CN112838993A - 一种实现mac vlan动态下发的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种实现MAC VLAN动态下发的方法，当添加在线源MAC地址表项时，CPU识别MAC VLAN表项数量；当MAC VLAN表项数量小于容纳上限时，直接添加在线源MAC地址表项：端口接收源MAC地址未知报文并送至CPU；当所述源MAC地址匹配在所述MAC VLAN规则中的某一结点时，所述源MAC地址学习至所述MAC VLAN规则对应的VLAN中；添加源MAC地址表项并下发所述源MAC地址表项添加至所述端口；添加所述源MAC地址对应的MAC VLAN表项至对应所述MAC VLAN规则中的结点处；当MAC VLAN表项数量达到容纳上限时，CPU等待未在线源MAC地址表项老化删除后，添加在线源MAC地址表项；其中，所述未在线源MAC地址表项老化删除包括：当达到老化删除周期时，CPU删除未在线源MAC地址并下发所述未在线源MAC地址在所述端口删除。

Description

一种实现MAC VLAN动态下发的方法
技术领域
本发明涉及网络通讯技术领域，更具体的是，本发明涉及一种实现MAC VLAN动态下发的方法。
背景技术
MAC VLAN是交换机上一种的基于报文源MAC地址来划分VLAN的技术，是二层交换的一个基础功能，通过使用和控制交换芯片内部MAC VLAN 的硬件资源来实现。应用MACVLAN功能有两个主要优点，一是用户不需要固定在特定的端口下，可以随意移动；二是MAC与VLAN捆绑，提高了信息安全。
在企业网的网络建设时，为了提高部门内的信息安全，通常会把各个部门对应的网络服务资源基于VLAN来做隔离，并把各部门的员工划分到各个对应的VLAN中。考虑到移动办公或无线接入的组网环境，即存在用户的 MAC和接入的VALN是固定，而接入端口不固定的特点，通过MAC VLAN 功能可以实现用户在可移动场景下接入网络，都能划分到固定的VLAN下。
如图1所示，在这种网络拓扑中，pc1和server1是同一部门的资源，pc2和 server2是同一部门的资源，两个部门使用vlan100和vlan200进行资源隔离。在交换机上配置MACVLAN功能，这样pc1和pc2可以不固定端口接入均能访问自己部门的服务器。
基于不同的交换机产品，配置主要有两个步骤：
步骤1：配置所有与pc相连的端口为hybrid口，并属于vlan 100和vlan 200 的成员，且在发送vlan 100和vlan 200的报文时要剥离vlan tag；
(config)#interface Ethernet 1/3
(config-if)#switchport mode hybrid
(config-if)#switchport hybrid allowed vlan add untagged 100,200
(config)#interface Ethernet 1/4
(config-if)#switchport mode hybrid
(config-if)#switchport hybrid allowed vlan add untagged 100,200
步骤2：配置MAC-VLAN并使能，再配置MAC和VLAN对应关联的表项。
(config)#mac-vlan enable
(config)#mac-vlan mac-address pc1-mac vlan 100
(config)#mac-vlan mac-address pc2-mac vlan 200
以总用户数1024，同时在线用户数为512，交换芯片MAC VLAN总表项512条这样的场景示例：
在这个场景中需要配置管理512条MAC VLAN表项，因每一条表项的添加或删除都对应一条配置命令，所以至少需要下发512条配置命令，配置下发和后期的维护管理都比较繁杂。
另外，由于总用户数1024大于交换芯片MAC VLAN的总表项512，即存在512位用户无法配置对应的MAC VLAN表项。而从实际同时在线用户数512来看，交换芯片MAC VLAN的总表项是满足实际同时在线用户数的要求。
为解决这一问题，有两种方法可以选择。
1)升级客户的交换机，替换有更大MAC VLAN表项资源的交换机设备，方法虽然简单便捷，但购买更高规格的新交换机造成了客户网络费用额外的支出，况且客户目前的交换机资源规格是满足实际的同时在线用户数要求；
2)维持现有网络条件，因实际同时在线用户是动态的，而交换芯片MAC VLAN表项是静态配置的，这就需要管理员在某用户需要网络资源而没有配置对应MAC VLAN表项时，实时查询当前配置了MAC VLAN表项而不在线的用户，删除这条不在线用户对应的MAC VLAN表项，然后再添加新用户对应的MAC VLAN表项。这个方法虽然不用升级网络硬件，但这样反复的操作对网络管理员的日常管理维护造成了极大的不便，而且用户的上网需求不能实时满足，带来的使用体验也不好。
通过上述场景的介绍，总结出传统MAC VLAN功能的使用有如下几个缺点：
1)因配置命令和MAC VLAN表项的添加或删除是一一对应关系，即每添加或删除一条MAC VLAN表项，就需要下发一次配置命令，所以当涉及的表项较多，配置和管理工作就比较繁琐；
2)传统MAC VLAN功能中，对交换芯片MAC VLAN表项的使用是一种静态配置，而一般交换机中交换芯片的MAC VLAN资源是比较有限的，表项通常都不大。在MAC VLAN表项资源不够覆盖用户总数的场景下，通常MAC VLAN表项资源并非都得到充分的利用，需要网络管理员实时动态的来分配MAC VLAN资源的使用。
发明内容
本发明设计开发了一种实现MAC VLAN动态下发的方法，根据用户流量来动态触发添加或删除端口处的MAC VLAN表项，提高了MAC VLAN端口资源的利用率。
本发明提供的技术方案为：
一种实现MAC VLAN动态下发的方法，包括：
当添加在线源MAC地址表项时，CPU识别MAC VLAN表项数量；
当MAC VLAN表项数量小于容纳上限时，直接添加在线源MAC地址表项：
端口接收源MAC地址未知报文并送至CPU；
当所述源MAC地址匹配在所述MAC VLAN规则中的某一结点时，所述源MAC地址学习至所述MAC VLAN规则对应的VLAN中；
添加源MAC地址表项并下发所述源MAC地址表项添加至所述端口；
添加所述源MAC地址对应的MAC VLAN表项至对应所述MAC VLAN 规则中的结点处；
当MAC VLAN表项数量达到容纳上限时，CPU等待未在线源MAC地址表项老化删除后，添加在线源MAC地址表项；
其中，所述未在线源MAC地址表项老化删除包括：
当达到老化删除周期时，CPU删除未在线源MAC地址并下发所述未在线源MAC地址在所述端口删除；
当所述删除未在线源MAC地址匹配在MAC VLAN规则中的某一结点，且存在所述删除未在线源MAC地址对应的MAC VLAN表项时，删除所述删除源MAC地址对应的MAC VLAN表项。
优选的是，还包括：关闭端口源MAC地址学习，送CPU后丢弃报文。
优选的是，还包括：关闭端口源MAC地址老化删除功能。
优选的是，还包括：
当达到老化删除周期时，检查源MAC地址对应的端口处的hit位，
当端口处的hit位为1时，设置所述源MAC地址在CPU中的hit为0；
当端口处的hit位为0时，将所述源MAC地址在CPU中的hit由1清除为0，并删除所有CPU中的hit为0的源MAC地址，同时将删除操作下发至端口。
优选的是，
所述CPU通过二级链表标示配置的MAC VLAN规则和下发到端口的 MAC VLAN表项；
其中，第一级链表结点标示MAC VLAN规则，第二级链表结点标示所述MAC VLAN规则下下发到端口的MAC VLAN表项。
优选的是，还包括：
配置添加MAC VLAN规则，支持源MAC地址掩码配置，实现批量添加 MAC VLAN表项。
优选的是，还包括：
配置删除MAC VLAN规则，支持源MAC地址掩码配置，实现批量删除 MAC VLAN表项。
本发明所述的有益效果：
(1)本发明设计开发的实现MAC VLAN动态下发的方法，能够动态管理MAC VLAN硬件资源，提高了MAC VLAN硬件资源的利用率。背景技术中MAC VLAN的实现是一种静态实现，即当用户数大于MAC VLAN硬件表项数时，需要管理员根据当前用户在线情况，实时调整MACVLAN的资源使用，回收不在线用户占用的MAC VLAN表项资源，再分配给新上线用户。而应用新技术，系统在运行过程中会自动根据用户在线情况来动态使用MAC VLAN硬件资源，不需要管理员介入。解放了管理员动态的管理操作，用系统自动化实现来替代完成。
(2)通过扩展原有MAC VLAN配置命令，添加MAC掩码字段参数，形成一条MAC VLAN规则配置，能批量添加或删除MAC VLAN表项。
附图说明
图1为本发明背景技术所述的网络拓扑示意图。
图2为本发明所述老化删除MAC表项的流程示意图。
图3为本发明所述学习添加MAC表项的流程示意图。
图4为本发明所述的发包软件从网口发送报文，源MAC递增的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，本发明不依赖具体的交换机品牌及型号，仅依赖于交换芯片的设计，交换芯片需要支持报文送CPU学习MAC地址和支持MAC-VLAN寄存器硬件实现。目前在broadcom、marvell和realtek的系列交换芯片上有开发此功能成功。
本发明提供一种实现MAC VLAN动态下发的方法，包括：
端口接收到源MAC地址未知的报文，送至CPU通过软件实现来学习 MAC地址表项。当源MAC地址匹配配置的某一条MAC VLAN规则时，所述源MAC地址学习至所述MAC VLAN规则对应的VLAN中，添加所述源 MAC地址对应的MAC地址表项并下发添加表项到硬件MAC表资源。当 MAC VLAN表项数量小于硬件MAC VLAN表资源容纳上限时，直接添加所述源MAC地址匹配的MAC VLAN表项并下发添加表项到硬件MAC VLAN 表资源；当MAC VLAN表项数量达到容纳上限时，不做添加MAC VLAN表项操作。
软件实现MAC地址老化机制，当老化周期到时，删除老化的MAC地址表项并下发删除表项到硬件MAC表资源，当所述删除MAC地址匹配配置的某一条MAC VLAN规则，且匹配MACVLAN表项时，删除该匹配的MAC VLAN表项并下发删除到硬件MAC VLAN表资源。
具体包括：
在交换机上配置关闭MAC硬件学习，送至CPU。这样从交换机端口进来的源未知报文不会自动学习MAC地址表，而是送CPU进行软件处理学习，通过软件学习来下发添加硬件MAC表项。软件同步维护一张和硬件一致的 MAC表。
在交换机上关闭硬件老化MAC表的功能，老化功能通过软件任务来实现。配置的老化时间是一个软件配置值，不下发到硬件寄存器中。当老化周期到时，遍历软件维护的MAC表，检查软件MAC表项在对应硬件表项中的 hit位，若硬件中hit位为1，将软件的MAC表项中hit位置为0并同步到硬件表项；若硬件中hit位为0，将软表的MAC表项直接删除，并将删除操作同步下发到硬件MAC表。
配置添加MAC VLAN规则，支持MAC掩码配置(mac-vlan mac-address pc-mac-basemac-mask vlan vlan-id)，这样可以批量添加MAC VLAN表项。配置的MAC VLAN表项不立即同步下发到交换芯片对应的硬件表项，只软件同步维护，通过一个链表结点来标示。每配置添加一条MAC VLAN规则会同步维护一个链表结点，通过一个链表来维护本设备上所有MACVLAN 规则的配置。
配置删除MAC VLAN规则，支持MAC掩码配置(no mac-vlan mac-adress pc-mac-base mac-mask)，这样可以批量删除MAC VLAN表项。配置删除时，需要删除软件维护的对应的MAC VLAN规则节点和结点下的二级链表标示的MAC VLAN表项，删除该MAC VLAN规则下所有软件和硬件的MAC VLAN表项。
如配置MAC地址范围为00-00-11-22-33-00～00-00-11-22-33-ff共256个 MAC的MAC VLAN为100，配置命令如下：
1)配置添加
mac-vlan mac-address 00-00-11-22-33-00ff-ff-ff-ff-ff-00vlan 100
2)配置删除
no mac-vlan mac-address 00-00-11-22-33-00ff-ff-ff-ff-ff-00
如图3所示，当有源MAC未知的报文到达本端口时，报文送CPU进行软件学习。遍历软件MAC VLAN规则链表，匹配源MAC是否在某一结点的 MAC VLAN规则中，如匹配则学习到该MAC VLAN规则对应的VLAN中。添加MAC软件表项并下发添加MAC表项到硬件，
当MAC VLAN表项数量小于硬件MAC VLAN表资源容纳上限时，添加对应的MAC VLAN软件表项到该MAC VLAN规则结点下，用一个二级的链表结点标示，最后再将该对应的MACVLAN表项下发添加到硬件。即软件使用二级链表来标示配置的MAC VLAN规则和实际下发到硬件的MAC VLAN表项，第一级链表结点标示MAC VLAN规则，第二级链表结点标示该规则下实际下发硬件的MAC VLAN表项。这一步操作实现了MAC学习和 MAC VLAN表项下发同步的对应关系，即动态的通过MAC学习来触发添加 MAC VLAN表项下发到硬件。
当MAC VLAN表项数量达到容纳上限时，CPU等待未在线源MAC地址表项老化删除后，并采用上述的方法添加在线源MAC地址表项。
所述未在线源MAC地址表项老化删除如图2所示，当达到老化删除周期时，软件老化要删除某一条MAC表项时，删除MAC软件表项并下发删除硬件MAC表项，同时遍历软件MACVLAN规则链表，匹配要老化的MAC 是否在某一结点的MAC VLAN规则中，如果匹配，再进一步匹配该规则下的二级链表，查找该MAC对应的MAC VLAN表项是否存在，如果存在，说明该MACVLAN表项已下发硬件，在MAC表项老化删除的时候需要同步删除对应的MAC VLAN表项，即需要同步删除MAC VLAN软件表项和MAC VLAN硬件表项。这一步即实现动态的通过MAC老化来触发MAC VLAN表项的删除。
实施例
1)拓扑
PC(mac:00-24-8c-02-94-89)-------------SWITCH(eth1/0/1)
PC网卡的MAC地址是00-24-8c-02-94-89，通过网线直连交换机的 eth1/0/1接口。
2)交换机配置
(config)#vlan 100
(config-vlan100)#exit
(config)#mac-vlan vlan 100
(config)#int ethernet 1/0/1
(config-if-ethernet1/0/1)#switchport mode trunk
(config-if-ethernet1/0/1)#exit
(config)#mac-address-learning enable interface ethernet 1/0/1
(config)#mac-vlan mac aa-bb-cc-dd-ee-00ff-ff-ff-ff-ff-00vlan100priority 0
在交换机上配置vlan 100，eth1/0/1开启MAC地址送CPU学习功能并配置为trunk接口，配置MAC-VLAN规则。
3)PC上用发包软件从网口发包
PC上用发包软件从网口发送10个报文，源mac从aa-bb-cc-dd-ee-01递增，每次递增1。如图4所示。
4)查看MAC地址表项
Figure BDA0002284177940000081
Figure BDA0002284177940000091
注：PC网卡的MAC 00-24-8c-02-94-89不匹配MAC-VLAN规则，地址学习在vlan 1上；发包软件发出的源mac从aa-bb-cc-dd-ee-01递增的10个报文匹配MAC-VLAN规则学习在vlan 100上。
5)等待MAC表老化超时
Figure BDA0002284177940000092
将发包软件流量停掉，等待老化超时后再查看MAC地址表，无流量的 MAC表项自动删除。
本发明设计开发的实现MAC VLAN动态下发的方法，能够动态管理 MAC VLAN硬件资源，提高了MAC VLAN硬件资源的利用率。系统在运行过程中会自动根据用户在线情况来动态使用MAC VLAN硬件资源，不需要管理员介入。解放了管理员动态的管理操作，用系统自动化实现来替代完成。并通过扩展原有MAC VLAN配置命令，添加MAC掩码字段参数，形成一条 MAC VLAN规则配置，能批量添加或删除MAC VLAN表项。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种实现MAC VLAN动态下发的方法，其特征在于，包括：
当添加在线源MAC地址表项时，CPU识别MAC VLAN表项数量；
当MAC VLAN表项数量小于容纳上限时，直接添加在线源MAC地址表项：
端口接收源MAC地址未知报文并送至CPU；
当所述源MAC地址匹配在所述MAC VLAN规则中的某一结点时，所述源MAC地址学习至所述MAC VLAN规则对应的VLAN中；
添加源MAC地址表项并下发所述源MAC地址表项添加至所述端口；
添加所述源MAC地址对应的MAC VLAN表项至对应所述MAC VLAN规则中的结点处；
当MAC VLAN表项数量达到容纳上限时，CPU等待未在线源MAC地址表项老化删除后，添加在线源MAC地址表项；
其中，所述未在线源MAC地址表项老化删除包括：
当达到老化删除周期时，CPU删除未在线源MAC地址并下发所述未在线源MAC地址在所述端口删除；
当所述删除未在线源MAC地址匹配在MAC VLAN规则中的某一结点，且存在所述删除未在线源MAC地址对应的MAC VLAN表项时，删除所述删除源MAC地址对应的MAC VLAN表项。
2.如权利要求1所述的实现MAC VLAN动态下发的方法，其特征在于，还包括：关闭端口源MAC地址学习，送CPU后丢弃报文。
3.如权利要求2所述的实现MAC VLAN动态下发的方法，其特征在于，还包括：关闭端口源MAC地址老化删除功能。
4.如权利要求3所述的实现MAC VLAN动态下发的方法，其特征在于，还包括：
当达到老化删除周期时，检查源MAC地址对应的端口处的hit位，
当端口处的hit位为1时，设置所述源MAC地址在CPU中的hit为0；
当端口处的hit位为0时，将所述源MAC地址在CPU中的hit由1清除为0，并删除所有CPU中的hit为0的源MAC地址，同时将删除操作下发至端口。
5.如权利要求1所述的实现MAC VLAN动态下发的方法，其特征在于，
所述CPU通过二级链表标示配置的MAC VLAN规则和下发到端口的MAC VLAN表项；
其中，第一级链表结点标示MAC VLAN规则，第二级链表结点标示所述MAC VLAN规则下下发到端口的MAC VLAN表项。
6.如权利要求1所述的实现MAC VLAN动态下发的方法，其特征在于，还包括：
配置添加MAC VLAN规则，支持源MAC地址掩码配置，实现批量添加MAC VLAN表项。
7.如权利要求1所述的实现MAC VLAN动态下发的方法，其特征在于，还包括：
配置删除MAC VLAN规则，支持源MAC地址掩码配置，实现批量删除MAC VLAN表项。
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