CN106612234A - 一种基于vlan固化的网络报文复制及分发方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于VLAN固化的网络报文复制及分发方法，通过获取报文分发的VLAN的个数及对应的HASH值域，得到目标WLAN；建立HASH索引与VLAN的对应关系；计算每个分流任务的分流目标的在全部目标VLAN中的平均出现次数；建立分流目标与目标VLAN的对应表；并将相应的分流目标添加到对应的目标VLAN中，并分发及复制分流业务。本发明提出的方法实现了固化VLAN与HASH索引表的关系，同时消除VLAN与业务端口的绑定关系，在保留VLAN复制优点的基础上实现灵活的流量调度，将流量调度的粒度由现有的VLAN级别，提高到端口级别；进而提高了流量的调度能力，提高了报文分发与复制的效率。

Description

一种基于VLAN固化的网络报文复制及分发方法

技术领域

本发明涉及一种网络安全系统中数据包分发技术，具体涉及一种基于VLAN固化的网络报文复制及分发方法。

背景技术

虚拟局域网(VLAN)是一组逻辑上的设备和用户，这些设备和用户并不受物理位置的限制，可以根据功能、部门及应用等因素将它们组织起来，相互之间的通信就好像它们在同一个网段中一样，由此得名虚拟局域网。VLAN是一种比较新的技术，工作在OSI参考模型的第2层和第3层，一个VLAN就是一个广播域，VLAN之间的通信是通过第3层的路由器来完成的。与传统的局域网技术相比较，VLAN技术更加灵活，它具有以下优点：网络设备的移动、添加和修改的管理开销减少；可以控制广播活动；可提高网络的安全性。在计算机网络中，一个二层网络可以被划分为多个不同的广播域，一个广播域对应了一个特定的用户组，默认情况下这些不同的广播域是相互隔离的。不同的广播域之间想要通信，需要通过一个或多个路由器。这样的一个广播域就称为VLAN。

现有的网络报文分发方法在计算分发对象时往往使用一种HASH映射的方法来完成分发对象的选择，现有方法的缺陷在于不同业务之间通过VLAN进行绑定，利用VLAN的广播特性实现不同业务之间的报文复制，业务之间依赖于VLAN的划定，而VLAN又直接与端口相关，对流量的调度能力仅局限于VLAN的粒度，无法实现端口级别的流量调度，如将特定端口的流量降低一定的百分比这样的需求很难使用现有VLAN划分的方案实现(通过业务端口和VLAN做交叉绑定的方式也许可行，不过远超系统允许的VLAN数量4096)。

发明内容

有鉴于此，本发明提供的一种基于VLAN固化的网络报文复制及分发方法，该方法实现了固化VLAN与HASH索引表的关系，同时消除VLAN与业务端口的绑定关系，在保留VLAN复制优点的基础上实现灵活的流量调度，将流量调度的粒度由现有的VLAN级别，提高到端口级别；进而提高了流量的调度能力，提高了报文分发与复制的效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于VLAN固化的网络报文复制及分发方法，所述方法用于在网络分流设备的分流过程中，通过HASH及VLAN实现分流业务中报文的复制及分发，所述方法包括：

步骤1.获取所述报文分发的VLAN的个数及对应的HASH值域，得到目标WLAN；建立HASH索引与VLAN的对应关系；

步骤2.计算每个所述分流任务的分流目标的在全部目标VLAN中的平均出现次数；

步骤3.建立所述分流目标与所述目标VLAN的对应表；

步骤4.将相应的所述分流目标添加到对应的所述目标VLAN中，并分发及复制所述分流业务。

优选的，所述步骤4之后包括：

步骤5.判断是否存在需要降低流量的端口；

若不存在，则所述报文的复制及分发结束；

若存在，则进入步骤6；

步骤6.若将所述端口中需要降低的流量分配至某一端外的其他端口，则调整所述端口的权重，然后返回步骤2；

若丢弃将所述端口中需要降低的流量，则修改所述步骤3中生成的所述分流目标与目标VLAN的对应表；并按照丢弃比例将相应的表项置空，及删除对应的所述目标VLAN里面的目标端口。

优选的，所述步骤4之后包括：

判断端口是否出现UP/DOWN变化；

若是，则返回步骤2；

若否，则所述报文的复制及分发结束。

优选的，所述步骤1包括：

1-1.获取所述报文分发的VLAN的个数为h个及对应的HASH值域为[0,h]，得到目标WLAN；其中，h为2m-1、且m为正整数；h的取值小于等于交换芯片对VLAN数量限制值；所述目标VLAN编号为1…h+1；

1-2.建立HASH索引与VLAN的一一对应的对应关系，即HASH值为h’，对应的VLAN ID为h’+1；其中，h’为[0,h]中的任一值；

1-3.确定所述分流业务的数量为w个，分别为S1、S2…Sw，所述分流业务包含的所述分流目标的数量分别为为t1、t2…tw；其中，n>＝1。

优选的，若端口的权重相同，则所述步骤2包括：

计算每个所述分流任务的分流目标的在全部目标VLAN中的平均出现次数L；即所述分流业务S1的平均出现次数为L1＝n/t1、S2的平均出现次数为L2＝n/t2…Lw的平均出现次数为Lw＝n/tw。

优选的，若端口的权重不同，则所述步骤2包括：

采用加权平均值的计算方法，计算每个所述分流任务的分流目标的在全部目标VLAN中的平均出现次数。

优选的，所述步骤3包括：

3-1.对所述分流目标进行排序，得到每个所述分流目标端口对应的目标VLAN ID；

3-2.分别计算不同的所述分流目标与所述目标VLAN的对应表，得到VLAN-分流目标对应表；其中不同的所述分流目标的计算过程彼此独立。

优选的，所述对所述分流目标进行排序包括：

按照端口字母序或者手工指定的方式对所述分流目标进行排序。

优选的，所述每个所述分流目标端口对应的目标VLAN ID，包括：

所述分流目标的端口为端口0、端口1…端口q；

则所述分流目标的端口0对应的所述目标VLAN ID为[1,l1]、所述分流目标的端口1对应的所述目标VLAN ID为[l1+1,l1+l1]…所述分流目标的端口q对应的所述目标VLAN ID为[lq+1,lq+lq]。

优选的，所述步骤4包括：

根据所述VLAN-分流目标对应表，将相应的所述分流目标按顺序依次添加到对应的所述目标VLAN中，并依据报文散列的HASH值分发所述报文，同时基于VLAN广播的复制功能复制所述分流业务。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种基于VLAN固化的网络报文复制及分发方法，通过获取报文分发的VLAN的个数及对应的HASH值域，得到目标WLAN；建立HASH索引与VLAN的对应关系；计算每个分流任务的分流目标的在全部目标VLAN中的平均出现次数；建立分流目标与目标VLAN的对应表；并将相应的分流目标添加到对应的目标VLAN中，并分发及复制分流业务。本发明提出的方法实现了固化VLAN与HASH索引表的关系，同时消除VLAN与业务端口的绑定关系，在保留VLAN复制优点的基础上实现灵活的流量调度，将流量调度的粒度由现有的VLAN级别，提高到端口级别；进而提高了流量的调度能力，提高了报文分发与复制的效率。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：

1、本发明所提供的技术方案，通过获取报文分发的VLAN的个数及对应的HASH值域，得到目标WLAN；建立HASH索引与VLAN的对应关系；计算每个分流任务的分流目标的在全部目标VLAN中的平均出现次数；建立分流目标与目标VLAN的对应表；并将相应的分流目标添加到对应的目标VLAN中，并分发及复制分流业务；实现了固化VLAN与HASH索引表的关系，同时消除VLAN与业务端口的绑定关系，在保留VLAN复制优点的基础上实现灵活的流量调度，将流量调度的粒度由现有的VLAN级别，提高到端口级别。

2、本发明所提供的技术方案，通过固化VLAN与HASH索引表的关系，同时消除VLAN与业务端口的绑定关系，提高了流量的调度能力，提高了报文分发与复制的效率。

3、本发明提供的技术方案，在数据包分发技术领域应用广泛，具有显著的社会效益和经济效益。

附图说明

图1是现有技术的报文分发中的HASH索引表、VLAN映射表以及分流组内计算节点与VLAN的映射关系示意图；

图2是本发明的一种基于VLAN固化的网络报文复制及分发方法的流程示意图；

图3是本发明的网络报文复制及分发方法的步骤1的流程示意图；

图4是本发明的网络报文复制及分发方法的步骤3的流程示意图；

图5是本发明的具体应用例中的包含S1和S2时的各阶段映射表的状态示意图。

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。基于本发明的实施例，本领域普通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。

如图1所示，现有技术中的网络报文分发的过程为：

现有的网络报文分发方法在计算分发对象时往往使用一种HASH映射的方法来完成分发对象的选择，假设报文分发散列算法的散列值空间为[0,1023]，在支持n个分发目标的情况下，设置n个VLAN，建立0-1023的数组，将1-n的VLAN编号平铺到0-1023的数组上，重复平铺，直到铺满整个1024的数组；

图1中业务1处理节点机集合{T11,T12,T13,…,T1i}；业务2处理节点机集合{T21,T22,T23,…,T2j}(i>j)；实际使用VLAN{1,2,…,i}；

如果需要实现分流报文的复制，则可以把另一组目标的端口往n个VLAN里面添加，通过VLAN内广播实现多分流组无差别报文复制的目的。

在已有的方法中，用来容纳分发目标的VLAN的数量随着分发目标的数量而变换，如果两个业务(分流组)的分流目标数量不相等，则VLAN的数量必须为数量较大的那个分流目标，数量较小那个分流组则在VLAN中重复放置，确保每一个VLAN都存在一个分流目标；

然而，现有方法的缺陷在于不同业务之间通过VLAN进行绑定，利用VLAN的广播特性实现不同业务之间的报文复制，业务之间依赖于VLAN的划定，而VLAN又直接与端口相关，对流量的调度能力仅局限于VLAN的粒度，无法实现端口级别的流量调度，如将特定端口的流量降低一定的百分比这样的需求很难使用现有VLAN划分的方案实现(通过业务端口和VLAN做交叉绑定的方式也许可行，不过远超系统允许的VLAN数量4096)。

如图2所示，本发明提供一种基于VLAN固化的网络报文复制及分发方法，方法用于在网络分流设备的分流过程中，通过HASH及VLAN实现分流业务中报文的复制及分发，包括：

S01.获取报文分发的VLAN的个数及对应的HASH值域，得到目标WLAN；建立HASH索引与VLAN的对应关系；

S02.计算每个分流任务的分流目标的在全部目标VLAN中的平均出现次数；

S03.建立分流目标与目标VLAN的对应表；

S04.将相应的分流目标添加到对应的目标VLAN中，并分发及复制分流业务；

S05.判断是否存在需要降低流量的端口；

若不存在，则报文的复制及分发结束；

若存在，则进入步骤6；

S06.若将端口中需要降低的流量分配至某一端外的其他端口，则调整端口的权重，然后返回S02；

若丢弃将端口中需要降低的流量，则修改S03中生成的分流目标与目标VLAN的对应表；并按照丢弃比例将相应的表项置空，及删除对应的目标VLAN里面的目标端口。

S07.判断端口是否出现UP/DOWN变化；

若是，则返回S02；

若否，则报文的复制及分发结束。

如图3所示，步骤1包括：

1-1.获取报文分发的VLAN的个数为h个及对应的HASH值域为[0,h]，得到目标WLAN；其中，h为2m-1、且m为正整数；h的取值小于等于交换芯片对VLAN数量限制值；目标VLAN编号为1…h+1；

1-2.建立HASH索引与VLAN的一一对应的对应关系，即HASH值为h’，对应的VLAN ID为h’+1；其中，h’为[0,h]中的任一值；

1-3.确定分流业务的数量为w个，分别为S1、S2…Sw，分流业务包含的分流目标的数量分别为为t1、t2…tw；其中，n>＝1。

其中，若端口的权重相同，则步骤2包括：

计算每个分流任务的分流目标的在全部目标VLAN中的平均出现次数L；即分流业务S1的平均出现次数为L1＝n/t1、S2的平均出现次数为L2＝n/t2…Lw的平均出现次数为Lw＝n/tw。

其中，若端口的权重不同，则步骤2包括：

采用加权平均值的计算方法，计算每个分流任务的分流目标的在全部目标VLAN中的平均出现次数。

如图4所示，步骤3包括：

3-1.对分流目标进行排序，得到每个分流目标端口对应的目标VLAN ID；

3-2.分别计算不同的分流目标与目标VLAN的对应表，得到VLAN-分流目标对应表；其中不同的分流目标的计算过程彼此独立。

其中，对分流目标进行排序包括：

按照端口字母序或者手工指定的方式对分流目标进行排序。

其中，每个分流目标端口对应的目标VLAN ID，包括：

分流目标的端口为端口0、端口1…端口q；

则分流目标的端口0对应的目标VLAN ID为[1,l1]、分流目标的端口1对应的目标VLAN ID为[l1+1,l1+l1]…分流目标的端口q对应的目标VLAN ID为[lq+1,lq+lq]。

其中，步骤4包括：

根据VLAN-分流目标对应表，将相应的分流目标按顺序依次添加到对应的目标VLAN中，并依据报文散列的HASH值分发报文，同时基于VLAN广播的复制功能复制分流业务。

如图5所示，本发明提供一种基于VLAN固化的网络报文复制及分发方法的具体应用例，通过固化VLAN与HASH索引表的关系，消除VLAN与业务端口的绑定关系，在保留VLAN复制优点的基础上实现灵活的流量调度，将流量调度的粒度由现有的VLAN级别，提高到端口级别；

具体的流量调度算法如下：

假设报文分发的HASH的值域为[0,h]，不失一般性，通常采用的h为2m-1(m为正整数)；

设定h个VLAN，对应HASH的值域[0,h],考虑交换芯片对VLAN数量的限制，设定h<＝4096。这些VLAN后续称为目标VLAN,目标VLAN编号为1…h+1；建立HASH索引与VLAN的一一对应关系，即HASH值h’，对应的VLAN ID一定为h’+1；

不失一般性，假设本专利描述的分流业务(分流组)共有2个，分别命名为S1和S2，其中业务S1包含的处理节点(分流目标)数量为t1，S2包含的处理节点(分流目标)数量为t2。

具体的分流方法如下：

Step1：

计算平均每一个分流目标在所有目标VLAN中的出现次数l，其中针对业务S1的l 1＝n/t1，针对S2的l2＝n/t2；(如端口权重不一样，则采用加权平均值的计算方法，对结果和后续过程没有影响，以下描述以各端口权重相等情况为例)

Step2:

建立分流目标与目标VLAN对应表,首先对分流目标进行排序(具体分流目标的排序方法可以按照端口字母序或者手工指定)，则分流目标端口0对应的目标VLAN ID为[1,l 1],分流目标端口1对应的目标VLAN ID为[l 1+1,l 1+l 1],…，不同的分流业务这张分流目标与目标VLAN对应表分别计算，彼此独立；(当端口存在权重时，l的计算方法略有差别)

Step3:

根据Step2计算得出的VLAN-分流目标对应表，将相应的分流目标(端口)按顺序逐个端口添加到对应的目标VLAN中，就可以直接依据报文散列的HASH值实现报文分发，同时可以实现多业务基于VLAN广播的复制功能。

图5中的业务1处理输出端口集合{T11,T12,T13,…,T1i}；业务2处理输出端口集合{T21,T22,T23,…,T2j}(i>j)；

在特定情况下，需要降低某端口的流量时，分两种情况讨论:

C1:降低的流量分配到其他端口去，此时调整相应端口的权重，然后重新计算Step1,Step2,Step3既可；

C2:降低的流量丢弃，此时，需要对Step2生成的分流目标与目标VLAN的对应表进行相应的修改，按照丢弃比例*将相应的表项置空，并将对应目标VLAN里面的目标端口删除，既可实现特定端口流量的降低，并且不影响VLAN复制功能。

如果出现端口UP/DOWN变化，则重复Step1…Step3。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于VLAN固化的网络报文复制及分发方法，所述方法用于在网络分流设备的分流过程中，通过HASH及VLAN实现分流业务中报文的复制及分发，其特征在于，所述方法包括：

步骤1.获取所述报文分发的VLAN的个数及对应的HASH值域，得到目标WLAN；建立HASH索引与VLAN的对应关系；

步骤2.计算每个所述分流任务的分流目标的在全部目标VLAN中的平均出现次数；

步骤3.建立所述分流目标与所述目标VLAN的对应表；

步骤4.将相应的所述分流目标添加到对应的所述目标VLAN中，并分发及复制所述分流业务。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4之后包括：

步骤5.判断是否存在需要降低流量的端口；

若不存在，则所述报文的复制及分发结束；

若存在，则进入步骤6；

步骤6.若将所述端口中需要降低的流量分配至某一端外的其他端口，则调整所述端口的权重，然后返回步骤2；

若丢弃将所述端口中需要降低的流量，则修改所述步骤3中生成的所述分流目标与目标VLAN的对应表；并按照丢弃比例将相应的表项置空，及删除对应的所述目标VLAN里面的目标端口。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4之后包括：

判断端口是否出现UP/DOWN变化；

若是，则返回步骤2；

若否，则所述报文的复制及分发结束。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括：

1-1.获取所述报文分发的VLAN的个数为h个及对应的HASH值域为[0,h]，得到目标WLAN；其中，h为2m-1、且m为正整数；h的取值小于等于交换芯片对VLAN数量限制值；所述目标VLAN编号为1…h+1；

1-2.建立HASH索引与VLAN的一一对应的对应关系，即HASH值为h’，对应的VLAN ID为h’+1；其中，h’为[0,h]中的任一值；

1-3.确定所述分流业务的数量为w个，分别为S1、S2…Sw，所述分流业务包含的所述分流目标的数量分别为为t1、t2…tw；其中，n>＝1。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，若端口的权重相同，则所述步骤2包括：

计算每个所述分流任务的分流目标的在全部目标VLAN中的平均出现次数L；即所述分流业务S1的平均出现次数为L1＝n/t1、S2的平均出现次数为L2＝n/t2…Lw的平均出现次数为Lw＝n/tw。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，若端口的权重不同，则所述步骤2包括：

采用加权平均值的计算方法，计算每个所述分流任务的分流目标的在全部目标VLAN中的平均出现次数。

7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括：

3-1.对所述分流目标进行排序，得到每个所述分流目标端口对应的目标VLAN ID；

3-2.分别计算不同的所述分流目标与所述目标VLAN的对应表，得到VLAN-分流目标对应表；其中不同的所述分流目标的计算过程彼此独立。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对所述分流目标进行排序包括：

按照端口字母序或者手工指定的方式对所述分流目标进行排序。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述每个所述分流目标端口对应的目标VLAN ID，包括：

所述分流目标的端口为端口0、端口1…端口q；

则所述分流目标的端口0对应的所述目标VLAN ID为[1,l1]、所述分流目标的端口1对应的所述目标VLAN ID为[l1+1,l1+l1]…所述分流目标的端口q对应的所述目标VLAN ID为[lq+1,lq+lq]。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤4包括：

根据所述VLAN-分流目标对应表，将相应的所述分流目标按顺序依次添加到对应的所述目标VLAN中，并依据报文散列的HASH值分发所述报文，同时基于VLAN广播的复制功能复制所述分流业务。