CN102724131A - 一种ip报文等价路由均衡实现的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种IP报文等价路由均衡实现的方法及装置，通过在三层交换机上将选定的IP报文的流特征串根据特定的规则匹配成不同的特征串，其中特征串的数量由等价路由的数量决定。进一步将该匹配后的特征串增加到ACL表项中作为该ACL表项中路由规则的额外匹配项，通过该匹配项，不同IP报文可以选择不同的等价路由进行路由转发，进而实现IP报文等价路由均衡的目的。

Description

一种IP报文等价路由均衡实现的方法及装置

技术领域

本发明涉及数据通信技术领域，尤指一种在不支持通过hash算法选择路由的功能的三层交换机上实现IP报文等价路由均衡的方法和装置。

背景技术

等价路由是指到达同一个目的IP地址或者目的网段存在多条优先级相等的不同路由路径。当某个设备支持等价路由时，发往该目的IP地址或者目的网段的三层转发流量就可以通过不同的路由路径分担，进而实现网络上流量的负载均衡，并在其中某些路由路径出现故障时，由其它路由路径代替该故障路由路径完成报文的转发处理，实现路由冗余备份功能。

目前，路由均衡主要存在两种实现方式。一种是逐流转发，另外一种是逐包转发，最常用的是逐流转发的路由均衡方式。即对流特征进行hash运算，将此hash值对该等价路由的数量取模获得等价路由选择的索引值。例如：假如在某应用场景下，三层转发流量一共有5条等价路由路径，这5条路由路径的索引值分别是0、1、2、3、4，如果某一个报文流特征的hash值是19，那索引值index=19%5=4，即该报文选择的是4号路由，通过4号路由转发。

三层交换机的路由转发一般均是其通过芯片上的硬件转发表项实现的，如果按照前述方案实现三层交换机上的路由均衡，那么要求三层交换机的芯片路由转发功能必须支持hash算法。然而，目前很多三层交换机上廉价的芯片本身并不具备完善的路由转发功能，其路由转发功能一般通过设置的ACL（Access Control List，访问控制列表）规则实现的，并不支持通过hash算法选择路由的功能，这就对在三层交换机上路由均衡的实现造成了局限性。另外，由于传统的hash算法对于流特征的选择是固定的，一般只提供少数的几种固定选择，灵活性比较差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种等价路由均衡的方法，应用于当前不支持hash算法的三层交换机上实现IP报文的路由均衡，所述方法包括：

步骤1、按照预定规则获取IP报文的匹配特征串；

步骤2、在ACL表项中增加匹配特征串，作为该ACL表项中路由规则的额外匹配项；

步骤3、通过ACL表项中增加的额外匹配项，找到ACL表项中对应的路由规则，使不同IP报文选择不同的等价路由进行路由转发，进而实现路由均衡的目的。

由上述技术方案可见，本发明通过利用ACL表项中的路由规则匹配流特征串实现当前三层交换机廉价的芯片支持路由均衡功能，无需采用昂贵能够支持Hash算法进行路由选择的三层交换芯片，因而可有效降低产品成本；同时，因本发明中用来作为匹配的流特征串可以为IP报文流中的任何关键字，因而可以增强三层交换机路由均衡算法的灵活度。

附图说明

图1是现有技术通过ACL进行IP报文路由转发示意图；

图2是现有技术通过ACL进行IP报文路由转发的硬件表项示意图；

图3是本发明通过ACL实现IP报文等价路由均衡的方法流程图；

图4是本发明通过ACL实现IP报文等价路由均衡的硬件表项示意图；

图5是本发明通过ACL实现IP报文等价路由均衡的装置示意图。

具体实施方式

为了实现本发明目的，本发明采用的核心思想为：将选定的IP报文的流特征串根据特定的规则匹配成不同的特征串，其中特征串的数量由等价路由的数量决定。进一步将该匹配后的特征串增加到ACL表项中作为该ACL表项中路由规则的额外匹配项，通过该匹配项，不同IP报文可以选择不同的等价路由进行路由转发，进而实现路由均衡的目的。

为了使本领域技术人员更加清楚和明白，在介绍本发明方案之前，先就现有技术ACL路由转发IP报文的原理进行说明。

如图1所示，其为现有技术通过ACL路由转发IP报文的示意图。在该应用场景中，假设在DUT2（Device Unit，网络设备单元）上配置一条静态路由“ip route 192.168.4.0/24 via nexthop 192.168.2.1”，通过这条路由，所有发往192.168.4.0/24网段的IP报文都通过下一跳192.168.2.1转发。

如图2所示，实际该配置的静态路由在DUT2的Port2端口的硬件表项被分解成两个部分：

第一部分是在ACL表项中，所有匹配“目的MAC为DUT2接口的MAC地址”，并且“目的IP地址为192.168.4.0/24网段”的所有IP报文，都执行“L3 route（三层路由转发）”的动作。

第二部分是在MAC地址表中，就是通常二层交换机通过ARP（AddressResolution Protocol，地址解析协议）自动学习MAC地址的表项。在该MAC地址表中存放了Nexthop为192.168.2.1对应的MAC地址。

当某个IP报文符合ACL中设定的路由规则时，则执行L3route动作。具体地，该动作完成两个部分：

1、“将报文中的TTL（Time To Live，即生存时间，指定数据包被路由器丢弃之前允许通过的网段数量，为防止数据包不断在IP互联网络上永不终止地循环，转发IP数据包时，要求路由器至少将TTL减小1）字段减1”；

2、“将目的MAC替换成nexthop MAC index中指向的MAC地址，并且将源MAC替换成原报文中的目的MAC”。

当以上两个动作被执行完成后，该修改后的报文就通过普通的二层转发流程被转发出去，这样就完成了一次三层路由操作。

进一步地，如图3所示，为了在当前不支持hash算法的三层交换机上实现IP报文的路由均衡，本发明实现方法具体如下：

步骤1、按照预定规则获取IP报文的匹配特征串。

具体地，在本步骤中，首先选定IP报文某个特定的流特征串作为待匹配的特征串，然后将该选定的IP报文的流特征串根据预先配置的特定规则匹配成不同的特征串，其中特征串的数量由等价路由的数量决定，以保证不同的IP报文在这些等价路由上实现均衡。例如：假如在某应用场景下三层交换机共有5条等价路由，那么，选定的IP报文的流特征串A将被匹配成“a0、a1、a2、a3、a4”这5个不同的特征串。另外，需要说明的是，在本发明实现方案中，用来作为匹配的流特征串可以为流中的任何关键字，具体可以为IP报文的源及目的IP地址，源及目的端口号，源及目的MAC地址、IP协议号等，即可以是其中一种，也可以是多种组合。

进一步地，预先配置的“将流特征串匹配成不同特征串”的规则即可以通过静态路由的方式配置，也可以按照同一目的地址/掩码的等价路由的数量，自动匹配流特征串。另外，所述规则亦不局限于本步骤或者后续应用场景中介绍的匹配规则，任何只要满足“一个IP报文只能并且一定会匹配到等价路由中的其中一条路由”的规则均应视为属于本发明匹配规则的构思范围内。

步骤2、在ACL表项中增加匹配特征串，作为该ACL表项中路由规则的额外匹配项。

具体地，在本步骤中，将前述步骤1依特定规则划分的匹配特征串增加到ACL表项中，使各匹配特征串分别与ACL表项中不同的路由规则相对应。仍以前述步骤1中假设的在某应用场景下三层交换机共有5条等价路由为例，那么，IP报文的流特征串A依据特定规则划分的“a0、a1、a2、a3、a4”5个匹配特征串将分别增加到ACL表项中的该5条等价路由规则下，使得每一个需要通过三层交换机转发的IP报文依据匹配特征串均能惟一通过其中的一条等价路由转发出去。

步骤3、通过ACL表项中增加的额外匹配项，找到ACL表项中对应的路由规则，使不同IP报文选择不同的等价路由进行路由转发，进而实现路由均衡的目的。

当某个IP报文需要通过三层交换机进行路由转发时，首先依据该IP报文的流特征串及划分规则获得该IP报文的匹配特征串，而后在ACL表项中通过该匹配特征串找到对应的等价路由规则，最后通过该路由规则将该IP报文三层路由转发出去。

仍以图1所示的应用场景为例，假设在本应用场景下，三层交换机使用的是当前廉价的且不支持Hash算法选择路由的功能的廉价芯片，进一步地，假设当前的三层路由转发存在6条等价路由路径。具体为：

ip route 192.168.4.0/24via nexthop 192.168.2.1

ip route 192.168.4.0/24via nexthop 192.168.3.1

ip route 192.168.4.0/24via nexthop 192.168.5.1

ip route 192.168.4.0/24via nexthop 192.168.6.1

ip route 192.168.4.0/24via nexthop 192.168.7.1

ip route 192.168.4.0/24via nexthop 192.168.8.1

在采用本发明方案实现IP报文的路由均衡时，具体选定IP报文的源IP地址作为待匹配的流特征串。并按照“取源IP地址的最低3位（二进制，LSB）作为匹配特征串”的匹配规则来获得各IP报文匹配后的特征串。具体如下：

00X-->route 1，路由规则1

具体地，在该路由规则下，包括000及001两个匹配的特征串，例如source ip==192.200.200.80（80的最低3位二进制是000），此时将源IP地址为92.200.200.80的所有IP报文均通过ACL路由规则1转发出去。

同理，

01X-->route 2，路由规则2

100-->route3，路由规则3

101-->route4，路由规则4

110-->route5，路由规则5

111-->route6，路由规则6

通过以上匹配规则，不同的源IP的报文将选择到不同的6条路由规则进行转发，且一个IP报文只会并且一定会匹配其中一条路由。该6条路由在硬件表项中的配置如图4所示，关键点在于多了Source IP的匹配项。

通过以上介绍可以看出，由于本发明通过利用ACL表项中的路由规则匹配流特征串，因而可以实现当前不支持Hash算法的三层交换机上实现路由选择和均衡功能，无需采用昂贵的支持Hash算法的三层交换芯片；同时，因本发明中用来作为匹配的流特征串可以为IP报文流中的任何关键字，因而可以增强路由均衡算法的灵活度。

本发明同时提供了一种IP报文的等价路由均衡的装置，应用于不支持hash算法的三层交换机构成的系统中，所述装置即可独立于所述三层转发交换机，也可以作为独立的模块直接嵌入到所述三层交换机内，所述装置包括：

获取模块，用于按照预定规则获取IP报文的匹配特征串。

具体地，当预定规则被配置好之后，所述获取模块根据该预定规则从选定的IP报文的流特征串中获取匹配的特征串，其中依预定规则获取不同特征串的数量由等价路由的数量决定。例如：假如在某应用场景下三层交换机共有5条等价路由，那么，获取模块将根据该预定规则从选定的IP报文的流特征串A获取“a0、a1、a2、a3、a4”这5个不同的特征串。另外，需要说明的是，在本发明实现方案中，用来作为匹配的流特征串可以为流中的任何关键字，具体可以为IP报文的源及目的IP地址，源及目的端口号，源及目的MAC地址、IP协议号等，即可以是其中一种，也可以是多种组合。

缓存模块，用于缓存ACL表项，并在获取模块获取IP报文的匹配特征串后，在该缓存模块中增加匹配特征串作为该ACL表项中路由规则的额外匹配项。

具体地，将前述获取模块依特定规则获取的匹配特征串增加到ACL表项中，使各匹配特征串分别与ACL表项中不同的路由规则相对应。仍以前述假设的在某应用场景下三层交换机共有5条等价路由为例。那么，获取模块依据配置的匹配规则分别获得IP报文的流特征串A不同的匹配特征串“a0、a1、a2、a3、a4”，在缓存模块中将此等匹配的特征串分别增加到ACL表项中的该5条等价路由规则下，使得每一个需要三层转发的IP报文依据匹配特征串均能惟一通过其中的一条等价路由转发出去。

转发模块，用于通过ACL表项中增加的额外匹配项，找到与该匹配项对应的路由规则，使不同IP报文选择不同的等价路由进行路由转发，进而实现路由均衡的目的。

当某个IP报文需要通过三层交换机转发时，首先依据该IP报文的流特征串及匹配规则获得该IP报文的匹配特征串，而后在ACL表项中通过该匹配特征串找到对应的等价路由规则，最后通过该路由规则将该IP报文三层路由转发出去。

进一步地，本发明还包括一配置模块，用于配置将IP报文的流特征串匹配成不同特征串的规则。

需要说明的是，本发明中配置的将IP报文的流特征串匹配成不同特征串的规则，即可以通过静态路由的方式配置，也可以按照同一目的地址/掩码的等价路由的数量，自动匹配流特征串。另外，所述规则亦不局限于本发明实施例中介绍的配置规则，任何只要满足“一个IP报文只能并且一定会匹配到等价路由中的其中一条路由”的规则均应视为属于本发明匹配规则的构思范围内。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，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 (11)

1.一种等价路由均衡的方法，应用于当前不支持hash算法的三层交换机上实现IP报文的路由均衡，其特征在于，所述方法包括：

步骤1、按照预定规则获取IP报文的匹配特征串；

步骤2、在ACL表项中增加匹配特征串，作为该ACL表项中路由规则的额外匹配项；

步骤3、通过ACL表项中增加的额外匹配项，找到ACL表项中对应的路由规则，使不同IP报文选择不同的等价路由进行路由转发，进而实现路由均衡的目的。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中的匹配特征串的数量由等价路由的数量决定，以保证不同的IP报文在这些等价路由上实现均衡。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤1中的匹配特征串可以为IP报文流中的任何关键字，具体可以为IP报文的源及目的IP地址，源及目的端口号，源及目的MAC地址、IP协议号等，即可以是其中一种，也可以是多种组合。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤1中的预定规则即可以通过静态路由的方式配置，也可以按照同一目的地址/掩码的等价路由的数量自动匹配。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2将匹配特征串增加到ACL表项中，应使各匹配特征串分别与ACL表项中不同的路由规则相对应。

6.一种IP报文的等价路由均衡的装置，应用于由不支持hash算法的三层交换机构成的系统中，所述装置即可独立于所述三层转发交换机，也可以作为独立的模块直接嵌入到所述三层交换机内，所述装置包括：

获取模块，用于按照预定规则获取IP报文的匹配特征串；

缓存模块，用于缓存ACL表项，并在获取模块获取IP报文的匹配特征串后，在该缓存模块中增加匹配特征串作为该ACL表项中路由规则的额外匹配项；

转发模块，用于通过ACL表项中增加的额外匹配项，找到与该匹配项对应的路由规则，使不同IP报文选择不同的等价路由进行路由转发，进而实现路由均衡的目的。

7.如权权利要求6所述的装置，其特征在于，所述匹配特征串的数量由等价路由的数量决定，以保证不同的IP报文在这些等价路由上实现均衡。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述匹配特征串可以为IP报文流中的任何关键字，具体可以为IP报文的源及目的IP地址，源及目的端口号，源及目的MAC地址、IP协议号等，即可以是其中一种，也可以是多种组合。

9.如权权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括一配置模块，用于配置将IP报文的流特征串匹配成不同特征串的规则。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述将IP报文的流特征串匹配成不同特征串的规则，即可以通过静态路由的方式配置，也可以按照同一目的地址/掩码的等价路由的数量自动匹配。

11.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述缓存模块将匹配特征串增加到ACL表项中，应使各匹配特征串分别与ACL表项中不同的路由规则相对应。

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