CN103401782A - 一种mac地址同步方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MAC地址同步方法，对单板接收到的报文的源MAC地址进行查询，如果没有在单板的MAC地址转发表项中查找到报文的源MAC地址，或者该源MAC地址存在端口迁移的情况，则将该报文进行复制，并将复制后的报文的出端口即目的端口设置为物理上不存在的系统保留端口即黑洞端口，由交换网板将复制后的报文通过内部互连端口发送至其他单板。从而在保证报文收发秩序正常的情况下，实时高效地实现了MAC地址的同步，减少了系统的负担。本发明同时还公开了一种单板。

Description

一种MAC地址同步方法及设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种MAC地址同步方法，本发明还同时涉及一种MAC地址同步设备。

背景技术

交换机是一种通过ASIC（Application Specific Integrated Circuit，特定用途集成电路）芯片控制和转发报文的设备，基于链路报文特征进行特定端口的转发。交换机在识别数据包中的MAC（Media Access Control，介质访问控制）地址信息后，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。

为了避免出现因在地址表中找不到相应的端口而把数据包广播到所有端口上的情况，现有技术使用软件方法进行MAC地址全局同步，即通过软件方式对所有单板的MAC地址表项进行遍历查找。当发现有新学习的MAC地址或端口迁移的MAC地址时，通过板间通讯消息将该MAC地址信息发送到其他单板上，接收到MAC地址同步板间消息的CPU（Central Processing Unit，中央处理器）软件将该消息中包含的MAC地址下发到单板的MAC地址转发表中，实现所有单板MAC地址转发表项的一致。

上述方法通过定期读取各单板的MAC信息，并向其他单板进行同步，从而使得整台设备内的MAC地址达到统一。然而，在应用该方法时，交换机系统中所有单板的CPU均处于同步工作-读取和刷新MAC表的状态中，不仅实现复杂，还增加了CPU的负担，无法实现MAC地址的实时同步更新。

发明内容

本发明公开了一种MAC地址同步方法，用于实时性地对MAC地址进行高效率同步，应用于包括单板和交换网板的交换机系统中，包括：

所述单板从用户端口接收报文，并在判断所述报文的源MAC地址不存在于自身的MAC地址表项或所述源MAC地址发生端口迁移时复制所述报文；

所述单板将复制后的报文的出端口即目的端口设置为物理上不存在的系统保留端口即黑洞端口；

所述单板将所述复制后的报文通过内部互连端口发送至交换网板，以使所述交换网板将所述复制后的报文通过除接收所述复制后的报文的内部互连端口之外的其它内部互连端口发送至其他单板。

另一方面，本发明还提出了一种MAC地址同步设备，作为单板应用于包括单板和交换网板的交换机系统中，包括：

接口模块，用于从用户端口接收报文；

复制模块，用于在判断所述接口模块接收的报文的源MAC地址不存在于自身的MAC地址表项或所述源MAC地址发生端口迁移时复制所述报文；

端口设置模块，用于将复制后的报文的出端口即目的端口设置为物理上不存在的系统保留端口即黑洞端口；

所述接口模块，还用于将所述复制后的报文通过内部互连端口发送至交换网板，以使所述交换网板将所述复制后的报文通过除接收所述复制后的报文的内部互连端口之外的其它内部互连端口发送至其他单板。

通过应用以上技术方案，对单板接收到的报文的源MAC地址进行查询，如果没有在单板的MAC地址转发表项中查找到报文的源MAC地址，或者该源MAC地址存在端口迁移的情况，则将该报文进行复制，并将复制后的报文的出端口即目的端口设置为物理上不存在的系统保留端口即黑洞端口，由交换网板将复制后的报文通过内部互连端口发送至其他单板。从而在保证报文收发秩序正常的情况下，实时高效地实现了MAC地址的同步，减少了系统的负担。

附图说明

图1为本发明提出的一种同步MAC地址的方法的流程示意图；

图2为本发明具体实施例提出的一种同步MAC地址的方法的单板报文入方向处理流程示意图；

图3为本发明所提出一种同步MAC地址的方法的具体应用场景

图4为本发明具体实施例提出的一种同步MAC地址的方法的单板报文出方向处理流程示意图；

图5为本发明具体实施例提出的一种周期性同步MAC地址的方法的流程示意图；

图6为本发明提出的一种MAC地址同步设备的结构示意图。

具体实施方式

针对背景技术中的问题，本发明的核心思想是：在单板根据报文的目的MAC地址进行转发之前，对单板接收到的报文的源MAC地址进行查询，如果没有在单板的MAC地址转发表项中查找到报文的源MAC地址，或者该源MAC地址存在端口迁移的情况，则将该报文进行复制，并将复制后的报文的出端口即目的端口设置为物理上不存在的系统保留端口即黑洞端口，由交换网板将复制后的报文通过内部互连端口发送至其他单板。从而在保证报文收发秩序正常的情况下，实时高效地实现了MAC地址的同步，减少了系统的负担。

相应地，本发明实施例提供了一种MAC地址同步方法，应用于包括单板和交换网板的交换机系统中，如图1所示，具体包括以下步骤：

S101，所述单板从用户端口接收报文，并在判断所述报文的源MAC地址不存在于自身的MAC地址表项或所述源MAC地址发生端口迁移时复制所述报文。

S102，所述单板将复制后的报文的出端口即目的端口设置为物理上不存在的系统保留端口即黑洞端口；

上述两个步骤可以通过在所有单板的用户端口（即用户可见的面板端口）上下发ACL（Access Control List，访问控制列表）实现，该ACL实现的功能为：如果报文的源MAC地址在单板的MAC地址转发表项中没有查到或者存在端口迁移的情况则将该报文镜像至当前系统保留的一个物理上不存在的端口即黑洞端口。

需要指出的是，虽然以上步骤中为复制的报文设定的出端口实际上并不是一个物理存在的端口，但该端口的端口标识是系统保留的端口标识，因此在后续的报文转发流程中，单板在转发出端口为此类端口的报文时，由于没有物理端口与此类报文的出端口对应，单板即丢弃此类报文。所以上述端口称之为黑洞端口。

S103，所述单板将所述复制后的报文通过内部互连端口发送至交换网板，以使所述交换网板将所述复制后的报文通过除接收所述复制后的报文的内部互连端口之外的其它内部互连端口发送至其他单板。

具体地，本步骤通过在各单板面板口的入方向设置单播转发表项，将出端口号即目的端口号为黑洞端口的报文指向单板的内部互连端口（单板与交换网板之间的互连端口），将该报文转发至交换网板。相应地，在交换网板上设置特定的广播表项，通过该广播表项，将目的端口为黑洞端口的报文转发到除该报文在交换网板上的入端口以外的其它所有单板的内部互连端口上，即从源单板发送到交换网板的报文扩散到其它单板，且源单板发送的目的端口为黑洞端口的报文不能再回到源单板。

通过以上方案，源MAC地址在单板MAC地址表项中查找不到的报文会在设备内部进行扩散，保证了每个单板都可以学习到该报文的源MAC地址。由于镜像后的报文的出端口均被设为黑洞端口，因此后续的报文转发不会受到任何影响。在源MAC地址已被ASIC芯片学习到的情况下，后续的相同流量报文的源MAC地址在单板的MAC地址表项中可以查找到，不会再匹配到ACL规则而被采样。其中单板学习MAC地址的流程可参考现有的技术，在此不再赘述。

为了进一步阐述本发明的技术思想，现结合具体的应用场景，对本发明的技术方案进行说明。由于该方法应用于交换机上所有的单板，因此本具体实施例以某一单板为例进行说明，本领域技术人员可参照该实施例对交换机中其他单板进行相同的处理。

如图2所示，为本发明具体实施例提出的一种同步MAC地址的方法的单板报文入方向处理流程示意图。由于本发明的改进在于单板对报文源MAC学习的方面，在此主要对其能实现MAC地址同步学习的部分进行阐述，后续的报文转发流程不做详细说明。如图3所示，标号0-6的LPU（Local ProcessorUnit）为本地处理器单元，SRPU（Switch&Route Process Unit）为交换路由处理单元。具体地，该实施例详细步骤如下：

S201，单板从自己的用户端口接收到报文。

以图3为例，PC-A访问PC-B，报文进入LPU1单板的用户端口。

S202，该单板查询报文的源MAC地址是否存在于自身的MAC地址转发表中，若存在，则转至S203，若不存在，则转至S205；

S203，该单板判断该源MAC地址是否发生端口迁移；若是则转至S205，若否则转至S204；

S204，该单板正常转发该报文；

S205，该单板将接收的报文镜像至黑洞端口；

由于LPU1在自身的MAC地址转发表项中没有查询到PC-A的MAC地址MAC-A，因此本地单板首先学习该报文中的源MAC地址，并同时将该报文进行复制，将复制后的报文的目的端口设为黑洞端口。

S206，单板将镜像报文转发至交换网板。

基于预先设置的单播转发表，镜像报文被指向单板的内部互连端口，进而被转发至交换网板。

以上为入方向的单板在接收到新源MAC地址报文的处理流程，以下为本发明具体实施例提出的一种同步MAC地址的方法的单板报文出方向处理流程，该流程示例了上一实施例中镜像报文在由交换网板通过互连端口发送至其他单板后的相应流程，如图4所示，本具体实施例同样以单个单板为例进行说明。

S401，单板通过内部互连端口接收到交换网板转发的镜像报文；

S402，该单板查询该报文的源MAC地址是否存在于自身的MAC地址转发表项中，若否则转至S404，若是则转至步骤S403；

S403，该单板判断该源MAC地址是否发生端口迁移；若是则转至S404，若否则转至S405；

在上一步骤单板在自身的MAC地址转发表项中查询到报文的源MAC地址后，还可进一步地对报文的MAC地址端口是否迁移进行判断。

S404，该单板对该报文进行源MAC地址学习；

其他单板在互连端口收到镜像报文后，会同样对该报文的源MAC地址（MAC-A）进行学习。

S405，该单板根据该报文的目的端口在单播转发表中查找出端口；

S406，该单板判断报文的出端口是否为黑洞端口，若是则转至S407，否则转至S408。

S407，该单板丢弃该报文。

S408，该单板转发该报文。

以上为通过交换机中的单板对源MAC地址未知或端口发送迁移的报文进行MAC地址的采样及学习的方案，实现了硬件对报文MAC地址的实时同步学习。

此外，为了释放离线用户的MAC地址，以及学习新用户的MAC地址，设备的MAC地址表均设置有MAC地址老化机制。具体地，该机制在一个周期内（例如300秒）进行MAC地址流量命中统计，如果一个MAC地址表项在这段时间内没有被流量命中更新的话，则认为满足老化条件，该MAC地址将被从单板的MAC地址表中删除。

而在本申请的上述技术方案中，由于单板仅对源未知或端口发生迁移的报文进行采样并扩散至其他单板，当发送至单板的某个源流量的持续时间超过老化周期时，之前通过镜像扩散方式令其他单板学习到的MAC地址将因老化机制而被删除掉。因此，在上述实施例中所提出的MAC地址同步方法的基础上，本发明同时还提出了一种对各个单板之间的MAC地址进行周期性同步的方法，使得各个单板上的MAC地址能够及时被刷新。具体地，该方法包括以下步骤：

S501，所述单板的中央处理器CPU根据硬件MAC地址表生成并维护软件MAC地址表。

在该步骤中，各个单板的CPU生成软件MAC地址表，并周期性根据ASIC芯片的硬件MAC地址表的变化更新软件MAC地址表中的信息（包括MAC地址、VLAN、出端口等信息等），当某个MAC地址在单板上的ASIC芯片老化后，该MAC地址表项即被从单板的硬件MAC地址表中删除。

S502，所述单板的CPU根据预先设置的老化时间周期，向所述交换机系统中的其他单板发送MAC地址同步报文。

单板在初次接收到源未知或者端口发生迁移的流量时，会进行源MAC地址的学习并同时进行镜像扩散，其他单板因此也可学习到该源MAC地址。假如该流量仅持续发送至该单板，且时间超过MAC地址老化时间时，其他单板会在MAC地址老化时间到达时将自身硬件MAC地址表中的该源MAC地址删除。因此，该单板在系统设定的MAC地址老化时间到达时向其他的单板发送MAC地址同步报文。在该MAC地址同步报文中，源MAC地址为该单板CPU所维护的软件MAC地址表中的各软件MAC地址表项，源端口则为软件MAC地址表中的对应值，而目的MAC可以采用指定MAC或广播MAC，目的端口可设为黑洞端口，目的MAC和目的端口的不同并不影响本发明的保护范围。

需要指出的是，为了避免MAC由于始终有源命中标记而永远无法老化，在后续的处理步骤中，交换网板在将镜像报文发送至所有单板之前，还需要将该镜像报文的入端口去除，才能将复制后的报文通过除接收复制后的报文的内部互连端口之外的其它内部互连端口发送至其他单板。

需要说明的是，在上述S502中，可以周期性地将软件MAC地址表中的每个软件MAC地址表项生成MAC地址同步报文并一同发送，这样实现虽然简单，但是可能造成系统定期产生较大同步流量。而在实际情况下，软件MAC地址表中的MAC地址学习时间其实是离散的。因此，在本发明同时提出的另外一种对各个单板之间的MAC地址进行周期性同步的具体实施例中，采取对软件MAC地址表中的各软件MAC地址表项进行计时的方式，预先设置与老化时间周期相同的计时周期，将到达计时周期的软件MAC地址表项作为源MAC地址生成MAC地址同步报文，发送该MAC地址同步报文并复位所述计时。

该实施例通过对每个软件MAC地址表中的各软件MAC地址表项进行计时，当计时到期时才发送以该软件MAC地址表项为源MAC地址的MAC地址同步报文，并同时复位计时，这样可以有效地减少需要同时发送的MAC地址同步报文的数量，从而进一步地减轻系统的负荷。

为了实现上述的技术方案，如图6所述，本发明还提出了一种单板，应用于包括单板和交换网板的交换机系统中，包括：

接口模块611，用于从用户端口接收报文；

复制模块612，用于在判断所述接口模块接收的报文的源MAC地址不存在于自身的MAC地址表项或所述源MAC地址发生端口迁移时复制所述报文；

端口设置模块613，用于将复制后的报文的出端口即目的端口设置为物理上不存在的系统保留端口即黑洞端口；

所述接口模块611，还用于将所述复制后的报文通过内部互连端口发送至交换网板620，以使所述交换网板620将所述复制后的报文通过除接收所述复制后的报文的内部互连端口之外的其它内部互连端口发送至其他单板。

进一步地，在具体的应用场景中，所述单板面板口的入方向设有单播转发表项，所述交换网板设有广播表项，还包括：

表项设置模块614，用于设置所述单板面板口入方向的单播转发表项，将目的端口为黑洞端口的报文指向所述单板内部互连端口；

所述表项设置模块614，还用于设置所述交换网板的广播表项，将目的端口为黑洞端口的报文转发至除该报文在交换网板上620的入端口以外的其他所有单板的内部互连端口。

进一步地，在具体的应用场景中，还包括：

判断模块615，用于在所述接口模块611通过所述内部互联端口接收到报文时，判断所述报文的源MAC地址是否存在于自身的MAC地址表项中，并在判断结果为是时进一步判断所述报文的出端口是否为黑洞端口；

若所述出端口不是黑洞端口，所述判断模块615根据所述报文的出端口转发所述报文；

若所述出端口为黑洞端口，所述判断模块615丢弃所述报文。

进一步地，在具体的应用场景中，，还包括：

中央处理器CPU616，用于根据硬件MAC地址表生成并维护软件MAC地址表；

所述CPU616，还用于根据预先设置的老化时间周期，通过所述接口模块611向所述交换机系统中的其他单板发送MAC地址同步报文；

其中，所述MAC地址同步报文的源MAC地址为所述软件MAC地址表中的各软件MAC地址表项。

进一步地，在具体的应用场景中，所述CPU616具体用于：

对所述软件MAC地址表中的各软件MAC地址表项进行计时，将到达计时周期的软件MAC地址表项作为源MAC地址生成MAC地址同步报文，通过所述接口模块611发送所述MAC地址同步报文并复位所述计时；

其中，所述计时周期与所述老化时间周期相同。

由此可见，通过应用以上技术方案，对单板接收到的报文的源MAC地址进行查询，如果没有在单板的MAC地址转发表项中查找到报文的源MAC地址，或者该源MAC地址存在端口迁移的情况，则将该报文进行复制，并将复制后的报文的出端口即目的端口设置为物理上不存在的系统保留端口即黑洞端口，由交换网板将复制后的报文通过内部互连端口发送至其他单板。从而在保证报文收发秩序正常的情况下，实时高效地实现了MAC地址的同步，减少了系统的负担。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质（可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等）中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施场景所述的方法。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种介质访问控制MAC地址同步方法，应用于包括单板和交换网板的交换机系统中，其特征在于，包括：

所述单板从用户端口接收报文，并在判断所述报文的源MAC地址不存在于自身的MAC地址表项或所述源MAC地址发生端口迁移时复制所述报文；

所述单板将复制后的报文的出端口即目的端口设置为物理上不存在的系统保留端口即黑洞端口；

所述单板将所述复制后的报文通过内部互连端口发送至交换网板，以使所述交换网板将所述复制后的报文通过除接收所述复制后的报文的内部互连端口之外的其它内部互连端口发送至其他单板。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用户端口的入方向设有单播转发表项，所述交换网板设有广播表项，所述单板从用户端口接收报文之前，还包括：

设置所述用户端口入方向的单播转发表项，将目的端口为黑洞端口的报文指向所述单板内部互连端口；

设置所述交换网板的广播表项，将目的端口为黑洞端口的报文转发至除该报文在交换网板上的入端口以外的其他所有单板的内部互连端口。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述单板通过所述内部互联端口接收到报文时，还包括：

所述单板判断所述报文的源MAC地址是否存在于自身的MAC地址表项中，并在判断结果为是时进一步判断所述报文的出端口是否为黑洞端口；

若所述出端口不是黑洞端口，所述单板根据所述报文的出端口转发所述报文；

若所述出端口为黑洞端口，所述单板丢弃所述报文。

4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述单板的中央处理器CPU根据硬件MAC地址表生成并维护软件MAC地址表；所述单板将所述复制后的报文通过内部互连端口发送至所述交换网板之后，还包括：

所述单板的CPU根据预先设置的老化时间周期，向所述交换机系统中的其他单板发送MAC地址同步报文；

其中，所述MAC地址同步报文的源MAC地址为所述软件MAC地址表中的各软件MAC地址表项。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述单板的中央处理器CPU根据预先设置的老化时间周期，向所述交换机系统中的其他单板发送MAC地址同步报文，具体为：

对所述软件MAC地址表中的各软件MAC地址表项进行计时，将到达计时周期的软件MAC地址表项作为源MAC地址生成MAC地址同步报文，发送所述MAC地址同步报文并复位所述计时；

其中，所述计时周期与所述老化时间周期相同。

6.一种单板，应用于包括单板和交换网板的交换机系统中，其特征在于，包括：

接口模块，用于从用户端口接收报文；

复制模块，用于在判断所述接口模块接收的报文的源介质访问控制MAC地址不存在于自身的MAC地址表项或所述源MAC地址发生端口迁移时复制所述报文；

端口设置模块，用于将复制后的报文的出端口即目的端口设置为物理上不存在的系统保留端口即黑洞端口；

所述接口模块，还用于将所述复制后的报文通过内部互连端口发送至交换网板，以使所述交换网板将所述复制后的报文通过除接收所述复制后的报文的内部互连端口之外的其它内部互连端口发送至其他单板。

7.如权利要求6所述的单板，其特征在于，所述单板面板口的入方向设有单播转发表项，所述交换网板设有广播表项，还包括：

表项设置模块，用于设置所述单板面板口入方向的单播转发表项，将目的端口为黑洞端口的报文指向所述单板内部互连端口；

所述表项设置模块，还用于设置所述交换网板的广播表项，将目的端口为黑洞端口的报文转发至除该报文在交换网板上的入端口以外的其他所有单板的内部互连端口。

8.如权利要求6所述的单板，其特征在于，还包括：

判断模块，用于在所述接口模块通过所述内部互联端口接收到报文时，判断所述报文的源MAC地址是否存在于自身的MAC地址表项中，并在判断结果为是时进一步判断所述报文的出端口是否为黑洞端口；

若所述出端口不是黑洞端口，所述判断模块根据所述报文的出端口转发所述报文；

若所述出端口为黑洞端口，所述判断模块丢弃所述报文。

9.如权利要求6-8所述的单板，其特征在于，还包括：

中央处理器CPU，用于根据硬件MAC地址表生成并维护软件MAC地址表；

所述CPU，还用于根据预先设置的老化时间周期，通过所述接口模块向所述交换机系统中的其他单板发送MAC地址同步报文；

其中，所述MAC地址同步报文的源MAC地址为所述软件MAC地址表中的各软件MAC地址表项。

10.如权利要求9所述的单板，其特征在于，所述CPU具体用于：

对所述软件MAC地址表中的各软件MAC地址表项进行计时，将到达计时周期的软件MAC地址表项作为源MAC地址生成MAC地址同步报文，通过所述接口模块发送所述MAC地址同步报文并复位所述计时；

其中，所述计时周期与所述老化时间周期相同。

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