CN101938415A - 网络转发设备的快速转发方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种网络转发设备的快速转发方法。所述快速转发方法包括：由网络转发设备接收报文；判断所述报文的目的MAC是否是所述网络转发设备的MAC；如果目的MAC是所述网络转发设备的MAC，则判断所述报文的目的IP是否是所述网络转发设备的IP；如果目的IP不是所述网络转发设备的IP，则提取所述报文的五元组关键信息并查找快速转发表，确定是否能查到与所述五元组关键信息相应的五元组附属信息；如果查找到与所述五元组关键信息相应的五元组附属信息，则根据五元组附属信息对所述报文进行以太网封装或隧道封装；将以太网封装或隧道封装的报文转发。

Description

网络转发设备的快速转发方法

技术领域

本发明涉及一种网络转发设备的转发方法，更具体地，涉及一种网络转发设备通过五元组关键信息和五元组附属信息进行快速转发的方法。

背景技术

图1是现有技术的网络转发设备的二层转发、三层转发和三层隧道转发的流程图。

以下将参照图2、图3和图4对图1所示的二层转发、三层转发和三层隧道转发的流程图进行描述。

图2是示出图1所示的现有技术的网络转发设备的二层转发的示图。如图2所示，网络设备1与网络设备2通过二层交换机互联，其中，二层交换机与网络设备1相连的接口为接口1，与网络设备2相连的接口为接口2。网络设备1向网络设备2发送报文的步骤如下：

网络设备1向网络设备2发送IP(互联网协议)报文，目的IP为网络设备2的IP即1.1.1.2，源IP为自己即1.1.1.1。网络设备1发现目的IP与自己网段相同，则无需查找路由，用目的IP查找本地ARP(地址解析协议)表项，得到目的IP对应的MAC(媒体访问控制)即MAC2。网络设备1对IP报文添加以太网封装并进行转发，源MAC为自己即MAC1，目的MAC为MAC2。

交换机接收到所述报文，在操作S210，判断目的MAC是否为本设备MAC。如果目的MAC不是自己，则在操作S220使用目的MAC查找交换机MAC表。如果所述查找成功，得到出接口为接口2，则在操作S230将报文(不做任何修改)从接口2转发，如果查找不成功，则二层转发失败。

随后，网络设备2接收报文。

网络设备2向网络设备1发送报文，即上述过程的逆向处理，在此不作详细描述。

图3是示出图1所示的现有技术的网络转发设备的三层转发的示图。如图3所示，网络设备1通过路由器1、路由器2与网络设备2相连，其中，路由器1与网络设备1相连的接口为接口1，路由器1与路由器2相连的接口为接口2，路由器2与路由器1相连的接口为接口3，路由器2与网络设备2相连的接口为接口4。网络设备1向网络设备2发送报文的步骤如下：

网络设备1向网络设备2发送IP报文，源IP为自己即1.1.1.2，目的IP为网络设备2的IP即3.3.3.1。网络设备1发现目的IP与自己IP不在同一网段，则用目的IP查找本地路由表，得到下一跳IP即1.1.1.1；再用下一跳查找ARP表项得到MAC2。网络设备1对IP报文添加以太网封装并进行转发，源MAC为自己即MAC1，目的MAC为下一跳MAC即MAC2。

路由器1从接口1接收到网络设备1发送的报文，在操作S210，判断目的MAC是否为本设备MAC。如果目的MAC为接口1的MAC，则进行三层转发逻辑处理，即，在操作S310，路由器1检查报文目的IP是否为本设备IP，如果不是路由器1自己的IP，则路由器1在操作S320用报文目的IP(3.3.3.1)查找路由表。如果查找不成功，则路由失败，如果所述查找成功，得到下一跳为2.2.2.2，出接口为接口2，则路由器1在操作S330用下一跳查找ARP表项。如果查找不成功，则ARP失败，如果所述查找成功，得到MAC为MAC4，则路由器1在操作S340将报文源MAC替换为接口2的MAC地址即MAC3，将报文目的MAC地址替换为MAC4，从接口2转发。

路由器2从接口3接收到路由器1转发的报文，进行与上述相同的操作，并最后将报文源MAC替换为接口4的MAC地址即MAC5，将报文目的MAC地址替换为MAC6，从接口4转发。

随后，网络设备2接收路由器2转发的报文。

网络设备2向网络设备1发送报文，即上述过程的逆向处理，在此不作详细描述。

图4是示出图1所示的现有技术的网络转发设备的三层隧道转发的示图。三层隧道主要包括IP隧道、GRE(通用路由封装)隧道、Capwap隧道等。隧道有两层IP头，外层IP头由隧道发起者加上，源IP为隧道发起者的IP，目的IP为隧道终结者的IP；内层IP头，源IP和目的IP为报文真实源IP和目的IP。

如图4所示，网络设备1通过路由器1、隧道、路由器2与网络设备2相连，路由器1与路由器2建立隧道，隧道外层IP头的源IP为路由器1接口2的IP，隧道外层IP头的目的IP为路由器2接口3的IP。其中，路由器1上与网络设备1相连的接口为接口1，路由器1上与隧道相连的接口为接口2，路由器2上与隧道相连的接口为接口3，路由器2上与网络设备2相连的接口为接口4。网络设备1向网络设备2发送报文的步骤如下：

网络设备1向网络设备2发送IP报文，源IP为自己即1.1.1.2，目的IP为网络设备2的IP即3.3.3.1。网络设备1发现目的IP与自己IP不在同一网段，则用目的IP查找本地路由表，得到下一跳IP即1.1.1.1；再用下一跳查找ARP表项得到MAC2。网络设备1对IP报文添加以太网封装并进行转发，源MAC为自己即MAC 1，目的MAC为下一跳MAC即MAC2。

路由器1从接口1收到网络设备1发送的报文，在操作S210，判断目的MAC是否为本设备MAC。如果目的MAC为接口1的MAC，则进行三层转发处理，即，在操作S310，路由器1检查报文目的IP是否为本设备IP，如果不是路由器1自己的IP，则路由器1在操作S320使用报文目的IP(3.3.3.1)查找路由表。参照图4路由器1的路由表，除了4.4.4.4和1.1.1.2以外的IP均按照目的IP为0.0.0.0处理，诸如，查找3.3.3.1可得到出接口为隧道1。如果查找不成功，则路由失败，如果所述查找成功，通过在图4所示的路由器1的路由表中查找报文目的IP(3.3.3.1)得到出接口为隧道1，则路由器1在操作S410剥去报文以太网封装，加隧道封装(即，添加外层IP头)，外层IP头的源IP为2.2.2.1，目的IP为4.4.4.4，随后操作返回S310。在操作S310，路由器1检查隧道报文的外层目的IP是否为本设备IP，如果不是路由器1自己的IP，则路由器1在操作S320使用所述外层目的IP查找路由表。如果查找成功，通过在图4所示的路由器1的路由表中查找报文目的IP(4.4.4.4)得到下一跳为2.2.2.2，出接口为接口2，则路由器1在操作S330再使用下一跳2.2.2.2查找ARP表项。如果查找成功，得到下一跳MAC为MAC4，则路由器1在操作S340对隧道报文添加以太网封装，将报文源MAC替换为接口2的MAC地址即MAC3，将报文目的MAC地址替换为MAC4，从接口2转发。

经过隧道的转发之后，路由器2从接口3接收到转发的隧道报文，在操作S210，判断外层目的MAC是否为本设备MAC。如果外层目的MAC为接口3的MAC，则进行三层转发处理，即，在操作S310，路由器2检查报文外层目的IP是否为本设备IP，如果是路由器2自己的IP，则送上层处理，即，路由器2在操作S420判断接收到的报文是否是隧道报文，如果不是隧道报文，则进行主机协议处理。如果是隧道报文，则路由器2在操作S430剥去报文以太网封装和隧道封装，得到内层IP报文，随后操作返回S310。在操作S310，路由器2检查报文的内层目的IP即3.3.3.1是否为本设备IP，如果不是路由器2自己的IP，则路由器2在操作S320使用所述内层目的IP查找路由表。如果查找成功，在图4所示的路由器2的路由表中查找报文目的IP(3.3.3.1)得到下一跳为3.3.3.1，出接口为接口4，则路由器2在操作S330再使用所述下一跳查找ARP表项，得到下一跳MAC为MAC8。在操作S340，路由器2对报文添加以太网封装，将报文源MAC替换为接口4的MAC地址即MAC7，将报文目的MAC替换为MAC8，从接口4转发。

随后，网络设备2接收路由器2转发的报文。

网络设备2向网络设备1发送报文，即上述过程的逆向处理，在此不作详细描述。

在现有技术的网络转发设备二层转发逻辑、三层转发逻辑和三层隧道转发逻辑中，网络转发设备需要频繁地查找MAC表、路由表、ARP表项等，转发效率低，性能压力大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种网络转发设备通过五元组关键信息和五元组复数信息进行快速转发的方法，从而能够完成报文一次学习、多次转发，加快了报文转发效率。

本发明提供了一种网络转发设备的快速转发方法，包括：由网络转发设备接收报文；确定所述报文的目的MAC是否是所述网络转发设备的MAC；当目的MAC是所述网络转发设备的MAC时，确定所述报文的目的IP是否是所述网络转发设备的IP；当目的IP不是所述网络转发设备的IP时，提取所述报文的五元组关键信息并查找快速转发表，确定是否能查到与所述五元组关键信息相应的五元组附属信息；如果查找到与所述五元组关键信息相应的五元组附属信息，则根据五元组附属信息对所述报文进行以太网封装或隧道封装并将以太网封装或隧道封装的报文转发，其中，所述快速转发表存储在所述网络转发设备中并包括多个快速转发表项，每个快速转发表项对应于一个报文并包括报文的五元组关键信息和五元组附属信息，其中，五元组关键信息包括：下行IP，对应上行报文的目的IP或者下行报文的源IP；上行IP，对应上行报文的源IP或者下行报文的目的IP；下行端口，对应上行报文的目的端口或者下行报文的源端口；上行端口，对应上行报文的源端口或者下行报文的目的端口；协议类型，对应报文IP头中的协议类型，其中，五元组附属信息包括：隧道类型，指示快速转发表项对应的报文的隧道类型；下行IP，对应上行报文的隧道目的IP或者下行报文的隧道源IP；上行IP，对应上行报文的隧道源IP或者下行报文的隧道目的IP；下行MAC，对应上行报文的目的MAC或者下行报文的源MAC；上行MAC，对应上行报文的源MAC或者下行报文的目的MAC。

所述快速转发方法还包括：如果没有查找到与所述五元组关键信息相应的五元组附属信息，则在快速转发表中注册所述五元组关键信息，使用所述报文的目的IP查找所述网络转发设备的路由表，获得所述报文的出接口和下一跳；当所述出接口不是隧道时，使用所述报文的下一跳查找所述网络转发设备的ARP表项，获得所述报文下一跳的MAC；使用所述报文的出接口的MAC和下一跳的MAC对所述报文进行以太网封装，并将所述报文的出接口的MAC和下一跳的MAC写入所述报文的五元组附属信息并将以太网封装的报文转发。

所述快速转发方法，其中，所述快速转发表支持自动老化机制。

所述快速转发方法，其中，所述五元组附属信息还包括协议转换信息。

所述快速转发方法，其中，在进行所述查找时，仅查找五元组附属信息完整的快速转发表项。

提供了一种网络转发设备的快速转发方法，包括：由网络转发设备接收报文；确定所述报文的目的MAC是否是所述网络转发设备的MAC；当目的MAC是所述网络转发设备的MAC时，确定所述报文的目的IP是否是所述网络转发设备的IP；当目的IP不是所述网络转发设备的IP时，提取所述报文的五元组关键信息并查找快速转发表，确定是否能查到与所述五元组关键信息相应的五元组附属信息；如果没有查找到与所述五元组关键信息相应的五元组附属信息，则在快速转发表中注册所述五元组关键信息，使用所述报文的目的IP查找所述网络转发设备的路由表，获得所述报文的出接口；当所述出接口是隧道时，剥去所述报文的以太网封装，使用所述隧道先前配置的外层IP头的源IP和目的IP来对所述报文进行隧道封装，并将所述外层IP头的源IP和目的IP添加到所述报文的五元组附属信息；使用所述报文的外层IP头的目的IP查找所述网络转发设备的路由表，获得所述报文的出接口和下一跳；当所述出接口不是隧道时，使用所述报文的下一跳查找所述网络转发设备的ARP表项，获得所述报文下一跳的MAC；使用所述报文的出接口的MAC和下一跳的MAC对所述报文进行以太网封装，并将所述报文的出接口的MAC和下一跳的MAC写入所述报文的五元组附属信息；将以太网封装的报文转发，其中，所述快速转发表存储在所述网络转发设备中并包括多个快速转发表项，每个快速转发表项对应于一个报文并包括报文的五元组关键信息和五元组附属信息，其中，五元组关键信息包括：下行IP，对应上行报文的目的IP或者下行报文的源IP；上行IP，对应上行报文的源IP或者下行报文的目的IP；下行端口，对应上行报文的目的端口或者下行报文的源端口；上行端口，对应上行报文的源端口或者下行报文的目的端口；协议类型，对应报文IP头中的协议类型，其中，五元组附属信息包括：隧道类型，指示快速转发表项对应的报文的隧道类型；下行IP，对应上行报文的隧道目的IP或者下行报文的隧道源IP；上行IP，对应上行报文的隧道源IP或者下行报文的隧道目的IP；下行MAC，对应上行报文的目的MAC或者下行报文的源MAC；上行MAC，对应上行报文的源MAC或者下行报文的目的MAC。

所述快速转发方法，其中，所述快速转发表支持自动老化机制。

所述快速转发方法，其中，所述五元组附属信息还包括协议转换信息。

所述快速转发方法，其中，在进行所述查找时，仅查找五元组附属信息完整的快速转发表项。

提供了一种网络转发设备的快速转发方法，包括：由网络转发设备接收报文；确定所述报文的目的MAC是否是所述网络转发设备的MAC；当目的MAC是所述网络转发设备的MAC时，确定所述报文的目的IP是否是所述网络转发设备的IP；当目的IP是所述网络转发设备的IP时，确定所述报文是否是隧道报文；当所述报文是隧道报文时，剥去所述报文的以太网封装和隧道封装，获得所述报文的五元组关键信息，并查找快速转发表，确定是否能查到与所述五元组关键信息相应的五元组附属信息；如果查找到与所述五元组关键信息相应的五元组附属信息，则根据五元组附属信息对所述报文进行以太网封装并将以太网封装的报文转发，其中，所述快速转发表存储在所述网络转发设备中并包括多个快速转发表项，每个快速转发表项对应于一个报文并包括报文的五元组关键信息和五元组附属信息，其中，五元组关键信息包括：下行IP，对应上行报文的目的IP或者下行报文的源IP；上行IP，对应上行报文的源IP或者下行报文的目的IP；下行端口，对应上行报文的目的端口或者下行报文的源端口；上行端口，对应上行报文的源端口或者下行报文的目的端口；协议类型，对应报文IP头中的协议类型，其中，五元组附属信息包括：隧道类型，指示快速转发表项对应的报文的隧道类型；下行IP，对应上行报文的隧道目的IP或者下行报文的隧道源IP；上行IP，对应上行报文的隧道源IP或者下行报文的隧道目的IP；下行MAC，对应上行报文的目的MAC或者下行报文的源MAC；上行MAC，对应上行报文的源MAC或者下行报文的目的MAC。

所述快速转发方法还包括：如果没有查找到与所述五元组关键信息相应的五元组附属信息，则在快速转发表中注册所述五元组关键信息，判断所述报文的目的IP是否是所述网络转发设备的IP；当所述报文的目的IP不是所述网络转发设备的IP时，使用所述报文的目的IP查找所述网络转发设备的路由表，获得所述报文的出接口和下一跳；当所述出接口不是隧道时，使用所述报文的下一跳查找所述网络转发设备的ARP表项，获得所述报文下一跳的MAC；使用所述报文的出接口的MAC和下一跳的MAC对所述报文进行以太网封装，并将所述报文的出接口的MAC和下一跳的MAC写入所述报文的五元组附属信息并将以太网封装的报文转发。

所述快速转发方法，其中，所述快速转发表支持自动老化机制。

所述快速转发方法，其中，所述五元组附属信息还包括协议转换信息。

所述快速转发方法，其中，在进行所述查找时，仅查找五元组附属信息完整的快速转发表项。

提供了一种网络转发设备的快速转发方法，包括：由网络转发设备接收报文；提取所述报文的五元组关键信息并查找快速转发表，确定是否能查到与所述五元组关键信息相应的五元组附属信息；如果查找到与所述五元组关键信息相应的五元组附属信息，则根据五元组附属信息对所述报文进行以太网封装或隧道封装；如果没有查找到与所述五元组关键信息相应的五元组附属信息，则在快速转发表中注册所述五元组关键信息，并在转发报文的过程中完善与所述五元组关键信息相应的五元组附属信息，其中，所述快速转发表存储在所述网络转发设备中并包括多个快速转发表项，每个快速转发表项对应于一个报文并包括报文的五元组关键信息和五元组附属信息，其中，五元组关键信息包括：下行IP，对应上行报文的目的IP或者下行报文的源IP；上行IP，对应上行报文的源IP或者下行报文的目的IP；下行端口，对应上行报文的目的端口或者下行报文的源端口；上行端口，对应上行报文的源端口或者下行报文的目的端口；协议类型，对应报文IP头中的协议类型，其中，五元组附属信息包括：隧道类型，指示快速转发表项对应的报文的隧道类型；下行IP，对应上行报文的隧道目的IP或者下行报文的隧道源IP；上行IP，对应上行报文的隧道源IP或者下行报文的隧道目的IP；下行MAC，对应上行报文的目的MAC或者下行报文的源MAC；上行MAC，对应上行报文的源MAC或者下行报文的目的MAC。

将在接下来的描述中部分阐述本发明另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本发明的实施而得知。

附图说明

通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是现有技术的网络转发设备的二层转发、三层转发和三层隧道转发的流程图；

图2是示出图1所示的现有技术的网络转发设备的二层转发的示图；

图3是示出图1所示的现有技术的网络转发设备的三层转发的示图；

图4是示出图1所示的现有技术的网络转发设备的三层隧道转发的示图；

图5是根据本发明示例性实施例的网络转发设备的二层转发、三层快速转发和三层隧道快速转发的流程图；

图6是示出图5所示的根据本发明示例性实施例的网络转发设备的三层快速转发的示图；

图7是示出图5所示的根据本发明示例性实施例的网络转发设备的三层隧道快速转发的示图；

图8是示出根据本发明示例性实施例的应用快速转发的示例的示图。

具体实施方式

现在，详细描述本发明的实施例，其示例在附图中表示，其中，相同的标号始终表示相同的部件。

IP地址可以唯一确定一台网络设备，协议和端口号可以唯一确定一台网络设备的应用程序。假设网络设备1和网络设备2通信，只要具备以下五个元素就可以确定唯一网络设备1和网络设备2的数据流：源IP、目的IP、协议类型、源端口和目的端口。

本发明在收包驱动中保存一个快速转发表，快速转发表包括多条快速转发表项，每条快速转发表项包括唯一确定一条数据流的五元组的五元组关键信息以及转发所需的五元组附属信息。表1是根据本发明示例性实施例的快速转发表项的示例。应该了解，除了表1所示出的之外，快速转发表项中的五元组附属信息还可以包括其它快速转发信息，诸如协议转换信息等。

表1 根据本发明示例性实施例的快速转发表项

快速转发表分为两部分：五元组关键信息，即业务流的五元组；五元组附属信息，包括用于加/去隧道封装的隧道转发信息和用于报文二层转发的二层转发信息。

对于五元组关键信息(即，隧道报文的内层五元组，或者普通三层报文(非隧道报文)的五元组)，下行IP对应上行报文的目的IP或者下行报文的源IP；上行IP对应上行报文的源IP或者下行报文的目的IP；下行端口对应上行报文的目的端口或者下行报文的源端口；上行端口对应上行报文的源端口或者下行报文的目的端口；协议类型对应报文IP头中的协议类型。

对于隧道转发信息，隧道类型指示本快速转发表项对应的数据流的隧道类型(诸如，否(即，不是隧道)、加隧道、去隧道等)，所述隧道可以是IPIP隧道、GRE隧道等，但本发明不限于此；下行IP对应上行报文的隧道目的IP或者下行报文的隧道源IP，仅当隧道类型指示加隧道时存在；上行IP对应上行报文的隧道源IP或者下行报文的隧道目的IP，仅当隧道类型指示加隧道时存在。

对于二层转发信息，下行MAC对应上行报文的目的MAC或者下行报文的源MAC；上行MAC对应上行报文的源MAC或者下行报文的目的MAC。

在使用五元组关键信息查找快速转发表时，仅对五元组附属信息完整的快速转发表项进行查找，只有五元组关键信息而五元组附属信息还不完整的快速转发表项不参与所述查找。

图5是根据本发明示例性实施例的网络转发设备的二层转发、三层快速转发和三层隧道快速转发的流程图。

以下将参照图6和图7对图5所示的三层快速转发和三层隧道快速转发的流程图进行描述。

图6是示出图5所示的根据本发明示例性实施例的网络转发设备的三层快速转发的示图。如图6所示，网络设备1通过路由器1、路由器2与网络设备2相连，其中，路由器1与网络设备1相连的接口为接口1，路由器1与路由器2相连的接口为接口2，路由器2与路由器1相连的接口为接口3，路由器2与网络设备2相连的接口为接口4。网络设备1向网络设备2发送报文的步骤如下：

网络设备1向网络设备2发送HTTP请求报文，协议类型是TCP，源端口是4630，目的端口是80，源IP为自己即1.1.1.2，目的IP为网络设备2的IP即3.3.3.1。网络设备1发现目的IP与自己IP不在同一网段，故用目的IP查找本地路由表，得到下一跳IP即1.1.1.1；再用下一跳查找ARP表项得到MAC2。网络设备1对IP报文添加以太网封装并进行转发，源MAC为自己即MAC1，目的MAC为下一跳MAC即MAC2。

路由器1从接口1接收到网络设备1发送的报文，在操作S610，判断目的MAC是否为本设备MAC。由于目的MAC为接口1的MAC，故路由器1在操作S620检查报文目的IP即3.3.3.1是否为本设备IP。由于不是路由器1自己的IP，故路由器1在操作S630提取五元组关键信息并查找快速转发表，确定是否能查到与所述五元组关键信息对应的完整的五元组附属信息(如果目的MAC不是自己，则应该进行图2所示的传统二层转发处理)。这里分为两种情况，查找命中和查找失败。

如果查找未命中，则注册这个五元组关键信息，然后按照传统三层转发流程处理，即，路由器1在操作S640用报文目的IP查找路由表。如果查找不成功，则路由失败，如果所述查找成功，通过在图6所示的路由器1的路由表中查找报文目的IP即3.3.3.1得到下一跳为2.2.2.2，出接口为接口2，则路由器1在操作S650用下一跳查找ARP表项。如果查找不成功，则ARP失败，如果所述查找成功，通过在图6所示的路由器1的ARP表项中查找报文的下一跳即2.2.2.2得到MAC为MAC4，则路由器1在操作S660将报文源MAC替换为接口2的MAC地址即MAC3，将报文目的MAC地址替换为MAC4，并完善快速转发表项，将二层转发信息(上行、下行MAC)写入五元组附属信息，并将报文从接口2转发。这样就有了这个数据流的快速转发表项，如表2所示，其中，由于不是隧道报文，故五元组附属信息的上行、下行IP不存在。

表2 根据本发明示例性实施例的快速转发表项

如果查找命中，则路由器1在操作S670查看五元组附属信息，如果不是隧道报文，则对于上行报文，用上行MAC替换源MAC，下行MAC替换目的MAC；对于下行报文，用下行MAC替换源MAC，上行MAC替换目的MAC；然后将报文转发；如果是隧道报文，则根据附属信息加隧道封装或解隧道封装，这将在后面进行详细描述。

路由器2从接口1接收到路由器1转发过来的报文，在操作S610，判断目的MAC是否为本设备MAC。由于目的MAC为接口3的MAC，故路由器2在操作S620检查报文目的IP即3.3.3.1是否为本设备IP，由于不是路由器2自己的IP，故路由器1在操作S630提取五元组关键信息并查找快速转发表，确定是否能查到与所述五元组关键信息相应的完整的五元组附属信息(如果目的MAC不是自己，则应该进行图2所示的传统二层转发处理)。这里分为两种情况，查找命中和查找失败。

如果查找未命中，则注册这个五元组关键信息，然后按照传统三层转发流程处理，即，路由器2在操作S640用报文目的IP查找路由表。如果查找成功，通过在图6所示的路由器2的路由表中查找报文目的IP即3.3.3.1得到下一跳为3.3.3.1，出接口为接口4，则路由器2在操作S650用下一跳查找ARP表项。如果查找成功，通过在图6所示的路由器2的ARP表项中查找报文的下一跳即3.3.3.1得到MAC为MAC6，则路由器2在操作S660将报文源MAC替换为接口4的MAC地址即MAC5，将报文目的MAC地址替换为MAC6，并完善快速转发表项，将二层转发信息(上行、下行MAC)写入五元组附属信息，并将报文从接口4转发。这样就有了这个数据流的快速转发表项，如表3所示

表3 根据本发明示例性实施例的快速转发表

如果查找命中，则路由器2在操作S670查看五元组附属信息，由于不是隧道报文(隧道类型是“否”)，故对于上行报文，用五元组附属信息中的上行MAC替换源MAC，下行MAC替换目的MAC；对于下行报文，用下行MAC替换源MAC，上行MAC替换目的MAC；然后将报文转发。如果是隧道报文，则根据附属信息加隧道封装或解隧道封装，这将在后面进行详细描述。

随后，网络设备2收到路由器2转发过来的报文。

网络设备2向网络设备1发送报文，即上述过程的逆向处理，此处省略。

应该理解，上述列出的快速转发表项的具体信息(诸如，上行IP、下行IP、协议类型等的具体值)仅是示例性的，并且其值可以改变；上述描述中的转发设备是两个路由器，但是本发明不限于此，报文可以经由任意数量、任意类型的网络转发设备的转发并最终到达目的IP。

从上面的分析可以看出，一条五元组的数据流，只有第一次查找快速转发表未命中时按照一般的路由转发信息处理，并且生成五元组的快速转发表项。以后对于这条数据流上的报文，可以在收到报文后查找快速转发表，并根据查找到的快速转发表项把报文转发出去，这样报文就不需要进三层转发或者三层隧道转发了。

图7是示出图5所示的根据本发明示例性实施例的网络转发设备的三层隧道快速转发的示图。如图7所示，网络设备1通过路由器1、隧道、路由器2与网络设备2相连，其中，路由器1上与网络设备1相连的接口为接口1，路由器1上与隧道相连的接口为接口2，路由器2上与隧道相连的接口为接口3，路由器2上与网络设备2相连的接口为接口4。三层隧道有两层IP头：外层IP头由隧道发起者加上，源IP为隧道发起者的IP，目的IP为隧道终结者的IP；内层IP头的源和目的IP为报文真实源IP和目的IP。路由器1与路由器2建立隧道，隧道外层IP头的源IP为路由器1接口2的IP，隧道外层IP头的目的IP为路由器2接口3的IP，所述隧道外层IP头的源IP和目的IP用于加隧道和去隧道。

网络设备1向网络设备2发送报文的步骤如下：

网络设备1向网络设备2发送TFTP请求报文，协议类型是UDP，源端口是8810，目的端口是69，源IP为自己即1.1.1.2，目的IP为网络设备2的IP即3.3.3.1。网络设备1发现目的IP与自己IP不在同一网段，则用目的IP查找本地路由表，得到下一跳IP即1.1.1.1；再用下一跳查找ARP表项得到MAC2。网络设备1对IP报文添加以太网封装，源MAC为自己即MAC1，目的MAC为下一跳MAC即MAC2。

路由器1从接口1接收到网络设备1发送的报文，在操作S610，判断目的MAC是否为本设备MAC。由于目的MAC为接口1的MAC，故路由器1在操作S620检查报文目的IP即3.3.3.1是否为本设备IP，由于不是路由器1自己的IP，故路由器1在操作S630提取五元组关键信息并查找快速转发表，确定是否能查到与所述五元组关键信息相应的五元组附属信息(如果目的MAC不是自己，则应该进行图2所示的传统二层转发处理)。这里分为两种情况，查找命中和查找失败。

如果查找未命中，则注册这个五元组关键信息，然后按照传统转发流程处理，即，路由器1在操作S640使用报文目的IP即3.3.3.1查找路由表。参照图7路由器1的路由表，除了4.4.4.4和1.1.1.2以外的IP均按照目的IP为0.0.0.0处理，诸如，查找3.3.3.1可得到出接口为隧道1。如果查找不成功，则路由失败，如果所述查找成功，通过在图7所示的路由器1的路由表中查找报文目的IP即3.3.3.1得到出接口为隧道1，则路由器1在操作S710剥去报文以太网封装，使用外层IP头的源IP即2.2.2.1和目的IP即4.4.4.4来添加隧道封装，并将所述外层IP头的源IP和目的IP添加到所述报文的五元组附属信息，随后操作返回S620。其中，所述外层IP头的源IP和目的IP是由隧道1先前配置的。在操作S620，路由器1检查隧道报文的外层目的IP是否为本设备IP，由于不是路由器1自己的IP，故路由器1在操作S630提取五元组关键信息并查找快速转发表是否能查到五元组附属信息。此时由于该条数据流的五元组附属信息依然不完整(不包括二层转发信息)，故查找仍然没有命中，路由器1在操作S640使用外层目的IP查找路由表。如果查找成功，通过在图7所示的路由器1的路由表中查找报文外层目的IP即4.4.4.4得到下一跳为2.2.2.2，出接口为接口2，则路由器1在操作S650再使用下一跳2.2.2.2查找ARP表项。如果查找成功，通过在图7所示的路由器1的ARP表项中查找下一跳2.2.2.2得到下一跳MAC为MAC4，则路由器1在操作S660对隧道报文添加以太网封装，将报文源MAC替换为接口2的MAC地址即MAC3，将报文目的MAC地址替换为MAC4，然后把二层转发信息写入五元组附属信息，把报文从接口2转发。这样就有这个流的快速转发表项，如表4所示。

表4 根据本发明示例性实施例的快速转发表项

如查找命中，则路由器1在操作S670查看五元组附属信息，由于隧道类型是加隧道，故去掉MAC头，加封装隧道，使用五元组附属信息中的上行IP作为外层源IP，下行IP作为外层目的IP，上行MAC作为源MAC，下行MAC作为目的MAC，并将报文转发。

应该了解，隧道的转发过程属于本领域现有技术，为了清楚和简明，在此不再累述。经过隧道的转发之后，路由器2从接口3接收到转发的报文，在操作S610，判断目的MAC是否为本设备MAC。由于目的MAC为接口3的MAC，故路由器2在操作S620检查报文外层目的IP即4.4.4.4是否为本设备IP，由于是路由器2自己的IP，故在操作S720判断接收到的报文是否是隧道报文，如果不是隧道报文，则进行主机协议处理。由于所述报文是隧道报文，故路由器2在操作S730剥去报文以太网封装和隧道封装，得到五元组关键信息，随后查找快速转发表，确定是否能查找到与所述五元组关键信息相应的完整的五元组附属信息。这里分为两种情况，查找命中和查找失败。

如果查找未命中，则在操作S750注册所述五元组关键信息，随后操作返回S620。在操作S620，路由器2检查报文的内层目的IP即3.3.3.1是否为本设备IP。由于不是路由器2自己的IP，故路由器2在操作S630提取五元组关键信息并查找快速转发表是否能查到五元组附属信息。应该理解，由于已经对所述五元组关键信息查找过快速转发表，故这里也可以省略上述操作S630。由于刚刚注册该条数据流的五元组关键信息故查找没有命中，路由器2在操作S640使用所述内层目的IP查找路由表。如果查找成功，通过在图7所示的路由器2的路由表中查找内层目的IP即3.3.3.1得到下一跳为3.3.3.1，出接口为接口4，则路由器2在操作S650使用下一跳3.3.3.1查找ARP表项。如果查找成功，通过在图7所示的路由器2的ARP表项中查找下一跳3.3.3.1得到下一跳MAC为MAC8，则路由器2在操作S660对报文添加以太网封装，将报文源MAC替换为接口4的MAC地址即MAC7，将报文目的MAC替换为MAC8，然后把二层转发信息和隧道转发信息写入五元组的附属信息，把报文从接口4转发。这样就有这个流的快速转发表项，如表5所示。

表5 根据本发明示例性实施例的快速转发表项

如果查找命中，则路由器2在操作S740查看五元组附属信息，由于隧道类型是去隧道，并且之前已经剥去报文以太网封装和隧道封装，故使用五元组附属信息中的上行MAC作为源MAC，下行MAC作为目的MAC，以太封装MAC头，并将报文转发。

网络设备2收到路由器2转发的报文。

应该理解，上述列出的快速转发表项的具体信息(诸如，上行IP、下行IP、协议类型等的具体值)仅是示例性的，并且其值可以改变；上述描述中的转发设备是两个路由器，但是本发明不限于此，报文可以经由任意数量、任意类型的网络转发设备的转发并最终到达目的IP；本发明的快速转发方法不限于图6、图7及其相关描述，可以根据转发表的实际情况根据图5的流程任意进行相关操作。

根据本发明的示例性实施例，快速转发表的形成分为两个步骤，首先是注册关键信息，然后注册附属信息。然而，也可以在完成一次路由后一次生成快速转发表。一般TCP/UDP的数据流，才生成快速转发表，其它不常用报文不生成快速转发表。快速转发表可以支持自动老化机制，每条快速转发表项有老化时间，如果一定时间内没有报文命中快速转发表项，则自动删除这条快速转发表项。通过自动老化机制可以防止快速转发表项无限增加。

图8是示出根据本发明示例性实施例的应用快速转发的示例的示图。

网络终端封装8.2.11数据报文格式(诸如，浏览网页)，并将报文发送给无线接入点(AP)。

AP接收到报文后，发现与无线控制器(AC)建立了隧道(tunnel)，故对报文进行隧道封装，外层源IP是AP的IP，目的IP是AC的IP，源MAC是AP的MAC，目的MAC是路由器A的MAC，并将报文转发给路由器A。

路由器A接收到AP的报文，通过查找ARP表项和路由表，把源MAC修改为路由器A的MAC，目的MAC修改为AC的MAC，并将报文转发给AC。

AC接收到报文后，发现目的MAC是自己的MAC，故提取隧道内层五元组关键信息。如果查找五元组附属信息失败，就注册五元组关键信息，然后按照传统转发流程转发报文。由于目的IP是自己的IP，并且是隧道报文，故AC对报文解封装隧道，又发现报文是802.11数据格式，故将801.11数据格式转换为802.3数据格式，然后将报文转发，同时注册五元组附属信息。这样就形成了快速转发表项，如表6所示。

表6 根据本发明示例性实施例的快速转发表项

报文通过路由或者转发最终到达无线终端请求的Web服务器地址。

从Web服务器回复给无线终端的报文在AC处的处理正好相反，是一个封装802.11报文格式和隧道报文格式，同时生成快速转发表项的过程，如表7所示，在此不再累述。

表7 根据本发明示例性实施例的快速转发表项

可以看出，如果AC具有一条数据流的快速转发表项，则AP转发给AC的报文，AC需要解封装隧道，并将802.11报文格式转换为802.3报文格式；AC转发给AP的报文，AC需要加封装隧道，并将802.3报文格式转换为802.11报文格式。这里，只需要查找快速转发表就可以完成数据的转发，报文不需要进行二层和三层协议处理，大大地提高了AC数据转发的性能。

根据本发明的示例性实施例，通过快速转发表能够完成报文一次学习、多次转发，加快了报文转发效率，降低了设备的性能压力。

虽然已经参照示例性实施例示出和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解：在不脱离由权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的各种改变。

Claims (15)

1.一种网络转发设备的快速转发方法，包括：

由网络转发设备接收报文；

确定所述报文的目的MAC是否是所述网络转发设备的MAC；

当目的MAC是所述网络转发设备的MAC时，确定所述报文的目的IP是否是所述网络转发设备的IP；

当目的IP不是所述网络转发设备的IP时，提取所述报文的五元组关键信息并查找快速转发表，确定是否能查到与所述五元组关键信息相应的五元组附属信息；

如果查找到与所述五元组关键信息相应的五元组附属信息，则根据五元组附属信息对所述报文进行以太网封装或隧道封装并将以太网封装或隧道封装的报文转发，

其中，所述快速转发表存储在所述网络转发设备中并包括多个快速转发表项，每个快速转发表项对应于一个报文并包括报文的五元组关键信息和五元组附属信息，

其中，五元组关键信息包括：下行IP，对应上行报文的目的IP或者下行报文的源IP；上行IP，对应上行报文的源IP或者下行报文的目的IP；下行端口，对应上行报文的目的端口或者下行报文的源端口；上行端口，对应上行报文的源端口或者下行报文的目的端口；协议类型，对应报文IP头中的协议类型，

其中，五元组附属信息包括：隧道类型，指示快速转发表项对应的报文的隧道类型；下行IP，对应上行报文的隧道目的IP或者下行报文的隧道源IP；上行IP，对应上行报文的隧道源IP或者下行报文的隧道目的IP；下行MAC，对应上行报文的目的MAC或者下行报文的源MAC；上行MAC，对应上行报文的源MAC或者下行报文的目的MAC。

2.如权利要求1所述的快速转发方法，还包括：

如果没有查找到与所述五元组关键信息相应的五元组附属信息，则在快速转发表中注册所述五元组关键信息，使用所述报文的目的IP查找所述网络转发设备的路由表，获得所述报文的出接口和下一跳；

当所述出接口不是隧道时，使用所述报文的下一跳查找所述网络转发设备的ARP表项，获得所述报文下一跳的MAC；

使用所述报文的出接口的MAC和下一跳的MAC对所述报文进行以太网封装，并将所述报文的出接口的MAC和下一跳的MAC写入所述报文的五元组附属信息并将以太网封装的报文转发。

3.如权利要求1或2所述的快速转发方法，其中，所述快速转发表支持自动老化机制。

4.如权利要求1或2所述的快速转发方法，其中，所述五元组附属信息还包括协议转换信息。

5.如权利要求1或2所述的快速转发方法，其中，在进行所述查找时，仅查找五元组附属信息完整的快速转发表项。

6.一种网络转发设备的快速转发方法，包括：

由网络转发设备接收报文；

确定所述报文的目的MAC是否是所述网络转发设备的MAC；

当目的MAC是所述网络转发设备的MAC时，确定所述报文的目的IP是否是所述网络转发设备的IP；

当目的IP不是所述网络转发设备的IP时，提取所述报文的五元组关键信息并查找快速转发表，确定是否能查到与所述五元组关键信息相应的五元组附属信息；

如果没有查找到与所述五元组关键信息相应的五元组附属信息，则在快速转发表中注册所述五元组关键信息，使用所述报文的目的IP查找所述网络转发设备的路由表，获得所述报文的出接口；

当所述出接口是隧道时，剥去所述报文的以太网封装，使用所述隧道先前配置的外层IP头的源IP和目的IP来对所述报文进行隧道封装，并将所述外层IP头的源IP和目的IP添加到所述报文的五元组附属信息；

使用所述报文的外层IP头的目的IP查找所述网络转发设备的路由表，获得所述报文的出接口和下一跳；

当所述出接口不是隧道时，使用所述报文的下一跳查找所述网络转发设备的ARP表项，获得所述报文下一跳的MAC；

使用所述报文的出接口的MAC和下一跳的MAC对所述报文进行以太网封装，并将所述报文的出接口的MAC和下一跳的MAC写入所述报文的五元组附属信息；

将以太网封装的报文转发，

其中，所述快速转发表存储在所述网络转发设备中并包括多个快速转发表项，每个快速转发表项对应于一个报文并包括报文的五元组关键信息和五元组附属信息，

其中，五元组关键信息包括：下行IP，对应上行报文的目的IP或者下行报文的源IP；上行IP，对应上行报文的源IP或者下行报文的目的IP；下行端口，对应上行报文的目的端口或者下行报文的源端口；上行端口，对应上行报文的源端口或者下行报文的目的端口；协议类型，对应报文IP头中的协议类型，

其中，五元组附属信息包括：隧道类型，指示快速转发表项对应的报文的隧道类型；下行IP，对应上行报文的隧道目的IP或者下行报文的隧道源IP；上行IP，对应上行报文的隧道源IP或者下行报文的隧道目的IP；下行MAC，对应上行报文的目的MAC或者下行报文的源MAC；上行MAC，对应上行报文的源MAC或者下行报文的目的MAC。

7.如权利要求6所述的快速转发方法，其中，所述快速转发表支持自动老化机制。

8.如权利要求6所述的快速转发方法，其中，所述五元组附属信息还包括协议转换信息。

9.如权利要求6所述的快速转发方法，其中，在进行所述查找时，仅查找五元组附属信息完整的快速转发表项。

10.一种网络转发设备的快速转发方法，包括：

由网络转发设备接收报文；

确定所述报文的目的MAC是否是所述网络转发设备的MAC；

当目的MAC是所述网络转发设备的MAC时，确定所述报文的目的IP是否是所述网络转发设备的IP；

当目的IP是所述网络转发设备的IP时，确定所述报文是否是隧道报文；

当所述报文是隧道报文时，剥去所述报文的以太网封装和隧道封装，获得所述报文的五元组关键信息，并查找快速转发表，确定是否能查到与所述五元组关键信息相应的五元组附属信息；

如果查找到与所述五元组关键信息相应的五元组附属信息，则根据五元组附属信息对所述报文进行以太网封装并将以太网封装的报文转发，

其中，所述快速转发表存储在所述网络转发设备中并包括多个快速转发表项，每个快速转发表项对应于一个报文并包括报文的五元组关键信息和五元组附属信息，

其中，五元组关键信息包括：下行IP，对应上行报文的目的IP或者下行报文的源IP；上行IP，对应上行报文的源IP或者下行报文的目的IP；下行端口，对应上行报文的目的端口或者下行报文的源端口；上行端口，对应上行报文的源端口或者下行报文的目的端口；协议类型，对应报文IP头中的协议类型，

其中，五元组附属信息包括：隧道类型，指示快速转发表项对应的报文的隧道类型；下行IP，对应上行报文的隧道目的IP或者下行报文的隧道源IP；上行IP，对应上行报文的隧道源IP或者下行报文的隧道目的IP；下行MAC，对应上行报文的目的MAC或者下行报文的源MAC；上行MAC，对应上行报文的源MAC或者下行报文的目的MAC。

11.如权利要求10所述的快速转发方法，还包括：

如果没有查找到与所述五元组关键信息相应的五元组附属信息，则在快速转发表中注册所述五元组关键信息，判断所述报文的目的IP是否是所述网络转发设备的IP；

当所述报文的目的IP不是所述网络转发设备的IP时，使用所述报文的目的IP查找所述网络转发设备的路由表，获得所述报文的出接口和下一跳；

当所述出接口不是隧道时，使用所述报文的下一跳查找所述网络转发设备的ARP表项，获得所述报文下一跳的MAC；

使用所述报文的出接口的MAC和下一跳的MAC对所述报文进行以太网封装，并将所述报文的出接口的MAC和下一跳的MAC写入所述报文的五元组附属信息并将以太网封装的报文转发。

12.如权利要求10或11所述的快速转发方法，其中，所述快速转发表支持自动老化机制。

13.如权利要求10或11所述的快速转发方法，其中，所述五元组附属信息还包括协议转换信息。

14.如权利要求10或11所述的快速转发方法，其中，在进行所述查找时，仅查找五元组附属信息完整的快速转发表项。

15.一种网络转发设备的快速转发方法，包括：

由网络转发设备接收报文；

提取所述报文的五元组关键信息并查找快速转发表，确定是否能查到与所述五元组关键信息相应的五元组附属信息；

如果查找到与所述五元组关键信息相应的五元组附属信息，则根据五元组附属信息对所述报文进行以太网封装或隧道封装；

如果没有查找到与所述五元组关键信息相应的五元组附属信息，则在快速转发表中注册所述五元组关键信息，并在转发报文的过程中完善与所述五元组关键信息相应的五元组附属信息，

其中，所述快速转发表存储在所述网络转发设备中并包括多个快速转发表项，每个快速转发表项对应于一个报文并包括报文的五元组关键信息和五元组附属信息，

其中，五元组关键信息包括：下行IP，对应上行报文的目的IP或者下行报文的源IP；上行IP，对应上行报文的源IP或者下行报文的目的IP；下行端口，对应上行报文的目的端口或者下行报文的源端口；上行端口，对应上行报文的源端口或者下行报文的目的端口；协议类型，对应报文IP头中的协议类型，

其中，五元组附属信息包括：隧道类型，指示快速转发表项对应的报文的隧道类型；下行IP，对应上行报文的隧道目的IP或者下行报文的隧道源IP；上行IP，对应上行报文的隧道源IP或者下行报文的隧道目的IP；下行MAC，对应上行报文的目的MAC或者下行报文的源MAC；上行MAC，对应上行报文的源MAC或者下行报文的目的MAC。

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