CN101909065A - 网络设备中的地址解析协议表的老化更新方法和网络设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种网络设备中的地址解析协议(ARP)表的老化更新方法和网络设备，该方法包括：在收到新报文时，将该新报文命中的ARP表项的时间戳更新为当前时间，并将该ARP表项的查询顺序调整为所有ARP表项中的最后一位；在进行老化更新时，按照查询顺序从前向后轮询ARP表中的ARP表项，比较本次老化更新的启动时间与ARP表项的时间戳之间的时间差是否大于老化时间，如果是，则回收该ARP表项，如果否，则停止轮询过程。通过本发明实施例，可以节省老化更新过程占用的时间，减小对ARP表进行老化更新时的系统开销。

Description

网络设备中的地址解析协议表的老化更新方法和网络设备

技术领域

本发明属于网络通信技术领域，尤其涉及一种网络设备中的地址解析协议表的老化更新方法。

背景技术

以太网交换器等设备中的ARP(地址解析协议)表用于存储主机IP地址和MAC(媒介访问控制)地址之间的对应关系，即存储主机IP地址和物理地址之间的对应关系。由于主机的IP地址和MAC地址的对应关系并不是一成不变的，当主机的网络IP地址被更换时，需要对ARP表中的相应表项进行更新，这就需要在网络设备中定期对ARP表项定期进行老化更新。

现有技术中对于ARP表项进行老化更新的一种方法是在每个ARP表项中加入时间戳，当存储ARP表的网络设备收到与该ARP表项对应的报文(即收到命中该ARP表项中的关键字)时，系统将当前时间更新为该被命中的ARP表项的时间戳。系统定期按照ARP表项的创建顺序轮询所有ARP表项，对于每个ARP表项，比较当前时间和每条ARP表项的时间戳，当两个时间的时间差超过老化时间时，将该ARP表项回收，实现对该ARP表项的老化操作。由此可见，现有技术中在进行ARP表项的老化操作时，不论ARP表项的时间戳的总体更新情况，都需要对整个APR表中的所有ARP表项进行轮询操作，这就造成了系统在对ARP进行老化更新时消耗的CPU的资源过大，尤其对于当一个网络设备中存储数百万级等庞大数量的ARP表项时，这个问题更为严重。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种网络设备中的地址解析协议表的老化更新方法和网络设备。

为实现上述目的，本发明的一个实施例提供一种络设备中的地址解析协议表的老化更新方法，该方法包括：

在收到新报文时，将该新报文命中的ARP表项的时间戳更新为当前时间，并将该ARP表项的查询顺序调整为所有ARP表项中的最后一位；

在进行老化更新时，按照查询顺序从前向后轮询ARP表中的ARP表项，比较本次老化更新的启动时间与ARP表项的时间戳之间的时间差是否大于老化时间，如果是，则回收该ARP表项，如果否，则停止轮询过程。

优选地，ARP表中的ARP表项采用双向链表的方式进行存储管理，所述双向链表中的每个结点中的数据域中存储各自对应的ARP表项，所述双向链表中的与ARP表项相对应的结点的顺序与所述ARP表项的查询顺序相一致。

优选地，在收到新报文时，将新报文命中的ARP表项的查询顺序调整为所有ARP表项中的最后一位包括：将新报文命中的ARP表项相对应的双向链表中的结点调整为该双向链表中的尾结点。

优选地，所述按照查询顺序从前向后轮询ARP表项包括：按照双向链表中的结点的顺序，从头结点开始向后，轮询结点对应的ARP表项。

优选地，还包括：维护一尾指针和头指针，所述头指针指向双向链表的头结点，所述尾指针指向双向链表的尾结点；所述将新报文命中的ARP表项相对应的双向链表中的结点修改为该双向链表中的尾结点包括：

将该尾指针调整为指向该新报文命中的ARP表项对应的结点，并将调整前尾指针指向的结点的后指针修改为指向该新报文命中的ARP表项对应的结点，将该新报文命中的ARP表项对应的结点的前指针和后指针分别修改为指向该调整前尾指针指向的结点和置空。

另一方面，本发明实施例还提供一种网络设备，包括ARP表维护单元和老化更新单元；

所述ARP表维护单元用于维护APR表中的ARP表项及其查询顺序，并在收到新报文时，将该新报文命中的ARP表项的时间戳更新为当前时间，并将该ARP表项的查询顺序调整为所有ARP表项中的最后一位；

所述老化更新单元包括：轮询子单元、比较子单元和回收子单元；

所述轮询子单元用于在老化更新时，按照查询顺序从前向后轮询ARP表中的ARP表项；

所述比较子单元用于比较本次老化更新的启动时间与轮询子单元轮询到的ARP表项的时间戳之间的时间差是否大于老化时间，如果是，则触发回收子单元回收该ARP表项，如果否，则触发轮询子单元停止轮询过程。

优选地，所述ARP表维护单元采用双向链表的方式对ARP表中的ARP表项进行存储管理，所述双向链表中的每个结点中的数据域中存储各自对应的ARP表项，所述ARP表项的查询顺序与所述双向链表中的与ARP表项相对应的结点的顺序一致。

优选地，在收到新报文时，所述ARP表维护单元将报文命中的ARP表项相对应的双向链表中的结点修改为该双向链表中的尾结点。

优选地，所述轮询子单元具体用于按照双向链表中的结点的顺序，从头结点开始向后，轮询结点对应的ARP表项。

根据本发明实施例，由于每次收到新的报文时都将新报文命中的ARP表项的查询顺序调整为所有ARP表项中的最后一位，这样，ARP表中的ARP表项的查询顺序与ARP表中的所有ARP表项按照其时间戳进行排序相一致。在每次进行老化更新时，不需要对整个ARP表中的所有ARP表项都进行轮询，而是按照查询顺序从前向后轮询ARP表项，由于查询顺序与各个ARP表项的时间戳的时间相一致，因此当判断本次老化更新的启动时间与被轮询的ARP表项的时间戳之间的时间差不大于老化时间，即轮询到第一个不需要被回收的ARP表项，则后面的ARP表项也必然不需要被回收老化，因此不再需要继续对后面的ARP表项继续进行轮询，大大节省了老化更新过程占用的时间，减小了对ARP表进行老化更新时的系统开销。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种网络设备中的ARP表的老化更新方法的流程图；

图2和图3是本发明实施例一中双向链表的两个工作状态示意图；

图4是本发明实施例提供的一种网络设备的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明实施例提供的网络设备中的ARP表的老化更新方法，该方法包括：

步骤S101：在收到新的报文时，将该新报文命中的ARP表项的时间戳更新为当前时间，并将该ARP表项的查询顺序调整为所有ARP表项中的最后一位。

在本实施例中，ARP表项除了存储IP地址和MAC地址的对应关系等关键字，还存储该ARP表项的时间戳，该时间戳为对ARP表项进行老化更新提供了依据。新的报文命中ARP表项时，表示该报文命中了该ARP表项中的关键字。当ARP表项被新的报文命中时，意味着该ARP表项至少不应该在老化更新过程中被立即回收掉，为了反映ARP表项的实际命中情况，在被新报文命中时，将该ARP表项的时间戳更新为当前时间。

另外，与现有技术不同的是：在接收到新报文时，除了更新该新报文命中的ARP表项的时间戳外，还会对ARP表中的ARP表项的查询顺序进行调整，具体地，每次收到新的报文时，都将新报文命中的ARP表项的查询顺序调整为所有ARP表项中的最后一位，这样，ARP表中的ARP表项的查询顺序与ARP表中的所有ARP表项按照其时间戳进行排序相一致。

步骤S102：在进行老化更新时，按照查询顺序从前向后轮询ARP表中的ARP表项，比较本次老化更新的启动时间与ARP表项的时间戳之间的时间差是否大于老化时间，如果大于，则回收该ARP表项，如果否，则停止轮询过程。

在每次对ARP表进行老化更新时，依据前文中建立的查询顺序，从前向后轮询ARP表中的ARP表项。正如前文分析，查询顺序与ARP表项按照其时间戳进行排序是一致的，因此步骤S102中按照查询顺序从前向后轮询ARP表中的ARP表项实际上就是：按照ARP表项的时间戳的前后顺序，从前向后轮询ARP表项。

在判断本次老化更新的启动时间与当前被比较的ARP表项的时间戳之间的时间差是否大于老化时间时，如果判断结果为是，则表明该ARP表项需要被老化，即需要对其进行回收处理。如果判断结果为否，则表明该ARP表项不需要被老化，即不需对其进行回收处理。

而由于按照查询顺序在轮询ARP表项时，先被轮询的ARP表项的时间戳总是比后被轮询的ARP表项的时间戳更早，不难得出，当按照顺序判断出第一个不满足本次老化更新的启动时间与时间戳之差大于老化时间的ARP表项时，按照查询顺序位于该ARP表项后面的其他ARP表项也必然不满足本次老化更新的启动时间与时间戳之差，因此，步骤S102中在按照查询顺序从前向后轮询ARP表中的ARP表项时，只要判断出一个不满足本次老化更新的启动时间与时间戳之差大于老化时间的ARP表项，即可停止轮询过程，因为后面的其他ARP表项也必然不需要进行老化，从而也不需要进行回收处理。

由此可见，本发明实施例提供的老化更新方法中，在每次进行老化更新时，不需要对整个ARP表中的所有ARP表项都进行轮询，而是按照查询顺序从前向后轮询ARP表项，由于通过步骤S101使得查询顺序与各个ARP表项的时间戳的时间相一致，因此当判断本次老化更新的启动时间与被轮询的ARP表项的时间戳之间的时间差不大于老化时间，即轮询到第一个不需要被回收的ARP表项，则后面的ARP表项也必然不需要被回收老化，因此不再需要继续对后面的ARP表项继续进行轮询，大大节省了老化更新过程占用的时间，减小了对ARP表进行老化更新时的系统开销，尤其是对ARP表项的容量超大并且实际上需要老化的ARP表项所占的比例却很少的场景，本发明实施例提供的方法的优势更为明显。

以下以一个具体的例子详细说明本发明的具体实现。

在本例中，ARP表的ARP表项采用双向链表的方式进行存储管理，双向链表中的每个结点对应一个ARP表项，每个结点的数据域部分存储该结点对应的ARP表项，而每个结点的指针域中包含前指针和后指针，前指针用于指向该结点的前一个结点，后指针指向该结点的后一个结点，通过每个结点的指针域建立起了双向链表中各个结点的顺序。而本例中，在对ARP表项进行老化更新时，所依据的查询顺序也是与双向链表中的与ARP表项相对应的结点的顺序相一致，因此在接收到新的报文时，需要将双向链表中的结点的顺序进行调整，以使双向链表中的结点的顺序与结点对应的ARP表项的时间戳的前后顺序相一致。

具体地，假设双向链表中的每个结点采用如下数据结构：

{

void*Next_ptr

void*Pre_ptr

int updata_time

int Key[16]

}

其中，Next_ptr表示后指针，用于指向后一个结点，Pre_ptr指向前一个结点，updata_time为时间戳，Key为关键字，该关键字用于存储ARP表项的内容，例如该ARP表项中的IP地址和MAC地址的对应关系。

在收到新报文时，将新报文命中的ARP表项对应的结点调整为该双向链表中的尾结点。

例如，图2示出了用于管理ARP表项的双向链表的一个时间点上的状态，该例中，ARP表中共有3个ARP表项，这三个ARP表项的时间戳分别记载最近一次被报文命中的时间，例如关键字为Keya的ARP表项的时间戳为3，关键字为Keyb的ARP表项的时间戳为6，关键字为Keyc的ARP表项的时间戳为9，则图2中示出的时间点时，双向链表中的各个结点的顺序与当前各个ARP表项中的时间戳的顺序相一致。

然后，如果在时刻13收到了新的报文，假设该报文命中了关键字为Keyb的ARP表项，则系统用当前时刻13更新关键字为Keyb的ARP表项的时间戳，并将该关键字Keyb的ARP表项对应的结点调整为双向链表的尾结点，如图3所示。

为了将关键字为Keyb的ARP表项对应的结点调整为双向链表的尾结点，需要修改相关结点的指针域。将关键字为Keyb的ARP表项的前后两个结点(在图2中为关键字Keya的ARP表项的结点和关键字为Keyc的ARP表项的结点)的后指针和前指针分别指向彼此结点，以使关键字为Keyb的ARP表项的结点的前后两个结点在双向链表的顺序中直接相邻；另外，将关键字为Keyb的ARP表项的结点的前指针修改为调整前的尾结点(在图2中为关键字为Keyc的ARP表项的结点)，将关键字为Keyb的ARP表项的结点的后指针置空；将调整前的尾结点的后指针修改为指向该关键字为Keyb的ARP表项的结点。

另外，如图2和图3所示，在实际中，还可以针对双向链表维护一头指针和一尾指针，该头指针用于指向双向链表的头结点，该尾指针用于指向双向链表的尾结点。这样，在将新报文命中的ARP表项对应的结点修改为双向链表中的尾结点时，需要将尾指针调整为指向新报文命中的ARP表项对应的结点。

仍以图2和图3中示出的例子为例，假设在时刻14启动依次一次老化更新过程，此时的双向链表中的结点的顺序为：关键字为Keya的ARP表项对应的结点、关键字为Keyb的ARP表项对应的结点、关键字为Keyc的ARP表项对应的结点；而相应的时间戳分别为3、9和13。在按照双向链表的结点的顺序，从前向后轮询结点的ARP表项时，首先会轮询关键字为Keya的ARP表项，加入老化时间设定为10，则本次老化更新过程的启动时间与关键字为Keya的ARP表项的时间戳之间的时间差为11，该时间差大于老化时间10，因此认为该关键字为Keya的ARP表项需要被老化，将其进行回收，然后按照顺序继续轮询下一个ARP表项，即轮询关键字为Keyc的ARP表项。由于本次老化更新过程的启动时间与关键字为Keyc的ARP表项的时间戳之间的时间差为5，该时间差小于老化时间10，因此认为Keyc不需要被老化，不对其进行回收处理，并且直接停止轮询过程，不再需要对其余的ARP表项(在图3中为关键字为Keyb的ARP表项)进行轮询和判断。

另外，本发明实施例还相应提供一种网络设备，如图4所示，该网络设备包括ARP表维护单元401和老化更新单元402。

其中，ARP表维护单元401用于维护ARP表中的ARP表项及其查询顺序，并在收到新报文时，将该新报文命中的ARP表项的时间戳更新为当前时间，并将该ARP表项的查询顺序调整为所有ARP表项中的最后一位。

老化更新单元402包括：轮询子单元4021、比较子单元4022和回收子单元4023。其中轮询子单元4021用于在老化更新时，按照查询顺序从前向后轮询ARP表中的ARP表项；比较子单元4022用于比较本次老化更新的启动时间与轮询子单元4021轮询到的ARP表项的时间戳之间的时间差是否大于老化时间，如果是，则触发回收子单元4023回收该ARP表项，如果否，则触发轮询子单元4021停止轮询过程。

ARP表维护单元401可以采用双向链表的方式对ARP表中的ARP表项进行存储管理，该双向链表中的每个结点中的数据域中存储各自对应的ARP表项，此时ARP表项的查询顺序与所述双向链表中的与ARP表项相对应的结点的顺序一致。此时，轮询子单元4021按照双向链表中的结点的顺序，从头结点开始向后，轮询结点对应的ARP表项。

在收到新报文时，ARP表维护单元401将报文命中的ARP表项相对应的双向链表中的结点修改为该双向链表中的尾结点。

由此可见，本发明实施例提供的网络设备在对ARP表项进行老化更新时，不需要对整个ARP表中的所有ARP表项进行轮询，当判断出第一步不需要被回收的ARP表项时即可停止轮询过程，大大节省了老化更新过程占用的时间，减小了对ARP表进行老化更新时的系统开销。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种网络设备中的地址解析协议(ARP)表的老化更新方法，其特征在于，包括：

在收到新报文时，将该新报文命中的ARP表项的时间戳更新为当前时间，并将该ARP表项的查询顺序调整为所有ARP表项中的最后一位；

在进行老化更新时，按照查询顺序从前向后轮询ARP表中的ARP表项，比较本次老化更新的启动时间与ARP表项的时间戳之间的时间差是否大于老化时间，如果是，则回收该ARP表项，如果否，则停止轮询过程。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，ARP表中的ARP表项采用双向链表的方式进行存储管理，所述双向链表中的每个结点中的数据域中存储各自对应的ARP表项，所述双向链表中的与ARP表项相对应的结点的顺序与所述ARP表项的查询顺序相一致。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在收到新报文时，将新报文命中的ARP表项的查询顺序调整为所有ARP表项中的最后一位包括：将新报文命中的ARP表项相对应的双向链表中的结点调整为该双向链表中的尾结点。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述按照查询顺序从前向后轮询ARP表项包括：按照双向链表中的结点的顺序，从头结点开始向后，轮询结点对应的ARP表项。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：维护一尾指针和头指针，所述头指针指向双向链表的头结点，所述尾指针指向双向链表的尾结点；

所述将新报文命中的ARP表项相对应的双向链表中的结点修改为该双向链表中的尾结点包括：

将该尾指针调整为指向该新报文命中的ARP表项对应的结点，并将调整前尾指针指向的结点的后指针修改为指向该新报文命中的ARP表项对应的结点，将该新报文命中的ARP表项对应的结点的前指针和后指针分别修改为指向该调整前尾指针指向的结点和置空。

6.一种网络设备，其特征在于，包括ARP表维护单元和老化更新单元；

所述ARP表维护单元用于维护APR表中的ARP表项及其查询顺序，并在收到新报文时，将该新报文命中的ARP表项的时间戳更新为当前时间，并将该ARP表项的查询顺序调整为所有ARP表项中的最后一位；

所述老化更新单元包括：轮询子单元、比较子单元和回收子单元；

所述轮询子单元用于在老化更新时，按照查询顺序从前向后轮询ARP表中的ARP表项；

所述比较子单元用于比较本次老化更新的启动时间与轮询子单元轮询到的ARP表项的时间戳之间的时间差是否大于老化时间，如果是，则触发回收子单元回收该ARP表项，如果否，则触发轮询子单元停止轮询过程。

7.根据权利要求6所述的网络设备，其特征在于，所述ARP表维护单元采用双向链表的方式对ARP表中的ARP表项进行存储管理，所述双向链表中的每个结点中的数据域中存储各自对应的ARP表项，所述ARP表项的查询顺序与所述双向链表中的与ARP表项相对应的结点的顺序一致。

8.根据权利要求6所述的网络设备，其特征在于，在收到新报文时，所述ARP表维护单元将报文命中的ARP表项相对应的双向链表中的结点修改为该双向链表中的尾结点。

9.根据权利要求8所述的网络设备，其特征在于，所述轮询子单元具体用于按照双向链表中的结点的顺序，从头结点开始向后，轮询结点对应的ARP表项。

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