CN110460683B - 一种通过网关处理数据报文的方法和交换设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通过网关处理数据报文的方法和交换设备，方法应用于包括n个线卡的交换设备上，其中，所述n个线卡通过二层设备与终端相连，包括：给每个线卡分配独立的网关IP地址和网关MAC地址，每个网关IP地址和网关MAC地址对应一个地址池网段，地址池网段的数量为n个；接收第一终端发送的DHCP请求，根据预定的策略在n个地址池网段中选取未分配的IP地址分配给所述第一终端；将分配给第一终端的IP地址归属的地址池网段对应的网关IP地址和网关MAC地址发送给与分配给第一终端的IP地址和与该IP地址对应的网关MAC地址对应的n个线卡中的第一线卡，以便于第一线卡作为网关处理第一终端发送的报文。能够使机箱式交换机承载更大规模的用户容量。

Description

一种通过网关处理数据报文的方法和交换设备

技术领域

本发明涉及数据通信领域，尤其是一种通过网关处理数据报文的方法和交换设备。

背景技术

交换机做为用户网关时，需要学习大量的终端地址解析协议ARP表项，而机箱式交换机的地址解析协议ARP容量通常取决于线卡的能力。当存在多块线卡时，整机的ARP容量并不能叠加，而是取决于容量最小的线卡(木桶短板原理)，这是目前业界各厂商通行的做法。如果用户规模较大，则需要部署多台网关交换机来分担ARP容量压力。

目前业界厂商对于机箱式交换机，所有线卡安装的ARP表项都是一致的，即ARP表项无法叠加，因此整机能承载的ARP容量取决于容量最小的线卡。若想在不增加部署网关交换机的情况下承载大规模用户，现有的技术方案如下：

方案一：集中式大容量业务卡。即，整机分为两种类型的板卡，一种是普通线卡，一种是大容量业务卡(使用大容量Aisc芯片)。普通线卡上收到的流量全部引到大容量业务卡上去做路由选路，然后根据选路结果转发。大容量业务卡上需要承载所有ARP表项。

方案二：集中式大容量引擎。原理同方案一类似，只是在引擎上放置一颗超大容量的Asic芯片，各线卡收到的流量都引到大容量引擎上做路由选路，然后根据选路结果转发。大容量引擎上需要承载所有ARP表项。

两种现有技术方案存在的问题在于：需要依赖芯片厂商提供极大容量的集中式Asic芯片，这种大容量Asic芯片的容量要是普通线卡Aisc芯片容量的数倍到数十倍之间，极少有芯片厂家能够提供这样的Asic，因此方案受的制约过大而难以通用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种通过网关处理数据报文的方法，应用于包括n个线卡的交换设备上，其中，所述n个线卡通过二层设备与终端相连，n为大于等于1的整数，包括：

给每个线卡分配独立的网关IP地址和网关MAC地址，其中每个网关IP地址和网关MAC地址对应一个地址池网段，地址池网段的数量为n个；

接收第一终端发送的DHCP请求，根据预定的策略在所述n个地址池网段中选取未分配的IP地址分配给所述第一终端；

将所述分配给所述第一终端的IP地址归属的地址池网段对应的网关IP地址和网关MAC地址发送给与所述分配给所述第一终端的IP地址和与该IP地址对应的网关MAC地址对应的所述n个线卡中的第一线卡，以便于所述第一线卡作为网关处理所述第一终端发送的报文。

可选的，还包括：

将所述独立的网关IP地址所对应的地址池网段与VLAN标识关联，建立第一对应关系；

所述接收第一终端发送的DHCP请求，根据预定的策略在所述n个地址池网段中选取未分配的IP地址分配给所述第一终端的步骤具体包括：

接收第一终端发送的DHCP请求，根据所述DHCP请求中包含的所述第一终端的第一VLAN标识在所述第一对应关系中查找与所述第一VLAN标识对应的第一地址池网段；

当所述第一地址池网段中已经分配的IP地址的数量没有达到设定阈值时，从所述第一地址池网段中选取未分配的IP地址发送给所述第一终端，当所述第一地址池网段中已经分配的IP地址的数量达到设定阈值时，从第二地址池网段中选取未分配的IP地址发送给所述第一终端。

可选的，所述将所述分配给所述第一终端的IP地址归属的地址池网段对应的网关IP地址和网关MAC地址发送给与所述分配给所述第一终端的IP地址和与该IP地址对应的网关MAC地址对应的所述n个线卡中的第一线卡，以便于所述第一线卡作为网关处理所述第一终端发送的报文的步骤具体包括：

将所述分配给所述第一终端的IP地址归属的地址池网段对应的网关IP地址和网关MAC地址发送给与所述分配给所述第一终端的IP地址和与该IP地址对应的网关MAC地址对应的所述n个线卡中的第一线卡，

接收所述第一终端发送的第一ARP请求，将所述第一线卡对应的网关MAC地址发送给所述第一终端，以便于所述第一线卡作为网关处理所述第一终端发送的报文。

可选的，所述接收所述第一终端发送的第一ARP请求之后还包括：

学习所述第一终端的ARP信息，根据所述第一终端的IP地址归属的地址池网段将所述ARP信息配置到所述第一线卡上。

可选的，所述接收第一终端发送的DHCP请求的步骤具体包括：

接收第一终端通过所述n个线卡中的一个线卡根据预设的策略转发的DHCP请求。

本发明实施例的另一方面在于提供一种处理数据报文的交换设备，包括n个线卡，其中，所述n个线卡通过二层设备与终端相连，n为大于等于1的整数，

地址分配模块，用于给每个线卡分配独立的网关IP地址和网关MAC地址，其中每个网关IP地址和网关MAC地址对应一个地址池网段，地址池网段的数量为n个；

接收模块，用于接收第一终端发送的DHCP请求，

选择模块，用于根据预定的策略在所述n个地址池网段中选取未分配的IP地址分配给所述第一终端；

发送模块，用于将所述分配给所述第一终端的IP地址归属的地址池网段对应的网关IP地址和网关MAC地址发送给与所述分配给所述第一终端的IP地址和与该IP地址对应的网关MAC地址对应的所述n个线卡中的第一线卡，以便于所述第一线卡作为网关处理所述第一终端发送的报文。

可选的，还包括：

关联模块，用于将所述独立的网关IP地址所对应的地址池网段与VLAN标识关联，建立第一对应关系；

所述选择模块具体用于：

根据所述DHCP请求中包含的所述第一终端的第一VLAN标识在所述第一对应关系中查找与所述第一VLAN标识对应的第一地址池网段；

当所述第一地址池网段中已经分配的IP地址的数量没有达到设定阈值时，从所述第一地址池网段中选取未分配的IP地址发送给所述第一终端，当所述第一地址池网段中已经分配的IP地址的数量达到设定阈值时，从第二地址池网段中选取未分配的IP地址发送给所述第一终端。

可选的，所述发送模块具体用于：

将所述分配给所述第一终端的IP地址归属的地址池网段对应的网关IP地址和网关MAC地址发送给与所述分配给所述第一终端的IP地址和与该IP地址对应的网关MAC地址对应的所述n个线卡中的第一线卡，

所述交换设备还包括：

ARP请求处理，用于接收所述第一终端发送的第一ARP请求，将所述第一线卡对应的网关MAC地址发送给所述第一终端，以便于所述第一线卡作为网关处理所述第一终端发送的报文。

可选的，还包括：

学习配置模块，用于学习所述第一终端的ARP信息，根据所述第一终端的IP地址归属的地址池网段将所述ARP信息配置到所述第一线卡上。

可选的，所述接收模块具体用于：

接收第一终端通过所述n个线卡中的一个线卡根据预设的策略转发的DHCP请求。

本发明实施例的有益效果在于，在不增加网关设备部署的前提下，能够使机箱式交换机承载更大规模的用户容量，极大的降低了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明一实施例提供的方法流程图；

图2为本发明一实施例提供的方法流程图；

图3为本发明一实施例提供的方法流程图；

图4为本发明一实施例提供的装置结构图；

图5为本发明一实施例提供的装置结构图。

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，本领域普通技术人员在没有作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。

本发明实施例提供一种通过网关处理数据报文的方法，应用于包括n个线卡的交换设备上，其中，所述n个线卡通过二层设备与终端相连，n为大于等于1的整数，如图1所示，包括：

S101，给每个线卡分配独立的网关IP地址和网关MAC地址，其中每个网关IP地址和网关MAC地址对应一个地址池网段，地址池网段的数量为n个；

S103，接收第一终端发送的DHCP请求，根据预定的策略在所述n个地址池网段中选取未分配的IP地址分配给所述第一终端；

S105，将所述分配给所述第一终端的IP地址归属的地址池网段对应的网关IP地址和网关MAC地址发送给与所述分配给所述第一终端的IP地址和与该IP地址对应的网关MAC地址对应的所述n个线卡中的第一线卡，以便于所述第一线卡作为网关处理所述第一终端发送的报文。

可选的，如图2所示，还包括：

S102，将所述独立的网关IP地址所对应的地址池网段与VLAN标识关联，建立第一对应关系；

所述步骤S103具体包括：

S1031，接收第一终端发送的DHCP请求，根据所述DHCP请求中包含的所述第一终端的第一VLAN标识在所述第一对应关系中查找与所述第一VLAN标识对应的第一地址池网段；

S1033，当所述第一地址池网段中已经分配的IP地址的数量没有达到设定阈值时，从所述第一地址池网段中选取未分配的IP地址发送给所述第一终端，当所述第一地址池网段中已经分配的IP地址的数量达到设定阈值时，从第二地址池网段中选取未分配的IP地址发送给所述第一终端。

可选的，如图3所示，所述步骤S105具体包括：

S1051，将所述分配给所述第一终端的IP地址归属的地址池网段对应的网关IP地址和网关MAC地址发送给与所述分配给所述第一终端的IP地址和与该IP地址对应的网关MAC地址对应的所述n个线卡中的第一线卡，

S1053，接收所述第一终端发送的第一ARP请求，将所述第一线卡对应的网关MAC地址发送给所述第一终端，以便于所述第一线卡作为网关处理所述第一终端发送的报文。

可选的，所述接收所述第一终端发送的第一ARP请求之后还包括：

学习所述第一终端的ARP信息，根据所述第一终端的IP地址归属的地址池网段将所述ARP信息配置到所述第一线卡上。

可选的，所述接收第一终端发送的DHCP请求的步骤具体包括：

接收第一终端通过所述n个线卡中的一个线卡根据预设的策略转发的DHCP请求。

本发明实施例的有益效果在于，在不增加网关设备部署的前提下，能够使机箱式交换机承载更大规模的用户容量，极大的降低了成本。

本发明实施例的另一方面在于提供一种处理数据报文的交换设备，如图4所示，包括n个线卡401，其中，所述n个线卡通过二层设备与终端相连，n为大于等于1的整数，

地址分配模块403，用于给每个线卡分配独立的网关IP地址和网关MAC地址，其中每个网关IP地址和网关MAC地址对应一个地址池网段，地址池网段的数量为n个；

接收模块405，用于接收第一终端发送的DHCP请求，

选择模块407，用于根据预定的策略在所述n个地址池网段中选取未分配的IP地址分配给所述第一终端；

发送模块409，用于将所述分配给所述第一终端的IP地址归属的地址池网段对应的网关IP地址和网关MAC地址发送给与所述分配给所述第一终端的IP地址和与该IP地址对应的网关MAC地址对应的所述n个线卡中的第一线卡，以便于所述第一线卡作为网关处理所述第一终端发送的报文。

可选的，如图5所示，还包括：

关联模块411，用于将所述独立的网关IP地址所对应的地址池网段与VLAN标识关联，建立第一对应关系；

所述选择模块407具体用于：

根据所述DHCP请求中包含的所述第一终端的第一VLAN标识在所述第一对应关系中查找与所述第一VLAN标识对应的第一地址池网段；

当所述第一地址池网段中已经分配的IP地址的数量没有达到设定阈值时，从所述第一地址池网段中选取未分配的IP地址发送给所述第一终端，当所述第一地址池网段中已经分配的IP地址的数量达到设定阈值时，从第二地址池网段中选取未分配的IP地址发送给所述第一终端。

可选的，所述发送模块409具体用于：

将所述分配给所述第一终端的IP地址归属的地址池网段对应的网关IP地址和网关MAC地址发送给与所述分配给所述第一终端的IP地址和与该IP地址对应的网关MAC地址对应的所述n个线卡中的第一线卡，

所述交换设备还包括：

ARP请求处理模块，用于接收所述第一终端发送的第一ARP请求，将所述第一线卡对应的网关MAC地址发送给所述第一终端，以便于所述第一线卡作为网关处理所述第一终端发送的报文。

可选的，还包括：

学习配置模块，用于学习所述第一终端的ARP信息，根据所述第一终端的IP地址归属的地址池网段将所述ARP信息配置到所述第一线卡上。

可选的，所述接收模块405具体用于：

接收第一终端通过所述n个线卡中的一个线卡根据预设的策略转发的DHCP请求。

本发明实施例的有益效果在于，在不增加网关设备部署的前提下，能够使机箱式交换机承载更大规模的用户容量，极大的降低了成本。

下面结合具体应用场景，对本发明实施例进行进一步的阐述，该应用场景对应一台包括n个线卡的机架式交换机，其中，所述n个线卡通过二层设备与终端相连，n为大于等于1的整数：

首先，将每个线卡做为一个独立的网关，可称之为分布式网关，给每个线卡分配独立的网关IP地址和网关MAC地址，每个分布式网关有预设的网段，每个网关IP地址和网关MAC地址对应一个地址池网段，地址池网段的数量为n个；其中，每个分布式网关的网段可以跟特定的vlan进行关联；

其次，接收第一终端发送的DHCP请求，根据预定的策略在所述n个地址池网段中选取未分配的IP地址分配给所述第一终端；

可选的，在机架式交换机上可以配置DHCP服务器，DHCP Server将地址池网段与vlan进行关联，当收到用户终端(即为第一终端)的DHCP请求报文时，优先根据DHCP请求报文携带的vlan分配相应的网段及用户网关；其中，DHCP服务器接收用户终端通过所述n个线卡中的一个线卡根据预设的策略转发的DHCP请求；具体的预设策略可以为：

用DHCP请求报文中的vlan标识vid对线卡个数取余。

比如有4块线卡(编号分别为0～3)，报文携带的vid＝10，以vid 10对4取余得到2，则由编号为2的线卡处理，各线卡的计算结果都一样，因此不会冲突或重复。

可选的，DHCP服务器上可以设置IP地址分配的水线，当达到水线时，则忽略地址池网段与vlan的关联关系，允许从其他空闲网段中分配IP地址；

具体来说，假设有两块线卡构成两个分布式网关，分别是线卡1和线卡2，每块线卡的最大ARP容量都是10W。为线卡1预设网段10.32.0.0/16，关联vlan 32，容量水线设置成10W；为线卡2预设网段10.42.0.0/16，关联vlan 42，容量水线设置成10W。位于vlan 32区域内的用户终端，将优先被分配到10.32.0.0网段，将网段安装到线卡1上，若线卡1的容量已满而线卡2容量未满，则会被分配到10.42.0.0网段，将网段安装到线卡2上；同理，vlan 42区域内的用户则相反，优先分配到10.42.0.0网段，将网段安装到线卡2。这样，两块线卡的ARP容量叠加起来就可以达到10W*2＝20W。

最后，将所述分配给所述第一终端的IP地址归属的地址池网段对应的网关IP地址和网关MAC地址发送给与所述分配给所述第一终端的IP地址和与该IP地址对应的网关MAC地址对应的所述n个线卡中的第一线卡(如线卡1)，以便于所述第一线卡作为网关处理所述第一终端发送的报文。

具体的，机架式交换机学习到ARP请求报文时，根据报文中用户终端的Sender IP所属的网段来安装到相应的分布式网关上(即安装到相应的线卡上)；

当某一个分布式网关下的用户终端容量已经达到预设的水线时，可以允许将Sender IP所属的网段安装到其他分布式网关上。

机架式交换机在应答用户终端的ARP请求报文时，要根据Sender IP所在的网段应答相应分布式网关的MAC地址。比如分布式网关1(即线卡1)的MAC地址为Gateway-mac-A，网关IP地址为10.32.0.1，当收到10.32.0.0/16网段内的ARP请求报文时，以MAC地址Gateway-mac-A来应答用户终端的请求，以便于所述线卡1作为网关处理所述用户终端发送的数据报文。

另外，机架式交换机在学习到用户终端ARP请求报文时，会根据用户终端IP地址所处的网段10.32.0.0，将ARP请求报文中的信息安装到线卡1上。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应说明的是：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 (10)

1.一种通过网关处理数据报文的方法，其特征在于，应用于包括n个线卡的交换设备上，其中，所述n个线卡通过二层设备与终端相连，n为大于等于1的整数，包括：

给每个线卡分配独立的网关IP地址和网关MAC地址，其中每个网关IP地址和网关MAC地址对应一个地址池网段，地址池网段的数量为n个；

接收第一终端发送的DHCP请求，根据预定的策略在所述n个地址池网段中选取未分配的IP地址分配给所述第一终端；

将所述分配给所述第一终端的IP地址归属的地址池网段对应的网关IP地址和网关MAC地址发送给与所述分配给所述第一终端的IP地址和与该IP地址对应的网关MAC地址对应的所述n个线卡中的第一线卡，以便于所述第一线卡作为网关处理所述第一终端发送的报文；

其中，所述接收第一终端发送的DHCP请求，根据预定的策略在所述n个地址池网段中选取未分配的IP地址分配给所述第一终端的步骤具体包括：

接收第一终端发送的DHCP请求，根据所述DHCP请求中包含的所述第一终端的第一VLAN标识在所述第一对应关系中查找与所述第一VLAN标识对应的第一地址池网段；

当所述第一地址池网段中已经分配的IP地址的数量没有达到设定阈值时，从所述第一地址池网段中选取未分配的IP地址发送给所述第一终端，当所述第一地址池网段中已经分配的IP地址的数量达到设定阈值时，从第二地址池网段中选取未分配的IP地址发送给所述第一终端。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

将所述独立的网关IP地址所对应的地址池网段与VLAN标识关联，建立第一对应关系。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述分配给所述第一终端的IP地址归属的地址池网段对应的网关IP地址和网关MAC地址发送给与所述分配给所述第一终端的IP地址和与该IP地址对应的网关MAC地址对应的所述n个线卡中的第一线卡，以便于所述第一线卡作为网关处理所述第一终端发送的报文的步骤具体包括：

将所述分配给所述第一终端的IP地址归属的地址池网段对应的网关IP地址和网关MAC地址发送给与所述分配给所述第一终端的IP地址和与该IP地址对应的网关MAC地址对应的所述n个线卡中的第一线卡，

接收所述第一终端发送的第一ARP请求，将所述第一线卡对应的网关MAC地址发送给所述第一终端，以便于所述第一线卡作为网关处理所述第一终端发送的报文。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述接收所述第一终端发送的第一ARP请求之后还包括：

学习所述第一终端的ARP信息，根据所述第一终端的IP地址归属的地址池网段将所述ARP信息配置到所述第一线卡上。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收第一终端发送的DHCP请求的步骤具体包括：

接收第一终端通过所述n个线卡中的一个线卡根据预设的策略转发的DHCP请求。

6.一种处理数据报文的交换设备，其特征在于，包括n个线卡，其中，所述n个线卡通过二层设备与终端相连，n为大于等于1的整数，

地址分配模块，用于给每个线卡分配独立的网关IP地址和网关MAC地址，其中每个网关IP地址和网关MAC地址对应一个地址池网段，地址池网段的数量为n个；

接收模块，用于接收第一终端发送的DHCP请求，

选择模块，用于根据预定的策略在所述n个地址池网段中选取未分配的IP地址分配给所述第一终端；

发送模块，用于将所述分配给所述第一终端的IP地址归属的地址池网段对应的网关IP地址和网关MAC地址发送给与所述分配给所述第一终端的IP地址和与该IP地址对应的网关MAC地址对应的所述n个线卡中的第一线卡，以便于所述第一线卡作为网关处理所述第一终端发送的报文；

其中，所述选择模块具体用于：

根据所述DHCP请求中包含的所述第一终端的第一VLAN标识在所述第一对应关系中查找与所述第一VLAN标识对应的第一地址池网段；

当所述第一地址池网段中已经分配的IP地址的数量没有达到设定阈值时，从所述第一地址池网段中选取未分配的IP地址发送给所述第一终端，当所述第一地址池网段中已经分配的IP地址的数量达到设定阈值时，从第二地址池网段中选取未分配的IP地址发送给所述第一终端。

7.如权利要求6所述的交换设备，其特征在于，还包括：

关联模块，用于将所述独立的网关IP地址所对应的地址池网段与VLAN标识关联，建立第一对应关系。

8.如权利要求7所述的交换设备，其特征在于，所述发送模块具体用于：

将所述分配给所述第一终端的IP地址归属的地址池网段对应的网关IP地址和网关MAC地址发送给与所述分配给所述第一终端的IP地址和与该IP地址对应的网关MAC地址对应的所述n个线卡中的第一线卡，

所述交换设备还包括：

ARP请求处理模块，用于接收所述第一终端发送的第一ARP请求，将所述第一线卡对应的网关MAC地址发送给所述第一终端，以便于所述第一线卡作为网关处理所述第一终端发送的报文。

9.如权利要求8所述的交换设备，其特征在于，还包括：

学习配置模块，用于学习所述第一终端的ARP信息，根据所述第一终端的IP地址归属的地址池网段将所述ARP信息配置到所述第一线卡上。

10.如权利要求6所述的交换设备，其特征在于，所述接收模块具体用于：

接收第一终端通过所述n个线卡中的一个线卡根据预设的策略转发的DHCP请求。

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