CN106059929A - 一种报文应答方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种报文应答方法及装置，应用于交换设备上，该方法包括：接收用户终端发送的报文；确定接收的报文是否为地址请求报文；当接收的报文为地址请求报文时，获取所述地址请求报文中携带的第一地址；判断当前是否存在包含所述第一地址的地址表项；当存在包含所述第一地址的地址表项时，获取所述地址表项中与所述第一地址对应的第二地址；向所述用户终端回应地址响应报文，所述地址响应报文中携带所述第二地址。通过本发明可减轻控制器的处理压力，降低流量中断概率。

Description

一种报文应答方法及装置

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种报文应答方法及装置。

背景技术

SDN(Software Defined Network，软件定义网络)是一种新型的网络创新架构，通过将控制平面和数据平面分离，实现网络流量的灵活控制。

SDN网络由控制器和交换设备组成。当用户终端通过交换设备接入SDN网络时，用户终端发送的ARP(Address Resolution Protocol，地址解析协议)报文和DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议)报文都会由交换设备转发给控制器，由控制器集中应答。当控制器故障或者交换设备与控制器之间的通信链路故障时，用户终端无法接收到响应报文，造成用户终端的IP(Internet Protocol，网际协议)地址丢掉(例如，用户终端重启时)或ARP表项丢失(ARP表项无法被更新)，从而导致流量中断。

发明内容

本发明的目的在于提供一种报文应答方法及装置，由SDN网络中的交换设备负责报文应答，以减轻控制器的处理压力，降低流量中断概率。

为实现上述发明目的，本发明提供了技术方案：

本发明提供一种报文应答方法，应用于交换设备上，该方法包括：

接收用户终端发送的报文；

确定接收的报文是否为地址请求报文；

当接收的报文为地址请求报文时，获取所述地址请求报文中携带的第一地址；

判断当前是否存在包含所述第一地址的地址表项；

当存在包含所述第一地址的地址表项时，获取所述地址表项中与所述第一地址对应的第二地址；

向所述用户终端回应地址响应报文，所述地址响应报文中携带所述第二地址。

其中，所述第一地址为IP地址时，所述第二地址为MAC地址；所述第一地址为MAC地址时，所述第二地址为IP地址。

本发明还提供一种报文应答装置，应用于交换设备上，该装置包括：

报文接收单元，用于接收用户终端发送的报文；

报文确定单元，用于确定接收的报文是否为地址请求报文；

第一获取单元，用于当接收的报文为地址请求报文时，获取所述地址请求报文中携带的第一地址；

表项判断单元，用于判断当前是否存在包含所述第一地址的地址表项；

第二获取单元，用于当存在包含所述第一地址的地址表项时，获取所述地址表项中与所述第一地址对应的第二地址；

报文回应单元，用于向所述用户终端回应地址响应报文，所述地址响应报文中携带所述第二地址。

其中，所述第一地址为IP地址时，所述第二地址为MAC地址；所述第一地址为MAC地址时，所述第二地址为IP地址。

由以上描述可以看出，本发明由SDN网络中的交换设备对用户终端发送的地址请求进行应答，从而减轻控制器的处理压力，同时，也避免了控制器故障或控制器与交换设备之间链路故障时，控制器无法及时应答而造成的流量中断。

附图说明

图1是本发明实施例示出的SDN网络的示意图；

图2是本发明实施例示出的报文应答方法流程图；

图3是本发明实施例示出的交换设备的结构示意图；

图4是本发明实施例示出的报文应答装置的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

本发明实施例提出一种报文应答方法，该方法由SDN网络中的交换设备对用户终端发送的地址请求进行应答，减轻控制器的处理压力，同时，避免由于控制器故障或者控制器与交换设备之间链路故障导致的流量中断。

参见图1，为本发明实施例示出的SDN网络示意图。该SDN网络包括控制器Controller、网关GW、虚拟交换设备OVS1～OVS3以及虚拟机(用户终端)VM1～VM9。当然，本发明并不具体限制SDN网络中的设备是实体设备还是虚拟设备，可根据实际需求自行组合。

参见图2，为本发明报文应答方法的一个实施例流程图，该实施例对报文应答过程进行描述。

步骤201，接收用户终端发送的报文。

用户终端发出的报文首先到达与其直连的交换设备上，例如，VM1发送的报文首先到达OVS1，由直连的交换设备执行后续处理。

步骤202，确定接收的报文是否为地址请求报文。

本发明实施例中，交换设备首先对接收的报文进行报文类型确认，对确认为地址请求报文的报文进行应答，具体确认过程如下：

在一种较优的实施方式中，交换设备可接收控制器针对地址请求报文下发的流表项，该流表项记录了地址请求报文的报文信息，参见表1。

表1

交换设备将接收的报文的报文信息与流表项中的报文信息进行匹配，判断是否存在报文信息与接收的报文的报文信息相同的流表项。当存在报文信息与接收的报文的报文信息相同的流表项时，确定当前接收的报文为地址请求报文。例如，假设接收的报文的以太网协议类型eth_type为arp，则匹配第一条流表项，确认当前接收的报文为ARP请求报文(根据IP地址请求MAC地址)，即地址请求报文，此时，将该地址请求报文从出端口Local_port1转发。需要说明的是，本申请实施例中地址请求报文的出端口为本地虚拟端口，用于指向本地处理地址请求的模块，即后续本申请所要执行的步骤。本申请实施例通过控制器下发流表项的方式来确认地址请求报文，巧妙地利用了现有的处理方式，简单易于实现。

步骤203，当接收的报文为地址请求报文时，获取所述地址请求报文中携带的第一地址。

在通过步骤202确认接收的报文为地址请求报文后，获取该地址请求报文中携带的地址，简称第一地址。

具体为，当地址请求报文为DHCP请求报文(例如，DHCP Discover报文)时，获取DHCP请求报文中携带的发起请求的用户终端的MAC地址，该MAC地址为DHCP请求报文中携带的第一地址；当地址请求报文为ARP请求报文时，获取ARP请求报文中携带的当前用户终端想要访问的目的用户终端的IP地址，此时，该IP地址为ARP请求报文中携带的第一地址。

步骤204，判断当前是否存在包含所述第一地址的地址表项。

步骤205，当存在包含所述第一地址的地址表项时，获取所述地址表项中与所述第一地址对应的第二地址。

本申请实施例中的交换设备本地维护一张地址表，该地址表中的地址表项由控制器下发。控制器了解所有用户终端的地址信息(IP地址、MAC地址)以及用户终端直连的交换设备的端口，并根据上述信息生成对应的地址表项，针对每一个交换设备下发与其直连用户终端属于同一网段的网络设备的地址表项。

以虚拟交换设备OVS1为例，假设VM1的IP地址为10.0.0.1，MAC地址为fa:16:3e:87:2b:05；VM5的IP地址为10.0.0.5，MAC地址为fa:16:3e:83:36:ff；网关GW的IP地址为10.0.0.254，MAC地址为00:16:3f:aa:aa:aa。VM1为OVS1下直连的用户终端，控制器向OVS1下发与VM1属于同一网段(10.0.0.0/24)的所有网络设备的地址表项，参见表2。

IP地址	MAC地址	所在端口	注释
				10.0.0.1	fa:16:3e:87:2b:05	OVS1的port1	VM1
10.0.0.5	fa:16:3e:83:36:ff	OVS2的port2	VM5
				10.0.0.254	00:16:3f:aa:aa:aa	……	GW
……	……	……	……

表2

表2即为OVS1维护的地址表。本申请实施例通过分网段下发地址表项的方式，可减轻交换设备的维护压力，提高查表速度。

假设，VM1发送DHCP请求报文，该DHCP请求报文中携带VM1的MAC地址fa:16:3e:87:2b:05，OVS1接收该DHCP请求报文后，获取VM1的MAC地址，查询本地维护的地址表项，由表2可知，第一条地址表项中包含VM1的MAC地址fa:16:3e:87:2b:05，获取该地址表项中与VM1的MAC地址对应的IP地址(对于DHCP请求报文，本申请实施例中定义的第一地址为MAC地址，第二地址为IP地址)。

假设，VM1发送ARP请求报文，该ARP请求报文中携带VM1想要访问的目的虚拟机VM5的IP地址10.0.0.5，OVS1接收该ARP请求报文后，获取VM5的IP地址，查询本地维护的地址表项，由表2可知，第二条地址表项中包含VM5的IP地址10.0.0.5，获取该地址表项中与VM5的IP地址对应的MAC地址(对于ARP请求报文，本申请实施例中定义的第一地址为IP地址，第二地址为MAC地址)。

需要补充说明的是，由于用户终端可能发生迁移(迁移后IP地址不变)，例如，VM1从OVS1迁移到OVS2，因此，当交换设备接收到用户终端发送的ARP请求报文时，首先判断发起请求的用户终端是否发生迁移。

具体过程如下：获取ARP请求报文携带的用户终端的地址信息以及接收该ARP请求报文的端口。判断本地记录的地址表项中是否存在与发起请求的用户终端的地址信息及接收ARP请求报文的端口匹配的地址表项，当不存在匹配的地址表项时，说明发起请求的用户终端发生迁移，则交换设备请求控制器下发与该用户终端属于同一网段的地址表项。

步骤206，向所述用户终端回应地址响应报文，所述地址响应报文中携带所述第二地址。

由于交换设备维护了上述地址表项，因此，可在本地对地址请求报文进行应答，无需转发给控制器集中应答。具体为，当地址请求报文为DHCP请求报文时，向用户终端回应DHCP响应报文(例如，DHCP Offer报文)，DHCP响应报文中携带分配给用户终端的IP地址；当地址请求报文为ARP请求报文时，向用户终端回应ARP响应报文，ARP响应报文中携带当前用户终端请求的目的用户终端的MAC地址。本申请正是通过与用户终端直连的交换设备的应答，减轻原有控制器集中应答的处理压力，同时，当控制器故障或控制器与交换设备之间链路故障时，交换设备上已存在的地址表项能够保证对应用户终端的ARP表项及时更新，从而使已有流量正常转发，避免业务中断。

当根据步骤204的判断结果确认本地不存在包含第一地址的地址表项时，说明控制器未向交换设备下发过当前用户终端请求的地址信息，则交换设备将接收的地址请求报文上送给控制器，由控制器查询相关地址信息，对地址请求报文进行应答，并向交换设备下发包含第一地址的地址表项。交换设备再接收到与该地址表项匹配的地址请求报文时，由交换设备自行应答。

此外，由于交换设备维护了与其直连用户终端属于同一网段的所有地址表项，所以，当用户终端访问与其属于同一网段的其它用户终端时，交换设备无需向控制器请求指导报文转发的流表项，可根据源/目的用户终端的地址表项自行生产转发流表项，进行报文转发。

仍以图1为例，介绍报文应答过程。

假设，VM1～VM6的IP地址对应为10.0.0.1～10.0.0.6，属于网段10.0.0.0/24；VM7～VM9的IP地址对应为20.0.0.7～20.0.0.9，属于网段20.0.0.0/24。VM1～VM9的MAC地址简化为MAC1～MAC9表示；针对不同网段分别配置网关GW的IP地址10.0.0.254和20.0.0.254，GW的MAC地址为MAC_GW。

控制器Controller分别向OVS1～OVS3下发地址表项，其中，OVS1中地址表如表3所示，OVS2中地址表如表4所示，OVS3中地址表如表5所示。

表3

表4

表5

假设，VM1发送DHCP请求报文，该DHCP请求报文中携带MAC1，该报文到达OVS1后，匹配表1中的第2条流表项，OVS1确认接收的报文为DHCP请求报文，获取DHCP请求报文中携带的MAC1，查询本地维持的地址表(表3)，获取MAC1对应的IP地址10.0.0.1，向VM1回应DHCP响应报文，DHCP响应报文中携带分配给VM1的IP地址10.0.0.1。

假设，VM1发送ARP请求报文请求VM5的MAC地址，在ARP请求报文中携带VM5的IP地址10.0.0.5，OVS1通过port1端口接收该报文，匹配表1中的第1条流表项，确认接收的报文为ARP请求报文。OVS1获取ARP请求报文中VM1的IP地址10.0.0.1、MAC地址MAC1以及接收该ARP请求报文的端口port1，查询表3，匹配第一条地址表项，因此，确定VM1未发生迁移。获取ARP请求报文中携带的VM5的IP地址10.0.0.5，查询本地维持的地址表(表3)，获取10.0.0.5对应的MAC地址MAC5，向VM1回应ARP响应报文，ARP响应报文中携带VM5的MAC地址MAC5。VM1根据VM5的IP地址和MAC地址访问VM5。

当VM1跨网段访问VM8时，VM1根据VM8的IP地址20.0.0.8确认VM8与自己不属于同一网段，因此，发送ARP请求报文请求网关GW的MAC地址，OVS1接收到ARP请求报文后的处理过程同上，在此不再赘述。VM1获取到GW的MAC地址MAC_GW后，将访问VM8的流量通过GW转发。

假设，VM1从OVS1迁移到OVS2的port4(图中未示出)，此时，VM1发送的ARP请求报文通过OVS2的port4到达OVS2，OVS2确认接收的报文为ARP请求报文后，获取VM1的IP地址10.0.0.1、MAC地址MAC1以及接收该ARP请求报文的端口OVS2的port4，在表4中找不到与上述信息完全匹配的地址表项(与第一条地址表项相比，IP地址和MAC地址相同，端口不同)，因此，OVS2确认VM1发生迁移，向控制器请求下发与VM1属于同一网段的地址表项。控制器确认OVS2已包含所有与VM1属于同一网段的地址表项，只是VM1对应地址表项的端口发生变化，因此，向OVS2下发更新后的VM1的地址表项。更新后OVS2中地址表如表6所示。

表6

此外，由于OVS1上还存在与VM1属于同一网段的VM2和VM3，因此，OVS1上记录的VM1的地址表项也需要更新，控制器会向OVS1下发更新后的VM1的地址表项。更新后OVS1中地址表如表7所示。

表7

假设，VM1从OVS1迁移到OVS3的port4(图中未示出)，此时，VM1发送的ARP请求报文通过OVS3的port4到达OVS3，OVS3确认接收的报文为ARP请求报文后，获取VM1的IP地址10.0.0.1、MAC地址MAC1以及接收该ARP请求报文的端口OVS3的port4，在表5中找不到与上述信息匹配的地址表项，因此，OVS3确认VM1发生迁移，向控制器请求下发与VM1属于同一网段的地址表项。VM1～VM6属于同一网段，因此，控制器向OVS3下发VM1～VM6对应的地址表项。下发后OVS3中地址表如表8所示。

表8

同时，控制器向OVS1和OVS2下发VM1的地址表项。更新后，OVS1中的地址表如表9所示，OVS2中的地址表如表10所示。

表9

表10

与前述报文应答方法的实施例相对应，本发明还提供了报文应答装置的实施例。

本发明报文应答装置的实施例可以应用在交换设备上。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处理器运行存储器中对应的计算机程序指令形成的。从硬件层面而言，如图3所示，为本发明报文应答装置所在设备的一种硬件结构图，除了图3所示的处理器以及非易失性存储器之外，实施例中装置所在的设备通常根据该设备的实际功能，还可以包括其他硬件，对此不再赘述。

请参考图4，为本发明一个实施例中的报文应答装置的结构示意图。该报文应答装置包括报文接收单元401、报文确定单元402、第一获取单元403、表项判断单元404、第二获取单元405以及报文回应单元406，其中：

报文接收单元401，用于接收用户终端发送的报文；

报文确定单元402，用于确定接收的报文是否为地址请求报文；

第一获取单元403，用于当接收的报文为地址请求报文时，获取所述地址请求报文中携带的第一地址；

表项判断单元404，用于判断当前是否存在包含所述第一地址的地址表项；

第二获取单元405，用于当存在包含所述第一地址的地址表项时，获取所述地址表项中与所述第一地址对应的第二地址；

报文回应单元406，用于向所述用户终端回应地址响应报文，所述地址响应报文中携带所述第二地址。

其中，所述第一地址为IP地址时，所述第二地址为MAC地址；所述第一地址为MAC地址时，所述第二地址为IP地址。

进一步地，

所述报文确定单元402，具体用于获取流表项，所述流表项中记录地址请求报文的报文信息；判断是否存在报文信息与所述接收的报文的报文信息相同的流表项；当存在报文信息与所述接收的报文的报文信息相同的流表项时，确定所述接收的报文为地址请求报文。

进一步地，

所述第一获取单元403，具体用于当所述地址请求报文为DHCP请求报文时，获取所述DHCP请求报文中携带的所述用户终端的MAC地址；当所述地址请求报文为ARP请求报文时，获取所述ARP请求报文中携带的目的用户终端的IP地址。

进一步地，所述装置还包括：

迁移处理单元，用于当所述地址请求报文为ARP请求报文时，在所述第二获取单元405获取所述地址表项中与所述第一地址对应的第二地址之前，获取所述ARP请求报文携带的所述用户终端的地址信息以及接收所述ARP请求报文的端口；判断是否存在与所述用户终端的地址信息及所述接收所述ARP请求报文的端口匹配的地址表项；当不存在与所述用户终端的地址信息及所述接收所述ARP请求报文的端口匹配的地址表项时，请求所述控制器下发与所述用户终端属于同一网段的地址表项。

进一步地，所述装置还包括：

报文上送单元，用于当不存在包含所述第一地址的地址表项时，将所述地址请求报文上送控制器，以使所述控制器向所述用户终端回应地址响应报文，并下发包含所述第一地址的地址表项。

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。

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发明方案的目的。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。

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 (10)

1.一种报文应答方法，应用于交换设备上，其特征在于，该方法包括：

接收用户终端发送的报文；

确定接收的报文是否为地址请求报文；

当接收的报文为地址请求报文时，获取所述地址请求报文中携带的第一地址；

判断当前是否存在包含所述第一地址的地址表项；

当存在包含所述第一地址的地址表项时，获取所述地址表项中与所述第一地址对应的第二地址；

向所述用户终端回应地址响应报文，所述地址响应报文中携带所述第二地址；

其中，所述第一地址为IP地址时，所述第二地址为MAC地址；所述第一地址为MAC地址时，所述第二地址为IP地址。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定接收的报文是否为地址请求报文，包括：

获取流表项，所述流表项中记录地址请求报文的报文信息；

判断是否存在报文信息与所述接收的报文的报文信息相同的流表项；

当存在报文信息与所述接收的报文的报文信息相同的流表项时，确定所述接收的报文为地址请求报文。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述地址请求报文中携带的第一地址，包括：

当所述地址请求报文为DHCP请求报文时，获取所述DHCP请求报文中携带的所述用户终端的MAC地址；

当所述地址请求报文为ARP请求报文时，获取所述ARP请求报文中携带的目的用户终端的IP地址。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：

当所述地址请求报文为ARP请求报文时，在获取所述地址表项中与所述第一地址对应的第二地址之前，还包括：

获取所述ARP请求报文携带的所述用户终端的地址信息以及接收所述ARP请求报文的端口；

判断是否存在与所述用户终端的地址信息及所述接收所述ARP请求报文的端口匹配的地址表项；

当不存在与所述用户终端的地址信息及所述接收所述ARP请求报文的端口匹配的地址表项时，请求所述控制器下发与所述用户终端属于同一网段的地址表项。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当不存在包含所述第一地址的地址表项时，将所述地址请求报文上送控制器，以使所述控制器向所述用户终端回应地址响应报文，并下发包含所述第一地址的地址表项。

6.一种报文应答装置，应用于交换设备上，其特征在于，该装置包括：

报文接收单元，用于接收用户终端发送的报文；

报文确定单元，用于确定接收的报文是否为地址请求报文；

第一获取单元，用于当接收的报文为地址请求报文时，获取所述地址请求报文中携带的第一地址；

表项判断单元，用于判断当前是否存在包含所述第一地址的地址表项；

第二获取单元，用于当存在包含所述第一地址的地址表项时，获取所述地址表项中与所述第一地址对应的第二地址；

报文回应单元，用于向所述用户终端回应地址响应报文，所述地址响应报文中携带所述第二地址；

其中，所述第一地址为IP地址时，所述第二地址为MAC地址；所述第一地址为MAC地址时，所述第二地址为IP地址。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：

所述报文确定单元，具体用于获取流表项，所述流表项中记录地址请求报文的报文信息；判断是否存在报文信息与所述接收的报文的报文信息相同的流表项；当存在报文信息与所述接收的报文的报文信息相同的流表项时，确定所述接收的报文为地址请求报文。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于：

所述第一获取单元，具体用于当所述地址请求报文为DHCP请求报文时，获取所述DHCP请求报文中携带的所述用户终端的MAC地址；当所述地址请求报文为ARP请求报文时，获取所述ARP请求报文中携带的目的用户终端的IP地址。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

迁移处理单元，用于当所述地址请求报文为ARP请求报文时，在所述第二获取单元获取所述地址表项中与所述第一地址对应的第二地址之前，获取所述ARP请求报文携带的所述用户终端的地址信息以及接收所述ARP请求报文的端口；判断是否存在与所述用户终端的地址信息及所述接收所述ARP请求报文的端口匹配的地址表项；当不存在与所述用户终端的地址信息及所述接收所述ARP请求报文的端口匹配的地址表项时，请求所述控制器下发与所述用户终端属于同一网段的地址表项。

10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

报文上送单元，用于当不存在包含所述第一地址的地址表项时，将所述地址请求报文上送控制器，以使所述控制器向所述用户终端回应地址响应报文，并下发包含所述第一地址的地址表项。