CN102148677A - 一种更新地址解析协议表项的方法及核心交换机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种更新ARP表项的方法及核心交换机，通过更新而不是删除ARP表项，解决了主链路出现故障、以及后续故障恢复时ARP表项出端口更新的问题。本发明提供的技术方案由于避免了ARP表项的学习过程，因此能够快速的更新ARP表项，实现流量的快速切换，达到切换时延小于50ms的切换性能要求。

Description

一种更新地址解析协议表项的方法及核心交换机

技术领域

本发明涉及地址解析协议(ARP，Address Resolution Protocol)技术，尤指一种更新ARP表项的方法及核心交换机。

背景技术

参见图1，图1为现有技术中典型的接入系统结构图。在图1中，核心交换机1、核心交换机2、接入交换机A、接入交换机B和接入交换机C在一个二层网络中，通过运行链路备份协议以及虚拟路由冗余协议(VRRP，Virtual Router Redundancy Protocol)，实现三层转发，为用户提供接入互联网的服务。

其中，接入交换机A、接入交换机B和接入交换机C上运行的链路备份协议可以是Smart-Link或多生成树协议(MSTP，Multiple Spanning TreeProtocol)或快速环网保护协议(RRPP，Rapid Ring Protection Protocol)。接入交换机通过双上行链路连接各核心交换机，通过链路备份协议提供链路备份、防止环路，将用户报文转发核心交换机。核心交换机1和核心交换机2上使能VRRP，实现设备的冗余备份，设置网关的地址为VRRP的虚地址，向用户提供接入互联网的功能。

在现有技术方案中，当接入交换机与设备组中主核心交换机的主链路发生故障后，链路备份协议可以将当前使用的链路快速切换到与备用核心交换机连接的备份链路上，但是业务流量不一定能够快速的切换到备份链路上。

例如，在核心交换机1为主核心交换机，核心交换机2为备用核心交换机，当接入交换机A与设备组之间的主链路，即与核心交换机1之间的链路发生故障，通过链路备份协议接入交换机A能够迅速的将链路到备份链路上，即接入交换机A与核心交换机2之间的链路。在上行方向，用户流量二层转发到核心交换机2，再二层转发到核心交换机1，最后通过核心交换机1三层转发到互联网，上行方向能够实现业务流量的快速切换。

但在下行方向上，互联网发送至用户设备的业务流量，发送到核心交换机1时，由于核心交换机1上的ARP出端口故障，ARP表项被删除，因此需要重新进行一次ARP学习才能获得ARP表项，找到出端口。核心交换机1发送ARP请求报文，ARP请求报文在虚拟局域网(VLAN，Virtual Local AreaNetwork)内广播后被用户设备收到，用户设备返回ARP应答，核心交换机1收到ARP应答后更新ARP表项，根据ARP表项将流量从端口K1转发出去，最后通过核心交换机2与接入交换机A之间的备份链路，将业务流转发给用户设备。

这种更新ARP出端口的方法受到了多方面的限制：1)核心交换机1上发现链路故障后删除ARP的速度；2)核心交换机1上流量触发ARP学习的速度；3)用户设备响应ARP请求报文的效率；4)当核心交换机1为分布式设备时还受到板间通信效率的影响。当ARP表项比较多时，这些效率的影响就变得更加明显。当这个网络处在对于中断时延要求比较高的网络时，比如小于50ms的切换时间，切换时间很难满足要求。由此可见，在下行方向上，业务流量不能够快速的切换到备份链路上，不能满足业务需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种更新ARP表项的方法及核心交换机，应用本发明的技术方案能够快速更新ARP表项，实现流量的快速切换。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种更新地址解析协议表项的方法，应用于如下接入系统：主核心交换机和备用核心交换机相连，接入交换机通过双上行链路连接主核心交换机和备用核心交换机，并运行链路备份协议提供链路备份；该方法包括：

主核心交换机确定与接入交换机之间的主链路发生故障时，将自身地址解析协议表项ARP表项中出端口为所述主链路对应的端口更新为连接备用核心交换机的端口；

备用核心交换机确定所述主链路发生故障时，将自身ARP表项中出端口为连接主核心交换机的端口更新为连接所述接入交换机的端口。

一种核心交换机，该核心交换机包括控制单元和存储单元；

所述控制单元在所在核心交换机为主核心交换机时，确定与接入交换机之间的主链路发生故障时，将存储单元中地址解析协议ARP表项内出端口为所述主链路对应的端口更新为连接备用核心交换机的端口；在所在核心交换机为备用核心交换机时，确定主链路发生故障时，将存储单元中ARP表项内出端口为连接主核心交换机的端口更新为连接所述接入交换机的端口；其中，接入交换机通过双上行链路连接核心交换机，并运行链路备份协议提供链路备份；

所述存储单元，用于存储ARP表项。

本发明所提供的一种更新ARP表项的方法及核心交换机，通过更新而不是删除ARP表项，解决了主链路出现故障、以及后续从故障恢复时ARP表项出端口更新的问题。本发明的技术方案由于避免了ARP表项的学习过程，因此能够快速的更新ARP表项，实现流量的快速切换，达到切换时延小于50ms的切换性能要求。

附图说明

图1为现有技术中接入系统的网络结构图；

图2为本发明中交换机的结构图；

图3为本发明实施例方法的流程图。

具体实施方式

在本发明的技术方案中，为了在发生故障时，快速将流量切换到备用链路上，主核心交换机确定与接入交换机之间的主链路发生故障时，将自身ARP表项中出端口为所述主链路对应的端口更新为连接备用核心交换机的端口；备用核心交换机确定所述主链路发生故障时，将自身ARP表项中出端口为连接主核心交换机的端口更新为连接所述接入交换机的端口。

从上面描述的技术方案可知，为了快速的将业务流量切换到备份链路上，本发明在主链路发生故障时不删除主、备用核心交换机上的ARP表项，而是直接对ARP表项进行更新。这样，由于免去了ARP表项的学习过程，因此能够快速进行业务流量的切换。以下对本发明的技术方案进行详细的解释。

如图1所示，假设核心交换机1为主核心交换机，核心交换机2为备用核心交换机。在接入交换机A到核心交换机1之间的主链路发生故障，由于接入交换机A通过双上行链路连接主、备用核心交换机，链路备份协议将当前使用链路切换至接入交换机A至核心交换机2相连的备用链路上。此时，核心交换机1还是主核心交换机，发送给接入交换机A连接的用户设备的报文，还是由核心交换机1接收，通过核心交换机2的备用链路转发至接入交换机A，然后转发给用户设备。由此可见，核心交换机1的出端口是可以预测，不是与接入交换机A相连的端口M1，就是与核心交换机2相连的端口K1。因此，在主链路发生故障时，核心交换机1可以将自身ARP表项中出端口为端口M1更新为端口K1。

同时，对于核心交换机2而言，其同样会收到发送至接入交换机A链接用户设备的报文。在主链路未发生故障前，核心交换机2先将报文转发至核心交换机1，核心交换机1再通过主链路将其转发至接入交换机A，最后转发至用户设备，其出端口为与核心交换机1相连的端口K2。在主链路发生故障后，链路备份协议将选择使用核心交换机2与接入交换机A之间的链路进行数据的传输。此时，从互联网收到的需转发至接入交换机A所连用户设备的报文，则直接通过与接入交换机A相连的端口N1发送出去，此时的出端口为N1。由此可见，核心交换机2的出端口是可以预测，不是与核心交换机1相连的端口K2，就是与接入交换机A相连的端口N1。

因此，在主链路发生故障时，更新主核心交换机和备用核心交换机中ARP表项的出端口，有利于流量的快速切换，避免了ARP表项的学习过程。

在实施本发明的技术方案时，主核心交换机确定与接入交换机之间的主链路发生故障可以是：主核心交换机检测到自身与接入交换机之间主链路发生故障；或者接收到接入交换机由于主链路发生故障，将链路切换至备链路时而发送的链路变化通知报文。备用核心交换机确定所述主链路发生故障可以是：接收到接入交换机由于主链路发生故障，将链路切换至备链路时而发送的链路变化通知报文。

另外，当确定主链路恢复、链路切回至主链路时，主核心交换机将自身ARP表项中出端口为连接备用核心交换机的端口更新为所述主链路对应的端口；备用核心交换机将自身ARP表项中出端口为连接所述接入交换机的端口更新为连接主核心交换机的端口。其中，主、备用核心交换机确定主链路恢复、链路切回至主链路可以是：主、备用核心交换接收到接入交换机由于主链路恢复、将链路切换回主链路时发送的链路变化通知报文。

当接入交换机所使用的链路备份协议为Smart-Link，则其中的链路变化通知报文为Flush报文；当所使用的链路备份协议为MSTP，则其中的链路变化通知报文为拓扑变化(TC，Topology Change)报文；当所使用的链路备份协议为RRPP，则其中的链路变化通知报文为Complete-Flush报文。

如果链路备份协议，例如Smart-Link/MSTP/RRPP在接入交换机上配置了多个实例，同时核心交换机通过在VLAN上运行VRRP协议，设置核心交换机中的主核心交换机和备用核心交换机与配置的多个实例对应。例如如图1所示，接入交换机A上配置了两个实例，其中实例1的主端口为接入交换机A至核心交换机1的端口，该实例与配置的VLAN1-10对应；在VLAN1-10中核心交换机1为主核心交换机，核心交换机2为备用核心交换机。实例2的主端口为接入交换机A至核心交换机2的端口，该实例与配置的VLAN11-20对应；在VLAN11-20中核心交换机2为主核心交换机，核心交换机1为备用核心交换机。此时，当接入交换机A与核心交换机1之间的链路故障时，实例1对应的主端口故障，而实例2对应的主端口正常，此时核心交换机1和核心交换机2在进行ARP表项出端口更新时，只需更新对应实例1的VLAN1-10中的ARP表项，而无需对对应实例2的VLAN11-20中的ARP表项进行更新。

即，当主核心交换机和备用核心交换机通过虚拟局域网VLAN上运行虚拟路由冗余协议VRRP设置，而所述接入交换机通过链路备份协议配置实例与所述主、备用核心交换机对应时，所述ARP表项为主、备用核心交换机中对应所述实例的VLAN中的ARP表项。

参见图2，图2为本发明提供的一种核心交换机，该核心交换机包括控制单元和存储单元，所述控制单元在所在核心交换机为主核心交换机时，确定与接入交换机之间的主链路发生故障时，将存储单元中地址解析协议ARP表项内出端口为所述主链路对应的端口更新为连接备用核心交换机的端口；在所在核心交换机为备用核心交换机时，确定主链路发生故障时，将存储单元中ARP表项内出端口为连接主核心交换机的端口更新为连接所述接入交换机的端口；其中，接入交换机通过双上行链路连接核心交换机，并运行链路备份协议提供链路备份；所述存储单元，用于存储ARP表项。

其中，控制单元在所在核心交换机为主核心交换机时，确定与接入交换机之间的主链路发生故障为：检测到自身与接入交换机之间主链路发生故障；或者接收到接入交换机由于主链路发生故障，将链路切换至备份链路时而发送的链路变化通知报文。

其中，所述控制单元在所在核心交换机为备用交换机时，所述确定所述主链路发生故障为：接收到接入交换机由于主链路发生故障，将链路切换至备份链路时而发送的链路变化通知报文。

其中，所述控制单元在所在核心交换机为主核心交换机时，确定主链路恢复、链路切回至主链路时，进一步将自身ARP表项中出端口为连接备用核心交换机的端口更新为所述主链路对应的端口；在所在核心交换机为备用交换机时，确定主链路恢复、链路切回至主链路时，进一步将自身ARP表项中出端口为连接所述接入交换机的端口更新为连接主核心交换机的端口。

所述控制单元确定主链路恢复、链路切回至主链路为：接收到接入交换机由于主链路恢复、将链路切换回主链路时发送的链路变化通知报文。所述控制单元，当所述链路备份协议为Smart-Link，所述收到的链路变化通知报文为Flush报文；当所述链路备份协议为多生成树协议，所述收到的链路变化通知报文为TC报文；当所述链路备份协议为快速环网保护协议，所述收到的链路变化通知报文为Complete-Flush报文。

所述控制单元，当所在核心交换机通过虚拟局域网VLAN上运行虚拟路由冗余协VRRP协议配置而成主核心交换机或者备用核心交换机，而所述接入交换机通过链路备份协议配置实例与主、备用核心交换机对应时，所述更新的ARP表项为对应所述实例的VLAN中的ARP表项。

另外，在本发明的技术方案中，主核心交换机和备用核心交换机之间、核心交换机和接入交换机还可以通过聚合链路进行连接，那么主核心交换机和备用核心交换机之间端口为聚合端口，核心交换机与接入交换机之间端口同样也为聚合端口。

为了对本发明的技术方案进行更加详细的介绍，现列举本发明的较佳实施例。在该实施例中，接入交换机A至核心交换机1的端口A1为主端口，核心交换机1和核心交换机2在VLAN1上运行VRRP协议与A1为主端口的实例对应。在该VLAN1中，核心交换机1为主核心交换机，核心交换机2为备用核心交换机。

本实施例的具体流程如图3所示，步骤如下：

在步骤301中，接入交换机A与在VLAN1连接上的主链路发生故障，即接入交换机A与核心交换机1之间的链路发生故障，接入交换机A将链路切换至连接核心交换机2的备用链路上，并广播发送链路变化通知报文。

这里，当所述链路备份协议为Smart-Link，所述链路变化通知报文为Flush报文；当所述链路备份协议为多生成树协议，所述链路变化通知报文为TC报文；当所述链路备份协议为快速环网保护协议，所述链路变化通知报文为Complete-Flush报文。

在步骤302中，核心交换机1在收到链路变化通知报文后，将VLAN1中出端口为M1的ARP表项更新为出端口为端口K1；核心交换机2在收到链路变化通知报文后，将VLAN1中出端口为端口K2的ARP表项更新为出端口为N1。

核心交换机1除了可以通过接收链路变化通知报文感知链路发生故障，还可以通过自身检测出链路发生故障。当核心交换机1先于收到链路变化通知报文而检测出链路发生故障时，则直接更新对应的ARP表项，不必等待接收链路变化通知报文。

经过步骤302中ARP表项的更新，在发生链路故障时，核心交换机1和核心交换机2就不用再删除对应VLAN中的表项，而直接更新ARP表项。此后，来自互联网的报文就可以经由核心交换机2，通过切换后的链路发送接入交换机A，进而到达用户设备。

在步骤303中，在接入交换机A与核心交换机1之间的链路恢复时，接入交换机A将链路切回至连接核心交换机1的主链路上，并广播发送链路变化通知报文。

在步骤304中，核心交换机1在收到链路变化通知报文后，将VLAN1中出端口为端口K1的ARP表项更新为出端口为M1；核心交换机2在收到链路变化通知报文后，将VLAN1中出端口为N1的ARP表项更新为出端口为端口K2。

这里，当核心交换机1为主核心交换机，核心交换机2为备用核心交换机上运行的VLAN不仅一个，此处的ARP表项为当前实例对应所有核心交换机1为主核心交换机，核心交换机2为备用核心交换机的VLAN的ARP表项。如这样的VLAN为VLAN1-10，则ARP表项为VLAN1-10中的对应表项。

经过步骤304中ARP表项的更新，在链路恢复时，核心交换机1和核心交换机2同样也不用删除对应VLAN中的表项，而直接更新ARP表项。此后，来自互联网的报文就可以经由核心交换机1，通过主链路发送接入交换机A，进而到达用户设备。

本发明的技术方案通过更新而不是删除ARP表项，解决了主链路出现故障或者从故障恢复时ARP表项出端口更新的问题，由于避免了ARP表项的学习过程因此能够快速的更新ARP表项，实现流量的快速切换，达到切换时延小于50ms的切换性能要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种更新地址解析协议表项的方法，其特征在于，应用于如下接入系统：主核心交换机和备用核心交换机相连，接入交换机通过双上行链路连接主核心交换机和备用核心交换机，并运行链路备份协议提供链路备份；该方法包括：

主核心交换机确定与接入交换机之间的主链路发生故障时，将自身地址解析协议表项ARP表项中出端口为所述主链路对应的端口更新为连接备用核心交换机的端口；

备用核心交换机确定所述主链路发生故障时，将自身ARP表项中出端口为连接主核心交换机的端口更新为连接所述接入交换机的端口。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述主核心交换机确定与接入交换机之间的主链路发生故障为：主核心交换机检测到自身与接入交换机之间主链路发生故障；或者接收到接入交换机由于主链路发生故障，将链路切换至备份链路时而发送的链路变化通知报文。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述备用核心交换机确定所述主链路发生故障为：接收到接入交换机由于主链路发生故障，将链路切换至备份链路时而发送的链路变化通知报文。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

主核心交换机确定主链路恢复、链路切回至主链路时，将自身ARP表项中出端口为连接备用核心交换机的端口更新为所述主链路对应的端口；

备用核心交换机确定主链路恢复、链路切回至主链路时，将自身ARP表项中出端口为连接所述接入交换机的端口更新为连接主核心交换机的端口。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

所述主、备用核心交换机确定主链路恢复、链路切回至主链路为：所述主、备用核心交换接收到接入交换机由于主链路恢复、将链路切换回主链路时发送的链路变化通知报文。

6.根据权利要求2、3或5所述的方法，其特征在于，

当所述链路备份协议为Smart-Link，所述链路变化通知报文为Flush报文；

当所述链路备份协议为多生成树协议，所述链路变化通知报文为拓扑变化报文；

当所述链路备份协议为快速环网保护协议，所述链路变化通知报文为Complete-Flush报文。

7.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，

当主核心交换机和备用核心交换机是通过虚拟局域网VLAN上运行虚拟路由冗余协议VRRP设置，而所述接入交换机通过链路备份协议配置实例与所述主、备用核心交换机对应时，所述ARP表项为主、备用核心交换机中对应所述实例的VLAN中的ARP表项。

8.一种核心交换机，其特征在于，该核心交换机包括控制单元和存储单元；

所述控制单元在所在核心交换机为主核心交换机时，确定与接入交换机之间的主链路发生故障时，将存储单元中地址解析协议ARP表项内出端口为所述主链路对应的端口更新为连接备用核心交换机的端口；在所在核心交换机为备用核心交换机时，确定主链路发生故障时，将存储单元中ARP表项内出端口为连接主核心交换机的端口更新为连接所述接入交换机的端口；其中，接入交换机通过双上行链路连接核心交换机，并运行链路备份协议提供链路备份；

所述存储单元，用于存储ARP表项。

9.根据权利要求8所述的核心交换机，其特征在于，

所述控制单元在所在核心交换机为主核心交换机时，确定与接入交换机之间的主链路发生故障为：检测到自身与接入交换机之间主链路发生故障；或者接收到接入交换机由于主链路发生故障，将链路切换至备份链路时而发送的链路变化通知报文。

10.根据权利要求8所述的核心交换机，其特征在于，

所述控制单元在所在核心交换机为备用核心交换机时，所述确定所述主链路发生故障为：接收到接入交换机由于主链路发生故障，将链路切换至备份链路时而发送的链路变化通知报文。

11.根据权利要求8所述的核心交换机，其特征在于，

所述控制单元在所在核心交换机为主核心交换机时，确定主链路恢复、链路切回至主链路时，进一步将自身ARP表项中出端口为连接备用核心交换机的端口更新为所述主链路对应的端口；在所在核心交换机为备用核心交换机时，确定主链路恢复、链路切回至主链路时，进一步将自身ARP表项中出端口为连接所述接入交换机的端口更新为连接主核心交换机的端口。

12.根据权利要求11所述的核心交换机，其特征在于，

所述控制单元确定主链路恢复、链路切回至主链路为：接收到接入交换机由于主链路恢复、将链路切换回主链路时发送的链路变化通知报文。

13.根据权利要求9、10或12所述的核心交换机，其特征在于，

所述控制单元，当所述链路备份协议为Smart-Link，所述收到的链路变化通知报文为Flush报文；当所述链路备份协议为多生成树协议，所述收到的链路变化通知报文为拓扑变化报文；当所述链路备份协议为快速环网保护协议，所述收到的链路变化通知报文为Complete-Flush报文。

14.根据权利要求8或11所述的核心交换机，其特征在于，

所述控制单元，当所在核心交换机通过虚拟局域网VLAN上运行虚拟路由冗余协VRRP协议配置而成主核心交换机或者备用核心交换机，而所述接入交换机通过链路备份协议配置实例与主、备用核心交换机对应时，所述更新的ARP表项为对应所述实例的VLAN中的ARP表项。

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