CN102801612A - 一种更新交换芯片上主机路由信息的改进方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数据通信领域中的一种更新交换芯片上主机路由信息的改进方法及系统，其不同之处在于：其包括软件arp模块和硬件交换芯片中主机路由表，交互的软件模块有应用层协议模块、协议栈IP转发模块、定时器模块、路由模块、邻接信息变化模块和配置模块，通过主控板上cpu中运行arp模块，以借助定时器主动发送arp请求包进行保活打通的机制，保证其他板卡上的硬件芯片中的主机路由信息实时动态更新。本发明解决了数据通信领域上网业务瞬时不中断和业务计费的准确性问题。

Description

一种更新交换芯片上主机路由信息的改进方法及系统

技术领域

本发明涉及数据通信领域中的一种更新交换芯片上主机路由信息的改进方法及系统。

背景技术

随着数据通信的迅猛发展，用户数量的指数级增长，移动互联网的网络接入控制设备需要支持的业务量也随之迅猛增长。原始的单核处理器已不能满足业务的需要，多板卡多处理器的网络接入设备已成为发展的趋势，并迅速的运用到移动通信网络中，成为组网首选的解决方案。多板卡多处理器的网络设备中，要保证业务不中断，通信畅通，地址解析的处理方案成为关键。

传统的其他板卡的路由信息表，采用定时批量同步更新到交换芯片中。这种方案，在多板卡的方案中会增加主控板与其他板瞬时的通信量，并且，当外部链接的网络单元的硬件地址变化或者外部网元设备所在三层接口信息变化，这种方案，不能做到及时更新，可能会有短暂的业务中断，三层端口数据包转发错误。为了满足人们上网业务不中断的需求，对地址解析协议路由表的更新方法提出了新的挑战。

由此可见，传统的路由信息表更新方法存在一定的缺陷性，已不能满足人们上网流畅性的需求，故需要给予改进。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种更新交换芯片上主机路由信息的改进方法及系统，解决数据通信领域上网业务瞬时不中断和业务计费的准确性的问题。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题：一种更新交换芯片上主机路由信息的改进方法，其不同之处在于，该方法包括以下步骤：1）路由模块、协议栈IP转发模块主动驱动arp（硬件地址解析）模块，主动建立arp pending 状态（arp挂起状态）的arp条目，同时主动发出arp request报文（arp请求报文）给邻接，获取硬件地址信息，开启重传定时器决定下一步的跳转； 2）通过网管系统配置模块添加静态arp、应用层协议模块主动建立arp完备活动状态的arp条目，前者建立的条目永久存活，邻接不可达时，需要通过配置删除其他板卡中的信息；后者的条目信息为应用层协议模块在外部邻接无法处理arp报文的状态下主动添加的arp条目，完成ip报文的转发，同时开启保活定时器，定时保活，有变化则动态添加、删除和更新其他板卡中的缓存表信息； 3）路由模块根据注册计数器，实时、及时删除下一条邻接的arp信息；4）arp模块接收arp报文动态学习，建立arp完备活动状态的arp条目，开启保活定时器，定时保活，通过板间通信模块动态添加、删除和更新其他板卡中的主机路由的下一跳硬件地址信息，保证交换芯片中的路由信息的可靠性。

一种更新交换芯片上主机路由信息的改进系统，其不同之处在于：其包括软件arp模块和硬件交换芯片中主机路由表，交互的软件模块有应用层协议模块、协议栈IP转发模块、定时器模块、路由模块、邻接信息变化模块和配置模块，所述应用层协议模块、协议栈IP转发模块、路由模块、邻接信息变化模块和配置模块是触发条件，与arp模块呈星形连接，其他几个模块均可以引起arp模块内存表项的变化，进而引发arp模块信息与其他板卡硬件表项主机路由信息的同步动态更新；应用层协议模块动态添加完备活动状态的arp条目信息到软件arp表项中；配置模块添加永久存在的完备活动状态的arp条目到软件arp表项中；协议栈IP转发模块添加arp pending状态的arp条目到软件arp表项中；路由模块累加邻接条目的注册次数，增删arp表项中的arp条目；邻接信息变化模块更新arp表项中的arp条目；其中只有配置模块添加的静态arp属于永久存在条目，需要配置删除，其他驱动模块产生的arp条目则为保活机制条目，邻接不活动时，删除。定时器模块决定了软件arp表项与硬件表项动态更新的时刻；arp模块成为软件模块与硬件缓存表信息之间的纽带。

按以上方案，软件arp表项中的arp条目的curstate状态（arp条目当前状态） 和pristate状态（arp条目前一个状态）值的变化、arp模块新学习到的arp的硬件地址和三层接口信息的变化情况如下：pristate是arp pending状态，curstate为完备活动时，arp模块将软件arp表项中的信息，下发到其他板卡的硬件芯片的路由表中；pristate是完备活动状态，curstate为arp pending状态时，并且路由注册计数器减少到0时，arp模块删除交换芯片中的路由表项，同时删除软件arp模块中的表项信息；pristate和curstate均为完备活动状态时，arp模块接收到外部邻接的arp报文，检查报文中源硬件地址与arp表项中硬件地址是否一致，不一致需要更新其他板卡的硬件芯片中的路由表项信息；pristate和curstate均为完备活动状态时，arp模块接收到外部邻接的arp报文，检查报文来源的三层接口信息与arp表项中三层接口信息是否一致，不一致时需要更新其他板卡的硬件芯片中的路由表项信息。

对比现有技术，本发明的有益特点为：本发明通过改进其他板卡中路由信息下一跳硬件地址的更新方法，可以做到实时监测与网络接入设备连接的外部网元设备的网络信息的变化，比如：硬件地址信息，网线连接状态等等，可以实时更新芯片中的主机路由信息，进而可以实时更新数据转发流向和目的地址，达到通信业务不中断，尤其是音视频通信业务不中断。本发明改善了数据通信的流畅度和准确度，并设计出了一种动态更新其他板卡中路由信息的下一跳的硬件地址信息的方法。 

附图说明

图1为本发明实施例可以引发其他板卡中主机路由信息变化的总体系统图；

图2为本发明实施例路由模块和协议栈IP转发模块引发主机路由信息变化工作流程图； 

图3为本发明实施例路由注册取消删除arp信息工作流程图；

图4为本发明实施例配置静态arp主动添加动态arp信息工作流程图；

图5为本发明实施例应用层协议模块主动添加动态arp信息工作流程图；

图6为本发明实施例arp模块接收arp报文动态学习arp信息的工作流程图；

图7为本发明实施例重传定时器控制删除arp信息的工作流程图；

图8为本发明实施例保活定时器控制添加、更新arp信息的工作流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明总体方案为：通过主控板上cpu中运行arp模块，以借助定时器主动发送arp 请求包进行保活打通的机制，保证其他板卡上的硬件芯片中的主机路由信息实时动态更新。

本方法的改进点在于——动态实时更新，其包括以下步骤： 1）路由模块、协议栈IP转发模块主动驱动arp模块，主动建立arp pending 状态的arp条目，同时主动发出arp request报文给邻接，获取硬件地址信息，开启重传定时器决定下一步的跳转；2）通过网管系统（如cli/web方式）配置模块添加静态arp、应用层协议模块主动建立arp完备活动状态的arp条目，前者建立的条目永久存活，邻接不可达时，需要通过配置删除其他板卡中的信息；后者的条目信息为应用层协议模块在外部邻接无法处理arp报文的状态下主动添加的arp条目，完成ip报文的转发，同时开启保活定时器，定时保活，有变化则动态添加、删除和更新其他板卡中的缓存表信息；3）路由模块根据注册计数器，实时、及时删除下一条邻接的arp信息；4）arp模块接收arp报文动态学习，建立arp完备活动状态的arp条目，开启保活定时器，定时保活，通过板间通信模块动态添加、删除和更新其他板卡中的主机路由的下一跳硬件地址信息，保证交换芯片中的路由信息的可靠性。

如图1，本系统包括了主控板上的arp模块000、应用层协议模块100、协议栈IP转发模块200、定时器模块300、路由模块400、邻接信息变化模块500、配置模块600和其他板卡中的硬件主机路由。arp模块000与其他七个模块都有连接，其中应用层协议模块100、协议栈IP转发模块200、路由模块400、邻接信息变化模块500和配置模块600是触发条件，触发arp条目的添加、更新和删除，定时器模块300维护了arp模块状态机的运转。arp条目的变化需要及时更新其他板卡中硬件芯片的主机路由表的信息。

如图2，协议栈IP转发模块引发主机路由信息变化工作流程步骤如下：

步骤10，网络接入设备IP转发模块转发报文时，报文驱动打通；

步骤11，以报文的目的ip地址赋值给邻接ip；

步骤12，  要发送的报文暂时缓存在主机路由信息中；

步骤13， 以邻接ip主动添加前一个状态和当前状态均为arp pending状态的邻接arp条目，硬件地址字段为NULL，arp生成方式为动态保活方式，跳转到步骤18。

如图2，路由模块引发主机路由信息变化工作流程步骤如下：

步骤14，路由注册打通时；

步骤15，以要注册的下一跳的ip地址首先查看缓存表中有无此ip地址的arp条目，有则跳转到步骤16，无则跳转到步骤17； 

步骤16，记录此条目的当前状态为前一个状态，注册次数加1，如果当前状态为活动状态，跳转到步骤19，否则跳转到步骤45；

步骤17，以注册的ip地址赋值给邻接ip，跳转到步骤13；

步骤18，发送arp request报文，开启重传定时器，跳转到步骤45；

步骤19，开启保活定时器，进行邻接保活，跳转到步骤45。

如图3，路由注册取消删除arp信息工作流程步骤如下：

步骤20，路由注册取消时；

步骤21，以要注册取消的下一跳的ip地址首先查看缓存表中有无此ip地址的arp条目，有则跳转到步骤22，无则跳转到步骤45；

步骤22，注册计数器减1，跳转到步骤23；

步骤23，检查计数器是否为0，为0则转入步骤24，不为0 则跳转到步骤45；

步骤24，删除缓存表中信息，同时删除其他板卡中arp信息，通知路由模块，删除其他板卡中以该邻接为下一跳的路由信息，跳转到步骤45。

如图4，网管系统（如cli/web方式）配置模块配置静态arp主动添加动态arp信息工作流程步骤如下：

步骤25，手动添加arp条目；

步骤26，以要添加的邻接ip地址在路由表中查询有无此ip地址的arp条目，有则跳转到步骤45，无则跳转到步骤27；

步骤27，主动添加一条前一个状态和当前状态均为活动状态的邻接arp条目，硬件地址字段为邻接的mac值，arp生成方式为永久存在方式的邻接arp条目，此条目永久存在，跳转到步骤28；

步骤28，将arp条目信息下发到其他板卡的硬件芯片中，如果arp生成方式为永久存在，则跳转到步骤45，否则跳转到步骤19。

如图5，应用层协议模块主动添加动态arp信息工作流程步骤如下：

步骤29，应用层协议在邻接没有ip地址的情况下需要发送单播报文给邻接；

步骤30，以要发送报文的邻接ip在路由表中查询有无此ip地址的arp条目，有则跳转到步骤15，无则跳转到步骤31；

步骤31，主动添加一条前一个状态和当前状态均为活动状态的邻接arp条目，硬件地址字段为邻接的mac值，arp生成方式为动态保活方式的邻接arp条目，跳转到步骤28。

如图6，arp模块接收arp报文动态学习arp信息的工作流程步骤如下：

步骤32，接收arp报文；

步骤33，报文解析；

步骤34，根据响应报文中的源ip地址查看缓存表中有无此arp条目，如果有，则跳转到步骤35，无，则跳转到步骤31；

步骤35，检查报文中源mac信息和所属三层接口信息是否与缓存表中信息一致，不一致则跳转到步骤36，一致则跳转到步骤19；

步骤36，更新缓存表中信息，同时更新其他板卡的硬件芯片中的arp信息，并且需要通知路由相关模块更新其他板卡中路由的下一跳mac信息，跳转到步骤19。

如图7，重传定时器控制删除arp信息的工作流程步骤如下

步骤37，重传定时超时；

步骤38，重传次数小于配置的最大重传次数时，跳转到步骤39，否则跳转到步骤40；

步骤39，重传次数加1，跳转到步骤18；

步骤40，检查arp条目当前状态为arp pending状态，则跳转到步骤24，，否则跳转到步骤45。

如图8，保活定时器控制添加、更新arp信息的工作流程步骤如下：

步骤41，保活定时器超时；

步骤42，对比arp条目的前一个状态和当前状态，如果状态由arp pending状态切换到活动状态，则跳转到步骤44，否则跳转到步骤43；

步骤43，将arp当前状态置为pending状态，前一个状态置为活动状态，跳转到步骤18；

步骤44， arp信息添加到其他板卡的硬件芯片中，跳转到步骤43；

步骤45，结束。

术语说明：邻接：与网络接入设备连接的三层路由器接口或网络终端设备。

报文驱动打通：网络接入设备IP转发模块转发报文时，需要查找本地主机路由获取邻接的硬件地址信息，如果此时路由表中没有此信息，则需要利用要转发的报文，驱动arp模块利用arp协议去主动发送arp 请求包，获取邻接的硬件地址。

路由注册打通/取消：当网络接入设备需要手动添加/删除静态路由或动态路由协议学习删除动态路由时，某些硬件交换芯片是需要下一跳的硬件地址信息的，所以需要主动注册使用arp协议发送arp请求包，获取邻接的硬件地址，主动删除曾经建立的arp条目。

应用层协议主动添加arp信息：某些应用层协议需要发送单播报文给没有获取ip地址的邻接，此时无法采用报文驱动打通，所以主动添加arp信息。

本发明可以实时动态更新硬件芯片中的信息，做到外部邻接硬件信息或网络信息变化，可以及时更新到网络接入设备的硬件芯片中，大大提高了网络通信的实时性、准确度和流畅度。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种更新交换芯片上主机路由信息的改进方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1）路由模块、协议栈IP转发模块主动驱动arp模块，主动建立arp pending 状态的arp条目，同时主动发出arp request报文给邻接，获取硬件地址信息，开启重传定时器决定下一步的跳转；

2）通过网管系统配置模块添加静态arp、应用层协议模块主动建立arp完备活动状态的arp条目，前者建立的条目永久存活，邻接不可达时，需要通过配置删除其他板卡中的信息；后者的条目信息为应用层协议模块在外部邻接无法处理arp报文的状态下主动添加的arp条目，完成ip报文的转发，同时开启保活定时器，定时保活，有变化则动态添加、删除和更新其他板卡中的缓存表信息；

3）路由模块根据注册计数器，实时、及时删除下一条邻接的arp信息；

4）arp模块接收arp报文动态学习，建立arp完备活动状态的arp条目，开启保活定时器，定时保活，通过板间通信模块动态添加、删除和更新其他板卡中的主机路由的下一跳硬件地址信息，保证交换芯片中的路由信息的可靠性。

2.一种更新交换芯片上主机路由信息的改进系统，其特征在于：其包括软件arp模块(000)和硬件交换芯片中主机路由表(700)，交互的软件模块有应用层协议模块(100)、协议栈IP转发模块(200)、定时器模块(300)、路由模块(400)、邻接信息变化模块(500)和配置模块(600)；所述应用层协议模块(100)、协议栈IP转发模块(200)、路由模块(400)、邻接信息变化模块(500)和配置模块(600)是触发条件，与所述arp模块(000)呈星形连接，其他几个模块均可以引起arp模块(000)内存表项的变化，进而引发arp模块信息与其他板卡硬件表项主机路由信息的同步动态更新；

应用层协议模块(100)动态添加完备活动状态的arp条目信息到软件arp表项中；

配置模块(600)添加永久存在的完备活动状态的arp条目到软件arp表项中；

协议栈IP转发模块(200)添加arp pending状态的arp条目到软件arp表项中；

路由模块(400)累加邻接条目的注册次数，增删arp表项中的arp条目；

邻接信息变化模块(500)更新arp表项中的arp条目；

其中只有配置模块添加的静态arp属于永久存在条目，需要配置删除，其他驱动模块产生的arp条目则为保活机制条目，邻接不活动时，删除；

定时器模块(300)决定了软件arp表项与硬件表项动态更新的时刻；

arp模块(000)成为软件模块与硬件缓存表信息之间的纽带。

3.根据权利要求2所述的更新交换芯片上主机路由信息的改进系统，其特征在于，软件arp表项中的arp条目的当前状态curstate 和前一个状态pristate值的变化、arp模块(000)新学习到的arp的硬件地址和三层接口信息的变化情况如下：

pristate是arp pending状态，curstate为完备活动时，arp模块(000)将软件arp表项中的信息下发到其他板卡的硬件芯片的路由表中；

pristate是完备活动状态，curstate为arp pending状态时，并且路由注册计数器减少到0时，arp模块(000)删除交换芯片中的路由表项，同时删除软件arp模块中的表项信息；

pristate和curstate均为完备活动状态时，arp模块(000)接收到外部邻接的arp报文，检查报文中源硬件地址与arp表项中硬件地址是否一致，不一致需要更新其他板卡的硬件芯片中的路由表项信息；

pristate和curstate均为完备活动状态时，arp模块(000)接收到外部邻接的arp报文，检查报文来源的三层接口信息与arp表项中三层接口信息是否一致，不一致时需要更新其他板卡的硬件芯片中的路由表项信息。

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