CN104184664A - 路由转发表项生成方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种路由转发表项生成方法及装置，应用在软件定义网络SDN中的交换机上，所述方法包括：解析控制器下发的流表项配置命令，获得目的IP地址和报文转发参数；根据所述报文转发参数查找ARP表；当查找到与所述报文转发参数匹配的ARP表项后，根据所述APR表项的IP地址与所述目的IP地址创建IP路由表项。应用本发明可以节省ARP表项资源，减少了对交换机系统内存的占用。

Description

路由转发表项生成方法及装置

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及路由转发表项生成方法及装置。

背景技术

SDN(Software Defined Network，软件定义网络)是一种新型的网络架构，通常包含实现控制面功能的控制器(Controller)和若干实现数据面功能的交换机(Switch)。SDN技术中最为流行的是OpenFlow(开放流)协议，在基于OpenFlow协议的SDN中，控制器向交换机下发OpenFlow流表项(FlowEntry，简称流表项)，交换机接收到报文时，通过匹配流表项对报文进行转发。但是由于交换机上可支持的流表项的数量有限，因此可以将控制器下发的流表项转化为路由转发表项，也称为MAC(Media Access Controller，媒体访问控制)-IP(Internet Protocol，互联网协议)转发表项。

发明内容

本发明提供路由转发表项生成方法及装置，以节省ARP表项资源。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种路由转发表项生成方法，所述方法应用在软件定义网络SDN中的交换机上，所述方法包括：

解析控制器下发的流表项配置命令，获得目的IP地址和报文转发参数；

根据所述报文转发参数查找ARP表；

当查找到与所述报文转发参数匹配的ARP表项后，根据所述APR表项的IP地址与所述目的IP地址创建IP路由表项。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种路由转发表项生成装置，所述装置应用在软件定义网络SDN中的交换机上，所述装置包括：

解析单元，用于解析控制器下发的流表项配置命令，获得目的IP地址和报文转发参数；

查找单元，用于根据所述报文转发参数查找ARP表；

创建单元，用于当查找到与所述报文转发参数匹配的ARP表项后，根据所述APR表项的IP地址与所述目的IP地址创建IP路由表项。

本发明实施例中，交换机解析控制器下发的流表项配置命令，获得目的IP地址和报文转发参数后，当查找到与该报文转发参数匹配的ARP表项后，提取该ARP表项中的IP地址作为下一跳IP地址，与该目的IP地址生成IP路由表项，由于可以不再为该流表项生成ARP表项，因此节省了ARP表项资源，减少了对交换机系统内存的占用。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1为将流表项转换为路由转发表项的一种实现方式示意图；

图2为本发明路由转发表项生成方法的一个实施例流程图；

图3为将流表项转换为路由转发表项的另一种实现方式示意图；

图4是本发明路由转发表项生成装置所在设备的一种硬件结构图；

图5是本发明路由转发表项生成装置的一个实施例框图。

具体实施方式

目前，SDN技术中最为流行的是OpenFlow协议，以下将以OpenFlow协议为例进行说明，需要说明的是，本申请并不排除其他能够实现SDN功能的协议。

在基于OpenFlow协议的SDN中，控制平面功能由控制器实现，控制器主要通过OpenFlow流表项向交换机下发报文转发策略；数据转发平面的功能由交换机实现，交换机上的交换芯片按照OpenFlow流表项对报文进行转发，后续将OpenFlow流表项简称为流表项。通常交换机上包括ACL(Access ControlList，访问控制列表)资源和路由转发资源，其中，流表项为一种ACL资源，而由IP路由表项和下一跳ARP表项组成的MAC-IP转发表项为路由转发资源，相较于路由转发资源，ACL资源比较有限，因此在基于OpenFlow协议的SDN中，交换机可以将匹配报文目的IP地址(IP前缀/掩码)和目的MAC地址的流表项转化为MAC-IP转发表项。当交换机接收到控制器下发的流表项配置命令后，从该配置命令中提取目的IP地址(IP前缀/掩码)和转发参数，转发参数包括目的MAC地址、出VLAN和出端口。

在一种生成MAC-IP转发表项的实现方式中，交换机首先生成下一跳ARP(Address Resolution Protocol，地址解析协议)表项，为该ARP表项分配下一跳IP地址，并将提取出的目的MAC地址、出VLAN和出端口写入该ARP表项，然后根据该下一跳IP地址和目的IP地址生成对应该ARP表项的IP路由表项，该ARP表项和IP路由表项通过下一跳IP地址进行关联。参见图1，为将流表项转换为路由转发表项的一种实现方式示意图。在图1中，为三个流表项分别创建了三个IP路由表项，每个IP路由表项对应一个ARP表项，其中，下一跳IP地址分别为0.0.0.1和0.0.0.2对应的ARP表项具有相同的报文转发参数。由此可知，采用上述实现方式会生成与IP路由表项数量一致的ARP表项，但是当不同IP路由表项中目的IP地址对应的转发参数均一致时，会生成多个包含相同转发参数的ARP表项，从而浪费大量ARP表项资源。

在另一种生成MAC-IP转发表项的实现方式中，交换机解析控制器下发的流表项配置命令，获得目的IP地址和报文转发参数，如果查找到ARP表中已经存在报文转发参数与解析出的报文转发参数相同的ARP表项时，则可以不再为该流表项生成ARP表项，只需提取查找到的ARP表项中的IP地址作为下一跳IP地址，与解析出的目的IP地址生成IP路由表项，从而节省ARP表项资源。下面结合具体实施例和附图对上述实现方式进行详细说明。

参见图2，为本发明路由转发表项生成方法的一个实施例流程图，该实施例应用在基于OpenFlow协议的SDN中的交换机上，包括以下步骤：

步骤201：解析控制器下发的流表项配置命令，获得目的IP地址和报文转发参数。

交换机将流表项转换为路由转发表项后，将路由转发表项下发到交换芯片，上述涉及的流表项主要指用于匹配报文目的IP地址的流表项。本发明中当交换机接收到控制器下发的流表项配置命令后，从该配置命令中解析出目的IP地址和报文转发参数，其中，报文转发参数通常包括目的MAC地址、出VLAN和端口号。

步骤202：将至少一个报文转发参数作为关键字计算查找标识。

在获得报文转发参数后，可以采用特定算法对至少一个报文转发参数进行计算得到用于查找ARP表项的查找标识。

在本发明的一个例子中，上述特定算法可以具体为哈希算法，此时可以将不同报文转发参数的组合作为关键字计算哈希值，该哈希值作为查找标识，其中，第一种计算方式可以为：将解析得到的所有报文转发参数，即目的MAC地址、出VLAN和端口号作为关键字计算哈希值；第二种计算方式可以为：仅将目的MAC地址和出VLAN作为关键字计算哈希值，与第一种计算方式相比，第二种计算方式由于关键字较少，因此可以提高哈希值计算效率。

步骤203：判断是否从ARP表中获得表项标识与查找标识相同的ARP表项，若是，则执行步骤204；否则，执行步骤206。

对应于步骤202中的查找标识，本发明中当ARP表中增加新的ARP表项时，可以采用与计算查找标识相同的特定算法，对与计算查找标识相同的报文转发参数进行计算得到ARP表项的表项标识。本步骤中，将查找标识与ARP表中的表项标识进行匹配，当匹配到至少一个ARP表项时，则执行步骤204，当未匹配到任何ARP表项时，则执行步骤206。

在本发明的一个例子中，ARP表中包含的转发参数字段有目的MAC地址字段，出VLAN字段及出端口字段，假设步骤202中采用哈希算法对至少一个报文转发参数进行计算得到作为查找标识的哈希值，则当ARP表中每新增一个ARP表项时，将上述字段对应的至少一个转发参数作为关键字计算哈希值，将计算得到的哈希值作为该ARP表项的表项序号，该表项序号作为ARP表的表项标识，表示了ARP表项在ARP表中的存储位置，在本发明中，不同ARP表项的表项序号可能相同。其中，计算表项序号与步骤202中计算哈希值采用的关键字和哈希算法相同，例如，计算表项序号采用的关键字为目的MAC地址和出VLAN时，则步骤202中也采用解析出的目的MAC地址和出VLAN计算哈希值。将步骤202中计算得到的哈希值与ARP表中的表项序号进行匹配，当匹配到至少一个ARP表项时，则执行步骤204，当未匹配到任何ARP表项时，则执行步骤206。

步骤204：判断是否从获得的ARP表项中查找到与报文转发参数匹配的ARP表项，若是，则执行步骤205；否则，执行步骤206。

在本发明的一个例子中，在获得表项标识与查找标识相同的ARP表项后，将步骤201中解析得到的报文转发参数与获得的ARP表项中的转发参数进行比较，如果存在一个ARP表项，其目的MAC地址、出VLAN和端口号与解析得到的目的MAC地址、出VLAN和端口号均相同，则可以不生成新的ARP表项，直接执行步骤205。

步骤205：将匹配到的APR表项的IP地址作为下一跳IP地址，与目的IP地址创建IP路由表项，将查找到的ARP表项的引用值加1，结束当前流程。

根据步骤204的判断结果，当匹配到ARP表项时，则提取该ARP表项中的IP地址，将该IP地址作为下一跳IP地址，与解析得到的目的IP地址生成IP路由表项。并且，匹配到的ARP表项由于与多个IP路由表项关联，因此每创建一个与该ARP表项关联的IP路由表项时，将该ARP表项的引用值加1，通过该引用值记录与该ARP表项关联的IP路由表项的数量。

步骤206：根据分配的IP地址和转发参数生成ARP表项，以及根据分配的IP地址和目的IP地址创建IP路由表项，并设置该ARP表项的引用值为1，结束当前流程。

在本发明的一个例子中，当步骤203中判断结果为未从ARP表中获得表项标识与查找标识相同的ARP表项，或者步骤204中判断结果为未从获得的ARP表项中查找到与报文转发参数匹配的ARP表项，则交换机除了兼容现有方式生成ARP表项和IP路由表项外，由于该ARP表项为新生成的ARP表项，因此为该ARP表项设置引用值，并将引用值设为1，表示当前有一个IP路由表项与该ARP表项关联。

参见图1示出的实现方式，由于IP路由表项与ARP表项一一对应，因此删除一个IP路由表项，直接删除对应的ARP表项即可，而由上述图2实施例描述可知，该实施例中由于一个ARP表项可能对应多个IP路由表项，而为每个ARP表项设置的引用值记录了与该ARP表项关联的IP路由表项的数量，因此交换机可以对ARP表项的引用值进行维护，当某个IP路由表项被删除时，则将该IP路由表项对应的ARP表项中的引用值减1，当某个ARP表项中的引用值减为0时，说明已经没有与该ARP表项关联的IP路由表项，因此删除该ARP表项。

由上述实施例可见，交换机解析控制器下发的流表项配置命令，获得目的IP地址和报文转发参数后，将至少一个报文转发参数作为关键字计算查找标识，当从ARP表中获得表项标识与查找标识相同的ARP表项，且从该获得的ARP表项中查找与报文转发参数匹配的ARP表项时，提取该ARP表项中的IP地址作为下一跳IP地址，与该目的IP地址生成IP路由表项，由于可以不再为该流表项生成ARP表项，因此节省了ARP表项资源，减少了对交换机系统内存的占用。

参见图3，为应用本发明实施例将流表项转换为路由转发表项的另一种实现方式的示意图，该实现方式以采用通过哈希算法计算的哈希值进行ARP表项查找为例进行描述：

假设交换机接收到三个流表项，其中流表项1的目的IP地址为“4.1.2.0/24”，流表项2的目的IP地址为“4.1.3.0/24”，流表项3的目的IP地址为“4.1.4.0/24。其中，流表项1和流表项2具有相同的目的MAC地址、出VLAN和出端口。

参见图1示出的实现方式，在生成路由转发表项时，为每个流表项生成一个IP路由表项和对应的ARP表项，IP路由表项与ARP表项之间通过下一跳IP地址进行关联。如图1中示例，下一跳IP地址为“0.0.0.1”和“0.0.0.2”的ARP表项具有相同的出端口、目的MAC地址和出VLAN，但生成了两条ARP表项，因此造成交换机上ARP表项资源的浪费。

在图3示出的本发明的一个实现方式中，在每创建一个新的ARP表项时，可以根据该ARP表项中的目的MAC地址和出VLAN为关键字进行哈希运算，将运算得到的哈希值作为该ARP表项的表项序号；当解析接收到的流表项配置命令后，则相应将解析得到的目的MAC地址和出VLAN作为关键字计算哈希值，在查找到表项序号与该哈希值相同的ARP表项时，如果进一步从查找到的ARP表项中匹配到出端口、目的MAC地址和出VLAN与解析出的出端口、目的MAC地址和出VLAN相同的ARP表项，则可以不生成新的ARP表项，而仅生成IP路由表项。如图3中示例，假设ARP表项的表项序号是以出端口和目的MAC为关键字进行哈希运算得到的值；在接收到流表项1后，生成对应表项序号为“0”的ARP表项1，并在该ARP表项1中写入转发参数“出端口1、目的MAC1和出VLAN1”，初始该ARP表项1的引用值为1，并且生成目的IP地址为“4.1.2.0/24”的IP路由表项1；当接收到流表项2后，以流表项2中的出端口1和目的MAC1为关键字计算哈希值为“0”，在已存在的ARP表项中查找到表项序号与哈希值“0”相同的ARP表项1，且流表项2中的出端口1、目的MAC1和出VLAN1均与该ARP表项1中的参数一致，则不再生成新的ARP表项，直接将该ARP表项1的引用值加1，并且生成目的IP地址为“4.1.3.0/24”的IP路由表项2。由此IP路由表项1和IP路由表项2均关联到ARP表项1，从而节省了交换机上的ARP表项资源。

与前述路由转发表项生成方法的实施例相对应，本公开还提供了路由转发表项生成装置的实施例。

本发明路由转发表项生成装置的实施例可以应用在SDN中的交换机上。装置实施例可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。以软件实现为例，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在设备的CPU将非易失性存储器中对应的计算机程序指令读取到内存中运行形成的。从硬件层面而言，如图4所示，为本发明路由转发表项生成装置所在设备的一种硬件结构图，除了图4所示的CPU、内存以及非易失性存储器之外，实施例中装置所在的设备通常还可以包括其他硬件。

参见图5，为本发明路由转发表项生成装置的实施例框图，该实施例可以应用在SDN中的交换机上。

该装置包括：解析单元510、查找单元520和创建单元530。

其中，解析单元510，用于解析控制器下发的流表项配置命令，获得目的IP地址和报文转发参数；

查找单元520，用于根据所述报文转发参数查找ARP表；

创建单元530，用于当查找到与所述报文转发参数匹配的ARP表项后，根据所述APR表项的IP地址与所述目的IP地址创建IP路由表项。

进一步，所述装置还可以包括：

维护单元540，用于当所述ARP表项初始创建时，设置所述ARP表项的引用值为1；当根据所述APR表项的下一跳IP地址与所述目的IP地址创建IP路由表项后，将所述ARP表项的引用值加1；当删除所述IP路由表项后，将所述IP路由表项对应的ARP表项中的引用值减1；当所述ARP表项的引用值为0时，删除所述ARP表项。

进一步，所述创建单元530，还可以用于当未查找到与所述报文转发参数匹配的ARP表项时，根据分配的IP地址和所述转发参数生成ARP表项，并根据所述分配的IP地址和所述目的IP地址创建IP路由表项。

在一个实现方式中：

所述解析单元510获得的报文转发参数可以包括：目的MAC地址、出VLAN和出端口；

所述查找单元520可以包括(图5中未示出)：

计算子单元，用于将至少一个报文转发参数作为关键字计算查找标识；

查找子单元，用于当从所述ARP表中获得表项标识与所述查找标识相同的ARP表项时，从获得的ARP表项中查找与所述报文转发参数匹配的ARP表项。

上述装置中各个单元的功能和作用的实现过程具体详见上述方法中对应步骤的实现过程，在此不再赘述。

由上述实施例可见，在解析控制器下发的流表项配置命令，获得目的IP地址和报文转发参数后，当查找到与该报文转发参数匹配的ARP表项后，提取该ARP表项中的IP地址作为下一跳IP地址，与该目的IP地址生成IP路由表项，由于可以不再为该流表项生成ARP表项，因此节省了ARP表项资源，减少了对交换机系统内存的占用。

对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本公开方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种路由转发表项生成方法，应用在软件定义网络SDN中的交换机上，其特征在于，所述方法包括：

解析控制器下发的流表项配置命令，获得目的IP地址和报文转发参数；

根据所述报文转发参数查找ARP表；

当查找到与所述报文转发参数匹配的ARP表项后，根据所述APR表项的IP地址与所述目的IP地址创建IP路由表项。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述报文转发参数包括：目的MAC地址、出VLAN和出端口；

所述根据所述报文转发参数查找ARP表包括：

将至少一个报文转发参数作为关键字计算查找标识；

当从所述ARP表中获得表项标识与所述查找标识相同的ARP表项时，从获得的ARP表项中查找与所述报文转发参数匹配的ARP表项。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

当所述ARP表项初始创建时，设置所述ARP表项的引用值为1；

当根据所述APR表项的下一跳IP地址与所述目的IP地址创建IP路由表项后，将所述ARP表项的引用值加1。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

当删除所述IP路由表项后，将所述IP路由表项对应的ARP表项中的引用值减1；

当所述ARP表项的引用值为0时，删除所述ARP表项。

5.根据权利要求1至4任一所述的方法，其特征在于，还包括：

当未查找到与所述报文转发参数匹配的ARP表项时，根据分配的IP地址和所述转发参数生成ARP表项；

根据所述分配的IP地址和所述目的IP地址创建IP路由表项。

6.一种路由转发表项生成装置，所述装置应用在软件定义网络SDN中的交换机上，其特征在于，所述装置包括：

解析单元，用于解析控制器下发的流表项配置命令，获得目的IP地址和报文转发参数；

查找单元，用于根据所述报文转发参数查找ARP表；

创建单元，用于当查找到与所述报文转发参数匹配的ARP表项后，根据所述APR表项的IP地址与所述目的IP地址创建IP路由表项。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述解析单元获得的报文转发参数包括：目的MAC地址、出VLAN和出端口；

所述查找单元包括：

计算子单元，用于将至少一个报文转发参数作为关键字计算查找标识；

查找子单元，用于当从所述ARP表中获得表项标识与所述查找标识相同的ARP表项时，从获得的ARP表项中查找与所述报文转发参数匹配的ARP表项。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

维护单元，用于当所述ARP表项初始创建时，设置所述ARP表项的引用值为1；当根据所述APR表项的下一跳IP地址与所述目的IP地址创建IP路由表项后，将所述ARP表项的引用值加1。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述维护单元，还用于当删除所述IP路由表项后，将所述IP路由表项对应的ARP表项中的引用值减1；当所述ARP表项的引用值为0时，删除所述ARP表项。

10.根据权利要求6至9任一所述的装置，其特征在于，还包括：

所述创建单元，还用于当未查找到与所述报文转发参数匹配的ARP表项时，根据分配的IP地址和所述转发参数生成ARP表项，并根据所述分配的IP地址和所述目的IP地址创建IP路由表项。