CN101980488B - Arp表项的管理方法和三层交换机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种ARP表项的管理方法和三层交换机。该方法包括：所述ARP表项的老化时间到来前，三层交换机在该ARP表项对应的子虚拟局域网(Subvlan)针对该ARP表项广播ARP请求；若所述三层交换机收到ARP响应，则更新对应的ARP表项，否则在老化时间到来时老化对应ARP表项。本发明ARP表项的管理方法和三层交换机可以提高CPU利用率。

Description

ARP表项的管理方法和三层交换机

技术领域

本发明涉及通信领域，更具体地说，是一种ARP表项的管理方法和三层交换机。

背景技术

传统的三层交换机作为网关给每个用户分配一个IP子网，每分配一个子网，就有三个IP地址被占用，分别作为子网的网络号、广播地址和缺省网关。如果一些用户的子网中有大量未分配的IP地址，也无法给其他用户使用。因此这种方法会造成IP地址的浪费。

SuperVLAN有效的解决了这个问题，它把多个VLAN(称为子VLAN，也称为subVLAN)聚合成一个聚合VLAN(SuperVLAN)，这些subVLAN使用同一个IP子网和缺省网关。

利用SuperVLAN技术，三层交换机只需为SuperVLAN分配一个IP子网，并为每个用户建立一个子VLAN，所有子VLAN可以灵活分配SuperVLAN子网中的IP地址，使用SuperVLAN的缺省网关。每个子VLAN都是一个独立的广播域，保证不同用户之间的隔离，子VLAN之间的通信通过SuperVLAN进行路由。

三层交换机需要对subVLAN的用户的ARP(Address Resolution Protocol，地址解析协议)表项进行创建、维护等管理工作。

按照现有的ARP机制，如果三层交换机收到一个访问网关地址同网段的地址，或者收到网关地址同网段的地址之间的ARP请求，同时被请求的地址在网关三层交换机上没有ARP表项，那么网关三层交换机就会向所有subVLAN内广播一个ARP请求。

如果三层交换机上的subVLAN比较多的话，就会严重占用三层交换机的CPU利用率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种ARP表项的管理方法和三层交换机，以提高CPU利用率。

为解决以上技术问题，本发明提供了一种地址解析协议(ARP)表项管理方法，该方法包括：

所述ARP表项的老化时间到来前，三层交换机在该ARP表项对应的子虚拟局域网(Subvlan)针对该ARP表项广播ARP请求；

若所述三层交换机收到ARP响应，则更新对应的ARP表项，否则在老化时间到来时老化对应ARP表项。

进一步地，所述三层交换机周期或持续广播所述ARP请求，直到收到ARP响应或老化时间到。

进一步地，三层交换机创建并维护ARP表项，根据已有ARP表项对访问同网段地址的报文或同网段地址之间的APR请求进行处理，维护ARP表项包括：

所述ARP表项的老化时间到来前，三层交换机在该ARP表项对应的子虚拟局域网(Subvlan)针对该ARP表项广播ARP请求；

若所述三层交换机收到ARP响应，则更新对应的ARP表项，否则在老化时间到来时老化对应的ARP表项。

进一步地，所述三层交换机周期或持续广播所述ARP请求，直到收到ARP响应或老化时间到。

进一步地，所述三层交换机根据已有ARP表项对访问同网段地址的报文进行处理包括：

所述三层交换机接收所述报文或所述ARP请求；

所述三层交换机查找是否有被访问地址或所述ARP请求对应的ARP表项，如果有，则根据查到的ARP表项转发所述报文或执行ARP代理，否则丢弃所述报文或不进行响应。

进一步地，所述三层交换机根据接收的报文或ARP请求的源端信息创建ARP表项。

为解决以上技术问题，本发明还提供一种三层交换机，所述三层交换机包括：

存储模块，用于存储地址解析协议(ARP)表项；

表项维护模块，用于在每个ARP表项的老化时间到来前，在该ARP表项对应的子虚拟局域网(Subvlan)针对该ARP表项广播ARP请求；以及接收ARP响应，并根据收到ARP响应更新所述存储模块中对应的ARP表项，还用于在老化时间到来时老化所述存储模块中的对应ARP表项。

进一步地，所述表项维护模块周期或持续广播所述ARP请求，直到收到ARP响应或老化时间到。

进一步地，所述三层交换机还包括报文请求处理模块，用于根据已有ARP表项对访问同网段地址的报文或同网段地址之间的APR请求进行处理。

进一步地，所述报文请求处理模块包括：

接收子模块，用于接收访问同网段地址的报文以及同网段地址之间的APR请求；

表项查找子模块，用于查找所述存储模块中是否有被访问地址或ARP请求对应的ARP表项；

报文处理子模块，查到对应ARP表项时，用于根据查到的ARP表项转发所述报文，否则丢弃所述报文；

ARP代理子模块，用于根据查找到的ARP表项进行ARP代理，否则不进行响应。

本发明ARP表项管理方法和三层交换机，在ARP表项被老化前，仅在该表项对应的subVLAN中针对该ARP表项广播ARP请求，并根据响应进行更新，或在老化时间到达时，将该ARP表项老化(即删除)，从而通过控制广播域，减少CPU占用，同时保证ARP表项的有效性，进一步地，不需要在所有subVLAN中进行ARP请求广播，即可根据已有的ARP表项即可对访问同网段地址的报文或同网段地址之间的APR请求进行处理。

附图说明

图1是本发明ARP表项管理方法的示意图；

图2是本发明实施例ARP表项的维护流程示意图；

图3是本发明实施例三层交换机对访问同网段地址的报文进行处理的流程示意图；

图4是本发明实施例三层交换机对同网段地址之间的APR请求进行处理的流程示意图；

图5是本发明三层交换机的模块结构示意图；

图6是本发明三层交换机的另一模块结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明ARP(Address Resolution Protocol，地址解析协议)表项管理方法，包括：

步骤101：所述ARP表项的老化时间到来前，三层交换机在该ARP表项对应的子虚拟局域网(SubVLAN)针对该ARP表项广播ARP请求；

针对某个ARP表项进行ARP请求广播的起始时间可以灵活设置，可理解地，该起始时间至老化时间的时间间隔T1，需大于通常的发送ARP请求至接收ARP响应的时间间隔T2，为了保证ARP响应的接收，可增大T1，周期或持续广播所述ARP请求，直到收到ARP响应或老化时间到。

步骤102：若所述三层交换机收到ARP响应，则更新对应的ARP表项，否则在老化时间到来时老化对应的ARP表项。

以上方案克服现有技术中存在的三层交换机向所有subVLAN内广播ARP请求而导致CPU利用率较高的问题和缺陷，在保证ARP表项有效性的同时，提高了CPU利用率。

在此基础上，本发明还提供了另一种ARP表项管理方法，三层交换机创建并维护ARP表项，根据已有ARP表项对访问同网段地址的报文或同网段地址之间的APR请求进行处理，维护ARP表项的方法如图1所示，包括：

所述ARP表项的老化时间到来前，三层交换机在该ARP表项对应的子虚拟局域网(SubVLAN)针对该ARP表项广播ARP请求；

若所述三层交换机收到ARP响应，则更新对应的ARP表项，否则在老化时间到来时老化对应的ARP表项。

本发明不需要在所有subVLAN中进行ARP请求广播，即可根据已有的ARP表项即可对访问同网段地址的报文或同网段地址之间的APR请求进行处理，具体包括：

所述三层交换机接收所述报文或所述ARP请求；

所述三层交换机查找是否有被访问地址或所述ARP请求对应的ARP表项，如果有，则根据查到的ARP表项转发所述报文或执行ARP代理，否则丢弃所述报文或不进行响应。

所述三层交换机根据接收的报文或ARP请求的源端信息创建ARP表项。

由于以上的ARP请求是在存在ARP表项情况下发生的，所以这个ARP请求不会在所有subVLAN内广播，而是在表项对应的subVLAN里广播。

ARP老化机制的优化，保证三层网关交换机所联用户在线时，ARP表项时一直存在的。也就是说，如果没有一个IP地址对应的ARP表项，该IP地址的用户实际上也不在线了。

同时，本发明还提供一种优化的网关三层交换机ARP处理机制。

如果三层交换机收到一个访问网关地址同网段的地址，按照上面优化的ARP老化机制，该地址存在则正常转发，不存在则该地址实际不在线了，就将访问报文丢弃。

如果作为网关的三层交换机收到同网段的地址之间的ARP请求，该地址存在则网关交换机进行ARP代理，不存在则不进行任何响应。

本发明利用优化的ARP老化机制和ARP处理机制，避免了向所有subVLAN内广播ARP请求，从而避免网关三层交换机的CPU因此而占用率高的情况。

下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述：

实施例一

下表是三层交换机的ARP表项的示例：

表项中记录了IP地址、对应的MAC地址、superVLAN接口以及subVLAN(上表中用外层vlan项或内层vlan项来表示)、物理接口和老化时间。

该实施例中，三层交换机设置在一个ARP表项到其老化时间还有10s时，开始在该ARP表项对应的subVLAN中每隔2s发送针对这个ARP表项的ARP请求，直到收到ARP响应或老化时间到。如果得到回应，则更新该ARP表项；如果在老化时间到来前都没有得到回应，则老化该表项。

图2是ARP表项的维护流程，包括以下步骤：

步骤201：三层交换机的一条ARP表项距其老化时间还有10s；

步骤202：三层交换机在该ARP表项对应的subVLAN中针对该ARP表项触发一个ARP请求广播；

步骤203：三层交换机判断2s内是否能收到该地址的ARP回应，如果2s内收到回应，则进行步骤204；如果2s内收不到回应，而且此时还没到ARP老化时间，则返回步骤202；如果2s收不到回应，而且此时已经到了ARP老化时间，则进行步骤205；

步骤204：收到ARP回应，更新对应的ARP表项，老化时间重新开始计时；

步骤205：在ARP老化时间到来前没有收到ARP回应，正常老化对应的ARP表项。

如图3所示，三层交换机对访问同网段地址的报文进行处理包括：

步骤301：三层交换机接收访问同网段地址的报文；

步骤302：三层交换机查找是否有被访问地址对应的ARP表项，如果有，则执行步骤303，否则执行步骤404；

步骤303：三层交换机根据查到的ARP表项转发所述报文；

步骤304：三层交换机否则丢弃所述报文。

如图4所示，三层交换机对同网段地址之间的APR请求进行处理包括：

步骤401：三层交换机接收同网段地址之间的APR请求；

步骤402：三层交换机查找是否有ARP请求对应的ARP表项，如果有，则执行403，否则，否则不进行任何响应；

步骤403：三层交换机执行ARP代理。

为实现以上方法，本发明提供了一种三层交换机，如图5所示，所述三层交换机包括：

存储模块，用于存储地址解析协议(ARP)表项；

表项维护模块，用于在每个ARP表项的老化时间到来前，在该ARP表项对应的子虚拟局域网(SubVLAN)针对该ARP表项广播ARP请求；以及接收ARP响应，并根据收到ARP响应更新所述存储模块中对应的ARP表项，还用于在老化时间到来时老化所述存储模块中的对应ARP表项。

所述表项维护模块周期或持续广播所述ARP请求，直到收到ARP响应或老化时间到。

如图6所示，三层交换机在图5所示模块结构的基础上还包括报文请求处理模块，用于根据已有ARP表项对访问同网段地址的报文或同网段地址之间的APR请求进行处理。

进一步地，所述报文请求处理模块包括：

接收子模块，用于接收访问同网段地址的报文以及同网段地址之间的APR请求；

表项查找子模块，用于查找所述存储模块中是否有被访问地址或ARP请求对应的ARP表项；

报文处理子模块，查到对应ARP表项时，用于根据查到的ARP表项转发所述报文，否则丢弃所述报文。

ARP代理子模块，用于根据查找到的ARP表项进行ARP代理，否则不进行响应。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

本发明中，在ARP表项被老化前，仅在该表项对应的subVLAN中针对该ARP表项广播ARP请求，并根据响应进行更新，或在老化时间到达时，将该ARP表项老化(即删除)，从而通过控制广播域，减少CPU占用，同时保证ARP表项的有效性，进一步地，不需要在所有subVLAN中进行ARP请求广播，即可根据已有的ARP表项即可对访问同网段地址的报文或同网段地址之间的APR请求进行处理。

Claims (7)

1.一种地址解析协议ARP表项管理方法，其特征在于，该方法包括：

所述ARP表项的老化时间到来前，三层交换机在该ARP表项对应的子虚拟局域网Subvlan针对该ARP表项广播ARP请求；所述三层交换机周期或持续广播所述ARP请求，直到收到ARP响应或老化时间到；

若所述三层交换机收到ARP响应，则更新对应的ARP表项，否则在老化时间到来时老化对应ARP表项。

2.一种地址解析协议ARP表项管理方法，其特征在于，三层交换机创建并维护ARP表项，根据已有ARP表项对访问同网段地址的报文或同网段地址之间的APR请求进行处理，维护ARP表项包括：

所述ARP表项的老化时间到来前，三层交换机在该ARP表项对应的子虚拟局域网Subvlan针对该ARP表项广播ARP请求；所述三层交换机周期或持续广播所述ARP请求，直到收到ARP响应或老化时间到；

若所述三层交换机收到ARP响应，则更新对应的ARP表项，否则在老化时间到来时老化对应的ARP表项。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述三层交换机根据已有ARP表项对访问同网段地址的报文进行处理包括：

所述三层交换机接收所述报文或所述ARP请求；

所述三层交换机查找是否有被访问地址或所述ARP请求对应的ARP表项，如果有，则根据查到的ARP表项转发所述报文或执行ARP代理，否则丢弃所述报文或不进行响应。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述三层交换机根据接收的报文或ARP请求的源端信息创建ARP表项。

5.一种三层交换机，其特征在于，所述三层交换机包括：

存储模块，用于存储地址解析协议ARP表项；

表项维护模块，用于在每个ARP表项的老化时间到来前，在该ARP表项对应的子虚拟局域网Subvlan针对该ARP表项广播ARP请求；以及接收ARP响应，并根据收到ARP响应更新所述存储模块中对应的ARP表项，还用于在老化时间到来时老化所述存储模块中的对应ARP表项；所述表项维护模块周期或持续广播所述ARP请求，直到收到ARP响应或老化时间到。

6.如权利要求5所述的三层交换机，其特征在于，所述三层交换机还包括报文请求处理模块，用于根据已有ARP表项对访问同网段地址的报文或同网段地址之间的APR请求进行处理。

7.如权利要求6所述的三层交换机，其特征在于，所述报文请求处理模块包括：

接收子模块，用于接收访问同网段地址的报文以及同网段地址之间的APR请求；

表项查找子模块，用于查找所述存储模块中是否有被访问地址或ARP请求对应的ARP表项；

报文处理子模块，查到对应ARP表项时，用于根据查到的ARP表项转发所述报文，否则丢弃所述报文；

ARP代理子模块，用于根据查找到的ARP表项进行ARP代理，否则不进行响应。