以直接进行二层封装转发下一个需要进行该最长匹配路由查找的数据流了。

在IPv6地址方案中引入了一种新的地址——本地链路地址。网络中的节点启动IPv6协议栈时，节点的每个接口会自动分配一个本地链路地址，对于三层交换机来说，也就是在三层接口IPv6使能的情况下自动生成fe80::EUI-64的地址。本地链路地址具有如图1所示的固定的地址格式，三层交换机中的本地链路地址的地址格式由特定前缀和学习到的接口ID两部分组成，本地链路地址的最高10位为1111111010，即FE80::/64，接口ID是根据设备的MAC地址按固定的规则生成的，其中的第17-32位为保留位。

由于三层交换机记录的本地链路地址的前缀不再表示该数据的出接口地址，所以在转发具有不同出接口地址的数据时，相关技术中的用于三层交换机的数据转发方法和装置将从一个出接口转发应该从不同出接口转发的数据，导致大量数据丢失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于三层交换机的数据转发方法和装置，能够解决相关技术中在转发具有不同出接口地址的数据时由于无法查找出接口地址导致的大量数据丢失的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于三层交换机的数据转发方法，包括：判断接收到的数据的地址是否是本地链路地址；如果是，则记录地址和数据的出接口地址；按照地址和出接口地址对数据进行转发。

优选地，判断接收到的数据的地址是否是本地链路地址具体包括：判断接收到的数据的地址的前10位是否为1111111010；如果是，则地址是本地链路地址；如果不是，则地址不是本地链路地址。

优选地，记录地址和数据的出接口地址具体包括：将地址的前缀记录到三层交换机的LPM表中的地址表项中的第1-16位，将地址的接口ID记录到LPM表中的地址表项中的第65-128位；将数据的出接口地址记录到LPM表中的地址表项中的第17-32位。

优选地，按照地址和出接口地址对数据进行转发具体包括：查找待转发的数据的地址和出接口地址；从出接口地址对应的出接口将数据转发至地址。

优选地，如果接收到的数据的地址不是本地链路地址，则记录数据的地址，并按照数据的地址转发数据。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于三层交换机的数据转发装置，包括：地址区分模块，用于判断接收到的数据的地址是否是本地链路地址；地址记录模块，用于在数据的地址是本地链路地址时，记录地址和数据的出接口地址；转发模块，用于按照地址和出接口地址对数据进行转发。

优选地，地址区分模块包括：地址解析单元，用于解析接收到的数据的地址；比较单元，用于将地址的前10位与1111111010进行比较；判断单元，用于在比较单元的结果为地址的前10位与1111111010相同时，判断地址是本地链路地址；并用于在比较单元的结果为地址的前10位与1111111010不相同时，判断地址不是本地链路地址。

优选地，地址记录模块包括：地址记录单元，用于将地址的前缀记录到三层交换机的LPM表中的地址表项中的第1-16位，并将地址的接口ID记录到LPM表中的地址表项中的第65-128位；出接口地址记录单元，用于将数据的出接口地址记录到LPM表中的地址表项中的第17-32位。

优选地，转发模块包括：查找单元，用于查找待转发的数据的地址和出接口地址；转发单元，用于从出接口地址对应的出接口将数据转发至地址。

优选地，地址记录模块还用于在数据的地址不是本地链路地址时，记录地址，并且转发模块还用于按照地址对数据进行转发。

借助于本发明的上述至少一个技术方案，通过记录地址为本地链路地址的数据的地址和出接口地址，然后根据该地址和出接口地址来转发该数据，所以避免了在转发时无法查找出接口地址造成的只能从一个出接口转发数据导致的丢失数据的技术问题，达到提高数据转发质量的技术效果。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是IETF(Internet Engineering Task Force，因特网工程专门小组)定义的本地链路地址格式；

图2是根据本发明第一实施例的用于三层交换机的数据转发方法的流程图；

图3是三层交换机中的示例性网络拓扑结构；

图4是经图2所示的用于三层交换机的数据转发方法处理后的本地链路地址的示意图；

图5是根据本发明第二实施例的用于三层交换机的数据转发装置的方框图；

图6是根据本发明第三实施例的用于三层交换机的数据转发方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

在以下的描述中，为了解释的目的，描述了多个特定的细节，以提供对本发明的透彻理解。然而，很显然，在没有这些特定细节的情况下，也可以实现本发明，此外，在不冲突的情况下，即在不背离所附权利要求阐明的精神和范围的情况下，下述实施例以及实施例中的各个细节可以进行各种组合。

第一实施例

图2是根据本发明第一实施例的用于三层交换机的数据转发方法的流程图。如图2所示，根据本发明第一实施例的用于三层交换机的数据转发方法包括：

步骤S202，判断接收到的数据的地址是否是本地链路地址；

步骤S204，如果是，则记录地址和数据的出接口地址；

步骤S206，按照地址和出接口地址对数据进行转发。

根据本发明第一实施例的用于三层交换机的数据转发方法通过记录地址为本地链路地址的数据的地址和出接口地址，然后根据该地址和出接口地址来转发该数据，所以避免了在转发时无法查找出接口地址造成的只能从一个出接口转发数据导致的丢失数据的技术问题，达到提高数据转发质量的技术效果。

例如，对于如图3所示的网络拓扑结构来说，设备必定会遇到ARP/ND表项重复的问题，相关技术中的SW1的软件路由可以学习到两条ND表项：

fe80::eui_sw2 mac_sw2 interface vlan10

fe80::eui_sw2 mac_sw2 interface vlan20

在软件路由层面上来说，这两条表项是不同的，它们有着不同的出接口，分别是vlan10和vlan20，但相关技术中的三层交换机的ASIC芯片无法区分这两条表项的，因为相关技术中的ASIC芯片只能记录一条fe80::eui_sw2，当软件路由模块每次学习到其之后，都会触发硬件表项更新，从而反复改变出端口gei_1/1和gei_2/1，这样本来是从两个端口转发的流量都会转发到同一个端口，结果会造成大量数据报文丢失。

根据本实施例的用于三层交换机的数据转发方法将在判断地址为本地链路地址后，将出接口地址vlan10和vlan20记录到LPM表中的地址表项中的第17-32位，从而避免了上述问题，达到提高数据转发质量的目的。

IPv6协议中规定，本地链路地址的前10位为1111111010。本地链路地址是在IPv6中应用范围受限制的地址类型，应用范围限制在连接到同一本地链路的节点之间，因此该地址是一种作为路由协议中学习到的网络前缀的下一跳的很好选择。事实上，当前IPv6路由协议RIPng、OSPFv3、ISIS for IPv6、BGP4+都是使用本地链路地址作为下一跳地址的。

LPM表中的地址表项中的第17-32位为保留位，所以将出接口地址记录到LPM表中的地址表项中的第17-32位不会改变软件路由层面的地址结构，也不会影响到数据流的软件转发流程。

根据本发明第一实施例用于三层交换机的数据转发方法处理的本地链路地址的变化如图4所示，软件路由转发层面的本地链路地址与经根据本发明第一实施例用于三层交换机的数据转发方法处理后的本地链路地址呈一对多映射关系，从而避免了地址冲突。

对于从不同接口上学习到的具有相同的本地链路地址的数据，可以通过第17-32位上记录的地址进行区分，从而避免在L3表项中产生重复的本地链路地址，以避免地址冲突，最终在转发时，能够从不同的出接口来转发数据。

优选地，根据本发明第一实施例的用于三层交换机的数据转发方法还包括：步骤S208，如果接收到的数据的地址不是本地链路地址，则记录数据的地址，并按照数据的地址转发数据。

对于不存在本地链路地址的IPv4数据来说，三层交换机的数据转发是非常完美的，因为在网络设备中每一个具体的网络前缀都会对应一个不同的出接口IP地址，也就是下一跳IP地址，从而不会出现地址冲突的问题。对于IPv6地址中的非本地链路地址来说，其前缀地址也对应于不同的出接口地址，所以也不存在无法区分出接口地址的问题。因此，对于非本地链路地址，只需要按照相关技术中的转发方案执行数据转发即可。

根据本发明第一实施例的用于三层交换机的数据转发方法避免了在转发时无法查找出接口地址造成的只能从一个出接口转发数据导致的丢失数据的技术问题，达到了提高数据转发质量的技术效果。

第二实施例

图5是根据本发明第二实施例的用于三层交换机的数据转发装置的方框图。

如图5所示，根据本发明第二实施例的用于三层交换机的数据转发装置包括：地址区分模块502，用于判断接收到的数据的地址是否是本地链路地址；地址记录模块504，用于在数据的地址是本地链路地址时，记录地址和数据的出接口地址；转发模块506，用于按照地址和出接口地址对数据进行转发。

根据本发明第二实施例的用于三层交换机的数据转发装置通过地址区分模块来判断接收到的数据的地址是否是本地链路地址，并通过地址记录模块来记录地址为本地链路地址的数据的地址和出接口地址，然后利用转发模块来根据该地址和出接口地址来转发该数据，所以避免了在转发时无法查找出接口地址造成的只能从一个出接口转发数据导致的丢失数据的技术问题，达到提高数据转发质量的技术效果。

根据本发明第二实施例的用于三层交换机的数据转发装置避免了在转发时无法查找出接口地址造成的只能从一个出接口转发数据导致的丢失数据的技术问题，达到了提高数据转发质量的技术效果。

第三实施例

图6是根据本发明第三实施例的用于三层交换机的数据转发方法的流程图。如图6所示，根据本发明第三实施例的用于三层交换机的数据转发方法包括：

步骤S602：ARP/ND模块动态学习后，触发硬件表项添加或者删除操作；在本步骤中，无论是添加还是删除，都需要对本地链路地址进行映射查找，因为在软件路由层上使用的是原地址，而在硬件表项中使用的是索引了三层接口的本地链路地址，所以如果不进行映射操作，将造成硬件表项不能查找命中删除的故障；

步骤S604：判断接收到的数据地地址是否是本地链路地址；在本步骤中，对上层模块传递过来的地址进行解析以提取其前10位的前缀进行判断，如果该地址不是本地链路地址，则转步骤S608；如果该地址是本地链路地址，则执行步骤S606；

步骤S606：根据三层接口的全局索引值生成新的本地链路地址；在本步骤中，会首先根据上层传来的三层接口号进行三层信息查找，获取该三层接口的全局索引号，因为该值嵌入硬件地址中是为了进行地址识别区分，防止地址冲突的，所以必须做到全局唯一，避免二次引入重复；在获取三层接口的全局索引号之后，把该地址填充到本地链路地址的第17-32位的位置；

步骤S608：调用驱动接口写硬件表项；在本步骤中，将上层传递来的地址以及二层封装信息添加到硬件L3表项，或者对二层表项信息进行更新，并删除无效硬件表项信息。

根据本发明实施例的用于三层交换机的数据转发方法由于只针对本地链路地址的硬件表项进行修改，所以不影响全局IPv6地址的跨VLAN硬件转发；而因为本地链路地址的使用范围是限定在链路范围之内的，也就不存在使用该地址进行三层硬件数据转发的情况。另外，基于本地链路地址的数据通信都是通过二层进行转发的，不涉及三层硬件表项，它在硬件表项中的作用只是为LPM条目创建下一跳所需的二层封装信息，所以通过本方案可以很好的解决IPv6本地链路地址在三层交换机硬件表中的冲突问题。

借助于本发明的上述至少一个技术方案，用于三层交换机的数据转发方法和装置避免了在转发时无法查找出接口地址造成的只能从一个出接口转发数据导致的丢失数据的技术问题，达到了提高数据转发质量的技术效果。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于三层交换机的数据转发方法，其特征在于，包括：

判断接收到的数据的地址是否是本地链路地址；

如果是，则记录所述地址和所述数据的出接口地址；

按照所述地址和所述出接口地址对所述数据进行转发。

2.根据权利要求1所述的数据转发方法，其特征在于，判断接收到的数据的地址是否是本地链路地址具体包括：

判断接收到的所述数据的地址的前10位是否为1111111010；

如果是，则所述地址是本地链路地址；

如果不是，则所述地址不是本地链路地址。

3.根据权利要求1所述的数据转发方法，其特征在于，记录所述地址和所述数据的出接口地址具体包括：

将所述地址的前缀记录到所述三层交换机的最长前缀匹配LPM表中的地址表项中的第1-16位，将所述地址的接口ID记录到所述LPM表中的地址表项中的第65-128位；

将所述数据的出接口地址记录到所述LPM表中的地址表项中的第17-32位。

4.根据权利要求1所述的数据转发方法，其特征在于，按照所述地址和所述出接口地址对所述数据进行转发具体包括：

查找待转发的数据的地址和出接口地址；

从所述出接口地址对应的出接口将所述数据转发至所述地址。

5.根据权利要求1所述的数据转发方法，其特征在于，如果接收到的数据的地址不是本地链路地址，则记录所述数据的地址，并按照所述数据的地址转发所述数据。

6.一种用于三层交换机的数据转发装置，其特征在于，包括：

地址区分模块，用于判断接收到的数据的地址是否是本地链路地址；

地址记录模块，用于在所述数据的地址是本地链路地址时，记录所述地址和所述数据的出接口地址；

转发模块，用于按照所述地址和所述出接口地址对所述数据进行转发。

7.根据权利要求6所述的数据转发装置，其特征在于，所述地址区分模块包括：

地址解析单元，用于解析接收到的所述数据的地址；

比较单元，用于将所述地址的前10位与1111111010进行比较；

判断单元，用于在所述比较单元的结果为所述地址的前10位与1111111010相同时，判断所述地址是本地链路地址；并用于在所述比较单元的结果为所述地址的前10位与1111111010不相同时，判断所述地址不是本地链路地址。

8.根据权利要求6所述的数据转发装置，其特征在于，所述地址记录模块包括：

地址记录单元，用于将所述地址的前缀记录到所述三层交换机的LPM表中的地址表项中的第1-16位，并将所述地址的接口ID记录到所述LPM表中的地址表项中的第65-128位；

出接口地址记录单元，用于将所述数据的出接口地址记录到所述LPM表中的地址表项中的第17-32位。

9.根据权利要求6所述的数据转发装置，其特征在于，所述转发模块包括：

查找单元，用于查找待转发的数据的地址和出接口地址；

转发单元，用于从所述出接口地址对应的出接口将所述数据转发至所述地址。

10.根据权利要求6所述的数据转发装置，其特征在于，所述地址记录模块还用于在所述数据的地址不是本地链路地址时，记录所述地址，并且所述转发模块还用于按照所述地址对所述数据进行转发。