CN108965135B - 一种以太网和光纤通道转换设备的地址自学习方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以太网和光纤通道转换设备的地址自学习方法，在该方法中，分属不同以太网和光纤通道转换设备下的以太网设备在建立ARP通信的过程中，通过以太网ARP协议的解析、补充相关字段、封装和转发等操作，实现在转换设备中地址转发表的建立。该方法在有光纤通道转换设备的网络系统中，能够对转换设备其下挂载的以太网设备进行地址自学习，实现不同转换设备下以太网设备的通信；用以解决当前光纤通道转换设备不能学习地址、只能手动设置地址转发表来实现通信的问题。

Description

一种以太网和光纤通道转换设备的地址自学习方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种以太网和光纤通道转换设备的地址自学习方法，适用于抗电磁干扰、长距离的以太网通信。

背景技术

传统以太网用铜缆作为传输介质，抗干扰能力弱、传输距离短，并且铜缆在信息传输过程中安全性低，信息易被截取。为了解决铜缆信息传输存在的问题，一种方法是使用光纤通道转换设备，将普通以太网信号转换为光信号，经过光纤进行传输。

挂接在光纤转换设备下的其中一个以太网设备和另一个以太网设备通信之前，需要知道其物理地址，而现有以太网和光纤转换设备在获取该物理地址时，需要手动设置，即规划好网络拓扑结构后，人为根据网络拓扑，手动将物理地址转发表传入光纤通道转换设备，这种方法效率低、易出错，在网络拓扑发生变化时，需要重新配置物理地址转发表。

发明内容

本发明的目的是提出一种以太网光纤通道转换设备的地址自学习方法，该方法在有光纤通道转换设备的网络系统中，能够对不同转换设备下挂载的以太网设备进行地址自学习，实现不同转换设备下以太网设备的通信；用以解决当前光纤通道转换设备不能学习地址、只能以手动设置地址转发表的方式的问题。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种以太网和光纤通道转换设备的地址自学习方法，所述的方法中，不同的转换设备通过光纤交换机互联，记其中两个转换设备分别为第一转换设备和第二转换设备，第一转换设备、第二换转换设备上分别挂载第一以太网设备、第二以太网设备；所述的方法包括：

第一转换设备收到第一以太网设备发来的ARP请求帧，在第一转换设备中建立第一地址转发表，第一地址转发表中保存第一以太网设备的MAC地址、网口号，以及所述第一转换设备与所述光纤交换机连接的光纤端口号；第一转换设备将所述的ARP请求帧封装成光纤帧后发送至光纤交换机，通过光纤交换机进行广播；所述的ARP请求帧中同时封装所述的光纤端口号；

第二转换设备收到广播的光纤帧后，从光纤帧中取出ARP请求帧，并发送给自身的网口，同时在第二转换设备中建立第二地址转发表，第二地址转发表中保存从ARP请求帧中取出所述的光纤端口号以及第一以太网设备的MAC地址；

所述的第二以太网设备接收到所述ARP请求帧并进行IP地址验证，验证无误后发送ARP响应帧；第二转换设备将ARP响应帧封装成光纤帧，根据第二地址转发表获取第一以太网设备对应的光纤端口号，然后将该光纤帧通过光纤交换机发送到第一转换设备，第一转换设备通过查询第一地址转发表将光纤帧发送给第一以太网设备。

进一步地，所述的第一以太网设备发送ARP请求帧时，将ARP请求帧的操作码设置为0x0001，类型为0x0806，发送方硬件地址、协议地址分别设置为自身MAC地址、IP地址，接收方硬件地址、协议地址分别设置为FF-FF-FF-FF-FF-FF、第二以太网设备的IP地址。

进一步地，所述的第一转换设备对ARP请求帧封装成光纤帧时，将光纤帧中的目的标识符置为0xFFFFFF，将所述的ARP请求帧加入到光纤帧的数据域中，将所述的光纤端口号放入ARP请求帧之后，将光纤帧中的路由控制字段设为0x01，数据类型结构TYPE设为0x05。

进一步地，所述的第二以太网设备接收到所述ARP请求帧并进行IP地址验证，验证无误后发送ARP响应帧，包括：

第二以太网设备接收到所述的ARP请求帧后，从ARP请求帧中取出接收方协议地址并与自身的协议地址进行比对，如比对一致则验证无误，此时第二以太网设备发送ARP响应帧。

进一步地，所述的ARP响应帧中，操作码设置为0x0002，发送方硬件地址设、协议地址分别设为自身MAC地、IP地址，接收方硬件地址、协议地址分别设为第一以太网设备的硬件地址和协议地址。

进一步地，所述的第二转换设备将ARP响应帧封装成光纤帧，根据第二地址转发表获取第一以太网设备对应的光纤端口号，包括：

第二转换设备收到ARP响应帧后，从ARP响应帧中取出接收方硬件地址，查询第二地址转发表，以获取接收方硬件地址对应的光纤端口号，然后封装光纤帧，将光纤帧中的目的标识符置为光纤端口号，将ARP响应帧加入到光纤帧的数据域中，将光纤帧中的路由控制字段设为0x01，数据类型结构TYPE设为0x06。

与现有技术相比，本发明具有以下技术特点：

1.提高效率

由于本方法在光纤通道转换设备中设置了地址自学习算法，实现了自动建立物理地址转发表，使转换设备建表速度大幅提升，提高了转换设备效率；

2.减少出错几率

基于本方法，光纤通道转换设备可自动建立物理地址转发表，不需要人为干预，这样就可以减少出错的几率；

3.使光纤通道转换设备更智能、易用

通过地址自学习，可自动建立物理地址转发表，且在某一以太网设备重新加入或移除时，即网络拓扑发生变化时，可自动更新物理地址转发表至网络中的每一个光纤通道转换设备。

附图说明

图1为网络拓扑结构的示意图；

图2为光纤帧的格式；

图3为ARP请求帧、响应帧的格式；

图4为ARP请求帧封装成光纤帧时的示意图；

具体实施方式

本发明提出一种以太网光纤通道转换设备的地址自学习方法，使用该方法，在转换设备中设置地址学习算法，可在光纤通道转换设备中实现对以太网、光纤通道转换设备物理地址的自学习；通过地址自学习，使光纤转换设备自动获取网络中其他(光纤通道)转换设备上挂载的太网设备的物理地址，在转换设备中建立物理地址转发表，用于实现跨光纤的以太网设备相互通信。

本发明围绕物理地址转发表的自动建立，通过以太网ARP协议的解析、补充相关字段、封装和转发等操作，实现物理地址转发表的建立。本发明针对的以太网光纤通道网络拓扑结构以图1所示为例，其中转换设备实现以太网和光纤通道的数据转发，所述的转换设备可以是例如协议转换网关。

图1中展示出了3台转换设备通过光纤交换机互联的情况，本实施例中，每个转换设备具有4个标准以太网口(记为网口1～网口4)，其中3个网口直接接有以太网设备(例如计算机)，在图中分别为PC3～PC5，PC8～PC10，PC13～PC15；另外一个网口通过标准以太网交换机跨接2台以太网设备，在图中分别为PC1、PC2，PC6、PC7，PC11、PC12。

为了便于说明，本方案中以图中的PC1和PC11来展示地址自学习过程。

记附图1中PC1的IP地址为192.168.1.10，MAC地址为00-00-00-00-00-01，PC11的IP地址为192.168.1.11，MAC地址为00-00-00-00-00-11。

一种以太网和光纤通道转换设备的地址自学习方法，所述的方法中，不同的转换设备通过光纤交换机互联，记其中两个转换设备分别为第一转换设备(对应于图中的转换设备1)和第二转换设备(对应于图中的转换设备2)，其中第一转换设备、第二换转换设备上分别挂载第一以太网设备(对应于图中的PC1)、第二以太网设备(对应于图中的PC11)。本方案中的自学习过程是通过ARP协议来实现的。以第一以太网设备PC1和第二以太网设备PC11的ARP请求和响应过程为例进行说明。

步骤1，第一以太网设备发送ARP请求帧

第一以太网设备PC1发出ARP请求，组建ARP请求帧，ARP请求帧格式如图3所示，PC1将操作码设为0x0001，类型为0x0806，发送方硬件地址设为自身MAC地址00-00-00-00-00-01，发送方协议地址设为自身IP地址192.168.1.10，接收方硬件地址设为FF-FF-FF-FF-FF-FF，接收方协议地址设为192.168.1.11。

步骤2，第一转换设备对ARP请求帧的解析

本实施例中，由于ARP请求帧中的接收方硬件地址(MAC地址)是全F，经过以太网交换机后，ARP请求帧会到达PC2和第一转换设备的网口1由于PC2的协议地址(IP地址)与ARP请求帧中的接收方协议地址不同，因此PC2不会响应；如果第一以太网设备没有和其他以太网设备跨接，例如第一以太网设备是图1中的PC3，则ARP请求帧直接到达第一转换设备。

到达第一转换设备网口1的ARP请求帧由第一转换设备解析后，根据帧类型0x0806识别出ARP帧，根据Opcode为0x0001识别出是ARP请求帧。

步骤3，第一地址转发表的建立

第一转换设备收到第一以太网设备发来的ARP请求帧，在第一转换设备中建立第一地址转发表，第一地址转发表中保存第一以太网设备的MAC地址、网口号，以及所述第一转换设备与所述光纤交换机连接的光纤端口号；

当ARP请求帧到达第一转换设备中后，第一转换设备可从ARP请求帧中获取到PC1的MAC地址(发送方硬件地址)、同时也知道PC1的ARP请求帧是从网口1中收到的，这样就可以在光纤转换设备1上建立PC1的第一地址转发表。其中MAC地址为发送方硬件地址00-00-00-00-00-01，PortID为0x000001(假定第一转换设备与光纤交换机连接的光纤端口号PortID为0x000001)，网口号为0x01(网口1)，将这3项填入表1，表1存储在第一转换设备的存储器当中。

表1第一转换设备第一地址转发表

步骤4，ARP请求帧的封装

第一转换设备将所述的ARP请求帧封装成光纤帧后发送至光纤交换机，通过光纤交换机进行广播；所述的ARP请求帧中同时封装所述的光纤端口号；

第一转换设备需要将该ARP请求帧广播到其他转换设备，需要将以太网ARP请求帧封装进光纤帧，光纤帧格式如附图2所示，将光纤帧中的目的标识符D_ID置为0xFFFFFF，再将以太网ARP请求帧整个加入光纤帧的数据域(载荷)，在ARP请求帧后面紧跟的3字节填入光纤端口号PortID0x000001，如附图4所示，光纤帧中的路由控制字段R_CTL[31-24]设为0x01，数据类型结构TYPE设为0x05，表明该帧为光纤封装后的ARP数据帧，然后再发至光纤交换机，由该交换机广播至其他转换设备。

步骤5，光纤帧的解析

ARP数据帧封装成光纤帧并通过光纤交换机广播后，光纤交换机上连接的其他转换设备均收到光纤帧，此处以图1中的转换设备3(即第二转换设备)为例进行说明。

第二转换设备收到广播的光纤帧后，从光纤帧中取出ARP请求帧，并发送给自身的网口。本实施例中，第二转换设备在收到光纤帧后，通过光纤帧中的目的标识符D_ID为0xFFFFFF，数据类型结构TYPE为0x05，判断该光纤帧是ARP请求广播帧，从该光纤帧的数据域取出以太网ARP请求帧，发给自身网口1、2、3和4。

步骤6，第二地址转发表的建立

在进行步骤5的同时，第二转换设备中建立第二地址转发表，第二地址转发表中保存从ARP请求帧中取出所述的光纤端口号以及第一以太网设备的MAC地址。

本实施例中，第二转换设备从ARP请求帧中取出源MAC地址，即第一以太网设备的MAC地址00-00-00-00-00-01以及所述第一转换设备与所述光纤交换机连接的光纤端口号PortID 0x000001，将这些信息填入到第二地址转发表中并在第二转换设备的存储器中进行保存，如表2所示。

表2第二转换设备的第二地址转发表

步骤7，发送以太网ARP响应帧

所述的第二以太网设备接收到所述ARP请求帧并进行IP地址验证，验证无误后发送ARP响应帧。

发往第二转换设备网口1的ARP请求帧会经过以太网交换机发送给第二以太网设备PC11，PC11将该帧中的接收方协议地址跟自身的IP地址对比，发现一致，都为192.168.1.11，此时验证无误，此时的PC11向PC1发送ARP响应，组ARP响应帧，ARP响应帧格式(与请求帧格式一致)如图3所示，PC11将操作码设为0x0002，发送方硬件地址设为自身MAC地址00-00-00-00-00-11，发送方协议地址设为自身IP地址192.168.1.11，接收方硬件地址设为00-00-00-00-00-01，接收方协议地址设为192.168.1.10。

步骤8，ARP响应帧的封装

第二转换设备将ARP响应帧封装成光纤帧，根据第二地址转发表获取第一以太网设备对应的光纤端口号，然后将该光纤帧通过光纤交换机发送到第一转换设备，第一转换设备通过查询第一地址转发表将光纤帧发送给第一以太网设备。

具体地，第二转换设备在收到ARP响应帧后，第二转换设备通过ARP响应帧中的目的MAC地址(接收方硬件地址)00-00-00-00-00-01，查第二地址转发表得到该MAC地址对应的光纤端口号PortID为0x000001，将光纤端口号填入到光纤帧的目的标识符D_ID中，将光纤帧中的D_ID置为0x000001，将以太网ARP响应帧整个加入光纤帧的数据域(载荷)，光纤帧中的路由控制字段R_CTL[31-24]设为0x01，数据类型结构TYPE设为0x06，表明该帧为光纤封装后的ARP响应帧；然后封装ARP响应光纤帧，将光纤帧发至光纤交换机，交换机根据目的标识符D_ID将该ARP响应光纤帧转发至第一转换设备。

第一转换设备在收到光纤帧后，通过数据类型结构TYPE为0x06判断为ARP响应光纤帧，解析出以太网ARP响应帧，再通过目的MAC地址00-00-00-00-00-01，查第一地址转发表，确定应该把该帧发至其自身的网口1。

经第一转换设备的网口1、以太网交换机，PC1就收到了PC11发出的ARP响应帧，从中取出PC11的MAC地址，完成地址学习。

第一地址转发表、第二地址转发表建立后，PC1和PC11使用普通以太网IP协议通信，PC1发出的IP帧目的IP为192.168.1.11，目的MAC为00-00-00-00-00-11，该帧到达第一转换设备后，第一转换设备取出目的MAC地址，查第一地址转发表得到光纤端口号PortID为0x000003，然后将该IP帧封装为光纤帧，将0x000003填入光纤帧的目的标识符D_ID，将IP帧放入光纤帧数据域，发给光纤交换机，光纤交换机根据D_ID，将该光纤帧转发给第二转换设备，第二转换设备在收到该光纤帧后，解析出目的MAC地址00-00-00-00-00-11，查第二地址转发表，得到网口号为0x01，然后将该光纤帧数据域里的IP帧发给网口1，经过普通以太网交换机，到达PC11，完成一次跨光纤转换设备的通信。

需要说明的是，本方案中以PC1、PC11进行地址自学习过程，不是限制性的，PC1、PC11可以是图1中挂载在不同转换设备上的任意两个以太网设备，地址自学习过程与上面描述的过程相同。

通过本发明的方法，挂载在不同转换设备下的两个以太网设备在完成ARP请求、应答的过程中，即在对应的转换设备中自动进行了地址学习；因此，网络拓扑结构中的不同以太网设备，可通过与其他转换设备上的以太网设备之间定期建立ARP通信，可动态地维护地址转发表，并在网络拓扑结构发生变化时，自动更新地址转发表。

Claims (6)

1.一种以太网和光纤通道转换设备的地址自学习方法，所述的方法中，不同的转换设备通过光纤交换机互联，记其中两个转换设备分别为第一转换设备和第二转换设备，第一转换设备、第二换转换设备上分别挂载第一以太网设备、第二以太网设备；其特征在于，所述的方法包括：

第一转换设备收到第一以太网设备发来的ARP请求帧，在第一转换设备中建立第一地址转发表，第一地址转发表中保存第一以太网设备的MAC地址、网口号，以及所述第一转换设备与所述光纤交换机连接的光纤端口号；第一转换设备将所述的ARP请求帧封装成光纤帧后发送至光纤交换机，通过光纤交换机进行广播；所述的ARP请求帧中同时封装所述的光纤端口号；

第二转换设备收到广播的光纤帧后，从光纤帧中取出ARP请求帧，并发送给自身的网口，同时在第二转换设备中建立第二地址转发表，第二地址转发表中保存从ARP请求帧中取出所述的光纤端口号以及第一以太网设备的MAC地址；

所述的第二以太网设备接收到所述ARP请求帧并进行IP地址验证，验证无误后发送ARP响应帧；第二转换设备将ARP响应帧封装成光纤帧，根据第二地址转发表获取第一以太网设备对应的光纤端口号，然后将该光纤帧通过光纤交换机发送到第一转换设备，第一转换设备通过查询第一地址转发表将光纤帧发送给第一以太网设备。

2.如权利要求1所述的以太网和光纤通道转换设备的地址自学习方法，其特征在于，所述的第一以太网设备发送ARP请求帧时，将ARP请求帧的操作码设置为0x0001，类型为0x0806，发送方硬件地址、协议地址分别设置为自身MAC地址、IP地址，接收方硬件地址、协议地址分别设置为FF-FF-FF-FF-FF-FF、第二以太网设备的IP地址。

3.如权利要求1所述的以太网和光纤通道转换设备的地址自学习方法，其特征在于，所述的第一转换设备对ARP请求帧封装成光纤帧时，将光纤帧中的目的标识符置为0xFFFFFF，将所述的ARP请求帧加入到光纤帧的数据域中，将所述的光纤端口号放入ARP请求帧之后，将光纤帧中的路由控制字段设为0x01，数据类型结构TYPE设为0x05。

4.如权利要求1所述的以太网和光纤通道转换设备的地址自学习方法，其特征在于，所述的第二以太网设备接收到所述ARP请求帧并进行IP地址验证，验证无误后发送ARP响应帧，包括：

第二以太网设备接收到所述的ARP请求帧后，从ARP请求帧中取出接收方协议地址并与自身的协议地址进行比对，如比对一致则验证无误，此时第二以太网设备发送ARP响应帧。

5.如权利要求1所述的以太网和光纤通道转换设备的地址自学习方法，其特征在于，所述的ARP响应帧中，操作码设置为0x0002，发送方硬件地址设、协议地址分别设为自身MAC地、IP地址，接收方硬件地址、协议地址分别设为第一以太网设备的硬件地址和协议地址。

6.如权利要求1所述的以太网和光纤通道转换设备的地址自学习方法，其特征在于，所述的第二转换设备将ARP响应帧封装成光纤帧，根据第二地址转发表获取第一以太网设备对应的光纤端口号，包括：

第二转换设备收到ARP响应帧后，从ARP响应帧中取出接收方硬件地址，查询第二地址转发表，以获取接收方硬件地址对应的光纤端口号，然后封装光纤帧，将光纤帧中的目的标识符置为光纤端口号，将ARP响应帧加入到光纤帧的数据域中，将光纤帧中的路由控制字段设为0x01，数据类型结构TYPE设为0x06。

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