CN107579925A - 报文转发方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提出一种报文转发方法及装置，涉及网络通信技术领域。所述报文转发方法包括第一线卡获取待转发报文，从至少两个交换卡中确定出与所述待转发报文对应的目标交换卡，通过所述目标交换卡将所述待转发报文转发到所述第二线卡。该方法根据待转发报文确定对应的目标交换卡，无需关注网络设备上线卡接口的数量以及数据流的条目，易于实现负载均衡，能有效减少丢包，提高网络服务质量。

Description

报文转发方法及装置

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，具体而言，涉及一种报文转发方法及装置。

背景技术

随着互联网的高速发展以及数据业务的不断增加，数据流从网络设备的一张线卡接收，从另外一张线卡发送的过程变得越来越普遍。分布式网络设备有多张线卡，每张线卡的跨卡出接口分别与两张交换卡相连，不同线卡间的数据流在进行跨卡转发时需要经过交换卡处理。因此，线卡上的流量能均匀地负载分担到两张交换卡进行跨卡转发，使线卡与交换卡之间的跨卡通道达到最大使用率，减少丢包，进而提高网络设备的跨卡转发能力，显得尤为重要。

现有的分布式网络设备的跨卡转发报文转发是基于接口分组实现的，即将线卡上的接口进行分组，每个组内的数据流走相应的交换卡，实现将线卡接收的数据流均匀地分配到两张交换卡进行跨卡转发。但当每个分组内的接口流量大小存在较大差异时，负载分担到两张交换卡的流量也就不均匀，当交换卡上承载的业务量达到上限时，会造成大量丢包，从而降低整个分布式网络设备的跨卡转发能力。

因此，如何在复杂多变的环境中将线卡上接收的报文均匀地负载分担到两张交换卡进行跨卡转发，实现负载均衡，以减少丢包，提高网络服务质量，是本领域技术人员关注的重点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种报文转发方法，以改善上述问题。

本发明的目的还在于提供一种报文转发装置，以改善上述问题。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提出一种报文转发方法，应用于网络设备,所述网络设备包括第一线卡、第二线卡、至少两个交换卡，所述第一线卡、第二线卡均与所述至少两个交换卡电连接,所述报文转发方法包括：所述第一线卡获取待转发报文；所述第一线卡从所述至少两个交换卡中确定出与所述待转发报文对应的目标交换卡；所述第一线卡通过所述目标交换卡将所述待转发报文转发到所述第二线卡。

第二方面，本发明实施例还提出一种报文转发装置，应用于网络设备,所述网络设备包括第一线卡、第二线卡、至少两个交换卡，所述第一线卡、第二线卡均与所述至少两个交换卡电连接,所述报文转发装置包括报文接收模块、报文处理模块。所述报文接收模块用于获取待转发报文；所述报文处理模块用于从所述至少两个交换卡中确定出与所述待转发报文对应的目标交换卡，以通过所述目标交换卡将所述待转发报文转发到所述第二线卡。

相对现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明实施例提供的报文转发方法及装置，第一线卡通过获取待转发报文，从至少两个交换卡中确定出与所述待转发报文对应的目标交换卡，通过目标交换卡将待转发报文转发到第二线卡。通过将不同的待转发报文发送到线卡CPU上不同的转发核，然后根据转发核的识别号的奇偶关系将多个转发核上的待转发报文均衡分担到两张交换卡上实现跨卡转发，无需关注网络设备上线卡接口的数量和待转发报文的条目，易于实现负载均衡；同时，通过实时判断两张交换卡上跨卡转发的繁忙程度，动态调节负载均衡策略，优化两张交换卡上承载的业务比例，合理分担跨卡转发流量，能动态适应网络状况的变化，有效减少丢包，提高网络服务质量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的报文转发方法及装置的应用环境示意图。

图2示出了本发明第一实施例所提供的报文转发方法的流程示意图。

图3示出了图2中步骤S102的具体流程示意图。

图4示出了本发明第二实施例所提供的报文转发方法的流程示意图。

图5示出了本发明第三实施例所提供的报文转发装置的功能模块图。

图标：100-第一线卡；200-第一交换卡；300-第二交换卡；400-第二线卡；500-报文转发装置；510-报文接收模块；520-报文处理模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明实施例所提供的报文转发方法及装置可应用于网络设备，该网络设备包括至少两张交换卡及至少两张线卡，每一交换卡与每一线卡之间均通过跨卡通道(也即是物理通道)而连通。一张线卡接收的数据报文先要经过跨卡通道到达交换卡，通过交换卡把数据报文发送给另一线卡，再由另一张线卡将该数据报文转发出去，这个过程即实现数据报文的跨卡转发。优选地，所述网络设备为分布式网络设备。

在本实施例中，以两张交换卡和两张线卡为例，具体如图1所示，第一线卡100分别与所述第一交换卡200、第二交换卡300电连接，且该第一线卡100与第一交换卡200之间的跨卡通道和该第一线卡100与该第二交换卡300之间的跨卡通道的链路开销相同，第二线卡400分别与所述第一交换卡200、第二交换卡300电连接，且该第二线卡400与所述第一交换卡200之间的跨卡通道和该第二线卡400与该第二交换卡300之间的跨卡通道的链路开销相同，以便形成负载均衡。本发明实施例所提供的报文转发方法及装置应用在图1所示的环境中，可实现第一线卡100与第二线卡400之间报文的动态负载均衡跨卡转发。

需要说明的是，本实施例中的报文跨卡转发可以理解为第一线卡100接收的报文通过第二线卡400转发出去，或者第二线卡400接收的报文，通过第一线卡100转发出去。

第一实施例

请参照图2，为本发明第一实施例所提供的报文转发方法的流程示意图。需要说明的是，本发明实施例所述的报文转发方法并不以图2以及以下所述的具体顺序为限制。应当理解，在其它实施例中，该报文转发方法其中部分步骤的顺序可以根据实际需要相互交换，或者其中的部分步骤也可以省略或删除。下面，将对图2所示的具体流程进行详细阐述。

步骤S101，所述第一线卡100获取待转发报文。

在本实施例中，所述第一线卡100上包括多个接口，该多个接口用于接收所述待转发报文。

步骤S102，所述第一线卡100从所述至少两个交换卡中确定出与所述待转发报文对应的目标交换卡。

在本实施例中，以两个交换卡为例，所述第一线卡100通过接口接收到所述待转发报文后，需要从第一交换卡200和第二交换卡300中确定其中一个作为所述待转发报文对应的目标交换卡，以对所述待转发报文进行转发。

如图3所示，所述步骤S102具体可包括如下子步骤：

子步骤S1021，所述第一线卡100依据所述待转发报文确定对应的转发核。

在本实施例中，所述第一线卡100包括以太芯片及中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)，所述以太芯片与CPU电连接，CPU上设置有多个转发核，其中，所述第一线卡100的接口接收到的待转发报文首先要发送至以太芯片进行处理，进而确定该待转发报文应当由多个转发核中的哪一个转发。

在本实施例中，所述第一线卡100从所述待转发报文提取关键值后进行哈希运算，根据哈希运算得到的结果确定所述待转发报文对应的所述转发核。例如，以太芯片在接收到该待转发报文后，将待转发报文中的五元组信息提取出来，并对五元组信息进行哈希运算，得到哈希值，该哈希值与CPU上的多个转发核具有一定的对应关系，且每一转发核可以对应多个哈希值，以太芯片根据得到的哈希值将待转发报文发送到对应的转发核。在本实施例中，所述五元组信息包括该待转发报文的源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号和协议号。

哈希值与转发核的对应关系可采用如下方式建立，对CPU上的每一转发核预先定义一个识别号core-id(也可以称为核号)，其中core-id可取0，1，2，3，…，用于标识每一个转发核；假设从待转发报文提取关键值后经哈希运算后得到哈希值N，CPU上有C个转发核，通过除法取余的方式实现将每一个哈希值对应的待转发报文映射到对应的转发核上转发，即K＝N％C，K表示哈希值N除以转发核数C得到的余数，余数K即表示待转发报文对应的转发核的识别号core-id，由此建立哈希值与转发核的识别号core-id的对应关系。例如，当第一线卡100接收到多个待转发报文，该多个待转发报文提取关键值后经哈希运算后得到的哈希值分别为0～30，共31个哈希值，CPU上设置有15个转发核，该15个转发核的core-id分别为0～14，则根据K＝N％15(N分别取0，1，2，3，…，30)，可得到：哈希值为0，15，30对应的待转发报文均映射到识别号core-id＝0的转发核上转发，哈希值为1，16对应的待转发报文均映射到识别号core-id＝1的转发核上转发，依次类推。

子步骤S1022，所述第一线卡100通过所述转发核将所述待转发报文发送到与所述转发核对应的所述目标交换卡。

在本实施例中，所述第一线卡100通过识别号为偶数的所述转发核将接收的所述待转发报文发送到第一交换卡200，通过识别号为奇数的所述转发核将接收的所述待转发报文发送到第二交换卡300。

具体地，以太芯片通过对待转发报文的五元组信息进行哈希运算后，将不同类型的待转发报文分别发送到对应的转发核以通过转发核进行转发。转发核的识别号core-id为偶数时，将待转发报文发送到第一交换卡200，转发核的识别号core-id为奇数时，将待转发报文发送到第二交换卡300。例如，当第一线卡100的CPU上有6个转发核，其对应的识别号core-id分别为1，2，3，4，5，6，则识别号core-id为2，4，6的转发核将接收的待转发报文发送到第一交换卡200，识别号core-id为1，3，5的转发核将接收的待转发报文发送到第二交换卡300。

上述基于哈希的方式将不同的待转发报文发送到线卡CPU上不同的转发核，然后根据转发核的识别号的奇偶关系将多个转发核上的待转发报文均衡分担到两张交换卡上实现跨卡转发，无需关注网络设备上线卡接口的数量和待转发报文的条目，易于实现负载均衡，提高了网络设备跨卡转发能力，在一定程度上避免了第一交换卡200与第二交换卡300上转发的流量不均匀，能有效减少丢包。

步骤S103，所述第一线卡100通过所述目标交换卡将所述待转发报文转发到所述第二线卡400。

在本实施例中，所述第一交换卡200接收识别号为偶数的转发核发送的待转发报文，所述第二交换卡300接收识别号为奇数的转发核发送的待转发报文，所述第一交换卡200与所述第二交换卡300通过各自与第二线卡400之间的跨卡通道将该待转发报文发送到第二线卡400，从而实现了报文跨卡转发。

第二实施例

请参照图4，为本发明第二实施例所提供的报文转发方法的流程示意图。需要说明的是，本发明实施例所述的报文转发方法并不以图4以及以下所述的具体顺序为限制。应当理解，在其它实施例中，该报文转发方法其中部分步骤的顺序可以根据实际需要相互交换，或者其中的部分步骤也可以省略或删除。本发明第二实施例所提供的报文转发方法包括：

步骤S201，所述第一线卡100获取待转发报文。

步骤S202，所述第一线卡100依据所述待转发报文确定对应的转发核。

步骤S203，所述第一线卡100通过识别号为偶数的所述转发核将接收的所述待转发报文发送到第一交换卡200，通过识别号为奇数的所述转发核将接收的所述待转发报文发送到第二交换卡300。

在本实施例中，步骤S201～S203的具体内容可参考第一实施例。

当第一线卡100接收到的待转发报文条目较多时，将待转发报文的五元组信息哈希到不同转发核上，可能出现各转发核上的待转发报文条目不均匀的情况，造成到第一交换卡200和第二交换卡300上转发的数据流量不均匀，因此第一线卡100需要实时感知第一交换卡200和第二交换卡300上处理待转发报文的繁忙程度，实现报文跨卡转发的动态负载均衡。本发明第二实施例所提供的报文转发方法还包括：

步骤S204，所述第一线卡100计算所述第一交换卡200的第一带宽利用率以及所述第二交换卡300的第二带宽利用率。

在本实施例中，所述第一线卡100获取所述第一交换卡200上的第一数据流量及所述第二交换卡300上的第二数据流量，并依据所述第一数据流量及所述第二数据流量分别计算所述第一带宽利用率和所述第二带宽利用率。具体地，在本实施例中，所述网络设备还包括主控单元，该主控单元可实时检测第一交换卡200和第二交换卡300上转发的数据流量大小，并将检测的第一数据流量和第二数据流量反馈给第一线卡100，以便第一线卡100计算出第一交换卡200与第二交换卡300的带宽利用率。例如，该第一交换卡200和第二交换卡300的最高数据率为100Mbps，当主控单元检测到第一交换卡200上的第一数据流量为60Mbps，第二交换卡300上的第二数据流量为40Mbps，则第一交换卡200的第一带宽利用率为B_w(i)＝60％，第二交换卡300的第二带宽利用率为B_w(j)＝40％。

步骤S205，判断所述第一带宽利用率是否大于所述第二带宽利用率。

在本实施例中，所述第一线卡100根据第一带宽利用率和第二带宽利用率可计算繁忙因子α＝B_w(i)/B_w(j)，根据该繁忙因子α可判断当前第一交换卡200与第二交换卡300的繁忙程度。例如，当α>1，即所述第一带宽利用率大于所述第二带宽利用率，则认为第一交换卡200上转发的流量大于第二交换卡300上转发的流量；当α≤1，则第一交换卡200上转发的流量小于或者等于第二交换卡300上转发的流量。

当所述第一带宽利用率大于所述第二带宽利用率时，执行步骤S206；当所述第一带宽利用率小于或者等于所述第二带宽利用率时，执行步骤S203。

步骤S206，当所述第一带宽利用率大于所述第二带宽利用率时，所述第一线卡100通过识别号为偶数的所述转发核将所述待转发报文发送至所述第二交换卡300，通过识别号为奇数的所述转发核将所述待转发报文发送至所述第一交换卡200。

在本实施例中，当第一交换卡200上转发的流量大于第二交换卡300上转发的流量时，跨卡转发负载均衡的策略需要动态调节，以避免由于待转发报文哈希到转发核上不均匀造成第一交换卡200和第二交换卡300上转发的数据流量存在较大差异，在此情况下，第一线卡100上的负载均衡策略调整为：识别号为偶数的转发核将待转发报文发送到第二交换卡300，识别号为奇数的转发核将待转发报文发送到第一交换卡200。即该第一线卡100根据计算得到的繁忙因子α动态调节第一交换卡200和第二交换卡300负载分担承载的业务比例，优化跨卡通道承载的业务比例，合理负载分担跨卡转发流量，从而实现网络设备跨卡转发动态负载均衡，动态适应变化的网络状况，有效减少丢包，提高网络服务质量。

第三实施例

请参照图5，为本发明第三实施例所提供的报文转发装置500的功能模块图。所述报文转发装置500应用于上述的第一线卡100，所述报文转发装置500包括报文接收模块510和报文处理模块520。

所述报文接收模块510用于获取待转发报文。

在本实施例中，第一线卡100通过接口接收到待转发报文，并将待转发报文发送至以太芯片，所述报文接收模块510接收所述待转发报文。

所述报文处理模块520用于从所述至少两个交换卡中确定出与所述待转发报文对应的目标交换卡，以通过所述目标交换卡将所述待转发报文转发到所述第二线卡400。

在本实施例中，所述报文处理模块520用于依据所述待转发报文从多个转发核中确定待转发报文所对应的转发核，将所述待转发报文发送到所述转发核，以通过所述转发核将所述待转发报文发送到对应的所述目标交换卡。

具体地，所述报文处理模块520用于从所述待转发报文提取关键值后进行哈希运算，根据哈希运算得到的结果(即上述的哈希值)确定所述待转发报文对应的所述转发核。在本实施例中，第一线卡100的CPU上的每一个转发核具有唯一的识别号core-id，报文处理模块520根据哈希值与转发核的识别号的对应关系可确定该待转发报文对应的转发核，然后将待转发报文发送到对应的转发核上转发。

需要说明的是，当转发核接收到待转发报文时，需要从第一交换卡200和第二交换卡300中确定其中一个作为目标交换卡，由目标交换卡将待转发报文转发至第二线卡400。在本实施例中，每一转发核都有识别号core-id，识别号core-id为偶数的所述转发核在接收到报文处理模块520发送的待转发报文后，将该待转发报文转发至第一交换卡200，识别号core-id为奇数的所述转发核接收到报文处理模块520发送的待转发报文后，将该待转发报文转发至第二交换卡300，实现了网络设备报文跨卡转发的负载均衡。进一步地，在第一交换卡200上转发的流量大于第二交换卡300上转发的流量时，还可通过调整跨卡转发负载均衡的策略以合理负载分担跨卡转发流量，实现动态负载均衡，具体可调整为：识别号core-id为偶数的转发核将待转发报文转发至第二交换卡300，识别号core-id为奇数的转发核将待转发报文转发至第一交换卡200。

综上所述，本发明实施例所提供的报文转发方法及装置，第一线卡通过获取待转发报文，从至少两个交换卡中确定出与所述待转发报文对应的目标交换卡，通过目标交换卡将待转发报文转发到第二线卡。具体地，该方法基于哈希运算将不同的待转发报文映射到线卡CPU上不同的转发核，然后根据转发核的识别号的奇偶关系将多个转发核上的待转发报文均衡分担到两张交换卡上实现跨卡转发，无需关注网络设备上线卡接口的数量和待转发报文的条目，易于实现负载均衡；同时，通过实时判断两张交换卡上跨卡转发的繁忙程度，动态调节负载均衡策略，优化两张交换卡上承载的业务比例，合理分担跨卡转发流量，能动态适应网络状况的变化，有效减少丢包，提高网络服务质量。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (10)

1.一种报文转发方法，应用于网络设备,所述网络设备包括第一线卡、第二线卡、至少两个交换卡，所述第一线卡、第二线卡均与所述至少两个交换卡电连接,其特征在于，所述报文转发方法包括：

所述第一线卡获取待转发报文；

所述第一线卡从所述至少两个交换卡中确定出与所述待转发报文对应的目标交换卡；

所述第一线卡通过所述目标交换卡将所述待转发报文转发到所述第二线卡。

2.如权利要求1所述的报文转发方法，其特征在于，所述第一线卡包括多个转发核，所述第一线卡从所述至少两个交换卡中确定出与所述待转发报文对应的目标交换卡的步骤包括：

所述第一线卡依据所述待转发报文确定对应的转发核；

所述第一线卡通过所述转发核将所述待转发报文发送到与所述转发核对应的所述目标交换卡。

3.如权利要求2所述的报文转发方法，其特征在于，所述第一线卡依据所述待转发报文确定对应的转发核的步骤包括：

所述第一线卡从所述待转发报文提取关键值后进行哈希运算，根据哈希运算得到的结果确定所述待转发报文对应的所述转发核。

4.如权利要求2所述的报文转发方法，其特征在于，每一所述转发核具有一识别号，所述第一线卡通过所述转发核将所述待转发报文发送到与所述转发核对应的所述目标交换卡的步骤包括：

所述第一线卡通过识别号为偶数的所述转发核将接收的所述待转发报文发送到第一交换卡，通过识别号为奇数的所述转发核将接收的所述待转发报文发送到第二交换卡。

5.如权利要求4所述的报文转发方法，其特征在于，所述报文转发方法还包括：

所述第一线卡计算所述第一交换卡的第一带宽利用率以及所述第二交换卡的第二带宽利用率；

当所述第一带宽利用率大于所述第二带宽利用率时，所述第一线卡通过识别号为偶数的所述转发核将所述待转发报文发送至所述第二交换卡，通过识别号为奇数的所述转发核将所述待转发报文发送至所述第一交换卡。

6.如权利要求5所述的报文转发方法，其特征在于，所述第一线卡计算所述第一交换卡的第一带宽利用率以及所述第二交换卡的第二带宽利用率的步骤包括：

所述第一线卡获取所述第一交换卡上的第一数据流量及所述第二交换卡上的第二数据流量，并依据所述第一数据流量及所述第二数据流量分别计算所述第一带宽利用率和所述第二带宽利用率。

7.一种报文转发装置，应用于网络设备,所述网络设备包括第一线卡、第二线卡、至少两个交换卡，所述第一线卡、第二线卡均与所述至少两个交换卡电连接,其特征在于，所述报文转发装置包括：

报文接收模块，用于获取待转发报文；

报文处理模块，用于从所述至少两个交换卡中确定出与所述待转发报文对应的目标交换卡，以通过所述目标交换卡将所述待转发报文转发到所述第二线卡。

8.如权利要求7所述的报文转发装置，其特征在于，所述第一线卡包括多个转发核，所述报文处理模块用于依据所述待转发报文确定对应的转发核，将所述待转发报文发送到所述转发核，以通过所述转发核将所述待转发报文发送到对应的所述目标交换卡。

9.如权利要求8所述的报文转发装置，其特征在于，所述报文处理模块用于从所述待转发报文提取关键值后进行哈希运算，根据哈希运算得到的结果确定所述待转发报文对应的所述转发核。

10.如权利要求8所述的报文转发装置，其特征在于，每一所述转发核具有一识别号，所述报文处理模块用于根据哈希运算得到的结果与所述识别号的对应关系确定所述转发核。