CN103873368B - 以太网报文转发方法和接入设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了以太网报文转发方法和接入设备。其中，该方法包括：提供多个端口；将一个所述端口与设置于虚拟路由器的一个成员设备的一个三层以太网接口连接；其中，所述虚拟路由器的各所述成员设备的三层以太网接口具有相同的虚拟IP地址和虚拟MAC地址；接收以太网报文；选择所述端口中的一个所述端口，通过所选的所述端口发送目的MAC地址为所述虚拟MAC地址的以太网报文。采用本发明，实现备用组的业务转发负载分担。

Description

以太网报文转发方法和接入设备
技术领域
本发明涉及交换机，特别涉及以太网报文转发方法和接入设备。
背景技术
局域网内的同一网段内的主机上均设置一条相同的、以网关为下一跳的缺省路由。主机发往局域网外或局域网内其他网段的报文将通过缺省路由发往网关，再由网关进行转发，从而实现局域网内不同网段间主机的通信以及局域网内主机与外部网络的通信。
虚拟路由器冗余协议（VRRP：Virtual Router Redundancy Protocol）将可以承担网关功能的一组路由器加入到备份组中，在功能上相当于一台虚拟路由器。
以图1所示的组网为例，路由设备121、路由设备122和路由设备123构建一个VRRP备份组。路由设备121至123间进行选举，路由设备111被选举为备份组的主用（master）路由器，承担转发任务；路由设备122和路由设备123作为备份组的备用（backup）路由器，处于监听状态而不参与转发。
局域网内的主机101至104将缺省网关的IP地址设置为虚拟IP地址10.1.1.1。当主机101需要向局域网的其他网段或局域网外发送数据时，主机101向缺省网关发送地址解析协议请求（ARP Request）以请求缺省网关的MAC地址。接入设备111根据收到ARP Request学习主机101的MAC地址并在网段内广播ARP求报文。主用路由器121收到ARP Request后，配置ARP表项，发送携带备份组的虚拟MAC地址的ARP响应报文（ARPResponse）至接入设备111。接入设备111根据ARP响应报文学习虚拟MAC地址，根据已学习的主机101的MAC地址发送ARP响应报文至主机101。主机101根据学习的缺省网关的MAC地址将数据通过以太网报文发往缺省网关。
当备份组的主用路由器121收到其他网段发往主机104的数据时，主用路由器121以虚拟IP和虚拟MAC地址，发送请求主机104的MAC地址的ARP请求报文。接入设备112根据收到ARP请求报文学习备份组的虚拟MAC地址并继续广播ARP请求报文。主机104收到ARP请求报文后，配置缺省网关IP地址关联ARP表项并发送ARP响应报文。接入设备121将主机104的ARP响应报文发往主用路由器121。主用路由器121根据学习到的主机104的MAC地址，将数据通过以太网报文发往主机104。
由于备份组中只有主用路由器可以转发报文，备用路由器处于监听状态不可转发报文，使作为备用路由器的路由设备的转发资源被闲置。
发明内容
本发明提供了一种以太网报文转发方法和接入设备，用于提高作为备用路由器的路由设备的转发资源利用率。
本发明提供的技术方案包括：
一种报文转发方法，包括：
提供多个端口；
将一个所述端口与设置于虚拟路由器的一个成员设备的一个三层以太网接口连接；其中，所述虚拟路由器的各所述成员设备的三层以太网接口具有相同的虚拟IP地址和虚拟MAC地址；
接收以太网报文；
选择所述端口中的一个所述端口，通过所选的所述端口发送目的MAC地址为所述虚拟MAC地址的以太网报文。
一种接入设备，包括：
多个端口，且一个所述端口与设置于虚拟路由器的一个成员设备的一个三层以太网接口连接；其中，所述虚拟路由器的各所述成员设备的三层以太网接口具有相同的虚拟IP地址和虚拟MAC地址；
接收单元，用于接收以太网报文；
转发单元，用于选择所述端口中的一个所述端口，
发送单元，用于通过所选的所述端口发送目的MAC地址为所述虚拟MAC地址的以太网报文。
由以上技术方案可以看出，本发明中，通过将一个端口与设置于虚拟路由器的一个成员设备的一个三层以太网接口连接，其中，所述虚拟路由器的各所述成员设备的三层以太网接口具有相同的虚拟IP地址和虚拟MAC地址，能够保证在接收到以太网报文时，选择所述端口中的一个所述端口，通过所选的所述端口发送目的MAC地址为所述虚拟MAC地址的以太网报文，这实现了来自同一主机的以太网报文分担到VRRP备份组中不同路由设备上转发，提高作为备用路由器的路由设备的转发资源利用率，并使得即使VRRP备份组中某一路由设备故障时，受影响的也仅是由该故障路由设备转发的部分报文，而不会是主机的所有报文。
附图说明
图1为现有局域网组网示意图；
图2为本发明实施例提供接入设备转发报文方法流程图；
图3为本发明第一实施例提供的局域网组播示意图；
图4为本发明第二实施例提供的局域网组网示意图；
图5为本发明第三实施例提供的局域网组网示意图；
图6为本发明第四实施例提供的局域网组网示意图；
图7为本发明实施例提供的接入设备结构图。
具体实施方式
本发明提供了以太网报文转发方法，该方法应用于连接在客户端和VRRP备份组之间的接入设备。下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
图2所示为本发明实施例提供接入设备转发报文方法流程图，如图2所示，该方法包括：
步骤201，提供多个端口；
步骤202，将一个端口与设置于虚拟路由器的一个成员设备的一个三层以太网接口连接。
其中，所述虚拟路由器的各所述成员设备的三层以太网接口具有相同的虚拟IP地址和虚拟MAC地址；
步骤203，接收以太网报文；
步骤204，选择多个端口中的一个端口，通过所选的端口发送目的MAC地址为所述虚拟MAC地址的以太网报文。
通过上述方法，接入设备将主机发往缺省网关进行三层转发的以太网报文，分担到可承担网关功能的路由设备构成的虚拟路由器的各成员设备。
图3所示为本发明第一实施例提供的局域网组网示意图。
为了方便描述，在图3中，将接入设备311直连路由设备321、322、323的端口分别命名为A1_1、A1_2、A1_3；将接入设备311连接主机301、302的端口分别命名为port1_1、port1_2；将接入设备312直连路由设备321、322、323的端口分别命名为A2_1、A2_2、A2_3；将接入设备312连接主机303、304的端口分别命名为port2_1、port2_2。
在图3中，路由设备321至323直连接入设备311和312的端口，被设置为VLAN10的三层以太网接口且具有相同的虚拟IP地址10.1.1.1以及虚拟MAC地址000f-e2ff-0041。路由设备321至323运行VRRP协议，按照VRRP协议选举路由设备321为备份组的主用路由器，备份组的备用（backup）路由设备322和323处于激活（Active）状态。路由设备321至323各自的二层转发表中配置了虚拟MAC地址000f-e2ff-0041对应的三层转发属性的静态表项。
接入设备311和312各自的二层转发表中，配置了虚拟MAC地址000f-e2ff-0041对应的三层转发属性的静态表项。接入设备311的三层转发表中，配置了出端口为A1_1、A1_2、A1_3的默认路由表项；接入设备312的三层转发表中配置了出端口为A2_1、A2_2、A2_3的默认路由表项。
主机301至304设置的缺省网关IP地址为虚拟IP地址10.1.1.1。
主机301需要将数据发送到其他网段时，主机301根据缺省网关的IP地址发送ARP请求报文，以请求缺省网关的MAC地址。ARP请求报文的发送端MAC地址（Sender MACaddress）为000f-ffff-0001；发送端IP地址（SenderIP address）为10.1.1.01；目标端MAC地址（Target MAC address）为全0的MAC地址;目标端IP地址（Target IP address）为10.1.1.1；以太网源MAC地址（Source MAC address）为000f-ffff-0001；以太网目的地址（DestinationMAC address）为全F的MAC地址。
接入设备311收到ARP请求报文，学习主机301的MAC地址并在网段内广播来自主机301的ARP报文。
路由设备321-323接收来自主机301的ARP请求报文，学习主机301的IP地址对应的ARP表项以及主机301的MAC地址。即，路由设备321-323根据ARP请求报文的发送端MAC地址和IP地址记录ARP表项，根据以太网源MAC地址和收到ARP请求报文的端口配置二层转发表中MAC地址000f-ffff-0001对应的转发表项。
路由设备321向主机301发送ARP响应报文；其中，ARP响应报文的发送端MAC地址（Sender MAC address）为000f-e2ff-0041；发送端IP地址为10.1.1.1；目标端MAC地址为000f-ffff-0001;目标端IP地址为10.1.1.01；以太网源MAC地址为000f-ffff-0021；以太网目的地址为000f-ffff-0001；VLAN ID为VLAN 10。
接入设备311接收来自路由设备321的ARP响应报文，学习路由设备321的真实MAC地址。接入设备311的二层转发表至少记录表1所示的表项：
表1
MAC地址 VLAN ID IF/Port
000f-e2ff-0041 VLAN 10 L3
000f-ffff-0001 VLAN 10 port1_1
000f-ffff-0021 VLAN 10 A1_1
接入设备311根据ARP响应报文的以太网目的MAC地址000f-ffff-0001以及VLANID查找到匹配表项，根据匹配表项中的端口port1_1转发ARP响应报文到主机301。
主机301收到来自路由设备321的ARP响应报文，根据发送端IP地址和发送端MAC地址，学习缺省网关IP地址对应的ARP表项。主机301将发往外网的数据通过以太网报文发往缺省网关。其中，主机301发送的以太网报文中，源MAC地址000f-ffff-0001，目的MAC地址000f-e2ff-0041，源IP（Source IP address）地址为10.1.1.01；目的IP地址（DestinationIP address）为目的设备的IP地址，如10.2.2.01。
接入设备311接收来自主机301的以太网报文，根据目的MAC地址000f-e2ff-0041在二层转发表中查找到标识为三层转发属性的表项，则根据以太网报文的目的IP地址10.1.2.01在三层转发表中查找到默认路由表项。接入设备311根据收到以太网报文进行hash计算，在默认路由表项的出端口A1_1、A1_2、A1_3中选择出端口A1_3。
接入设备311通过出端口A1_3将来自主机301的以太网报文发往路由设备323。
路由设备323收到来自主机301的以太网报文，根据该以太网报文的目的MAC地址000f-e2ff-0041在二层转发表中查找到标识为三层转发属性的表项，则移除收到的以太网报文的以太网头，根据目的IP地址进行三层转发。本实施例将现有上行三层转发的处理合并于此，对路由设备323执行上行三层转发的处理不再赘述。
路由设备323对目的IP地址为10.1.1.01的下行三层报文执行转发时，在ARP表中查到目的IP地址10.1.1.01对应的MAC地址000f-ffff-0001，将三层报文封装为以太网报文；其中以太网报文的源MAC地址为000f-ffff-0023，以太网报文的目的MAC地址为000f-ffff-0001地址。路由设备323根据目的MAC地址在二层转发表中查找到匹配表项，根据匹配表项中的出端口对以太网报文进行二层转发。
路由设备321对将目的IP地址为10.1.1.03的下行三层报文执行转发时，在ARP表中未查找到目的IP地址10.1.1.03对应的MAC地址，则发送ARP请求报文。ARP请求报文的发送端MAC地址为000f-ffff-0021；发送端IP地址（Sender IP address）为10.1.1.2；目标端MAC地址为全0的MAC地址;目标端IP地址为10.1.1.03；以太网源MAC地址为000f-ffff-0021；以太网目的地址为全F的MAC地址。
接入设备312收到来自路由设备321的ARP请求报文，学习路由设备321的真实MAC地址，在VLAN10内广播收到的ARP请求报文。
主机303收到ARP请求报文，在ARP表记录IP地址10.1.1.2对应的MAC地址000f-ffff-0021，发送ARP响应报文。ARP响应报文的发送端MAC地址为000f-ffff-0003；发送端IP地址（Sender IP address）为10.1.1.03；目标端MAC地址为000f-ffff-0021;目标端IP地址为10.1.1.2；以太网源MAC地址为000f-ffff-0003；以太网目的地址为000f-ffff-0021。
接入设备312收到来自主机303的ARP响应报文，学习主机303的MAC地址。接入设备312的二层转发表至少记录表1-1所示的表项：
表1-1
MAC地址 VLAN ID IF/Port
000f-e2ff-0041 VLAN 10 L3
000f-ffff-0021 VLAN 10 A2_1
000f-ffff-0003 VLAN 10 Port2_1
接入设备312根据ARP响应报文的目的MAC地址000f-ffff-0021以及VLAN ID查找到匹配表项，根据匹配表项中的端口A2_1将ARP响应报文转发到至路由设备321。
路由设备321根据收到的ARP响应报文，学习主机303的IP地址对应的ARP表项以及主机303的MAC地址。
路由设备321将下行三层报文封装为以太网报文；其中以太网报文的源MAC地址为000f-ffff-0021，以太网报文的目的MAC地址为000f-ffff-0003地址，VLAN ID为VLAN 10，路由设备321根据目的MAC地址在二层转发表中查找到匹配表项，则对封装后的以太网报文进行二层转发。
图3中，接入设备311中的根据负载均衡算法，在默认路由表项的三个出端口选择一个出端口接入设备到达备份组的等价路径的出端口，接入设备311将收到的主机303以太网报文的特征参数进行哈希（hash）运算，得到hash值；将hash值与查找到的静态默认路由表项中出接口的数目进行模运算，根据模运算得到的结果选择对应的出接口，比如选择编号与模运算得到的结果一致的出接口。接入设备311执行哈希运算的以太网报文的特征参数可为源IP地址、源MAC地址、五元组信息、或七元组信息，其中，五元组信息包括：源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号、以及协议类型；而七元组信息包括：接口类型、源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号、协议类型、以及服务类型（TOS）。本实施例对于接入设备311执行hash运算的方式不做限制。
备份组的路由设备321-323根据ARP请求报文学习ARP表项的方式可作其他变化，如备份组的主用路由器321根据收到ARP请求报文学习主机301的IP地址对应的ARP表项，然后同步至备份组的其他成员设备。
为了及时去除故障路由设备，减少因路由设备故障而导致的流量中断时间，接入设备311和312与VRRP备份组中每一成员设备建立链路状态监控会话，用于监控本接入设备直连每个成员设备链路状态。
譬如，接入设备311与路由设备321、322、323的真实IP地址建立BFD会话，用于监控接入设备311的端口A1_1,A1_2,A1_3与路由设备321、322、323的三层以太网接口间的链路状态。
接入设备311监控到本接入设备上任一端口与VRRP备份组中任一成员设备三层以太网接口相连的链路处于故障状态，则将连接故障链路的端口自三层转发表的默认路由表项的出端口中删除。当接入设备311在通过链路状态监控会话监控到故障链路恢复正常，将连接恢复链路连接的端口加入上述默认路由表项的出端口。
接入设备321和322虽然通过默认路由表项的出端口，将发往缺省网关的进行三层转发的以太网报文通过连接虚拟路由器（备份组）的各成员设备的等价路径发往某个成员设备。但是接入设备仍是对这些发往缺省网关执行三层转发的以太网报文进行二层转发，需要控制该以太网报文的TTL、VLAN，并且保持这些上行以太网报文的源MAC地址和目的MAC地址不变。
图4本发明第二实施例提供的局域网组网示意图。
为了方便描述，将接入设备411直连路由设备421、422、423的端口分别命名为A1_1、A1_2、A1_3；将接入设备411连接主机401、402的端口分别命名为port1_1、port1_2；将接入设备412直连路由设备421、422、423的端口分别命名为A2_1、A2_2、A2_3；将接入设备412连接主机403、404的端口分别命名为port2_1、port2_2。
路由设备421至423直连接入设备411和412的端口，被设置为VLAN10的三层以太网接口且具有相同的虚拟IP地址10.1.1.1以及虚拟MAC地址000f-e2ff-0041、000f-e2ff-0042、000f-e2ff-0043。路由设备421至423运行VRRP协议，按照VRRP协议选举路由设备422备份组的主用路由器，备份组的备用（backup）路由设备421和423处于激活（Active）状态。路由设备421至423的二层转发表中分别配置了每个虚拟MAC地址对应三层转发属性的静态表项。
接入设备411和412各自的二层转发表中，分别配置了每个虚拟MAC地址对应的三层转发属性的静态表项。接入设备411的三层转发表中，配置了出端口为A1_1、A1_2、A1_3的默认路由表项；接入设备412的三层转发表中配置了出端口为A2_1、A2_2、A2_3的默认路由表项。
主机401至404设置的缺省网关IP地址为虚拟IP地址10.1.1.1。
主机403需要将数据发送到其他网段时，主机403根据缺省网关的IP地址发送ARP请求报文，以请求缺省网关的MAC地址。ARP请求报文的发送端MAC地址为000f-ffff-0003；发送端IP地址为10.1.1.03；目标端MAC地址为全0的MAC地址；目标端IP地址为10.1.1.1；以太网源MAC地址为000f-ffff-0003；以太网目的地址为全F的MAC地址。
接入设备412收到ARP请求报文，学习主机403的MAC地址并在网段内广播来自主机403的ARP报文。
路由设备421-423接收来自主机403的ARP请求报文，学习主机403的IP地址对应的ARP表项。路由设备422根据负载均衡算法为来自主机的ARP请求报文应答虚拟MAC地址000f-e2ff-0042，向主机403送ARP响应报文；其中，ARP响应报文的发送端MAC地址为000f-e2ff-0042；发送端IP地址为10.1.1.1；目标端MAC地址为000f-ffff-0003;目标端IP地址为10.1.1.03；以太网源MAC地址为000f-ffff-0022；以太网目的地址为000f-ffff-0003；VLANID为VLAN 10。
接入设备412接收来自路由设备422的ARP响应报文，学习路由设备422的真实MAC地址。接入设备412的二层转发表至少记录表2所示的表项：
表2
MAC地址 VLAN ID IF/Port
000f-e2ff-0041 VLAN 10 L3
000f-e2ff-0042 VLAN 10 L3
000f-e2ff-0043 VLAN 10 L3
000f-ffff-0003 VLAN 10 port2_1
000f-ffff-0022 VLAN 10 A2_2
接入设备412根据ARP响应报文的以太网目的MAC地址000f-ffff-0003以及VLANID查找到匹配表项，根据匹配表项中的端口port2_1将ARP响应报文转发到主机403。
主机403收到来自路由设备422的ARP响应报文，根据发送端IP地址和发送端MAC地址，学习缺省网关的IP地址的ARP表项，即主机403在ARP表项中记录虚拟IP地址10.1.1.1与虚拟MAC地址000f-e2ff-0042的对应关系。主机403将发往外网的数据通过以太网报文发往缺省网关。其中，主机403发送的以太网报文中，源MAC地址000f-ffff-0003，目的MAC地址000f-e2ff-0042，源IP地址为10.1.1.03；目的IP地址为目的设备的IP地址，如10.2.2.01。
接入设备412接收来自主机403的以太网报文，根据目的MAC地址000f-e2ff-0042在二层转发表中查找到标识为三层转发属性的表项，则根据以太网报文的目的IP地址10.1.2.01在三层转发表中查找到默认路由表项。接入设备412根据收到以太网报文进行hash计算，在默认路由表项的出端口A2_1、A2_2、A2_3中选择出端口A2_3。
接入设备412通过出端口A2_3将来自主机403的以太网报文发往路由设备423。
路由设备423根据收到来自主机403的以太网报文的目的MAC地址000f-e2ff-0042在二层转发表中查找到标识为三层转发属性的表项，则移除收到的以太网报文的以太网头，根据目的IP地址进行三层转发。本实施例将现有上行三层转发的处理合并于此，对路由设备423执行上行三层转发的处理不再赘述。
路由设备423对目的IP地址为10.1.1.03的下行三层报文执行转发时，在ARP表中查到目的IP地址10.1.1.01对应的MAC地址000f-ffff-0001，将三层报文封装为以太网报文；其中以太网报文的源MAC地址为000f-ffff-0023，以太网报文的目的MAC地址为000f-ffff-0003地址。路由设备423根据目的MAC地址在二层转发表中查找到匹配表项，根据匹配表项中的出端口对以太网报文进行下行二层转发。
路由设备421对将目的IP地址为10.1.1.01的下行三层报文执行转发时，在ARP表中未查找到目的IP地址10.1.1.01对应的MAC地址，则发送ARP请求报文。ARP请求报文的发送端MAC地址为000f-ffff-0021；发送端IP地址（Sender IP address）为10.1.1.2；目标端MAC地址为全0的MAC地址;目标端IP地址为10.1.1.01；以太网源MAC地址为000f-ffff-0021；以太网目的地址为全F的MAC地址。
接入设备411收到来自路由设备421的ARP请求报文，学习路由设备421的真实MAC地址，在VLAN10内广播收到的ARP请求报文。
主机401收到ARP请求报文，在ARP表记录IP地址10.1.1.2对应的MAC地址000f-ffff-0021，发送ARP响应报文。ARP响应报文的发送端MAC地址为000f-ffff-0001；发送端IP地址为10.1.1.01；目标端MAC地址为000f-ffff-0021;目标端IP地址为10.1.1.2；以太网源MAC地址为000f-ffff-0001；以太网目的地址为000f-ffff-0021。
接入设备411收到来自主机401的ARP响应报文，学习主机401的MAC地址。接入设备411的二层转发表至少记录表2-1所示的表项：
表2-1
MAC地址 VLAN ID IF/Port
000f-e2ff-0041 VLAN 10 L3
000f-e2ff-0042 VLAN 10 L3
000f-e2ff-0043 VLAN 10 L3
000f-ffff-0021 VLAN 10 A1_1
000f-ffff-0022 VLAN 10 port1_1
接入设备411根据ARP响应报文的目的MAC地址000f-ffff-0021以及VLAN ID查找到匹配表项，根据匹配表项中的端口A1_1将ARP响应报文转发到至路由设备421。
路由设备421根据收到的ARP响应报文，学习主机401的IP地址对应的ARP表项以及主机401的MAC地址。
路由设备421将下行三层转发的三层报文封装为以太网报文；其中以太网报文的源MAC地址为000f-ffff-0021，以太网报文的目的MAC地址为000f-ffff-0001地址，VLAN ID为VLAN 10，路由设备421根据目的MAC地址在二层转发表中查找到匹配表项，则对封装后的以太网报文进行二层转发。
图4中，接入设备411和412在默认路由表项的三个出端口选择一个出端口的哈希算法有多种实施方式，本实施例不再赘述。
接入设备411和412与VRRP备份组中每一成员设备建立链路状态监控会话。譬如，接入设备411与路由设备421、422、423的真实IP地址建立BFD会话，用于监控接入设备411的端口A1_1,A1_2,A1_3与路由设备421、422、423的三层以太网接口相连的链路的状态。
接入设备411监控到本接入设备上任一端口与VRRP备份组中任一成员设备三层以太网接口相连的链路处于故障状态，则将连接故障链路的端口自二层转发表的虚拟MAC地址对应的二层转发表项的出端口中删除。当接入设备411在通过链路状态监控会话监控到故障链路恢复正常，将连接恢复链路连接的端口加入上述虚拟MAC地址对应的二层转发表项的出端口。
接入设备411和412能够将主机发往虚拟路由器的需要执行三层转发报文分担到虚拟路由器的不同成员设备，由虚拟路由器的各成员设备分担处理二层以太网报文的三层转发。接入设备411和412可基于业务类型将同一主机发往虚拟路由器的报文分担到不同成员设备。
图5是本发明第三实施例提供的局域网组网示意图。
为了方便描述，将接入设备511直连路由设备521、522、523的端口分别命名为A1_1、A1_2、A1_3；将接入设备511连接主机501、502的端口分别命名为port1_1、port1_2；将接入设备512直连路由设备521、522、523的端口分别命名为A2_1、A2_2、A2_3；将接入设备512连接主机503、504的端口分别命名为port2_1、port2_2。
路由设备521至523直连接入设备511和512的端口，被设置为VLAN10的三层以太网接口且具有相同的虚拟IP地址10.1.1.1以及虚拟MAC地址000f-e2ff-0041。路由设备521至523运行VRRP协议，按照VRRP协议选举路由设备521为备份组的主用路由器，备份组的备用（backup）路由设备522和523处于激活（Active）状态。路由设备521至523各自的二层转发表中配置了虚拟MAC地址对应三层转发属性的静态表项。
接入设备511和512各自的二层转发表中，配置了虚拟MAC地址静态转发表项。接入设备511的配置的虚拟MAC地址静态转发表项的出端口为A1_1、A1_2、A1_3；接入设备512配置的虚拟MAC地址静态转发表项的出端口为A2_1、A2_2、A2_3。
主机501至504设置的缺省网关IP地址为虚拟IP地址10.1.1.1。
主机501需要将数据发送到其他网段时，主机501根据缺省网关的IP地址发送ARP请求报文，以请求缺省网关的MAC地址。ARP请求报文的发送端MAC地址为000f-ffff-0001；发送端IP地址为10.1.1.01；目标端MAC地址为全0的MAC地址;目标端IP地址为10.1.1.1；以太网源MAC地址为000f-ffff-0001；以太网目的地址为全F的MAC地址。
接入设备511收到ARP请求报文，学习主机501的MAC地址并在网段内广播来自主机501的ARP报文。
路由设备521-523接收来自主机501的ARP请求报文，学习主机501的IP地址对应的ARP表项以及主机501的MAC地址。路由设备521向主机501发送ARP响应报文；其中，ARP响应报文的发送端MAC地址为000f-e2ff-0041；发送端IP地址为10.1.1.1；目标端MAC地址为000f-ffff-0001;目标端IP地址为10.1.1.01；以太网源MAC地址为000f-ffff-0021；以太网目的地址为000f-ffff-0001；VLAN ID为VLAN 10。
接入设备511接收来自路由设备521的ARP响应报文，学习路由设备521的真实MAC地址。接入设备511的二层转发表至少记录表3所示的表项：
表3
MAC地址 VLAN ID IF/Port
000f-e2ff-0041 VLAN 10 A1_1 A1_2 A1_3
000f-ffff-0001 VLAN 10 port1_1
000f-ffff-0021 VLAN 10 A1_1
接入设备511根据ARP响应报文的以太网报文的目的MAC地址000f-ffff-0001以及VLAN ID查找到匹配表项，根据匹配表项中的端口port1_1将ARP响应报文转发到主机501。
主机501收到来自路由设备521的ARP响应报文，学习缺省网关IP地址对应的ARP表项。主机501将发往外网的数据通过以太网报文发往缺省网关。主机501发送的以太网报文中，源MAC地址000f-ffff-0001，目的MAC地址000f-e2ff-0041，源IP地址为10.1.1.01；目的IP地址为目的设备的IP地址，如10.2.2.01。
接入设备511接收来自主机501的以太网报文，根据目的MAC地址000f-e2ff-0041和VLAN10在二层转发表中查找到匹配表项，根据收到以太网报文进行hash计算，在匹配表项的出端口A1_1、A1_2、A1_3中选择出端口A1_3。
路由设备511通过出端口A1_3将来自主机501的以太网报文发往路由设备523。
路由设备523根据收到来自主机501的以太网报文，根据该以太网报文的目的MAC地址000f-e2ff-0041在二层转发表中查找到标识为三层转发属性的表项，则移除收到的以太网报文的以太网头，根据目的IP地址进行三层转发。本实施例将现有上行三层转发的处理合并于此，对路由设备523执行上行三层转发的处理不再赘述。
路由设备523对目的IP地址为10.1.1.01的下行三层报文执行转发时，在ARP表中查到目的IP地址10.1.1.01对应的MAC地址000f-ffff-0001，将三层报文封装为以太网报文；其中以太网报文的源MAC地址为000f-ffff-0023，以太网报文的目的MAC地址为000f-ffff-0001地址。路由设备523根据目的MAC地址在二层转发表中查找到匹配表项，根据匹配表项中的出端口对以太网报文进行二层转发。
路由设备521对将目的IP地址为10.1.1.03的下行三层报文执行转发时，在ARP表中未查找到目的IP地址10.1.1.03对应的MAC地址，则发送ARP请求报文。ARP请求报文的发送端MAC地址为000f-ffff-0021；发送端IP地址为10.1.1.2；目标端MAC地址为全0的MAC地址;目标端IP地址为10.1.1.03；以太网源MAC地址为000f-ffff-0021；以太网目的地址为全F的MAC地址。
接入设备512收到来自路由设备521的ARP请求报文，学习路由设备521的真实MAC地址，在VLAN10内广播收到的ARP请求报文。
主机503收到ARP请求报文，在ARP表记录IP地址10.1.1.2对应的MAC地址000f-ffff-0021，发送ARP响应报文。ARP响应报文的发送端MAC地址为000f-ffff-0003；发送端IP地址（Sender IP address）为10.1.1.03；目标端MAC地址为000f-ffff-0021;目标端IP地址为10.1.1.2；以太网源MAC地址为000f-ffff-0003；以太网目的地址为000f-ffff-0021。
接入设备512收到来自主机503的ARP响应报文，学习主机503的MAC地址。接入设备512的二层转发表至少记录表3-1所示的表项：
表3-1
MAC地址 VLAN ID IF/Port
000f-e2ff-0041 VLAN 10 A1_1 A1_2 A1_3
000f-ffff-0021 VLAN 10 A2_1
000f-ffff-0001 VLAN 10 port2_1
接入设备512根据ARP响应报文的目的MAC地址000f-ffff-0021以及VLAN ID查找到匹配表项，根据匹配表项中的端口A2_1将ARP响应报文转发到至路由设备521。
路由设备521根据收到的ARP响应报文，学习主机503的IP地址对应的ARP表项以及主机503的MAC地址。
路由设备521将下行三层报文封装为以太网报文；其中以太网报文的源MAC地址为000f-ffff-0021，以太网报文的目的MAC地址为000f-ffff-0003地址，VLAN ID为VLAN 10，路由设备521根据目的MAC地址在二层转发表中查找到匹配表项，则对封装后的以太网报文进行二层转发。
图5中，接入设备511或512选择在每个虚拟MAC地址的静态表项的三个出端口选择一个出端口的哈希算法有多种实施方式，本实施例不再赘述。
接入设备511和512与VRRP备份组中每一成员设备建立链路状态监控会话，如BFD会话，用于监控本接入设备直连每个成员设备的等价路径的链路状态。
接入设备511或512通过链路状态监控会话监控到直连VRRP备份组中任一路由设备的链路处于故障状态，则将连接故障链路的端口自二层转发表中虚拟MAC地址的静态表项的出端口中删除。当接入设备511或512通过链路状态监控会话监控到故障链路恢复正常，将连接恢复链路的端口添加为二层转发表中虚拟MAC地址的静态表项的出端口。
图6是本发明第四实施例提供的局域网组网示意图。为了方便描述，将接入设备711611直连路由设备721621、722622、723623的端口分别命名为A1_1、A1_2、A1_3；将接入设备711611连接主机701601、760205的端口分别命名为port1_1、port1_2；将接入设备712612直连路由设备721621、722622、723623的端口分别命名为A2_1、A2_2、A2_3；将接入设备712612连接主机703603、704604的端口分别命名为port2_1、port2_2。
路由设备621至623直连接入设备611和612的端口，被设置为VLAN10的三层以太网接口且具有相同的虚拟IP地址10.1.1.1以及虚拟MAC地址000f-e2ff-0041、000f-e2ff-0042、000f-e2ff-0043。路由设备621至623运行VRRP协议，按照VRRP协议选举路由设备622备份组的主用路由器，备份组的备用（backup）路由设备621和623处于激活（Active）状态。路由设备621至623的二层转发表中配置了虚拟MAC地址对应三层转发属性的静态表项。
接入设备611和612各自的二层转发表中，分别配置了每个虚拟MAC地址对应的三层转发属性的静态表项。接入设备611的每个虚拟MAC地址的静态转发表项中，出端口为A1_1、A1_2、A1_3；接入设备612的每个虚拟MAC地址的静态转发表项中，出端口为A2_1、A2_2、A2_3。
主机601至604设置的缺省网关IP地址为虚拟IP地址10.1.1.1。
主机603需要将数据发送到其他网段时，主机603根据缺省网关的IP地址发送ARP请求报文，以请求缺省网关的MAC地址。ARP请求报文的发送端MAC地址为000f-ffff-0003；发送端IP地址为10.1.1.03；目标端MAC地址为全0的MAC地址;目标端IP地址为10.1.1.1；以太网源MAC地址为000f-ffff-0003；以太网目的地址为全F的MAC地址。
接入设备612收到ARP请求报文，学习主机603的MAC地址并在网段内广播来自主机603的ARP报文。
路由设备621-623接收来自主机603的ARP请求报文，学习主机603的IP地址对应的ARP表项。路由设备622根据负载均衡算法为来自主机的ARP请求报文应答虚拟MAC地址000f-e2ff-0042，向主机603送ARP响应报文；其中，ARP响应报文的发送端MAC地址为000f-e2ff-0042；发送端IP地址为10.1.1.1；目标端MAC地址为000f-ffff-0003;目标端IP地址为10.1.1.03；以太网源MAC地址为000f-ffff-0022；以太网目的地址为000f-ffff-0003；VLANID为VLAN 10。
接入设备612接收来自路由设备622的ARP响应报文，学习路由设备622的真实MAC地址。接入设备612的二层转发表至少记录表4所示的表项：
表4
MAC地址 VLAN ID IF/Port
000f-e2ff-0041 VLAN 10 A2_1 A2_2 A2_3
000f-e2ff-0042 VLAN 10 A2_1 A2_2 A2_3
000f-e2ff-0043 VLAN 10 A2_1 A2_2 A2_3
000f-ffff-0003 VLAN 10 port2_1
000f-ffff-0022 VLAN 10 A2_2
接入设备612根据ARP响应报文的以太网目的MAC地址000f-ffff-0003以及VLANID查找到匹配表项，根据匹配表项中的端口port2_1将ARP响应报文转发到主机603。
主机603收到来自路由设备622的ARP响应报文，学习缺省网关的IP地址的ARP表项。主机603将发往外网的数据通过以太网报文发往缺省网关。主机603发送的以太网报文中，源MAC地址000f-ffff-0003，目的MAC地址000f-e2ff-0042，源IP地址为10.1.1.03；目的IP地址为目的设备的IP地址，如10.2.2.01。
接入设备612接收来自主机603的以太网报文，根据目的MAC地址000f-e2ff-0042和VLAN10在二层转发表中查找到匹配表项，根据收到以太网报文进行hash计算，在匹配表项的出端口A2_1、A2_2、A2_3中选择出端口A2_3。
路由设备612通过出端口A2_3将来自主机603的以太网报文发往路由设备623。路由设备623根据收到来自主机603的以太网报文的目的MAC地址000f-e2ff-0042在二层转发表中查找到标识为三层转发属性的表项，则移除收到的以太网报文的以太网头，根据目的IP地址进行三层转发。本实施例将现有上行三层转发的处理合并于此，对路由设备623执行三层转发的处理不再赘述。
路由设备623对目的IP地址为10.1.1.03的下行三层报文执行转发时，在ARP表中查到目的IP地址10.1.1.03对应的MAC地址000f-ffff-0003，将三层报文封装为以太网报文；其中以太网报文的源MAC地址为000f-ffff-0023，以太网报文的目的MAC地址为000f-ffff-0003地址。路由设备623根据目的MAC地址在二层转发表中查找到匹配表项，根据匹配表项中的出端口对以太网报文进行二层转发。
路由设备621对将目的IP地址为10.1.1.01的下行三层报文执行转发时，在ARP表中未查找到目的IP地址10.1.1.01对应的MAC地址，则发送ARP请求报文。ARP请求报文的发送端MAC地址为000f-ffff-0021；发送端IP地址（Sender IP address）为10.1.1.2；目标端MAC地址为全0的MAC地址;目标端IP地址为10.1.1.01；以太网源MAC地址为000f-ffff-0021；以太网目的地址为全F的MAC地址。
接入设备611收到来自路由设备621的ARP请求报文，学习路由设备621的真实MAC地址，在VLAN10内广播收到的ARP请求报文。
主机601收到ARP请求报文，在ARP表记录IP地址10.1.1.2对应的MAC地址000f-ffff-0021，发送ARP响应报文。ARP响应报文的发送端MAC地址为000f-ffff-0001；发送端IP地址为10.1.1.01；目标端MAC地址为000f-ffff-0021;目标端IP地址为10.1.1.2；以太网源MAC地址为000f-ffff-0001；以太网目的地址为000f-ffff-0021。
接入设备611收到来自主机601的ARP响应报文，学习主机601的MAC地址。接入设备611的二层转发表至少记录表4-1所示的表项：
表4-1
MAC地址 VLAN ID IF/Port
000f-e2ff-0041 VLAN 10 A2_1 A2_2 A2_3
000f-e2ff-0042 VLAN 10 A2_1 A2_2 A2_3
000f-e2ff-0043 VLAN 10 A2_1 A2_2 A2_3
000f-ffff-0021 VLAN 10 A1_1
000f-ffff-0001 VLAN 10 port1_1
接入设备611根据ARP响应报文的目的MAC地址000f-ffff-0021以及VLAN ID查找到匹配表项，根据匹配表项中的端口A1_1将ARP响应报文转发到至路由设备621。
路由设备621根据收到的ARP响应报文，学习主机601的IP地址对应的ARP表项以及主机601的MAC地址。
路由设备621将下行三层转发的三层报文封装为以太网报文；其中以太网报文的源MAC地址为000f-ffff-0021，以太网报文的目的MAC地址为000f-ffff-0001地址，VLAN ID为VLAN 10，路由设备621根据目的MAC地址在二层转发表中查找到匹配表项，则对封装后的以太网报文进行二层转发。
图6中，接入设备611或612选择在每个虚拟MAC地址的静态表项的三个出端口选择一个出端口的哈希算法有多种实施方式，本实施例不再赘述。
接入设备611和612与VRRP备份组中每一成员设备建立链路状态监控会话，如BFD会话，用于检测各自端口与备份组的各成员设备的三层以太网接口间链路状态。
接入设备611或612监控到直连VRRP备份组中任一路由设备的链路处于故障状态，则将连接故障链路的端口自二层转发表中虚拟MAC地址的静态表项的出端口中删除。当接入设备611或612监控到故障链路恢复正常，将连接恢复链路的端口添加为二层转发表中虚拟MAC地址的静态表项的出端口。
需要说明的是，本发明中，上述各实施例均可应用于局域网内不同网段间的报文转发以及局域网与外部网络间的报文转发。
还需要说明的是，本发明中，为提高接入设备的处理效率，上述接入设备执行的所有操作可通过接入设备中的硬件和/或软件实现。
以上对本发明提供的方法进行了描述，下面对本发明提供的接入设备进行描述：
参见图7，图7为本发明实施例提供的接入设备结构图。如图7所示，所述接入设备包括：端口701、接收单元702、转发单元703、发送单元704、端口705、存储单元706、配置单元707。其中，每个端口701分别与主机设备连接，每个端口705与设置于虚拟路由器的一个成员设备的一个三层以太网接口连接；其中，该虚拟路由器的各成员设备的三层以太网接口具有相同的虚拟IP地址和虚拟MAC地址。
接收单元702通过端口701接收以太网报文，转发单元703在多个端口705中的一个端口，发送单元，用于通过转发单元703所选的端口705发送目的MAC地址为虚拟MAC地址的以太网报文。
转发单元703在多个端口705中选择一个端口的方式，可根据配置单元807在存储单元706中配置转发信息不同而发生变化。
存储单元706存储有二层转发表和三层转发表；配置单元707，用于在二层转发表中配置对应于虚拟MAC地址且具有三层转发属性的二层转发表项；以及在三层转发表中配置出端口包含多个端口705的默认路由表项。转发单元703根据收到的以太网报文的目的MAC地址，在二层转发表中查找到对应于虚拟MAC地址且具有三层转发属性的二层转发表项，则根据收到的以太网报文的目的IP地址在三层转发表中查找到所述默认路由表项，根据负载分担算法在默认路由表项的出端口中选择一个端口。
当虚拟路由器的各成员设备的三层以太网接口设置为一个虚拟IP地址对应一个虚拟MAC地址时；配置单元707在二层转发表中设置一个对应于虚拟MAC地址且具有三层转发属性的二层转发表项；当虚拟路由器的成员设备的三层以太网接口设置为一个虚拟IP地址对应于三个虚拟MAC地址时，配置单元707在二层转发表设置三个分别对应于每个虚拟MAC地址且具有三层转发属性的二层转发表项。
存储单元706存储有二层转发表的状态下，配置单元707，在二层转发表中配置对应于虚拟MAC地址且出端口包含多个端口705的二层转发表项；转发单元703，根据收到的以太网报文的目的MAC地址，在二层转发表中查找到对应于虚拟MAC地址且出端口包含多个端口705的二层转发表项，则根据负载分担算法在查找到二层转发表项的出端口中选择一个端口。
接入设备的接收单元702通过连接主机的端口701收到来自主机的请求缺省网关MAC地址的ARP请求报文时，转发单元703学习主机的MAC地址，即在二层转发表中配置对应于主机MAC地址的二层转发表项。
当接收单元702通过连接虚拟路由器的主用路由器的端口705收到响应缺省网关MAC地址的ARP响应报文，转发单元703根据学习虚拟路由器的主用路由器的真实MAC地址，即该ARP响应报文的源MAC地址。转发单元703根据已学习的主机MAC地址转发响应缺省网关MAC地址的ARP响应报文。
当接收单元702通过连接虚拟路由器的各成员设备（包括被选举为主用路由器的路由设备以及作为备用路由器的路由设备）的端口705，收到请求主机MAC地址的ARP请求报文，转发单元703学习各成员设备的真实MAC地址，即该ARP响应报文的源MAC地址。当接收单元702通过连接主机的端口701收到来自主机的响应主机MAC地址的ARP响应报文时，转发单元703根据已学习各成员设备的真实MAC地址，发送主机的ARP响应报文至对应的成员设备。
图7所示的接入设备将主机发往缺省网关的进行三层转发的以太网报文通过连接虚拟路由器的各成员设备的等价路径发往某个成员设备。但是接入设备仍是对这些发往缺省网关执行三层转发的以太网报文进行二层转发，需要控制该以太网报文的TTL、VLAN，并且保持这些上行以太网报文的源MAC地址和目的MAC地址不变。
为了更好地减少因虚拟路由器的各成员设备故障而导致的流量中断时间，如图7所示，接入设备进一步可包括：检测单元708，用于检测每个所述端口与每个所述三层以太网接口间链路的状态；检测单元708将检测到的故障链路或故障恢复链路通知转发单元703。转发单元703将检测到的故障链路所连的所述端口从默认路由表项的出端口中删除，以及将检测到的恢复链路所连的所述端口添加为所述默认路由表项的出端口；或者转发单元703，将检测到的故障链路所连的端口从虚拟MAC地址对应的二层转发表项的出端口中删除，以及将检测到的恢复链路所连的所述端口设置为所述虚拟MAC地址对应的二层转发表项的出端口。
需要说明的是，图7所示的各个单元、以及接口均可通过互联机构709相连，具体已在图7示出。
需要说明的是，本发明上述实施例不仅适用于IPv4网络，同样适用于IPv6网络。主机与缺省网关之间可通过ND协议报文请求对方的MAC地址。
由以上技术方案可以看出，本发明中，接入设备可以主机发往缺省网关进行三层转发以太网报文均衡地分担到虚拟路由器的各成员设备。
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，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (4)

1.一种报文转发方法，该方法应用于接入设备，其特征在于，该方法包括：
提供多个端口；
将一个所述端口与设置于虚拟路由器的一个成员设备的一个三层以太网接口连接；其中，所述虚拟路由器的各所述成员设备的三层以太网接口具有相同的虚拟IP地址和虚拟MAC地址；
接收以太网报文；
根据收到的所述以太网报文的目的MAC地址，在二层转发表中查找到所述虚拟MAC地址对应的具有三层转发属性的二层转发表项；
根据收到的以太网报文的目的IP地址在三层转发表中查找到默认路由表项且查找到的默认路由表项的出端口包含所述多个端口；
根据负载分担算法在所述默认路由表项的出端口中选择所述多个端口中的一个所述端口，通过所选的所述端口发送目的MAC地址为所述虚拟MAC地址的以太网报文。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
检测每个所述端口与每个所述三层以太网接口间链路的状态；
将检测到的故障链路所连的所述端口从所述默认路由表项的出端口中删除；
将检测到的恢复链路所连的所述端口添加为所述默认路由表项的出端口。
3.一种接入设备，其特征在于，所述接入设备包括：
多个端口，且一个所述端口与设置于虚拟路由器的一个成员设备的一个三层以太网接口连接；其中，所述虚拟路由器的各所述成员设备的三层以太网接口具有相同的虚拟IP地址和虚拟MAC地址；
存储单元，存储有二层转发表和三层转发表；
配置单元，用于在所述二层转发表中配置对应于所述虚拟MAC地址且具有三层转发属性的二层转发表项；以及在所述三层转发表中配置出端口包含所述多个端口的默认路由表项；
接收单元，用于接收以太网报文；
转发单元，用于根据收到的所述以太网报文的目的MAC地址，在所述二层转发表中查找到对应于所述虚拟MAC地址且具有三层转发属性的二层转发表项，则根据收到的以太网报文的目的IP地址在所述三层转发表中查找到所述默认路由表项，根据负载分担算法在所述默认路由表项的出端口中选择所述端口中的一个所述端口，
发送单元，用于通过所选的所述端口发送目的MAC地址为所述虚拟MAC地址的以太网报文。
4.根据权利要求3所述的接入设备，其特征在于，所述接入设备还包括：
检测单元，用于检测每个所述端口与每个所述三层以太网接口间链路的状态，
所述转发单元，用于将检测到的故障链路所连的所述端口从所述默认路由表项的出端口中删除，以及将检测到的恢复链路所连的所述端口添加为所述默认路由表项的出端口。
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