CN105991446A - Trill网络中三层组网及数据处理方法、设备和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TRILL网络中三层组网及数据处理方法、设备和系统，用以实现TRILL网络的三层路由转发不再增加额外的设备作网关，简化网络结构。TRILL网络中三层组网方法，包括：将至少两个汇聚设备通过物理传输介质连接后得到虚拟网关设备；利用预设算法获得所述虚拟网关设备的媒体访问控制MAC地址；在所述虚拟网关设备包含的各汇聚设备之间同步所述虚拟网关设备的MAC地址和互联网协议IP地址。

Description

TRILL网络中三层组网及数据处理方法、设备和系统

技术领域

本发明涉及计算机网络通信技术领域，尤其涉及一种TRILL网络中三层组网及数据处理方法、设备和系统。

背景技术

典型的数据中心内部包括服务器计算节点及数据中心交换网络，数据中心交换网包括接入层设备、汇聚层设备和核心层设备。在传统的数据中心组网中，如果为二层组网，由于二层的数据转发依据MAC(Media Access Control，媒体访问控制)地址，而MAC地址的学习依据广播泛洪机制，二层环路将带来网络广播风暴，导致网络瘫痪。为了解决二层环路，生成树(SPT)技术应用而生，但生成树保证端到端的路径只能有一条处于转发状态，链路使用率低，并且网络故障的收敛时间慢。在虚拟化部署的数据中心中，MAC地址表项成倍增加，要求网络中的设备需要很大的地址表项空间，成本很高。如果为三层组网，则地址的分配复杂，不像二层可以即插即用。随着数据中心虚拟化及数据中心东西向流量增大，业务迁移随处可见，这就要求大二层组网，三层组网并不适合。

鉴于以上问题，TRILL(Transparent Interconnection of lots of links，多链路透明互联)技术开始应用于数据中心网络。TRILL是IETF为实现数据中心大二层扩展制定的一个标准。其核心思想是将成熟的三层路由的控制算法引入到二层交换中，将原先的L2报文加一个新的封装(隧道封装)，转换到新的地址空间上进行转发。而新的地址有与IP类似的路由属性，具备大规模组网、最短路径转发、等价多路径、快速收敛、易扩展等诸多优势，从而规避STP(Spanning Tree Protocol，生成树协议)/MSTP(Multi-Spanning Tree Protocol，多生成树协议)等技术的缺陷，实现健壮的大规模二层组网。

如图1所示，为TRILL网络的结构示意图，TRILL网络由支持TRILL功能的网络节点(Routing Bridge简称RBridge或RB)组成，RB类似一个IP路由器，每个节点均有16bit长的Nickname，Nickname可以自动选举也可以手工配置，是路由计算和转发的基础。TRILL网络在控制层面形成主要的两个表项。

1)TRILL网络通过扩展ISIS(Intermediate system to intermediate system，中间系统到中间系统)生成的TRI ll路由转发表，该路由表包括目的Nickname和出口下一跳，ISIS通过邻居发现获得邻接的Nickname，并对外公告它所发现的所有邻居，ISIS通过SPF(最短路径算法)计算获得到达各个Nickname的路径，并以此生成Tri ll路由转发表。

2)TRILL网络通过TRILL协议中建议使用的ESADI(End Station AddressDistribution Information，终端地址交互协议)协议或者类似传统的广播学习手段生成MAC表，该表包括VLAN(Virtual Local Area Network，虚拟局域网)标识、MAC地址、端口及Nickname，ESADI协议目前是通过ISIS扩展来实现，ISIS扩展字段携带出口Nickname及下挂的MAC地址。如果是通过学习获得，那流程为RB接收到一个TRILL报文时，当报文的Inter.VLAN为该RB所关心的VLAN，则进行MAC地址的学习，这样就不需要额外的ESADI协议支持。通过封装TRILL封装后，外层二层信息可能带有VLAN字段，而原始报文VLAN字段即为Inter.VLAN。

如图1所示，终端1的IP地址为IP1，其MAC地址为MAC1，类似地，终端3的IP地址为IP3，其MAC地址为MAC3。终端1想与终端3通信，包括以下步骤：

步骤一、终端1请求终端3的IP3对应MAC地址，由于ARP请求为广播报文，其在TRILL网络中的转发依据TRILL多播树，TRILL网络多播树也是通过控制层面形成。

步骤二、终端1将数据报文转发至RB3后，RB3查看MAC表(如表1所示)，获得MAC3下一跳为RB5。

表1

Vlan	MAC地址	下一跳
			10	MAC1	local
10	MAC2	local
			10	MAC3	RB5

然后RB3查路由转发表(如表2所示)，获得下一跳为RB1或者RB2，根据负载分担算法，选择其中一条路径，如选择RB1。

表2

RB Nickname地址	下一跳
		RB1	接口1
RB2	接口2
		RB5	RB1
RB5	RB2

步骤三、RB3依据图2的TRILL报文格式封装报文，转发至RB1，其中TRILL头中的Egress RB Nickname为RB5，Ingress RB Nickname为RB3，目的MAC地址为RB1的MAC地址，源MAC地址为RB3的MAC地址。其中RB Nickname在转发路径中不再改变，MAC地址将逐跳改变。

步骤四、RB1收到报文后，发现Egress RB Nickname为RB5，同理查路由转发表，得知RB5为直连，依据图2的TRILL报文格式，只修改外层MAC地址后，转发给RB5。

步骤五、RB5收到报文后，发现Egress RB Nickname是自己，拆封掉外层TRILL包装，获得原始报文，原始报文的MAC地址为MAC3，RB5查看MAC表进行传统的二层数据报文转发。

采用TRILL的数据中心组网，不再依靠生成树保证无环网络，形成多路径转发的大二层网络，由于原始数据报文在TRILL网络中被封装了头部，其地址信息不再是TRILL网络转发的依据，所以虚拟机迁移不再受到交换网络的限制，并且除TRILL网络边缘设备外，TRILL网络内的其余设备均不再依据MAC转发，而是依据Nickname，所以降低了设备对MAC地址空间的要求，这在虚拟机环境的数据中心降低了网络建设成本。

但是在TRILL网络中，本地网络中跨VLAN的、以及本地与外部网络之间的三层流量需要三层网关设备处理，对于这种三层流量，理论上处理方式应为：接入层RB收到主机发来的报文后，将其封装成TRILL报文发送至网关RB，网关RB将其解封装后再进行三层转发。但目前由于RB上的交换芯片存在限制，使TRILL报文解封装后无法再进行三层查表转发，反之报文进行三层处理后无法再进行TRILL封装，因此RB无法实现三层流量的正常转发。

为了解决这个问题，TRILL网络中需要在汇聚交换机之上再增加单独的设备形成网关层，相应的网络结构示意图如图3所示，需要进行三层转发的报文，RB1和RB2拆封TRILL封装之后交给网关(GW)进行三层查找转发，对于TRILL网络数据处理流程，网关类似于接入终端。这种组网方式中，网络设备臃肿，成本较高；并且多个网关之间只能备份，不能同时响应来自同一VLAN的网关请求，如终端在VLAN10内，网关为10.1.1.1，则该地址只能设置在GW1或GW2上，否则ARP请求将获得两个MAC地址，导致无法进行数据转发，在网关之间无法进行负载均衡。

发明内容

本发明实施例提供一种TRILL网络中三层组网及数据处理方法、设备和系统，用以实现TRILL网络的三层路由转发不再增加额外的设备作网关，简化网络结构。

本发明实施例提供一种TRILL网络中三层组网方法，包括：

将至少两个汇聚设备通过物理传输介质连接后得到虚拟网关设备；

利用预设算法获得所述虚拟网关设备的媒体访问控制MAC地址；

在所述虚拟网关设备包含的各汇聚设备之间同步所述虚拟网关设备的MAC地址和互联网协议IP地址。

本发明实施例提供一种基于上述组网方法的报文处理方法，包括：

终端设备在需要与对端设备进行通信时，判断所述对端设备的互联网协议IP地址与自身的IP地址是否属于同一网段；

在判断结果为否时，所述终端设备广播发送ARP请求报文，所述ARP请求报文中所请求解析的IP地址为所述虚拟网关设备的IP地址。

所述终端设备接收所述虚拟网关设备针对所述ARP请求报文返回的应答报文，所述应答报文中携带有所述虚拟网关设备的媒体访问控制MAC地址。

所述终端设备向所述对端设备发送数据报文，所述数据报文中携带的目的MAC地址为所述虚拟网关设备的MAC地址。

本发明实施例提供一种基于上述组网方法的报文处理方法，包括：

接入设备接收终端设备发送的ARP请求报文，所述ARP请求报文所请求的互联网协议IP地址为所述虚拟网关设备的IP地址；

对所述ARP请求报文进行多链路透明互联TRILL封装后发送给所述虚拟网关设备。

所述虚拟网关设备的MAC地址中包含用于标识所述虚拟网关设备的虚拟网关专用标识；以及

所述方法，还包括：

所述接入设备接收终端设备发送的数据报文；

如果所述接入设备根据所述虚拟网关设备的虚拟网关专用标识确定所述数据报文中携带的目的媒体访问控制MAC地址为所述虚拟网关设备的MAC地址，则所述接入设备根据所述目的MAC地址直接转发所述数据报文。

本发明实施例提供一种基于上述组网方法的报文处理方法，包括：

所述虚拟网关设备接收ARP请求报文，所述ARP请求报文为所述终端设备确定进行通信的对端设备的互联网协议IP地址与所述终端设备的IP地址不属于同一网段时发送的；

所述虚拟网关设备确定所述ARP请求报文所请求解析的IP地址为自身的IP地址时，向所述终端设备返回应答报文。

所述虚拟网关设备确定所述ARP请求报文所请求的互联网协议IP地址为自身的IP地址时，向所述终端设备返回应答报文，具体包括：

组成所述虚拟网关设备的至少两个汇聚设备根据预先协商的负载均衡应答算法，确定应答所述ARP请求报文的汇聚设备；

由确定出的汇聚设备向所述终端设备返回应答报文。

所述方法，还包括：

所述虚拟网关设备接收所述终端设备发送的数据报文，所述数据报文为所述终端设备确定进行通信的对端设备的互联网协议IP地址与所述终端设备的IP地址不属于同一网段时发送的，所述数据报文中携带的目的媒体访问控制MAC地址为所述虚拟网关设备的MAC地址；

根据所述数据报文的目的IP地址转发所述数据报文。

本发明实施例提供一种TRILL网络中三层组网装置，将至少两个汇聚设备通过物理传输介质连接后得到虚拟网关设备；

所述装置，包括：

获得单元，用于利用预设算法获得所述虚拟网关设备的媒体访问控制MAC地址，所述MAC地址中包含用于标识所述虚拟网关设备的虚拟网关专用标识；

同步单元，用于在所述虚拟网关设备包含的各汇聚设备之间同步所述虚拟网关设备的MAC地址和互联网协议IP地址。

本发明实施例提供一种终端设备，包括：

判断单元，用于在所述终端设备需要与对端设备进行通信时，判断所述对端设备的互联网协议IP地址与所述终端设备的IP地址是否属于同一网段；

发送单元，用于在所述判断单元的判断结果为否时，广播发送ARP请求报文，所述ARP请求报文中所请求解析的IP地址为利用上述组网方法得到的虚拟网关设备的IP地址。

所述终端设备，还包括：

接收单元，用于接收所述虚拟网关设备针对所述ARP请求报文返回的应答报文，所述应答报文中携带有所述虚拟网关设备的媒体访问控制MAC地址。

所述发送单元，还用于向所述对端设备发送数据报文，所述数据报文中携带的目的MAC地址为所述虚拟网关设备的MAC地址。

本发明实施例提供一种接入设备，包括：

接收单元，用于接收终端设备发送的ARP请求报文，所述ARP请求报文所请求的互联网协议IP地址为利用上述组网方法得到的虚拟网关设备的IP地址；

报文处理单元，用于对所述ARP请求报文进行多链路透明互联TRILL封装后发送给所述虚拟网关设备。

所述虚拟网关设备的MAC地址中包含用于标识所述虚拟网关设备的虚拟网关专用标识；以及

所述接收单元，还用于接收终端设备发送的数据报文；

所述报文处理单元，还用于如果所述数据报文中携带的目的媒体访问控制MAC地址为所述虚拟网关设备的MAC地址，则根据所述目的MAC地址直接转发所述数据报文。

本发明实施例提供一种虚拟网关设备，包括：

接收单元，用于接收ARP请求报文，所述ARP请求报文为终端设备确定进行通信的对端设备的互联网协议IP地址与所述终端设备的IP地址不属于同一网段时发送的；

应答单元，用于确定所述ARP请求报文所请求解析的IP地址为自身的IP地址时，向所述终端设备返回应答报文。

所述应答单元包括：

确定子单元，用于与组成所述虚拟网关设备的其他汇聚设备根据预先协商的负载均衡应答算法，确定是否需要自身所在的汇聚设备应答所述ARP请求报文；

应答子单元，用于若确定子单元确定需要自身所在的汇聚设备应答所述ARP请求报文时，向所述终端设备返回应答报文。

所述虚拟网关设备，还可以包括：

所述接收单元，还用于接收所述终端设备发送的数据报文，所述数据报文为所述终端设备确定进行通信的对端设备的互联网协议IP地址与所述终端设备的IP地址不属于同一网段时发送的，所述数据报文中携带的目的媒体访问控制MAC地址为所述虚拟网关设备的MAC地址；

所述发送单元，用于根据所述数据报文的目的IP地址转发所述数据报文。

本发明实施例提供一种报文处理系统，包括上述的终端设备、接入设备和虚拟网关设备。

本发明实施例提供的TRILL网络中三层组网及数据处理方法、设备和系统，将至少两个汇聚设备通过物理传输介质连接后得到虚拟网关设备，根据预设算法生成虚拟网管设备的MAC地址，TRILL网络中的各网络节点(包括终端设备和接入设备)通过识别MAC地址判断所处理的报文是否需要进行三层处理，并根据判断结果进行相应报文处理，由于上述过程中，使用汇聚设备作为虚拟网关设备进行三层报文处理，而无需增加额外的设备，简化了TRILL网络的网络结构。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中，TRILL网络的结构示意图；

图2为现有技术中，TRILL报文格式封装报文；

图3为现有技术中，增加了网关设备的TRILL网络的结构示意图；

图4为本发明实施例中，TRILL网络三层组成的网络结构示意图；

图5为本发明实施例中，TRILL网络中三层组网方法的实施流程示意图；

图6为本发明实施例中，报文处理方法的实施发流程示意图；

图7为本发明实施例中，TRILL网络中三层组网装置的结构示意图；

图8为本发明实施例中，终端设备实施报文处理方法的实施流程示意图；

图9为本发明实施例中，接入设备实施报文处理方法的实施流程示意图；

图10为本发明实施例中，虚拟网关设备实施报文处理方法的实施流程示意图；

图11为本发明实施例中，终端设备的结构示意图；

图12为本发明实施例中，接入设备的结构示意图；

图13为本发明实施例中，虚拟网关设备的结构示意图；

图14为本发明实施例中，报文处理系统的结构示意图。

具体实施方式

为了实现TRILL网络的三层路由转发不再增加额外的设备做网关，简化网络结构，降低网络建设成本，本发明实施例提供一种TRILL网络中三层组网及数据处理方法、设备和系统。

为了更好的理解本发明实施例，以下首先介绍传统的数据报文转发流程：如果需要进行通信的两个终端设备属于同一VLAN(虚拟局域网)时，即需要进行通信的两个通信设备的IP地址属于同一网段，则可以直接通过ARP请求报文获得对端设备的MAC地址，然后进行报文封装，报文传输路径上的中间设备只需要进行二层转发即可，二层转发依据MAC地址表，MAC地址表主要依靠前面ARP广播学习获得。

如果进行通信的两个终端设备不属于同一VLAN，其中，两者可以分别属于本地网络的不同VLAN，也可以分别属于本地网络和外部网络，则需要进行三层转发，这种情况下，网络中必须有三层网关路由设备进行三层转发，并且ARP请求报文也必须是请求解析三层网关路由设备的地址。

二层转发中，数据报文的MAC地址信息、IP地址信息端到端不会改变；而三层转发中报文的MAC地址信息逐跳改变，IP地址端到端不改变。

三层设备将报文的目的IP地址作为前缀查找路由转发表获得下一跳IP地址，而通过ARP请求获得下一跳IP地址需要封装的目的MAC地址，数据报文的源MAC地址为自己的MAC地址。

TRILL网络中的数据转发：TRILL的引入将原始的数据报文进行TRILL封装，使得对TRILL设备不可见，TRILL网络内进行类似三层的路由转发，RB的Nickname类似于IP地址。数据报文的转发依据TRILL报文中的Nickname，TRILL网络中，数据报文的MAC地址信息也是逐跳改变的。如果需要在TRILL网络中实现三层转发处理，则需要在TRILL网络中引入用于进行三层报文转发处理的网关设备。引入网关设备后，一方面使得网络结构臃肿，且组网成本较高；另一方面，多个网关设备之间只能备份，不能响应来自同一VLAN的ARP请求，否则，请求方将获得两个MAC地址，导致请求方后续无法正确的进行数据转发。

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种在TRILL网络中进行三层路由转发的组网方法，可实现三层网关和汇聚RB在同一设备上实现且多台网关可以进行负载分担。报文从终端转发到接入RB之后，判断该报文在整个数据转发过程中为本地的二层流量转发，还是本地网络中跨VLAN的、以及本地与外部网络之间的三层流量转发。

如果为二层流量转发，则根据现有技术进行TRILL封装转发；如果需要网关设备进行三层处理转发，则接入RB不进行TRILL封装，而是直接将报文转发至网关设备(由汇聚RB虚拟得到)，但仍然可实现多路径转发至多个网关设备。为了实现上述目的，汇聚RB虚拟得到的网关设备和接入RB通过配合，使得接入RB提前知道数据报文是否需要进行三层转发，当接入RB获知数据报文的二层封装中目的MAC地址是网关设备的特殊MAC地址时即可确定该数据报文需要进行三层转发。组成网关设备的多个汇聚RB之间通过特定同步机制，保证能同时处理对同一网关地址的报文请求及数据报文的转发。

以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明，并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图4所示，为本发明实施例提供的TRILL网络中三层组网的网络结构示意图，将至少两个汇聚设备通过物理传输介质连接形成虚拟网关设备。图4中，将图1所示TRILL网络中的两台汇聚RB通过物理传输介质连接形成虚拟的一台网关设备，RB1和RB2即为该虚拟网关设备的成员RB，两者同步网关IP地址和MAC地址：如对于VLAN10，网关IP地址均为10.1.1.1，并按照特定算法生成虚拟的MAC地址，48位MAC地址设定前24位加上后24位，其中前24位可以为该虚拟网关设备的专用标识。

在整个组网中，各网络设备均可通过虚拟网关设备的专用MAC地址识别虚拟网关设备，以确定待处理的数据报文是否需要进行三层转发处理，如果需要进行三层转发处理，则不对数据报文进行TRILL进行封装，如果不需要进行三层转发处理，则对数据报文进行TRILL进行封装，即通过识别该24位地址判断是否需要对数据报文进行TRILL封装，如果识别到虚拟网关设备的专用MAC地址，则不进行TRILL封装，否则对数据报文进行TRILL封装。虚拟网关设备的MAC地址的后24位可以通过该虚拟网关设备的IP地址按照一定的算法获得，可用于区别各个网关。

具体实施时，还可以使用其他方法生成虚拟网关设备的MAC地址，生成的MAC地址只需要满足在组网汇中，其他设备可以识别出其为虚拟网关设备的专用MAC地址即可，本发明实施例对此不做限定。

基于此，如图5所示，本发明实施例提供一种TRILL网络中三层组网方法的实施流程示意图，可以包括以下步骤：

S51、将至少两个汇聚设备通过物理传输介质连接后得到虚拟网关设备。

具体实施时，物理传输介质还可以作为各汇聚设备之间的心跳线，各汇聚设备之间通过心跳线可以协商负载均衡应答算法，以及接入各接入RB的终端的MAC地址等。

组成虚拟网关设备的每一汇聚设备可以称为该虚拟网关设备的成员设备，各成员设备使用相同的IP地址和MAC地址。

S52、利用预设算法获得虚拟网关设备的MAC地址。

其中，虚拟网关设备的MAC地址中包含用于标识所述虚拟网关设备的虚拟网关专用标识。

S53、在虚拟网关设备包含的各汇聚设备之间同步虚拟网关设备的MAC地址和IP地址。

基于图4所示的网络结构示意图，本发明实施例还提供了一种数据处理方法，如图6所示，可以包括以下步骤：

S61、终端设备在需要与对端设备进行通信时，判断对端设备的IP地址与自身的IP地址是否属于同一网段，如果否，执行步骤S62，如果是，执行步骤S63。

以图4为例，假设终端1需要与终端3进行通信，首先需要解析IP地址对应的MAC地址，用来进行二层封装。

具体实施时，解析谁的IP地址需要终端1判断终端3的IP地址与自身(终端1)的IP地址是否属于同一网段，即判断终端1和终端3是否属于同一VLAN，还是分别属于不同的VLAN或者分别属于本地网络和外部网络。

S62、终端设备广播发送ARP请求报文，请求解析虚拟网关设备的IP地址，并执行步骤S64。

延续上例，如果终端1和终端3不在同一VLAN，即终端1的IP地址和终端3的IP地址不属于同一网段，终端1请求解析虚拟网关设备的IP地址(假设为10.1.1.1)对应的MAC地址。

具体的，终端1发送的ARP请求报文中源MAC地址为终端1的MAC地址，目的MAC地址为广播地址；源IP地址为终端1的IP地址，目的IP地址为广播地址，而由于ARP请求报文为广播发送，广播发送的报文无法跨网段传播，因此ARP请求中的需要解析的IP地址为虚拟网关设备的IP地址。

但是，由于该ARP报文的二层目的MAC地址为广播地址，接入RB(RB3)在接收到终端1广播发送的ARP请求报文后，依旧进行TRILL封装后再进行广播转发。汇聚RB(虚拟网关设备的成员设备)在接收到ARP请求报文后拆封装发现该ARP请求报文请求的是自己的MAC地址，则做ARP应答，应答的MAC地址为虚拟网关设备的MAC地址。

由于ARP请求报文为广播报文，组成虚拟网关设备的成员设备(RB1和RB2)都将接收到ARP请求报文。较佳的，为了避免ARP应答重复，组成虚拟网关设备的成员设备之间可以通过心跳线预先协商负载均衡应答算法，由组成虚拟网关设备的其中一个成员设备应答即可，即RB1和RB2之间可以按照预先协商一致的负载均衡应答算法进行负载均衡应答。

例如，组成虚拟网关设备的成员设备可以根据发起ARP请求报文的IP地址奇偶检验位进行ARP应答。具体的，如果发起ARP请求报文的IP地址奇偶检验为奇数的由RB1来应答，为偶数的由RB2来应答。该负载均衡应答算法在虚拟网关设备的各成员设备(图4中的RB1和RB2)之间通过心跳线协商达成一致。成员设备之间也必须同步终端1的MAC地址信息。

具体实施时，组成虚拟网关设备的成员设备之间还可以通过其它负载均衡应答算法来进行负载均衡应答，本发明实施例对此不做限定。

S63、终端设备按照现有技术流程广播发送ARP请求报文，请求解析对端设备的IP地址，流程结束。

具体的，如果终端1和终端3在同一VLAN即终端1的IP地址和终端3的IP地址属于同一网段，终端1广播发送ARP(地址解析协议)请求报文，请求解析终端3的IP地址对应的MAC地址。

即终端1发送的ARP请求报文中源MAC地址为终端1的MAC地址，目的MAC地址为广播地址；源IP地址为终端1的IP地址，目的IP地址为广播地址，ARP请求中的需要解析的IP地址即为终端3的IP地址。

当接入RB(即图4中的RB3)接收到该ARP请求之后，进行TRILL封装并进行广播转发，报文传输路径上的RB设备依据现有的TRILL标准进行报文处理转发，直至终端1获得终端3的MAC地址。

由此可见，经过步骤S63之后，终端1将获得终端3的MAC地址，此后，终端1可以向终端3发送携带数据的数据报文。

在获得了通信对端设备的MAC地址之后，终端设备即可根据获得的MAC地址向对端设备发送数据报文。

由于当需要进行通信的两个终端设备属于同一VLAN的数据报文转发流程与现有技术相同，这里不再赘述。

S64、终端设备根据获得的MAC地址向对端设备发送数据报文，数据报文的目的MAC地址为虚拟网关设备的MAC地址。

具体实施时，在发送ARP请求报文获得了所请求解析的IP地址对应的MAC地址之后，终端设备即可与对端设备进行通信，即向对端设备发送携带数据的数据报文。

延续上例，终端1向终端3发送携带数据的数据报文，其中，报文的目的MAC地址为步骤S62中获得的虚拟网关设备的MAC地址，目的IP地址为终端3的IP地址，RB3(接入RB)收到数据报文之后，发现数据报文中的目的MAC地址为虚拟网关设备的MAC地址，则不进行TRILL封装，但仍然可以多路径转发至RB1和RB2，RB1和RB2识别出数据报文中携带的MAC地址为虚拟网关设备的MAC地址，按照传统方式进行三层报文转发处理，即去掉二层报文头，根据数据报文中携带的目的IP地址查看路由转发表，并据此进行路由转发处理，后续设备也不再进行TRILL封装而直接进行转发处理即可。

具体实施时，当需要进行通信的终端设备分别属于本地网络和外部网络时的通信流程，与两者属于不同VLAN的通信流程相同，其报文处理流程可以参见上述进行通信的终端设备不属于同一VLAN时的报文处理流程，这里不再赘述。

根据本发明实施例提供的技术方案，在数据中心网络组网中，多台汇聚RB设备通过同步形成一台虚拟网关设备，使用同一个网关IP地址，并按照预设算法生成虚拟网关设备的MAC地址，组成虚拟网关设备的各RB设备之间按照特定算法进行负载均衡进行ARP应答，终端MAC地址等信息在网关成员之间进行同步。由于虚拟网关设备的MAC地址为特殊格式的地址，组网中其他设备均可识别，接入RB通过判断MAC地址来区分该报文是否将会进行三层转发，若为三层转发则不进行TRILL封装，但仍然可以进行负载分担到不同的网关成员RB，实现汇聚RB充当网关角色，不再需要单独的网关设备。

在需要进行数据报文转发时，当进行通信的两个终端设备的IP地址属于同一网段时，即通信的两个终端属于同一VLAN，这种情况下只需要进行二层数据报文转发，接入RB在接收到终端发送的数据报文时，对接收到的数据报文进行TRILL封装并根据现有技术中的报文准发流程将数据报文转发给汇聚RB，由汇聚RB继续进行转发；当进行通信的两个终端设备的IP地址不属于同一网段时，两个终端可能分别属于本地网络的不同VLAN，也可能是分别属于本地网络与外地网络，这种情况，需要进行三层数据报文转发处理，此时，接入RB在接收到终端设备发送的数据报文时，不再进行TRILL封装，而是直接将报文转发给由汇聚RB虚拟得到的虚拟网关设备进行三层数据报文转发处理，即虚拟网关设备去掉二层报文头，根据目的IP地址查看进行路由转发表，并根据查找结果继续进行转发。

由此实现了无需增加额外设备作为网关设备进行三层报文转发处理，简化了网络结构。同时，由多个汇聚设备虚拟而成的虚拟网关设备之间，可以按照预先协商的负载均衡应答算法进行负载均衡。上述过程，通过特殊的协议处理机制，使得网关双活，降低了网关的业务处理及数据转发瓶颈，实现三层转发的多路径。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种TRILL网络中三层组网装置以及分别由终端设备、接入设备和虚拟网关设备实施的报文处理方法、系统和相关设备，由于上述方法、装置、系统及设备解决问题的原理与上述的报文处理方法相似，因此上述方法、装置、系统及设备的实施可以参见上述的报文处理方法的实施，重复之处不再赘述。

如图7所示，TRILL网络中三层组网装置的结构示意图，TRILL网络中三层组网中，将至少两个汇聚设备通过物理传输介质连接后得到虚拟网关设备。所述TRILL网络中三层组网装置，包括：

获得单元71，用于利用预设算法获得所述虚拟网关设备的MAC地址。其中，虚拟网关设备的MAC地址中包含用于标识所述虚拟网关设备的虚拟网关专用标识；

同步单元72，用于在所述虚拟网关设备包含的各汇聚设备之间同步所述虚拟网关设备的MAC地址和互联网协议IP地址。

为了描述的方便，以上各部分按照功能划分为各模块(或单元)分别描述。当然，在实施本发明时可以把各模块(或单元)的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。

如图8所示，为基于图4所示的网络结构，终端设备实施报文处理方法的实施流程示意图，包括以下步骤：

S81、终端设备在需要与对端设备进行通信时，判断所述对端设备的互联网协议IP地址与自身的IP地址是否属于同一网段，如果是，执行步骤S82，如果否，执行步骤S83。

S82、终端设备广播发送ARP请求报文，ARP请求报文中所请求解析的IP地址为通信对端设备的IP地址，流程结束。

S83、终端设备广播发送ARP请求报文，ARP请求报文中所请求解析的IP地址为虚拟网关设备的IP地址。

具体实施时，本发明实施例提供的终端设备实施的报文处理方法，还可以包括以下步骤：终端设备接收虚拟网关设备针对所述ARP请求报文返回的应答报文，所述应答报文中携带有所述虚拟网关设备的媒体访问控制MAC地址。

终端设备在获得的请求解析的IP地址对应的MAC地址后，其实施的报文处理方法还可以包括以下步骤：终端设备向所述对端设备发送数据报文，数据报文中携带的目的MAC地址为虚拟网关设备的MAC地址。

如图9所示，为接入设备基于图4所示的网络结构实施报文处理方法的实施流程示意图，包括以下步骤：

S91、接入设备接收终端设备发送的ARP请求报文。

所述ARP请求报文所请求的互联网协议IP地址为所述虚拟网关设备的IP地址。

S92、对所述ARP请求报文进行TRILL封装后发送给所述虚拟网关设备。

具体实施时，虚拟网关设备的MAC地址中包含用于标识所述虚拟网关设备的虚拟网关专用标识，基于此，接入设备实施的报文处理方法还可以包括以下步骤：

步骤一、接入设备接收终端设备发送的数据报文；

步骤二、如果接入设备根据虚拟网关设备的虚拟网关专用标识确定接收到的数据报文中携带的目的MAC地址为虚拟网关设备的MAC地址，则所述接入设备根据目的MAC地址直接转发数据报文。

如图10所示，为虚拟网关设备基于图4所示的网络结构实施报文处理方法的实施流程示意图，可以包括以下步骤：

S101、虚拟网关设备接收ARP请求报文，所述ARP请求报文为所述终端设备确定进行通信的对端设备的互联网协议IP地址与所述终端设备的IP地址不属于同一网段时发送的。

S102、虚拟网关设备确定所述ARP请求报文所请求解析的IP地址为自身的IP地址时，向所述终端设备返回应答报文。

较佳的，步骤S102中，可以按照以下方式实施：组成所述虚拟网关设备的至少两个汇聚设备根据预先协商的负载均衡应答算法，确定应答所述ARP请求报文的汇聚设备；由确定出的汇聚设备向所述终端设备返回应答报文。

具体实施时，虚拟网关设备实施的报文处理方法，还可以包括以下步骤：

步骤一、虚拟网关设备接收所述终端设备发送的数据报文，所述数据报文为所述终端设备确定进行通信的对端设备的互联网协议IP地址与所述终端设备的IP地址不属于同一网段时发送的，所述数据报文中携带的目的媒体访问控制MAC地址为所述虚拟网关设备的MAC地址；

步骤二、虚拟网关设备根据所述数据报文的目的IP地址转发所述数据报文。

如图11所示，为本发明实施例提供的终端设备的结构示意图，可以包括：

判断单元111，用于在所述终端设备需要与对端设备进行通信时，判断所述对端设备的互联网协议IP地址与所述终端设备的IP地址是否属于同一网段。

发送单元112，用于在所述判断单元的判断结果为否时，广播发送ARP请求报文，所述ARP请求报文中所请求解析的IP地址为虚拟网关设备的IP地址。

本发明实施例提供的终端设备，还可以包括：

接收单元，用于接收所述虚拟网关设备针对所述ARP请求报文返回的应答报文，所述应答报文中携带有所述虚拟网关设备的媒体访问控制MAC地址。

具体实施时，发送单元112还可以用于向所述对端设备发送数据报文，所述数据报文中携带的目的MAC地址为所述虚拟网关设备的MAC地址。

如图12所示，为本发明实施例提供的接入设备的结构示意图，可以包括：

接收单元121，用于接收终端设备发送的ARP请求报文，所述ARP请求报文所请求的互联网协议IP地址为虚拟网关设备的IP地址；

报文处理单元122，用于对所述ARP请求报文进行多链路透明互联TRILL封装后发送给所述虚拟网关设备。

其中，虚拟网关设备的MAC地址中包含用于标识所述虚拟网关设备的虚拟网关专用标识，接收单元121，还可以用于接收终端设备发送的数据报文，报文处理单元122，还可以用于如果根据所述虚拟网关设备的虚拟网关专用标识确定所述数据报文中携带的目的媒体访问控制MAC地址为所述虚拟网关设备的MAC地址，则根据所述目的MAC地址直接转发所述数据报文。

如图13所示，为本发明实施例提供的虚拟网关设备的结构示意图，可以包括：

接收单元131，用于接收ARP请求报文，所述ARP请求报文为终端设备确定进行通信的对端设备的互联网协议IP地址与所述终端设备的IP地址不属于同一网段时发送的；

应答单元132，用于确定所述ARP请求报文所请求解析的IP地址为自身的IP地址时，向所述终端设备返回应答报文。

其中，应答单元132可以包括：

确定子单元，用于与组成所述虚拟网关设备的其他汇聚设备根据预先协商的负载均衡应答算法，确定是否需要自身所在的汇聚设备应答所述ARP请求报文；

应答子单元，用于若确定子单元确定需要自身所在的汇聚设备应答所述ARP请求报文时，向所述终端设备返回应答报文。

具体实施时，本发明实施例提供的虚拟网关设备，还可以包括发送单元，其中：

接收单元131，还可以用于接收所述终端设备发送的数据报文，所述数据报文为所述终端设备确定进行通信的对端设备的互联网协议IP地址与所述终端设备的IP地址不属于同一网段时发送的，所述数据报文中携带的目的媒体访问控制MAC地址为所述虚拟网关设备的MAC地址；

发送单元，用于根据所述数据报文的目的IP地址转发所述数据报文。

为了描述的方便，以上各部分按照功能划分为各模块(或单元)分别描述。当然，在实施本发明时可以把各模块(或单元)的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。

如图14所示，为本发明实施例提供的报文处理系统的结构示意图，其可以包括图11所示的终端设备141、图12所示的接入设备142和图13所示的虚拟网关设备143，其中：

终端设备141包括：判断单元，用于在终端设备141需要与对端设备进行通信时，判断所述对端设备的互联网协议IP地址与所述终端设备的IP地址是否属于同一网段。发送单元，用于在所述判断单元的判断结果为否时，广播发送ARP请求报文，所述ARP请求报文中所请求解析的IP地址为虚拟网关设备143的IP地址。终端设备141还可以包括：接收单元，用于接收虚拟网关设备143针对所述ARP请求报文返回的应答报文，所述应答报文中携带有所述虚拟网关设备的媒体访问控制MAC地址。

接入设备142包括：接收单元，用于接收终端设备发送的ARP请求报文，所述ARP请求报文所请求的互联网协议IP地址为虚拟网关设备143的IP地址；报文处理单元，用于对所述ARP请求报文进行TRILL封装后发送给所述虚拟网关设备143。报文处理单元，还可以用于如果根据所述虚拟网关设备143的虚拟网关专用标识确定所述数据报文中携带的目的媒体访问控制MAC地址为所述虚拟网关设备143的MAC地址，则根据所述目的MAC地址直接转发所述数据报文。

虚拟网关设备143可以包括：接收单元，用于接收ARP请求报文，所述ARP请求报文为终端设备141确定进行通信的对端设备的互联网协议IP地址与终端设备141的IP地址不属于同一网段时发送的；应答单元，用于确定所述ARP请求报文所请求解析的IP地址为自身的IP地址时，向所述终端设备141返回应答报文。其中，应答单元可以包括：确定子单元，用于与组成所述虚拟网关设备的其他汇聚设备根据预先协商的负载均衡应答算法，确定是否需要自身所在的汇聚设备应答所述ARP请求报文；应答子单元，用于若确定子单元确定需要自身所在的汇聚设备应答所述ARP请求报文时，向所述终端设备返回应答报文。虚拟网关设备143，还可以包括发送单元，其中：接收单元131，还可以用于接收所述终端设备141发送的数据报文，所述数据报文为所述终端设备确定进行通信的对端设备的互联网协议IP地址与所述终端设备141的IP地址不属于同一网段时发送的，所述数据报文中携带的目的媒体访问控制MAC地址为所述虚拟网关设备143的MAC地址；发送单元，用于根据所述数据报文的目的IP地址转发所述数据报文。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (19)

1.一种TRILL网络中三层组网方法，其特征在于，包括：

将至少两个汇聚设备通过物理传输介质连接后得到虚拟网关设备；

利用预设算法获得所述虚拟网关设备的媒体访问控制MAC地址；

在所述虚拟网关设备包含的各汇聚设备之间同步所述虚拟网关设备的MAC地址和互联网协议IP地址。

2.一种基于权利要求1所述组网方法的报文处理方法，其特征在于，包括：

终端设备在需要与对端设备进行通信时，判断所述对端设备的互联网协议IP地址与自身的IP地址是否属于同一网段；

在判断结果为否时，所述终端设备广播发送ARP请求报文，所述ARP请求报文中所请求解析的IP地址为所述虚拟网关设备的IP地址。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

所述终端设备接收所述虚拟网关设备针对所述ARP请求报文返回的应答报文，所述应答报文中携带有所述虚拟网关设备的媒体访问控制MAC地址。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

所述终端设备向所述对端设备发送数据报文，所述数据报文中携带的目的MAC地址为所述虚拟网关设备的MAC地址。

5.一种基于权利要求1所述组网方法的报文处理方法，其特征在于，包括：

接入设备接收终端设备发送的ARP请求报文，所述ARP请求报文所请求的互联网协议IP地址为所述虚拟网关设备的IP地址；

对所述ARP请求报文进行多链路透明互联TRILL封装后发送给所述虚拟网关设备。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述虚拟网关设备的MAC地址中包含用于标识所述虚拟网关设备的虚拟网关专用标识；

所述方法，还包括：

所述接入设备接收终端设备发送的数据报文；

如果所述接入设备根据所述虚拟网关设备的虚拟网关专用标识确定所述数据报文中携带的目的媒体访问控制MAC地址为所述虚拟网关设备的MAC地址，则所述接入设备根据所述目的MAC地址直接转发所述数据报文。

7.一种基于权利要求1所述组网方法的报文处理方法，其特征在于，包括：

所述虚拟网关设备接收ARP请求报文，所述ARP请求报文为所述终端设备确定进行通信的对端设备的互联网协议IP地址与所述终端设备的IP地址不属于同一网段时发送的；

所述虚拟网关设备确定所述ARP请求报文所请求解析的IP地址为自身的IP地址时，向所述终端设备返回应答报文。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述虚拟网关设备确定所述ARP请求报文所请求的互联网协议IP地址为自身的IP地址时，向所述终端设备返回应答报文，具体包括：

组成所述虚拟网关设备的至少两个汇聚设备根据预先协商的负载均衡应答算法，确定应答所述ARP请求报文的汇聚设备；

由确定出的汇聚设备向所述终端设备返回应答报文。

9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，还包括：

所述虚拟网关设备接收所述终端设备发送的数据报文，所述数据报文为所述终端设备确定进行通信的对端设备的互联网协议IP地址与所述终端设备的IP地址不属于同一网段时发送的，所述数据报文中携带的目的媒体访问控制MAC地址为所述虚拟网关设备的MAC地址；

根据所述数据报文的目的IP地址转发所述数据报文。

10.一种TRILL网络中三层组网装置，其特征在于，将至少两个汇聚设备通过物理传输介质连接后得到虚拟网关设备；

所述装置，包括：

获得单元，用于利用预设算法获得所述虚拟网关设备的媒体访问控制MAC地址，所述MAC地址中包含用于标识所述虚拟网关设备的虚拟网关专用标识；

同步单元，用于在所述虚拟网关设备包含的各汇聚设备之间同步所述虚拟网关设备的MAC地址和互联网协议IP地址。

11.一种终端设备，其特征在于，包括：

判断单元，用于在所述终端设备需要与对端设备进行通信时，判断所述对端设备的互联网协议IP地址与所述终端设备的IP地址是否属于同一网段；

发送单元，用于在所述判断单元的判断结果为否时，广播发送ARP请求报文，所述ARP请求报文中所请求解析的IP地址为利用权利要求1所述组网方法得到的虚拟网关设备的IP地址。

12.如权利要求11所述的终端设备，其特征在于，还包括：

接收单元，用于接收所述虚拟网关设备针对所述ARP请求报文返回的应答报文，所述应答报文中携带有所述虚拟网关设备的媒体访问控制MAC地址。

13.如权利要求如权利要求12所述的终端设备，其特征在于，

所述发送单元，还用于向所述对端设备发送数据报文，所述数据报文中携带的目的MAC地址为所述虚拟网关设备的MAC地址。

14.一种接入设备，其特征在于，包括：

接收单元，用于接收终端设备发送的ARP请求报文，所述ARP请求报文所请求的互联网协议IP地址为利用权利要求1所述组网方法得到的虚拟网关设备的IP地址；

报文处理单元，用于对所述ARP请求报文进行多链路透明互联TRILL封装后发送给所述虚拟网关设备。

15.如权利要求14所述的接入设备，其特征在于，所述虚拟网关设备的MAC地址中包含用于标识所述虚拟网关设备的虚拟网关专用标识；

所述接收单元，还用于接收终端设备发送的数据报文；

所述报文处理单元，还用于如果根据所述虚拟网关设备的虚拟网关专用标识确定所述数据报文中携带的目的媒体访问控制MAC地址为所述虚拟网关设备的MAC地址，则根据所述目的MAC地址直接转发所述数据报文。

16.一种利用权利要求1所述方法得到的虚拟网关设备，其特征在于，包括：

接收单元，用于接收ARP请求报文，所述ARP请求报文为终端设备确定进行通信的对端设备的互联网协议IP地址与所述终端设备的IP地址不属于同一网段时发送的；

应答单元，用于确定所述ARP请求报文所请求解析的IP地址为自身的IP地址时，向所述终端设备返回应答报文。

17.如权利要求16所述的虚拟网关设备，其特征在于，所述应答单元包括：

确定子单元，用于与组成所述虚拟网关设备的其他汇聚设备根据预先协商的负载均衡应答算法，确定是否需要自身所在的汇聚设备应答所述ARP请求报文；

应答子单元，用于若确定子单元确定需要自身所在的汇聚设备应答所述ARP请求报文时，向所述终端设备返回应答报文。

18.如权利要求16或17所述的虚拟网关设备，其特征在于，还包括发送单元，其中：

所述接收单元，还用于接收所述终端设备发送的数据报文，所述数据报文为所述终端设备确定进行通信的对端设备的互联网协议IP地址与所述终端设备的IP地址不属于同一网段时发送的，所述数据报文中携带的目的媒体访问控制MAC地址为所述虚拟网关设备的MAC地址；

所述发送单元，用于根据所述数据报文的目的IP地址转发所述数据报文。

19.一种报文处理系统，其特征在于，包括权利要求11、12或13所述的终端设备，权利要求14或15所述的接入设备以及权利要求16、17或18所述的虚拟网关设备。