CN102045262B

CN102045262B - 媒体接入控制地址表更新方法、装置及网络设备

Info

Publication number: CN102045262B
Application number: CN2011100085345A
Authority: CN
Inventors: 蔡强; 舒兆港
Original assignee: Fujian Star Net Communication Co Ltd
Current assignee: Beijing Zhigu Tech Co Ltd
Priority date: 2011-01-14
Filing date: 2011-01-14
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2031-01-14
Also published as: CN102045262A

Abstract

本发明公开了一种媒体接入控制地址表更新方法、装置及网络设备，该方法包括：学习到新的地址表项时，判断内部地址表中的地址表项的数目是否大于设定的上水线；当内部地址表中的地址表项的数目大于设定的上水线时，从内部地址表中转移除所述新的地址表项外的至少一个地址表项至外部存储器中，直至内部地址表中的地址表项的数目小于设定的下水线；当内部地址表中的地址表项的数目不大于设定的上水线时，不转移内部地址表中转移地址表项至外部存储器中。该方法避免了地址表项在内部地址表和外部存储器之间的频繁转移，降低了内存占用率，提高了网络设备的系统性能。

Description

媒体接入控制地址表更新方法、装置及网络设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤指一种媒体接入控制(Media Access Control，MAC)地址表更新方法、装置及网络设备。

背景技术

以太网中每个节点对应一个MAC地址，交换机接收到以太网报文时，提取报文中的源MAC地址，连同与之连接的端口号和虚拟局域网(Virtual LocalArea Network，VLAN)号存放到硬件表项中，这个硬件表项就称为MAC地址表。在需要向节点转发报文时根据报文的目的MAC地址，在MAC地址表中查找与之连接的端口号，将报文从该端口转发出去。

图1所示即为交换机中的MAC地址表工作原理示意图。其中，节点1、节点2、节点3的MAC地址分别为1111.1111.1111、2222.2222.2222、3333.3333.3333，分别与交换机的端口p1、p2、p3连接，归属于相同VLAN网段(vlan1)。节点4和节点5的MAC地址分别为4444.4444.4444和5555.5555.5555，分别与交换机的端口p4和p5连接属于另外一个VLAN网段(vlan2)。

交换机初始化的时候，MAC地址表为空。当节点1与节点3进行通信时，交换机学习MAC地址：节点1发送报文，源MAC地址为1111.1111.1111，目的MAC地址为3333.3333.3333，该报文从端口p1进入交换机，此时交换机则提取报文源MAC地址、VLAN号以及对应的端口号填入MAC地址表：1111.1111.1111+vlan1-＞p1。然后查找MAC地址表有没有与目的MAC地址(3333.3333.3333)对应的表项，结果没有找到，则将报文广播到除p1口之外的相同网段内其他所有端口(p2和p3)。节点2和节点3都会收到该报文，其中节点2判断报文目的MAC不是自己，则丢弃报文；节点3接收报文并对节点1进行应答，应答报文的源MAC地址则为3333.3333.3333，目的MAC则为1111.1111.1111。应答报文从端口p3进入交换机，交换机学习MAC地址，增加一条表项：3333.3333.3333+vlan1-＞p3。此后如有目的地址为1111.1111.1111或3333.3333.3333的报文，则可以直接查找MAC地址表实现报文转发了。

因此，交换机MAC地址表中的表项越多，命中率越高。而交换机内部地址表的容量受交换芯片的限制，一般为16M或32M。目前通常采用外部三态内容寻址存储器(Ternary Content Addressable Memory，TCAM)来进行扩容，但外部TCAM中的表项不能通过硬件学习自动加入。现有技术中采用外部TCAM扩容后，学习到新的MAC地址表项时的处理流程如图2所示，包括下列步骤：

(1)学习到新的MAC地址表项。

例如：内部地址表学习到一条新的MAC地址表项——表项C时。其中新的MAC地址表项是指内部地址表中原来不存在的MAC地址表项。

(2)检查外部TCAM中是否存在该地址表项。

若是，执行步骤(3)；否则执行步骤(4)。

例如：学习到表项C之前，内部地址表和外部TCAM的初始状态如图3所示，内部地址表的哈希桶1中有表项A，哈希桶2中有表项B，......，哈希桶n中有表项X和Y；外部TCAM中有表项C和D。此时，外部TCAM中存在表项C，执行步骤(3)。

(3)将该地址表项从外部TCAM中删除，以免外部TCAM和内部地址表存在相同的地址表项，造成空间浪费。

将表项C从外部地址表中删除。

(4)检查内部地址表中是否存在与该地址表项属于同一哈希桶的其他地址表项。

若是，执行步骤(5)；否则执行步骤(6)。

例如：表项C落在哈希桶1中，与表项C属于同一哈希桶的其他表项为表项A。

(5)从内部地址表中的与该地址表项属于同一哈希桶的其他地址表项中选择一个，转移到外部TCAM中，并将选择地址表项从内部地址表中删除。

例如：将哈希桶1中的表项A转移到外部地址表中，转移之后，内部地址表和外部TCAM的状态如图4所示，内部地址表的哈希桶1中有表项C，哈希桶2中有表项B，......，哈希桶n中有表项X和Y；外部TCAM中有表项A和D。

(6)结束。

内部地址表每次新学习到MAC地址表项时，都会触发上述地址表项的更新流程，例如再次学习到表项A时，上述表项A和表项C在内部地址表和外部TCAM的存储状态将再次互换，又例如再次学习到其他属于哈希桶1中的表项时，表项A将再次被转移到外部TCAM中存储。如果交换机频繁交替接收到不同的数据流时，则会导致MAC地址表项的频繁学习和更新，当经常学习和变动的地址表项较多时，则会导致地址表项从内部地址表向外部TCAM的转移，从而会占用很多的内存资源，导致内存资源的占用率很高，造成系统性能瓶颈。

发明内容

本发明实施例提供一种媒体接入控制地址表更新方法、装置及网络设备，用以解决现有技术中存在的MAC地址表项在内部地址表和外部存储器之间频繁转移所导致的内存资源占用率高，带来系统性能瓶颈的问题。

一种媒体接入控制地址表更新方法，包括：

学习到新的地址表项时，判断内部地址表中的地址表项的数目是否大于设定的上水线；

当内部地址表中的地址表项的数目大于设定的上水线时，从内部地址表中转移除所述新的地址表项外的至少一个地址表项至外部存储器中，直至内部地址表中的地址表项的数目小于设定的下水线；

当内部地址表中的地址表项的数目不大于设定的上水线时，不转移内部地址表中转移地址表项至外部存储器中。

一种媒体接入控制地址表更新装置，包括：

判断模块，用于学习到新的地址表项时，判断内部地址表中的地址表项的数目是否大于设定的上水线；

转移模块，用于当判断模块确定内部地址表中的地址表项的数目大于设定的上水线时，从内部地址表中转移除所述新的地址表项外的至少一个地址表项至外部存储器中，直至内部地址表中的地址表项的数目小于设定的下水线；当内部地址表中的地址表项的数目不大于设定的上水线时，不转移内部地址表中转移地址表项至外部存储器中。

一种网络设备，包括：上述的媒体接入控制地址表更新装置。

本发明有益效果如下：

本发明实施例提供的媒体接入控制地址表更新方法、装置及网络设备，在学习到新的地址表项时，首先判断内部地址表中的地址表项的数目是否大于设定的上水线；只要当内部地址表中的地址表项的数目大于设定的上水线时，才从内部地址表中转移地址表项至外部存储器中，并一直转移到内部地址表中的地址表项的数目小于设定的下水线时为止，从而避免了地址表项在内部地址表和外部存储器之间的频繁转移，减少了对内存资源的占有率，提高了内部地址表和外部存储器协同工作时的系统性能。

附图说明

图1为现有技术中MAC地址表工作原理的示意图；

图2为现有技术中学习到MAC地址表项时的处理流程示意图；

图3为现有技术中内部地址表和外部TCAM的初始状态示意图；

图4为现有技术中内部地址表和外部TCAM更新后的状态示意图；

图5为本发明实施例中媒体接入控制地址表更新方法的流程图；

图6为本发明实施例中内部地址表和外部TCAM的初始状态示意图；

图7为本发明实施例中内部地址表和外部TCAM更新后的状态示意图；

图8为本发明实施例中媒体接入控制地址表更新装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供的媒体接入控制地址表更新方法，在学习到新的MAC地址表项时，根据内部地址表中的地址表项的数目确定是否需要转移地址表项到外部存储器中，来避免地址表项在内部地址表和外部存储器之间的频繁转移。本发明方法的流程如图5所示，执行步骤如下：

步骤S11：学习到新的地址表项。

网络中的网络设备，例如交换机，接收到一条报文时，获取该报文中的源MAC地址、VLAN号和对应的端口号，实现内部地址表学习到一条新的MAC地址表项。一般网络设备中MAC地址表项的学习是由硬件实现的。学习到的新的地址表项一般是指学习到不同于内部地址表中原有的地址表项的一个地址表项，包括MAC地址、VLAN号和对应的端口号中的任一项不相同。

优选的，在学习到新的地址表项时，也可以如现有技术中一样先判断外部存储器中是否存在该地址表项，若存在，将该地址表项从外部存储其中删除，以节约外部存储器的存储空间，避免空间浪费。当然此处也可以暂时不删除。

例如：如图6所示的，学习到新的地址表项(表项M)之前，内部地址表的哈希桶1中有表项A、表项B等，哈希桶2中有表项C、表项D等，......，哈希桶n中有表项X、表项Y等；外部存储器(TCAM)中有表项M、表项N、表项L等。优选的，此时，将外部存储器中的表项M删除。

步骤S12：获取内部地址表中的地址表项的数目。

获取内部地址表中的地址表项的数目，沿用上边的例子，例如学习到新的地址表项时内部地址表中的地址表项的数目为31K个(即31000个)。

步骤S13：判断内部地址表中的地址表项的数目是否大于设定的上水线。

若是，执行步骤S14；否则执行步骤S17。

其中，上水线根据内部地址表的容量设定。例如：网络设备中的交换芯片的内部地址表的容量为32K，参照这个容量设置上水线为30K。

优选的，上水线还可以根据内部地址表的容量和统计得到的经常变动的地址表项的数量设定。例如：用户的网络中有100K个MAC表项，其中经常变动的地址表项为20K个，参照内部地址表的容量和经常变动的地址表项的数量设置上水线为30K个。

沿用上边的例子，由于学习到新的地址表项时内部地址表中的地址表项的数目为31K个，大于设定的上水线30K个，因此执行步骤S14。如果学习到新的地址表项时内部地址表中的地址表项的数目为28K个，不大于设定的上水线30K个，则会执行步骤S17，不进行地址表项的转移操作。

步骤S14：从内部地址表中转移地址表项至外部存储器中。

从内部地址表中转移除学习到的新的地址表项外的至少一个地址表项至外部存储器中，可以一个一个的转移，也可以一次转移多个，具体可以从内部地址表中选择除新的地址表项外的至少一个地址表项转移至外部存储器中。

优选的，在从内部地址表中转移地址表项至外部存储器中时，计算学习到的新的地址表项的哈希(Hash)值，根据哈希值确定学习到的新的地址表项所属的内部地址表中的哈希桶，优先选择学习到的新的地址表项所属的哈希桶中的除新的地址表项外的部分或全部地址表项转移至外部存储器中。若转移完学习到的地址表项所属的哈希桶中的地址表项后，还需要转移地址表项时，再转移其他哈希桶中的地址表项。

在进行地址表项转移时，一般选择转移学习到的地址表项所属的哈希桶中的除刚学习到的新的地址表项之外的部分或全部地址表项转移至外部存储器中。

其中，属于同一个哈希桶的地址表项的哈希值相同。计算哈希值时根据地址表项中的MAC地址和VLAN号进行Hash计算，得到哈希值，计算得到的哈希值相同的地址表项，在内部地址表中归属于同一个哈希桶。通过Hash计算保证学习到的表项平均分布到各个哈希桶中。

优选的，当选择的需要转移的地址表项为外部存储器中已存储的地址表项时，不再转移该地址表项，将选择的需要转移的地址表项从内部地址表中删除即可。

沿用上边的例子，例如计算学习到的地址表项M的哈希值，确定其所属于的哈希桶为桶1，则优选的，将桶1中的地址表项转移到外部存储器中。

此处需要说明的是，如果在学习到表项M时未将外部存储器中的表项M删除，则当转移的外部存储器中的地址表项包含表项M时，可以不转移表项M，而直接将表项M从内部地址表中删除即可。

例如：转移地址表项后，内部地址表和外部存储器的状态如图7所示的，内部地址表的哈希桶1中有表项M等，哈希桶2中有表项C、表项D等，......，哈希桶n中有表项X、表项Y等；外部存储器(TCAM)中有表项A、表项B、表项N、表项L等。

步骤S15：获取内部地址表中的地址表项的数目。

在转移之后再次获取内部地址表中的地址表项的数目。

沿用上边的例子，例如转移地址表项后，内部地址表中的地址表项的数目为24K个。

步骤S16：判断内部地址表中的地址表项的数目是否小于设定的下水线。

若是，执行步骤S17；否则返回继续执行步骤S14。

也就是当内部地址表中的地址表项的数目不小于设定的下水线时，返回继续执行步骤S14，否则停止从内部地址表中向外部存储器中转移地址表项。

当优先选择学习到的地址表项所属的哈希桶中的部分或全部地址表项转移至外部存储器中时，若转移完了学习到的地址表项所属的哈希桶中的地址表项，仍未达到下水线时，则继续转移其他哈希桶中的地址表项，直至小于下水线为止。

其中，下水线根据内部地址表的容量设定。例如：网络设备中的交换芯片的内部地址表的容量为32K，参照这个容量设置上水线为25K。

优选的，下水线还可以根据内部地址表的容量和统计得到的经常变动的地址表项的数量设定。例如：用户的网络中有100K个MAC表项，其中经常变动的地址表项为20K个，参照内部地址表的容量和经常变动的地址表项的数量设置上水线为25K个。

沿用上边的例子，转移地址表项后内部地址表中的地址表项的数目为24K个，小于设定的下水线25K个，因此执行步骤S17不再转移地址表项。如果转移地址表项后内部地址表中的地址表项的数目为27K个，不小于设定的下水线25K个，则会执行步骤S14，继续转移地址表项的操作。

步骤S17：结束。

也就是说，上述方法中，当内部地址表中的地址表项的数目大于设定的上水线时，从内部地址表中转移除新的地址表项外的至少一个地址表项至外部存储器中，直至内部地址表中的地址表项的数目小于设定的下水线为止。当内部地址表中的地址表项的数目不大于设定的上水线时，不转移内部地址表中转移地址表项至外部存储器中。

根据本发明实施例提供的媒体接入控制地址更新方法，可以构建一种媒体接入控制地址更新装置，该装置可以设置在任何实现报文转发功能的网络设备中，实现对媒体接入控制地址的更新，该网络设备中包括内部地址表和外部存储器。该媒体接入控制地址表更新装置的结构如图8所示，包括：判断模块10和转移模块20。

判断模块10，用于学习到新的地址表项时，判断内部地址表中的地址表项的数目是否大于设定的上水线。

优选的，所述判断单元10还用于：学习到新的地址表项时，判断外部存储器中是否存在学习到的地址表项，若存在，将外部存储器中存在的该地址表项删除。

转移模块20，用于当判断模块10确定内部地址表中的地址表项的数目大于设定的上水线时，从内部地址表中转移除学习到的新的地址表项外的至少一个地址表项至外部存储器中，直至内部地址表中的地址表项的数目小于设定的下水线；当内部地址表中的地址表项的数目不大于设定的上水线时，不转移内部地址表中转移地址表项至外部存储器中。

优选的，上述转移模块20，还用于从内部地址表中选择至少一个地址表项转移至外部存储器中时，若所选择的地址表项为外部存储器中已存储的地址表项时，则将所选择的地址表项从内部地址表中删除。

优选的，上述转移模块20，具体包括：转移单元201和判断单元202。

转移单元201，用于从内部地址表中选择除新的地址表项外的至少一个地址表项转移至外部存储器中，并通知判断单元202。

优选的，上述转移单元201，具体用于：计算学习到的新的地址表项的哈希值，根据哈希值确定学习到的新的地址表项所属的内部地址表中的哈希桶，其中属于同一个哈希桶的地址表项的哈希值相同；优先选择学习到的新的地址表项所属的哈希桶中除所述新的地址表项外的部分或全部地址表项转移至外部存储器中。

优选的，上述转移单元201，还用于：从内部地址表中选择除新的地址表项外的至少一个地址表项转移至外部存储器中时，若所选择的地址表项为外部存储器中已存储的地址表项时，则将所选择的地址表项从内部地址表中删除。

判断单元202，用于判断内部地址表中的地址表项的数目是否小于设定的下水线；若是，通知转移单元201继续执行从内部地址表中选择除新的地址表项外的至少一个地址表项转移至外部存储器中的步骤；否则通知转移单元201停止从内部地址表中向外部存储器中转移地址表项。

本发明实施例提供的媒体接入控制地址更新方法和装置，在学习到新的地址表项时，首先判断内部地址表中的地址表项的数目是否大于设定的上水线；只要当内部地址表中的地址表项的数目大于设定的上水线时，才从内部地址表中转移地址表项至外部存储器中，并一直转移到内部地址表中的地址表项的数目小于设定的下水线时为止，而不必像现有技术中那样每次学习到新的地址表项时都要转移地址表项，从而避免了地址表项在内部地址表和外部存储器之间的频繁转移，减少了对内存资源的占有率，优化了内部地址表和外部存储器协同工作时的地址表项更新流程，提高了内部地址表的利用率，也提高了内部地址表和外部存储器协同工作时的系统性能。

本发明的上述方法相当于将内部地址表当作一个高速缓冲区，将经常变动的地址表项存储在内部地址表中，将不经常变动的地址表项存放到外部存储器中，只要当内部地址表中的地址表项达到一定数量时才进行转移，当转移时会转移到小于一定数量为止，从而减少了转移操作的次数，节省了CPU资源。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种媒体接入控制地址表更新方法，其特征在于，包括：

当内部地址表中的地址表项的数目不大于设定的上水线时，不转移内部地址表中地址表项至外部存储器中。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从内部地址表中转移除所述新的地址表项外的至少一个地址表项至外部存储器中，直至内部地址表中的地址表项的数目小于设定的下水线，具体包括：

从内部地址表中选择除所述新的地址表项外的至少一个地址表项转移至外部存储器中，并判断内部地址表中的地址表项的数目是否小于设定的下水线；

若内部地址表中的地址表项的数目不小于设定的下水线时，返回继续执行从内部地址表中选择除所述新的地址表项外的至少一个地址表项转移至外部存储器中的步骤；否则停止从内部地址表中向外部存储器中转移地址表项。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，从内部地址表中转移除所述新的地址表项外的至少一个地址表项至外部存储器中，具体包括：

确定学习到的新的地址表项的哈希值；

根据确定的哈希值，确定所述新的地址表项所属的内部地址表中的哈希桶，其中属于同一个所述哈希桶的地址表项的哈希值相同；

优先选择学习到的新的地址表项所属的哈希桶中除所述新的地址表项外的部分或全部地址表项转移至外部存储器中。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，从内部地址表中选择除所述新的地址表项外的至少一个地址表项转移至外部存储器中时，若所选择的地址表项为外部存储器中已存储的地址表项时，则将所选择的地址表项从内部地址表中删除。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在学习到新的地址表项时，判断外部存储器中是否存在学习到的地址表项，若存在，将外部存储器中存在的该地址表项删除。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上水线和/或下水线根据内部地址表的容量设定；或所述上水线和/或下水线根据内部地址表的容量和统计得到的经常变动的地址表项的数量设定。

7.一种媒体接入控制地址表更新装置，其特征在于，包括：

转移模块，用于当判断模块确定内部地址表中的地址表项的数目大于设定的上水线时，从内部地址表中转移除所述新的地址表项外的至少一个地址表项至外部存储器中，直至内部地址表中的地址表项的数目小于设定的下水线；当内部地址表中的地址表项的数目不大于设定的上水线时，不转移内部地址表中地址表项至外部存储器中。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述转移模块，具体包括：

转移单元，用于从内部地址表中选择除所述新的地址表项外的至少一个地址表项转移至外部存储器中，并通知判断单元；

判断单元，用于判断内部地址表中的地址表项的数目是否不小于设定的下水线；若是，通知所述转移单元继续执行从内部地址表中选择除所述新的地址表项外的至少一个地址表项转移至外部存储器中的步骤；否则通知所述转移单元停止从内部地址表中向外部存储器中转移地址表项。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述转移模块具体用于：确定学习到的新的地址表项的哈希值，根据哈希值确定学习到的新的地址表项所属的内部地址表中的哈希桶，其中属于同一个所述哈希桶的地址表项的哈希值相同；优先选择学习到的新的地址表项所属的哈希桶中除所述新的地址表项外的部分或全部地址表项转移至外部存储器中。

10.如权利要求7-9任一所述的装置，其特征在于，所述转移模块，还用于从内部地址表中选择除所述新的地址表项外的至少一个地址表项转移至外部存储器中时，若所选择的地址表项为外部存储器中已存储的地址表项时，则将所选择的地址表项从内部地址表中删除。

11.一种网络设备，其特征在于，包括：如权利要求7-10任一所述的媒体接入控制地址表更新装置。