CN106375218B - 一种报文转发方法及相关装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种报文转发方法及相关装置，用于提高报文转发效率。本发明方法包括：控制器为交换节点生成编址信息，并记录所述交换节点与所述编址信息的对应关系；所述控制器向所述交换节点发送所述编址信息，以使所述交换节点根据所述编址信息转发报文。

Description

一种报文转发方法及相关装置
技术领域
本发明涉及通信领域，特别涉及一种报文转发方法及相关装置。
背景技术
数据中心(英文：Data Center，简称：DC)网络是应用于数据中心内的网络。数据中心内的流量呈现出的交换数据集中、东西流量大等特征，对数据中心网络提出了进一步的要求：大规模、高扩展性、高健壮性和低成本等。在此背景下，目前大规模数据中心网络多是基于CLOS架构。CLOS是一种交换架构，具有可重排、无阻塞、可扩展的特性。
大规模的数据中心网络需要高效的报文转发，例如采用128-port的交换机构建三级交换机的数据中心网络(5-stage CLOS)，可以支持524,288个服务器，总计需要20,480个交换机。如何根据CLOS架构的特性，使用20,480个交换机高效的转发524,288个服务器间的报文是个亟待解决的问题。
5-stage CLOS架构是指(报文流沿着leaf->agg->spine->agg->leaf路线转发的架构。其中，leaf是与服务器互联的交换节点，agg是汇聚leaf的交换节点，spine是骨干交换节点。现有技术中提出了一种在5-stage CLOS架构中转发报文的方案,该方案采用层次化的MAC(英文：Media Access Control，中文：介质访问控制)地址转发报文。其中MAC地址的格式为：POD.Position.Port.Vmid，其中，POD(英文：Pool of Devices，中文：设备池)是一组交换机的集合，POD与每个spine有且有一个连接；Position是leaf交换机在POD位置，例如POD 0中2个leaf交换机编号分别为0和1；Port是leaf交换机的端口编号，例如POD 0中编号为1的leaf交换机的4个端口号为0、1、2、3；Vmid是物理机上虚拟机的编号。控制面生成转发表，在报文转发过程中，数据面根据所述报文的目的地址按照最长匹配的方式逐跳查表，使所述报文最终被转发到目的地。
发明人在研究过程中发现，当DC网络容量大，交换节点多时，该方案需要的表项数目大，查表比较慢，导致报文转发效率较低。
发明内容
本发明提供了一种报文转发方法及相关装置，用于提高报文转发效率。
本发明第一方面提供了一种报文转发方法，应用于多级交换网络，所述方法可包括：
控制器为交换节点生成编址信息，并记录所述交换节点与所述编址信息的对应关系；
所述控制器向所述交换节点发送所述编址信息，以使所述交换节点根据所述编址信息转发报文；
所述多级交换网络包括多个交换节点，所述多个交换节点包括叶节点，汇聚节点和骨干节点，所述交换节点为所述多个交换节点中的任意一个；
其中，
叶节点的编址信息包括所述叶节点的纵向平面号VD_Num，所述VD_Num的取值区间为[0，np-1]，p为汇聚节点连接与所述汇聚节点处于同一纵向平面的叶节点的端口数，n为一个横向平面内汇聚节点的个数；
汇聚节点的编址信息包括所述汇聚节点的横向平面号HD_Num和编号agg_Num，所述HD_Num的取值区间为[0，k-1]，所述agg_Num的取值区间为[0，n-1]，k为一个叶节点连接与所述一个叶节点处于同一纵向平面的汇聚节点的端口数；以及
骨干节点的编址信息包括所述骨干节点的横向平面号HD_Num和编号spine_Num，所述HD_Num的取值区间为[0，k-1]，所述spine_Num的取值区间为[0，m-1]，m为一个横向平面内骨干节点的个数。
结合本发明的第一方面，在本发明第一方面的第一种实现方式中，
所述交换节点与所述编址信息的对应关系包括所述交换节点的IP地址与所述编址信息的对应关系；
所述方法还包括：
所述控制器接收服务器发送的地址解析协议ARP请求，所述ARP请求携带所述交换节点的IP地址；
所述控制器根据所述对应关系向所述服务器发送ARP响应，所述ARP响应携带所述编址信息，以使所述服务器在发送报文时将所述编址信息作为所述交换节点的MAC地址。
本发明第二方面提供了一种报文转发方法，应用于多级交换网络，所述方法可包括：
交换节点获取控制器发送的所述交换节点的编址信息；
所述交换节点接收报文，所述报文的目的介质访问控制MAC地址字段携带目的叶节点的编址信息，IP地址字段携带目的服务器的IP地址；
所述交换节点获取所述报文的转发端口，并通过所述转发端口转发所述报文；
其中，
当所述交换节点为叶节点时，所述编址信息包括所述叶节点的纵向平面号VD_Num，所述VD_Num的取值区间为[0，np-1]，p为汇聚节点连接与所述汇聚节点处于同一纵向平面的叶节点的端口数，n为一个横向平面内汇聚节点的个数；
当所述交换节点为汇聚节点时，所述编址信息包括所述汇聚节点的横向平面号HD_Num和编号agg_Num，所述HD_Num的取值区间为[0，k-1]，所述agg_Num的取值区间为[0，n-1]，k为一个叶节点连接与所述一个叶节点处于同一纵向平面的汇聚节点的端口数；以及
当所述交换节点为骨干节点时，所述的编址信息包括所述骨干节点的横向平面号HD_Num和编号spine_Num，所述HD_Num的取值区间为[0，k-1]，所述spine_Num的取值区间为[0，m-1]，m为一个横向平面内骨干节点的个数。
结合本发明的第二方面，在本发明第二方面的第一种实现方式中，所述交换节点为叶节点，所述获取所述报文的转发端口，并通过所述转发端口转发所述报文具体包括：
所述交换节点确定所述报文的来源；
当所述报文来自另一交换节点时，所述交换节点获取所述目的服务器的MAC地址以及所述MAC地址对应的转发端口，将所述报文的MAC地址字段中的所述目的叶节点的编址信息替换为所述目的服务器的MAC地址后，通过所述转发端口向所述目的服务器发送所述报文；
当所述报文来自服务器时，所述交换节点获取连接汇聚节点的转发端口，并通过所述转发端口转发所述报文。
结合本发明的第二方面，在本发明第二方面的第二种实现方式中，所述交换节点为汇聚节点，所述获取所述报文的转发端口，并通过所述转发端口转发所述报文具体包括：
所述交换节点确定所述报文的来源；
当所述报文来自叶节点时，所述交换节点确定所述目的叶节点对应的汇聚节点的编址信息与所述交换节点的编址信息是否一致，如果一致，所述交换节点根据所述目的叶节点的编址信息计算得到第一转发端口，并通过所述第一转发端口将所述报文发送给所述目的叶节点，所述第一转发端口为所述交换节点与所述目的叶节点通信的端口；如果不一致，所述交换节点获取连接骨干节点的第二转发端口，并通过所述第二转发端口转发所述报文。
结合本发明的第二方面，在本发明第二方面的第三种实现方式中，所述交换节点为骨干节点，
所述交换节点接收报文包括：所述交换节点从汇聚节点接收所述报文；
所述交换节点获取所述报文的转发端口，并通过所述转发端口转发所述报文具体包括：
所述交换节点根据所述目的叶节点的编址信息确定所述目的叶节点对应的目的汇聚节点与所述交换节点通信的转发端口，并通过所述转发端口向所述目的汇聚节点发送所述报文，以使所述目的汇聚节点将所述报文发送给所述目的叶节点。
本发明第三方面提供了一种控制器，应用于多级交换网络，所述控制器可包括：
处理器，用于为交换节点生成编址信息，并记录所述交换节点与所述编址信息的对应关系；
发射器，用于向所述交换节点发送所述编址信息，以使所述交换节点根据所述编址信息转发报文；
所述多级交换网络包括多个交换节点，所述多个交换节点包括叶节点，汇聚节点和骨干节点，所述交换节点为所述多个交换节点中的任意一个；
其中，
叶节点的编址信息包括所述叶节点的纵向平面号VD_Num，所述VD_Num的取值区间为[0，np-1]，p为汇聚节点连接与所述汇聚节点处于同一纵向平面的叶节点的端口数，n为一个横向平面内汇聚节点的个数；
汇聚节点的编址信息包括所述汇聚节点的横向平面号HD_Num和编号agg_Num，所述HD_Num的取值区间为[0，k-1]，所述agg_Num的取值区间为[0，n-1]，k为一个叶节点连接与所述一个叶节点处于同一纵向平面的汇聚节点的端口数；以及
骨干节点的编址信息包括所述骨干节点的横向平面号HD_Num和编号spine_Num，所述HD_Num的取值区间为[0，k-1]，所述spine_Num的取值区间为[0，m-1]，m为一个横向平面内骨干节点的个数。
结合本发明的第三方面，在本发明第三方面的第一种实现方式中，
所述交换节点与所述编址信息的对应关系包括所述交换节点的IP地址与所述编址信息的对应关系；
所述控制器还包括：
接收器，用于接收服务器发送的地址解析协议ARP请求，所述ARP请求携带所述交换节点的IP地址；
所述处理器还用于根据所述对应关系向所述服务器发送ARP响应，所述ARP响应携带所述编址信息，以使所述服务器在发送报文时将所述编址信息作为所述交换节点的MAC地址。
本发明第四方面提供了一种交换节点，应用于多级交换网络，所述交换节点可包括：
接收器，用于接收报文，所述报文的目的介质访问控制MAC地址字段携带目的叶节点的编址信息，IP地址字段携带目的服务器的IP地址；
处理器，用于获取控制器发送的所述交换节点的编址信息；以及
获取所述报文的转发端口，并通过所述转发端口转发所述报文；
其中，
当所述交换节点为叶节点时，所述编址信息包括所述叶节点的纵向平面号VD_Num，所述VD_Num的取值区间为[0，np-1]，p为汇聚节点连接与所述汇聚节点处于同一纵向平面的叶节点的端口数，n为一个横向平面内汇聚节点的个数；
当所述交换节点为汇聚节点时，所述编址信息包括所述汇聚节点的横向平面号HD_Num和编号agg_Num，所述HD_Num的取值区间为[0，k-1]，所述agg_Num的取值区间为[0，n-1]，k为一个叶节点连接与所述一个叶节点处于同一纵向平面的汇聚节点的端口数；以及
当所述交换节点为骨干节点时，所述的编址信息包括所述骨干节点的横向平面号HD_Num和编号spine_Num，所述HD_Num的取值区间为[0，k-1]，所述spine_Num的取值区间为[0，m-1]，m为一个横向平面内骨干节点的个数。
结合本发明的第四方面，在本发明第四方面的第一种实现方式中，所述交换节点为叶节点，所述处理器具体用于：
获取控制器发送的所述交换节点的编址信息；
确定所述报文的来源；
当所述报文来自另一交换节点时，获取所述目的服务器的MAC地址以及所述MAC地址对应的转发端口，将所述报文的MAC地址字段中的所述目的叶节点的编址信息替换为所述目的服务器的MAC地址后，通过所述转发端口向所述目的服务器发送所述报文；
当所述报文来自服务器时，获取连接汇聚节点的转发端口，并通过所述转发端口转发所述报文。
结合本发明的第四方面，在本发明第四方面的第二种实现方式中，所述交换节点为汇聚节点，所述处理器具体用于：
获取控制器发送的所述交换节点的编址信息；
确定所述报文的来源；
当所述报文来自叶节点时，确定所述目的叶节点对应的汇聚节点的编址信息与所述交换节点的编址信息是否一致，如果一致，根据所述目的叶节点的编址信息计算得到第一转发端口，并通过所述第一转发端口将所述报文发送给所述目的叶节点，所述第一转发端口为所述交换节点与所述目的叶节点通信的端口；如果不一致，获取连接骨干节点的第二转发端口，并通过所述第二转发端口转发所述报文。
结合本发明的第四方面，在本发明第四方面的第三种实现方式中，所述交换节点为骨干节点，所述交换节点接收报文包括：所述交换节点从汇聚节点接收所述报文；
所述处理器具体用于：
获取控制器发送的所述交换节点的编址信息；
根据所述目的叶节点的编址信息确定所述目的叶节点对应的目的汇聚节点与所述交换节点通信的转发端口，并通过所述转发端口向所述目的汇聚节点发送所述报文，以使所述目的汇聚节点将所述报文发送给所述目的叶节点。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：控制器为交换节点生成编址信息，并记录所述交换节点与所述编址信息的对应关系；所述控制器向所述交换节点发送所述编址信息，以使所述交换节点根据所述编址信息转发报文；因此，在转发报文时，交换节点能够根据控制器生成的编址信息计算得到对应的转发端口，并通过对应的转发端口转发报文，在报文的转发过程中无需查表，提高了报文转发效率。
附图说明
图1为本发明所提供的一种多级交换网络的拓扑结构示意图；
图2为本发明所提供的报文转发方法的一个实施例流程示意图；
图3为本发明所提供的报文转发方法的另一实施例流程示意图；
图4为本发明所提供的报文转发方法的另一实施例流程示意图；
图5为本发明所提供的报文转发方法的另一实施例流程示意图；
图6为本发明所提供的报文转发方法的另一实施例流程示意图；
图7为本发明所提供的报文转发方法的另一实施例流程示意图；
图8为本发明所提供的控制器的一个实施例结构示意图；
图9为本发明所提供的交换节点的一个实施例结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二等来描述各个转发端口或模块，但转发端口或模块不应限于这些术语。这些术语仅用来将转发端口或模块彼此区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一转发端口也可以被称为第二转发端口，类似地，第二转发端口也可以被称为第一转发端口；同样的，第二转发端口也可以被称为第三转发端口等等，本发明实施例对此不做限制。
本发明提供了一种报文转发方法，应用于多级交换网络，如图1所示，列举了一种多级交换网络中多平面视角下的5-stage CLOS拓扑结构，图中一个叶(英文：leaf)节点连接与所述叶节点处于同一纵向平面(英文：Vertical Dimension，英文缩写：VD)的汇聚(英文aggregation，英文简称：agg)节点的端口数为k，一个汇聚节点连接与所述汇聚节点处于同一纵向平面的叶节点的端口数为p，因此，该结构总计k个(plane#0到plane#(k-1))横向平面(英文：Horizontal Dimension，英文缩写：HD)，其中，该纵向平面与该横向平面正交；图示中共计np个叶节点，因此，该5-stage CLOS中可抽象为k个横向平面与np个纵向平面正交；图示中每个横向平面包括m个骨干(英文：spine)节点、n个汇聚节点，每个纵向平面包括1个叶节点。
本方法主要由控制器执行，请参阅图2，本发明所提供的报文转发方法的一个实施例包括：
101、控制器为交换节点生成编址信息，并记录所述交换节点与所述编址信息的对应关系。
需要说明的是，多级交换网络包括多个交换节点，所述多个交换节点包括叶节点，汇聚节点和骨干节点，所述交换节点为所述多个交换节点中的任意一个；其中，
叶节点的编址信息包括所述叶节点的纵向平面号VD_Num，所述VD_Num的取值区间为[0，np-1]，p为汇聚节点连接与所述汇聚节点处于同一纵向平面的叶节点的端口数，n为一个横向平面内汇聚节点的个数；通过VD_Num/p即可计算得到与所述叶节点所在纵向平面正交的HD中汇聚节点所对应的端口；
汇聚节点的编址信息包括所述汇聚节点的横向平面号HD_Num和编号agg_Num，所述HD_Num的取值区间为[0，k-1]，所述agg_Num的取值区间为[0，n-1]，k为一个叶节点连接与所述一个叶节点处于同一纵向平面的汇聚节点的端口数；例如图1中，HD从下往上，总计k个平面，agg从左到右，一个HD平面内总计n个汇聚节点；以及
骨干节点的编址信息包括所述骨干节点的横向平面号HD_Num和编号spine_Num，所述HD_Num的取值区间为[0，k-1]，所述spine_Num的取值区间为[0，m-1]，m为一个横向平面内骨干节点的个数；例如图1中，HD从下往上，总计k个平面，spine从左到右，一个HD平面内总计m个骨干节点。
102、所述控制器向所述交换节点发送所述编址信息，以使所述交换节点根据所述编址信息转发报文。
需要说明的是，所述控制器将生成的所述编址信息发送给所述交换节点，从而使得所述交换节点能够根据所述编址信息计算得到对应的转发端口，并通过对应的转发端口转发报文。
本发明实施例中，控制器为交换节点生成编址信息，并记录所述交换节点与所述编址信息的对应关系；所述控制器向所述交换节点发送所述编址信息，以使所述交换节点根据所述编址信息转发报文；因此，在转发报文时，交换节点能够根据控制器生成的编址信息计算得到对应的转发端口，并通过对应的转发端口转发报文，在报文的转发过程中无需查表，提高了报文转发效率。
请参阅图3，本发明所提供的报文转发方法的另一实施例包括：
201、控制器为交换节点生成编址信息，并记录所述交换节点的IP地址与所述编址信息的对应关系。
需要说明的是，控制器为交换节点生成编址信息，并记录所述交换节点的IP(英文：Internet Protocol，中文：互联网协议)地址与所述编址信息的对应关系；编址信息参照步骤101中相关说明，此处不再赘述。
202、所述控制器接收服务器发送的地址解析协议ARP请求，所述ARP请求携带所述交换节点的IP地址。
需要说明的是，所述控制器接收服务器发送的ARP(英文：Address ResolutionProtocol，中文：地址解析协议)请求，所述ARP请求携带所述交换节点的IP地址。
203、所述控制器根据所述对应关系向所述服务器发送ARP响应，所述ARP响应携带所述编址信息，以使所述服务器在发送报文时将所述编址信息作为所述交换节点的MAC地址。
204、所述控制器向所述交换节点发送所述编址信息，以使所述交换节点根据所述编址信息转发报文。
本发明实施例中，所述控制器接收服务器发送的地址解析协议ARP请求，并根据所述对应关系向所述服务器发送ARP响应，以使所述服务器在发送报文时将所述编址信息作为所述交换节点的MAC地址，提高报文转发效率。
本方法主要由交换节点执行，请参阅图4，本发明所提供的报文转发方法的另一实施例包括：
301、交换节点获取控制器发送的所述交换节点的编址信息。
302、所述交换节点接收报文，所述报文的目的介质访问控制MAC地址字段携带目的叶节点的编址信息，IP地址字段携带目的服务器的IP地址。
303、所述交换节点获取所述报文的转发端口，并通过所述转发端口转发所述报文。
需要说明的是，多级交换网络包括多个交换节点，所述多个交换节点包括叶节点，汇聚节点和骨干节点，所述交换节点为所述多个交换节点中的任意一个；其中：
当所述交换节点为叶节点时，所述编址信息包括所述叶节点的纵向平面号VD_Num，所述VD_Num的取值区间为[0，np-1]，p为汇聚节点连接与所述汇聚节点处于同一纵向平面的叶节点的端口数，n为一个横向平面内汇聚节点的个数；通过VD_Num/p即可计算得到与所述叶节点所在纵向平面正交的HD中汇聚节点所对应的端口；
当所述交换节点为汇聚节点时，所述编址信息包括所述汇聚节点的横向平面号HD_Num和编号agg_Num，所述HD_Num的取值区间为[0，k-1]，所述agg_Num的取值区间为[0，n-1]，k为一个叶节点连接与所述一个叶节点处于同一纵向平面的汇聚节点的端口数；例如图1中，HD从下往上，总计k个平面，agg从左到右，一个HD平面内总计n个汇聚节点；以及
当所述交换节点为骨干节点时，所述的编址信息包括所述骨干节点的横向平面号HD_Num和编号spine_Num，所述HD_Num的取值区间为[0，k-1]，所述spine_Num的取值区间为[0，m-1]，m为一个横向平面内骨干节点的个数；例如图1中，HD从下往上，总计k个平面，spine从左到右，一个HD平面内总计m个骨干节点。本发明实施例中，交换节点获取控制器发送的所述交换节点的编址信息；所述交换节点接收报文，以及获取所述报文的转发端口，并通过所述转发端口转发所述报文；因此，在转发报文时，交换节点能够根据确定的编址信息获取报文的转发端口，并通过所述转发端口转发报文；在报文的转发过程中无需查表，提高了报文转发效率。
下面将从叶节点的角度对该报文转发方法进行说明，请参阅图5，其中，所述交换节点为叶节点，本发明所提供的报文转发方法的另一实施例包括：
401、交换节点获取控制器发送的所述交换节点的编址信息。
402、所述交换节点接收报文，所述报文的目的介质访问控制MAC地址字段携带目的叶节点的编址信息，IP地址字段携带目的服务器的IP地址。
需要说明的是，目的叶节点为叶节点在报文转发时的目的端，其编址信息可参照步骤303中叶节点的编址说明。
403、所述交换节点确定所述报文的来源。
404、当所述报文来自另一交换节点时，所述交换节点获取所述目的服务器的MAC地址以及所述MAC地址对应的转发端口，将所述报文的MAC地址字段中的所述目的叶节点的编址信息替换为所述目的服务器的MAC地址后，通过所述转发端口向所述目的服务器发送所述报文。
需要说明的是，当所述报文来自另一交换节点时，所述交换节点通过查询另一交换节点学习到的ARP表或者通过向目的服务器发送ARP请求获取所述目的服务器的MAC地址以及所述MAC地址对应的转发端口。
405、当所述报文来自服务器时，所述交换节点获取连接汇聚节点的转发端口，并通过所述转发端口转发所述报文。
需要说明的是，一个叶节点可以连接多个汇聚节点，由于交换机自身是知道上行口和下行口，一般下行口连接服务器，上行口连接高一级的设备，交换机都知道自己的上行口；因此，所述交换节点获取连接汇聚节点的转发端口可以是获取连接任意一个汇聚节点的端口。
本发明实施例中，所述交换节点确定所述报文的来源；当所述报文来自另一交换节点时，所述交换节点获取所述目的服务器的MAC地址以及所述MAC地址对应的转发端口，将所述报文的MAC地址字段中的所述目的叶节点的编址信息替换为所述目的服务器的MAC地址后，通过所述转发端口向所述目的服务器发送所述报文；当所述报文来自服务器时，所述交换节点获取连接汇聚节点的转发端口，并通过所述转发端口转发所述报文；因此，在报文的转发过程中无需查表，提高了报文转发效率。且本发明实施例中的报文不需要增加额外的头开销，提高了网络利用率；同时，本发明实施例还适用于7-stage CLOS、9-stageCLOS及多平面Mesh结构等网络架构。
下面将从汇聚节点的角度对该报文转发方法进行说明，请参阅图6，其中，所述交换节点为汇聚节点，本发明所提供的报文转发方法的另一实施例包括：
501、交换节点获取控制器发送的所述交换节点的编址信息。
502、所述交换节点接收报文，所述报文的目的介质访问控制MAC地址字段携带目的叶节点的编址信息，IP地址字段携带目的服务器的IP地址。
503、所述交换节点确定所述报文的来源。
504、当所述报文来自叶节点时，所述交换节点确定所述目的叶节点对应的汇聚节点的编址信息与所述交换节点的编址信息是否一致，如果一致，所述交换节点根据所述目的叶节点的编址信息计算得到第一转发端口，并通过所述第一转发端口将所述报文发送给所述目的叶节点，所述第一转发端口为所述交换节点与所述目的叶节点通信的端口；如果不一致，所述交换节点获取连接骨干节点的第二转发端口，并通过所述第二转发端口转发所述报文。
需要说明的是，所述第一转发端口的计算公式为VD_Num/p，计算得到的结果需要进行取整且只保留整数，其中，VD-Num为所述目的叶节点的纵向平面号，p为一个汇聚节点连接与所述一个汇聚节点处于同一纵向平面的叶节点的端口数。
所述交换节点获取连接骨干节点的第二转发端口，并通过所述第二转发端口转发所述报文，其中，一个汇聚可以连接多个骨干节点，所述交换节点获取连接骨干节点的第二转发端口可以是连接任意一个骨干节点的端口。
本发明实施例中，所述交换节点确定所述报文的来源；当所述报文来自叶节点时，所述交换节点确定所述目的叶节点对应的汇聚节点的编址信息与所述交换节点的编址信息是否一致，如果一致，所述交换节点根据所述目的叶节点的编址信息计算得到第一转发端口，并通过所述第一转发端口将所述报文发送给所述目的叶节点，所述第一转发端口为所述交换节点与所述目的叶节点通信的端口；如果不一致，所述交换节点获取连接骨干节点的第二转发端口，并通过所述第二转发端口转发所述报文。因此，在报文的转发过程中无需查表，提高了报文转发效率。且本发明实施例中的报文不需要增加额外的头开销，提高了网络利用率；同时，本发明实施例还适用于7-stage CLOS、9-stage CLOS及多平面Mesh结构等网络架构。
下面将从骨干节点的角度对该报文转发方法进行说明，请参阅图7，其中，所述交换节点为骨干节点，本发明所提供的报文转发方法的另一实施例包括：
601、交换节点获取控制器发送的所述交换节点的编址信息。
602、所述交换节点从汇聚节点接收报文，所述报文的目的介质访问控制MAC地址字段携带目的叶节点的编址信息，IP地址字段携带目的服务器的IP地址。
603、所述交换节点根据所述目的叶节点的编址信息确定所述目的叶节点对应的目的汇聚节点与所述交换节点通信的转发端口，并通过所述转发端口向所述目的汇聚节点发送所述报文，以使所述目的汇聚节点将所述报文发送给所述目的叶节点。
需要说明的是，所述交换节点根据所述目的叶节点的编址信息和计算公式VD_Nummod(p)确定所述目的叶节点对应的目的汇聚节点，从而确定与所述目的汇聚节点通信的转发端口，并通过所述转发端口向所述目的汇聚节点发送所述报文，以使所述目的汇聚节点将所述报文发送给所述目的叶节点。其中，VD_Num为所述目的叶节点的纵向平面号，mod为求余函数，p为一个汇聚节点连接与所述一个汇聚节点处于同一纵向平面的叶节点的端口数。
本发明实施例中，所述交换节点根据所述目的叶节点的编址信息确定所述目的叶节点对应的目的汇聚节点与所述交换节点通信的转发端口，并通过所述转发端口向所述目的汇聚节点发送所述报文，以使所述目的汇聚节点将所述报文发送给所述目的叶节点。因此，在报文的转发过程中无需查表，提高了报文转发效率。且本发明实施例中的报文不需要增加额外的头开销，提高了网络利用率；同时，本发明实施例还适用于7-stage CLOS、9-stage CLOS及多平面Mesh结构等网络架构。
为便于理解，下面以一具体应用场景对本发明实施例中报文转发方法进行具体描述：
本场景以5-stage CLOS为例进行说明，对于7-stage CLOS、9-stage CLOS及多平面Mesh结构等网络架构可对应参考。
在5-stage CLOS中，控制器为交换节点生成编址信息，并记录所述交换节点与所述编址信息的对应关系，该对应关系包括所述交换节点的IP地址与所述编址信息的对应关系。其中，叶节点的编址信息包括所述叶节点的纵向平面号VD_Num，所述VD_Num的取值区间为[0，np-1]，p为汇聚节点连接与所述汇聚节点处于同一纵向平面的叶节点的端口数，n为一个横向平面内汇聚节点的个数；
汇聚节点的编址信息包括所述汇聚节点的横向平面号HD_Num和编号agg_Num，所述HD_Num的取值区间为[0，k-1]，所述agg_Num的取值区间为[0，n-1]，k为一个叶节点连接与所述一个叶节点处于同一纵向平面的汇聚节点的端口数；以及
骨干节点的编址信息包括所述骨干节点的横向平面号HD_Num和编号spine_Num，所述HD_Num的取值区间为[0，k-1]，所述spine_Num的取值区间为[0，m-1]，m为一个横向平面内骨干节点的个数。
基于上述编址信息，报文转发过程如下：
一、交换节点为叶节点
交换节点获取控制器发送的所述交换节点的编址信息。
所述交换节点接收报文，所述报文的目的介质访问控制MAC地址字段携带目的叶节点的编址信息，IP地址字段携带目的服务器的IP地址。
所述交换节点确定所述报文的来源。
当所述报文来自另一交换节点时，所述交换节点通过查询另一交换节点学习到的ARP表或者通过向目的服务器发送ARP请求获取所述目的服务器的MAC地址以及所述MAC地址对应的转发端口，并将所述报文的MAC地址字段中的所述目的叶节点的编址信息替换为所述目的服务器的MAC地址后，通过所述转发端口向所述目的服务器发送所述报文。
当所述报文来自服务器时，所述交换节点获取连接汇聚节点的转发端口，并通过所述转发端口转发所述报文；其中，该连接汇聚节点的转发端口可以是连接任意一个汇聚节点的端口。
二、交换节点为汇聚节点
交换节点获取控制器发送的所述交换节点的编址信息。
所述交换节点接收报文，所述报文的目的介质访问控制MAC地址字段携带目的叶节点的编址信息，IP地址字段携带目的服务器的IP地址。
所述交换节点确定所述报文的来源。
当所述报文来自叶节点时，所述交换节点确定所述目的叶节点对应的汇聚节点的编址信息与所述交换节点的编址信息是否一致，如果一致，所述交换节点根据所述目的叶节点的编址信息和计算公式VD_Num/p计算得到第一转发端口，并通过所述第一转发端口将所述报文发送给所述目的叶节点，所述第一转发端口为所述交换节点与所述目的叶节点通信的端口；如果不一致，所述交换节点获取连接骨干节点的第二转发端口，并通过所述第二转发端口转发所述报文。其中，所述交换节点获取连接骨干节点的第二转发端口可以是连接任意一个骨干节点的端口。
三、交换节点为骨干节点
交换节点获取控制器发送的所述交换节点的编址信息。
所述交换节点从汇聚节点接收报文，所述报文的目的介质访问控制MAC地址字段携带目的叶节点的编址信息，IP地址字段携带目的服务器的IP地址。
所述交换节点根据所述目的叶节点的编址信息和计算公式VD_Num mod(p)确定所述目的叶节点对应的目的汇聚节点，从而确定与所述目的汇聚节点通信的转发端口，并通过所述转发端口向所述目的汇聚节点发送所述报文，以使所述目的汇聚节点将所述报文发送给所述目的叶节点。
以上对本发明的报文转发方法进行了说明，下面将从装置的角度对报文转发中相关装置的结构进行说明，请参阅图8，为本发明所提供的控制器的一个结构示意图。控制器可包括接收器701、发射器702、处理器703和存储器704。存储器704可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器703提供指令和数据。存储器704的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器。
存储器704存储了如下的元素，可执行模块或者数据结构，或者它们的子集，或者它们的扩展集:
操作指令：包括各种操作指令，用于实现各种操作。
操作系统：包括各种系统程序，用于实现各种基础业务以及处理基于硬件的任务。
本发明实施例中，处理器703用于：
为交换节点生成编址信息，并记录所述交换节点与所述编址信息的对应关系；
发射器702用于：
向所述交换节点发送所述编址信息，以使所述交换节点根据所述编址信息转发报文；
其中，所述多级交换网络包括多个交换节点，所述多个交换节点包括叶节点，汇聚节点和骨干节点，所述交换节点为所述多个交换节点中的任意一个；
其中，
叶节点的编址信息包括所述叶节点的纵向平面号VD_Num，所述VD_Num的取值区间为[0，np-1]，p为汇聚节点连接与所述汇聚节点处于同一纵向平面的叶节点的端口数，n为一个横向平面内汇聚节点的个数；
汇聚节点的编址信息包括所述汇聚节点的横向平面号HD_Num和编号agg_Num，所述HD_Num的取值区间为[0，k-1]，所述agg_Num的取值区间为[0，n-1]，k为一个叶节点连接与所述一个叶节点处于同一纵向平面的汇聚节点的端口数；以及
骨干节点的编址信息包括所述骨干节点的横向平面号HD_Num和编号spine_Num，所述HD_Num的取值区间为[0，k-1]，所述spine_Num的取值区间为[0，m-1]，m为一个横向平面内骨干节点的个数。
可选的，所述交换节点与所述编址信息的对应关系包括所述交换节点的IP地址与所述编址信息的对应关系；所述接收器701用于：
接收服务器发送的地址解析协议ARP请求，所述ARP请求携带所述交换节点的IP地址；
所述处理器703还用于：
根据所述对应关系向所述服务器发送ARP响应，所述ARP响应携带所述编址信息，以使所述服务器在发送报文时将所述编址信息作为所述交换节点的MAC地址。
请参阅图9，为本发明所提供的交换节点的一个结构示意图。交换节点可包括接收器801、发射器802、处理器803和存储器804。存储器804可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器803提供指令和数据。存储器804的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器。
存储器804存储了如下的元素，可执行模块或者数据结构，或者它们的子集，或者它们的扩展集:
操作指令：包括各种操作指令，用于实现各种操作。
操作系统：包括各种系统程序，用于实现各种基础业务以及处理基于硬件的任务。
本发明实施例中，接收器801用于：
接收报文，所述报文的目的介质访问控制MAC地址字段携带目的叶节点的编址信息，IP地址字段携带目的服务器的IP地址；
处理器803用于：
获取控制器发送的交换节点的编址信息；以及
获取所述报文的转发端口，并通过所述转发端口转发所述报文；
其中，
当所述交换节点为叶节点时，所述编址信息包括所述叶节点的纵向平面号VD_Num，所述VD_Num的取值区间为[0，np-1]，p为汇聚节点连接与所述汇聚节点处于同一纵向平面的叶节点的端口数，n为一个横向平面内汇聚节点的个数；
当所述交换节点为汇聚节点时，所述编址信息包括所述汇聚节点的横向平面号HD_Num和编号agg_Num，所述HD_Num的取值区间为[0，k-1]，所述agg_Num的取值区间为[0，n-1]，k为一个叶节点连接与所述一个叶节点处于同一纵向平面的汇聚节点的端口数；以及
当所述交换节点为骨干节点时，所述的编址信息包括所述骨干节点的横向平面号HD_Num和编号spine_Num，所述HD_Num的取值区间为[0，k-1]，所述spine_Num的取值区间为[0，m-1]，m为一个横向平面内骨干节点的个数。
可选的，所述交换节点为叶节点，所述处理器803具体用于：
获取控制器发送的所述交换节点的编址信息；
确定所述报文的来源；
当所述报文来自另一交换节点时，获取所述目的服务器的MAC地址以及所述MAC地址对应的转发端口，将所述报文的MAC地址字段中的所述目的叶节点的编址信息替换为所述目的服务器的MAC地址后，通过所述转发端口向所述目的服务器发送所述报文；
当所述报文来自服务器时，获取连接汇聚节点的转发端口，并通过所述转发端口转发所述报文。
可选的，所述交换节点为汇聚节点，所述处理器803具体用于：
获取控制器发送的所述交换节点的编址信息；
确定所述报文的来源；
当所述报文来自叶节点时，确定所述目的叶节点对应的汇聚节点的编址信息与所述交换节点的编址信息是否一致，如果一致，根据所述目的叶节点的编址信息计算得到第一转发端口，并通过所述第一转发端口将所述报文发送给所述目的叶节点，所述第一转发端口为所述交换节点与所述目的叶节点通信的端口；如果不一致，获取连接骨干节点的第二转发端口，并通过所述第二转发端口转发所述报文。
可选的，所述交换节点为骨干节点，所述交换节点接收报文包括：所述交换节点从汇聚节点接收所述报文；
所述处理器803具体用于：
获取控制器发送的所述交换节点的编址信息；
根据所述目的叶节点的编址信息确定所述目的叶节点对应的目的汇聚节点与所述交换节点通信的转发端口，并通过所述转发端口向所述目的汇聚节点发送所述报文，以使所述目的汇聚节点将所述报文发送给所述目的叶节点。
上述装置的相关描述可以对应参阅方法实施例部分的相关描述和效果进行理解，本处不做过多赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，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例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文：Read-OnlyMemory，简称：ROM)、随机存取存储器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种报文转发方法，应用于多级交换网络，其特征在于，所述方法包括：
控制器为交换节点生成编址信息，并记录所述交换节点与所述编址信息的对应关系；
所述控制器向所述交换节点发送所述编址信息，以使所述交换节点根据所述编址信息转发报文；
所述多级交换网络包括多个交换节点，所述多个交换节点包括叶节点，汇聚节点和骨干节点，所述交换节点为所述多个交换节点中的任意一个；
其中，
叶节点的编址信息包括所述叶节点的纵向平面号VD_Num，所述VD_Num的取值区间为[0，np-1]，p为汇聚节点连接与所述汇聚节点处于同一纵向平面的叶节点的端口数，n为一个横向平面内汇聚节点的个数；
汇聚节点的编址信息包括所述汇聚节点的横向平面号HD_Num和编号agg_Num，所述HD_Num的取值区间为[0，k-1]，所述agg_Num的取值区间为[0，n-1]，k为一个叶节点连接与所述一个叶节点处于同一纵向平面的汇聚节点的端口数；以及
骨干节点的编址信息包括所述骨干节点的横向平面号HD_Num和编号spine_Num，所述HD_Num的取值区间为[0，k-1]，所述spine_Num的取值区间为[0，m-1]，m为一个横向平面内骨干节点的个数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述交换节点与所述编址信息的对应关系包括所述交换节点的IP地址与所述编址信息的对应关系；
所述方法还包括：
所述控制器接收服务器发送的地址解析协议ARP请求，所述ARP请求携带所述交换节点的IP地址；
所述控制器根据所述对应关系向所述服务器发送ARP响应，所述ARP响应携带所述编址信息，以使所述服务器在发送报文时将所述编址信息作为所述交换节点的MAC地址。
3.一种报文转发方法，应用于多级交换网络，其特征在于，所述方法包括：
交换节点获取控制器发送的所述交换节点的编址信息；
所述交换节点接收报文，所述报文的目的介质访问控制MAC地址字段携带目的叶节点的编址信息，IP地址字段携带目的服务器的IP地址；
所述交换节点获取所述报文的转发端口，并通过所述转发端口转发所述报文；
其中，
当所述交换节点为叶节点时，所述编址信息包括所述叶节点的纵向平面号VD_Num，所述VD_Num的取值区间为[0，np-1]，p为汇聚节点连接与所述汇聚节点处于同一纵向平面的叶节点的端口数，n为一个横向平面内汇聚节点的个数；
当所述交换节点为汇聚节点时，所述编址信息包括所述汇聚节点的横向平面号HD_Num和编号agg_Num，所述HD_Num的取值区间为[0，k-1]，所述agg_Num的取值区间为[0，n-1]，k为一个叶节点连接与所述一个叶节点处于同一纵向平面的汇聚节点的端口数；以及
当所述交换节点为骨干节点时，所述的编址信息包括所述骨干节点的横向平面号HD_Num和编号spine_Num，所述HD_Num的取值区间为[0，k-1]，所述spine_Num的取值区间为[0，m-1]，m为一个横向平面内骨干节点的个数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述交换节点为叶节点，所述获取所述报文的转发端口，并通过所述转发端口转发所述报文具体包括：
所述交换节点确定所述报文的来源；
当所述报文来自另一交换节点时，所述交换节点获取所述目的服务器的MAC地址以及所述MAC地址对应的转发端口，将所述报文的MAC地址字段中的所述目的叶节点的编址信息替换为所述目的服务器的MAC地址后，通过所述转发端口向所述目的服务器发送所述报文；
当所述报文来自服务器时，所述交换节点获取连接汇聚节点的转发端口，并通过所述转发端口转发所述报文。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述交换节点为汇聚节点，所述获取所述报文的转发端口，并通过所述转发端口转发所述报文具体包括：
所述交换节点确定所述报文的来源；
当所述报文来自叶节点时，所述交换节点确定所述目的叶节点对应的汇聚节点的编址信息与所述交换节点的编址信息是否一致，如果一致，所述交换节点根据所述目的叶节点的编址信息计算得到第一转发端口，并通过所述第一转发端口将所述报文发送给所述目的叶节点，所述第一转发端口为所述交换节点与所述目的叶节点通信的端口；如果不一致，所述交换节点获取连接骨干节点的第二转发端口，并通过所述第二转发端口转发所述报文。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述交换节点为骨干节点，
所述交换节点接收报文包括：所述交换节点从汇聚节点接收所述报文；
所述交换节点获取所述报文的转发端口，并通过所述转发端口转发所述报文具体包括：
所述交换节点根据所述目的叶节点的编址信息确定所述目的叶节点对应的目的汇聚节点与所述交换节点通信的转发端口，并通过所述转发端口向所述目的汇聚节点发送所述报文，以使所述目的汇聚节点将所述报文发送给所述目的叶节点。
7.一种控制器，应用于多级交换网络，其特征在于，所述控制器包括：
处理器，用于为交换节点生成编址信息，并记录所述交换节点与所述编址信息的对应关系；
发射器，用于向所述交换节点发送所述编址信息，以使所述交换节点根据所述编址信息转发报文；
所述多级交换网络包括多个交换节点，所述多个交换节点包括叶节点，汇聚节点和骨干节点，所述交换节点为所述多个交换节点中的任意一个；
其中，
叶节点的编址信息包括所述叶节点的纵向平面号VD_Num，所述VD_Num的取值区间为[0，np-1]，p为汇聚节点连接与所述汇聚节点处于同一纵向平面的叶节点的端口数，n为一个横向平面内汇聚节点的个数；
汇聚节点的编址信息包括所述汇聚节点的横向平面号HD_Num和编号agg_Num，所述HD_Num的取值区间为[0，k-1]，所述agg_Num的取值区间为[0，n-1]，k为一个叶节点连接与所述一个叶节点处于同一纵向平面的汇聚节点的端口数；以及
骨干节点的编址信息包括所述骨干节点的横向平面号HD_Num和编号spine_Num，所述HD_Num的取值区间为[0，k-1]，所述spine_Num的取值区间为[0，m-1]，m为一个横向平面内骨干节点的个数。
8.根据权利要求7所述的控制器，其特征在于，
所述交换节点与所述编址信息的对应关系包括所述交换节点的IP地址与所述编址信息的对应关系；
所述控制器还包括：
接收器，用于接收服务器发送的地址解析协议ARP请求，所述ARP请求携带所述交换节点的IP地址；
所述处理器还用于根据所述对应关系向所述服务器发送ARP响应，所述ARP响应携带所述编址信息，以使所述服务器在发送报文时将所述编址信息作为所述交换节点的MAC地址。
9.一种交换节点，应用于多级交换网络，其特征在于，所述交换节点包括：
接收器，用于接收报文，所述报文的目的介质访问控制MAC地址字段携带目的叶节点的编址信息，IP地址字段携带目的服务器的IP地址；
处理器，用于获取控制器发送的所述交换节点的编址信息；以及
获取所述报文的转发端口，并通过所述转发端口转发所述报文；
其中，
当所述交换节点为叶节点时，所述编址信息包括所述叶节点的纵向平面号VD_Num，所述VD_Num的取值区间为[0，np-1]，p为汇聚节点连接与所述汇聚节点处于同一纵向平面的叶节点的端口数，n为一个横向平面内汇聚节点的个数；
当所述交换节点为汇聚节点时，所述编址信息包括所述汇聚节点的横向平面号HD_Num和编号agg_Num，所述HD_Num的取值区间为[0，k-1]，所述agg_Num的取值区间为[0，n-1]，k为一个叶节点连接与所述一个叶节点处于同一纵向平面的汇聚节点的端口数；以及
当所述交换节点为骨干节点时，所述的编址信息包括所述骨干节点的横向平面号HD_Num和编号spine_Num，所述HD_Num的取值区间为[0，k-1]，所述spine_Num的取值区间为[0，m-1]，m为一个横向平面内骨干节点的个数。
10.根据权利要求9所述的交换节点，其特征在于，所述交换节点为叶节点，所述处理器具体用于：
获取控制器发送的所述交换节点的编址信息；
确定所述报文的来源；
当所述报文来自另一交换节点时，获取所述目的服务器的MAC地址以及所述MAC地址对应的转发端口，将所述报文的MAC地址字段中的所述目的叶节点的编址信息替换为所述目的服务器的MAC地址后，通过所述转发端口向所述目的服务器发送所述报文；
当所述报文来自服务器时，获取连接汇聚节点的转发端口，并通过所述转发端口转发所述报文。
11.根据权利要求9所述的交换节点，其特征在于，所述交换节点为汇聚节点，所述处理器具体用于：
获取控制器发送的所述交换节点的编址信息；
确定所述报文的来源；
当所述报文来自叶节点时，确定所述目的叶节点对应的汇聚节点的编址信息与所述交换节点的编址信息是否一致，如果一致，根据所述目的叶节点的编址信息计算得到第一转发端口，并通过所述第一转发端口将所述报文发送给所述目的叶节点，所述第一转发端口为所述交换节点与所述目的叶节点通信的端口；如果不一致，获取连接骨干节点的第二转发端口，并通过所述第二转发端口转发所述报文。
12.根据权利要求9所述的交换节点，其特征在于，所述交换节点为骨干节点，所述交换节点接收报文包括：所述交换节点从汇聚节点接收所述报文；
所述处理器具体用于：
获取控制器发送的所述交换节点的编址信息；
根据所述目的叶节点的编址信息确定所述目的叶节点对应的目的汇聚节点与所述交换节点通信的转发端口，并通过所述转发端口向所述目的汇聚节点发送所述报文，以使所述目的汇聚节点将所述报文发送给所述目的叶节点。
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