CN114268585B - 基于tcam的三层路由转发的判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种基于TCAM的三层路由转发的判断方法，所述方法包括：根据接口接收到的报文的目的MAC地址接口信息，生成key值；根据所述key值在TCAM中存储的key表中查找匹配项，若找到，返回TCAM中存储的Ad表中与匹配项对应的匹配结果；若所述匹配结果的IsRouterMac为1，则判定接口接收到的目的MAC地址与本接口的MAC地址匹配，进行三层转发。

Description

基于TCAM的三层路由转发的判断方法

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，尤其是涉及一种基于TCAM的三层路由转发的判断方法。

背景技术

在集成了二三层转发功能的网络设备中，通常需要识别报文的目的MAC地址来决定做二层转发还是三层转发。网络设备配置基于端口或VLAN的三层接口实现路由功能，三层接口上可以配置一个或多个MAC地址，网络设备接收到的报文的目的MAC地址与接口上配置的MAC地址匹配时，进行三层路由转发，否则进行二层交换。

芯片设计中为了提高报文的转发效率，通常采用具有并行访问功能的TCAM(三态内容寻址存储器，Ternary content addressable memory)来存储设备的全部接口的路由MAC信息。TCAM能够满足高速实时通信的极速查找需求，查找速度快，每个周期即可完成一次查找。

但是TCAM价格昂贵，芯片设计中受到成本的限制，资源相当有限。如何能够提高TCAM利用率是我们亟需解决的问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种基于TCAM存储路由MAC信息的方法及装置。

本发明的另一个目的在于提供一种基于TCAM的三层路由转发的判断方法。

为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种基于TCAM存储路由MAC信息的方法，所述方法包括：

将所述路由MAC信息分为共享路由MAC信息和非共享路由MAC信息，所述路由MAC信息包括MAC地址以及与MAC地址对应的接口信息和VLAN信息；

使用精确匹配的方式存储所述非共享路由MAC信息，和共享路由MAC信息的MAC地址；

使用模糊匹配的方式存储所述共享路由MAC信息的接口信息和VLAN信息；

存储每条路由MAC信息对应的匹配结果。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述“存储每条路由MAC信息对应的匹配结果”具体包括：

所述匹配结果包括是否是非共享MAC地址IsRouterMac，以及共享MAC地址对应的接口标志信息routerMacId；

使用精确匹配的方式存储所述共享路由MAC信息对应的匹配结果，和非共享路由MAC信息对应的匹配结果的IsRouterMac；

使用模糊匹配的方式存储所述非共享路由MAC信息对应的匹配结果的routerMacId。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述routerMacId与对应的共享路由MAC信息对应的接口上配置的接口标志信息一致。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述共享路由MAC信息的MAC地址为多个接口配置的相同MAC地址；

所述非共享路由MAC信息的MAC地址为一个接口配置的独有的MAC地址。

为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种装置，所述装置用于存储路由MAC信息，所述路由MAC信息包括MAC地址以及与MAC地址对应的接口信息和VLAN信息，且分为共享路由MAC信息和非共享路由MAC信息；

所述装置存储的表项包括Key表和与Key表索引一一对应的Ad表，所述Key表用来存储共享路由MAC信息和非共享路由MAC信息，在存储共享路由MAC信息时，只对路由MAC信息的MAC地址进行精确匹配；

所述Ad表用来存储与Key对应的匹配结果，当在Key表查找到匹配表项时，返回Ad表中对应索引下的匹配结果。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述Ad表包括IsRouterMac和routerMacId两个字段，所述IsRouterMac字段表示查找到的是否是非共享MAC地址，所述routerMacId字段表示共享MAC地址对应的接口标志信息。

作为本发明一实施方式的进一步改进，在所述Key表存储非共享路由MAC信息时，对应Ad表存储的匹配结果的IsRouterMac为1且对于routerMacId进行模糊匹配；

在所述Key表存储共享路由MAC信息时，对应Ad表存储的匹配结果的IsRouterMac为0且对于routerMacId进行精确匹配。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述共享路由MAC信息的MAC地址为多个接口配置的相同MAC地址；

所述非共享路由MAC信息的MAC地址为一个接口配置的独有的MAC地址。

为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种基于TCAM的三层路由转发的判断方法，所述方法包括：

根据接口接收到的报文的目的MAC地址和接口信息，生成key值；

根据所述key值在TCAM中存储的key表中查找匹配项，若找到，返回TCAM中存储的Ad表中与匹配项对应的匹配结果；

若所述匹配结果的IsRouterMac为1，则判定接口接收到的目的MAC地址与本接口的MAC地址匹配，进行三层转发。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述方法还包括：

若所述匹配结果的IsRouterMac为0，且所述匹配结果的routerMacId与所述接口上配置的接口标志信息匹配，则判定接口接收到的目的MAC地址与本接口的MAC地址匹配，进行三层转发。

与现有技术相比，本发明的基于TCAM存储路由MAC信息的方法，将多个接口下配置的相同的MAC地址的相关信息存在一条信息中，减少了资源的浪费，提高了资源的利用率，在相同成本的前提下能够存储更大规格的MAC地址数量。

附图说明

图1是本发明基于TCAM存储路由MAC信息的方法的流程示意图。

图2是本发明的装置的内部存储结构示意图。

图3是本发明基于TCAM的三层路由转发的判断方法的流程示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

在网络设备的多个三层接口下，经常会配置多个相同或不同的MAC地址，对于这些MAC地址，现有方法一般是使用TCAM来存储，存储的方法为根据接口信息、VLAN信息和MAC地址进行存储(本发明中上述接口信息、VLAN信息和MAC地址统称为路由MAC信息)。使用这种存储方式的TCAM的利用率较低。

如图1所示，本发明提供一种基于TCAM存储路由MAC信息的方法，所述方法包括：

步骤S01：将所述路由MAC信息分为共享路由MAC信息和非共享路由MAC信息，所述路由MAC信息包括MAC地址以及与MAC地址对应的接口信息和VLAN信息。

一条路由MAC信息是指一个MAC地址对应的相关信息，包括MAC地址以及与MAC地址对应的接口信息和VLAN信息。在本发明中，接口上配置的MAC地址进行了分类，分为共享MAC和非共享MAC。所述共享MAC为多个接口配置的相同MAC地址，所述非共享MAC为一个接口配置的独有的MAC地址。比如接口1配置有MAC地址A和B，接口2都配置有MAC地址A和C，所述MAC地址A为共享MAC，所述MAC地址B和C为非共享MAC。

因此，路由MAC信息可以分为共享路由MAC信息和非共享路由MAC信息。所述共享路由MAC信息的MAC地址为多个接口配置的相同MAC地址。所述非共享路由MAC信息的MAC地址为一个接口配置的独有的MAC地址。

步骤S02：使用精确匹配的方式存储所述非共享路由MAC信息，和共享路由MAC信息的MAC地址。

步骤S03：使用模糊匹配的方式存储所述共享路由MAC信息的接口信息和VLAN信息。

对于每一个非共享MAC，都有一一对应的接口信息和VLAN信息，因此，使用精确匹配的方式存储非共享路由MAC信息，只有全部信息都匹配，我们才认为目的路由MAC信息与本接口上配置的路由MAC信息匹配，需要进行三层转发。

而对于每一个共享MAC，都有多个接口信息和VLAN信息与其对应，因此，在存储共享路由MAC信息的时候，只存储MAC地址，而不存储对应的多个接口的信息和VLAN信息，即使用精确匹配的方式存储共享路由MAC信息的MAC地址，使用模糊匹配的方式存储所述共享路由MAC信息的接口信息和VLAN信息。这样就可以节省很多路由MAC信息重复存储的空间。

需要说明的是，这里精确匹配是指对应字段的掩码为全1，模糊匹配是指对应字段的掩码为全0。

步骤S04：存储每条路由MAC信息对应的匹配结果。

由于路由MAC信息分为共享路由MAC信息和非共享路由MAC信息，因此，还需要将每条路由MAC信息对应的匹配结果存储起来，所述匹配结果表示匹配到的是共享路由MAC信息还是非共享路由MAC信息。

具体的，所述匹配结果包括是否是非共享MAC地址IsRouterMac，以及共享MAC地址对应的接口标志信息routerMacId。对于非共享路由MAC信息，对应的匹配结果的IsRouterMac为1，对于routerMacId的取值不关心。对于共享路由MAC信息，对应的匹配结果的IsRouterMac为0，所述routerMacId与对应的共享路由MAC信息对应的接口上配置的接口标志信息一致。

因此，使用精确匹配的方式存储所述共享路由MAC信息对应的匹配结果，和非共享路由MAC信息对应的匹配结果的IsRouterMac；使用模糊匹配的方式存储所述非共享路由MAC信息对应的匹配结果的routerMacId。当IsRouterMac为1时，表示匹配到了非共享路由MAC信息，即目的路由MAC信息与本接口上配置的路由MAC信息匹配，需要进行三层转发。IsRouterMac为0时，表示匹配到了共享路由MAC信息，这时候还需要比较routerMacId与本接口上配置的接口标志信息是否一致，若一致，则表示目的路由MAC信息与本接口上配置的路由MAC信息匹配，需要进行三层转发。

比如接口1配置有MAC地址A和B，接口2都配置有MAC地址A和C，接口3配置有MAC地址D，接口1和2拥有一个共享MAC，那么在存储此共享路由MAC信息时，其对应的routerMacId为a，同时，将接口1和接口2下的接口标志信息配置为a，因此，若接口1或3收到目的MAC地址为A的以太报文时，就可以通过routerMacId与接口上配置的接口标志信息进行匹配而判断出是否应该走三层转发还是二层交换。

本发明的基于TCAM存储路由MAC信息的方法，将多个接口下配置的相同的MAC地址的相关信息存在一条信息中，减少了资源的浪费，提高了资源的利用率，在相同成本的前提下能够存储更大规格的MAC地址数量。在一个具体的实施例中，一个网络设备上创建了100个三层接口用于路由转发，每个接口上配置两个MAC地址，每个接口上均有一个相同的MAC地址A，采用传统的芯片设计方法，需要存储200条路由MAC信息，而采用本发明提出的基于TCAM存储路由MAC信息的方法，仅需要存储101条路由MAC信息，资源节省了近50％(Ad表所占用的内存非常小，几乎可以忽略)，显著提高了TCAM的资源利用率。

如图2所示，本发明还提供一种装置，所述装置用于存储路由MAC信息，所述路由MAC信息包括MAC地址以及与MAC地址对应的接口信息和VLAN信息，且分为共享路由MAC信息和非共享路由MAC信息。所述装置存储的表项包括Key表和与Key表索引一一对应的Ad表，所述Key表用来存储共享路由MAC信息和非共享路由MAC信息，在存储共享路由MAC信息时，只对路由MAC信息的MAC地址进行精确匹配。所述Ad表用来存储与Key表对应的匹配结果，当在Key表查找到匹配表项时，返回Ad表中对应索引下的匹配结果。图2中省略了使用模糊匹配方式存储的相关信息，例如Key表中共享MAC地址的接口信息和VLAN信息，以及Ad表中非共享MAC地址对应的部分匹配结果。

本发明的这种装置，能够最大限度的存储设备上的MAC地址，减少了资源的浪费，提高了资源的利用率，同一个装置能够存储比之前更大规格的MAC地址数量。

优选的，所述Ad表包括IsRouterMac和routerMacId两个字段，所述IsRouterMac字段表示查找到的是否是非共享MAC地址，所述routerMacId字段表示共享MAC地址对应的接口标志信息。

具体的，在所述Key表存储非共享路由MAC信息时，对应Ad表存储的匹配结果为IsRouterMac为1且对于routerMacId进行模糊匹配；在所述Key表存储共享路由MAC信息时，对应Ad表存储的匹配结果为IsRouterMac为0且对于routerMacId进行精确匹配。

如图3所述，本发明提供一种基于TCAM的三层路由转发的判断方法，由于在集成了二三层转发功能的网络设备的接口上，当接收到以太报文时，需要通过该以太报文的目的MAC地址，判断需要对该报文进行二层交换还是三层转发。所述方法包括：

步骤S11：根据接口接收到的报文目的MAC地址和接口信息，生成key值。

所述key值包括接收到包括有目的MAC地址的报文的接口的接口信息和VLAN信息，以及目的MAC地址。

步骤S21：根据所述key值在TCAM中存储的key表中查找匹配项，若找到，返回TCAM中存储的Ad表中与匹配项对应的匹配结果。

所述TCAM存储的表项包括Key表和与Key表索引一一对应的Ad表，所述Key表用来存储路由MAC信息，所述Ad表用来存储与Key表对应的匹配结果，当在Key表查找到匹配表项时，返回Ad表中对应索引下的匹配结果。

步骤S31：若所述匹配结果的IsRouterMac为1，则判定接口接收到的目的MAC地址与本接口的MAC地址匹配，进行三层转发。

所述Ad表包括IsRouterMac和routerMacId两个表项，所述IsRouterMac表项表示查找到的是否是非共享MAC地址，所述routerMacId表项表示共享MAC地址对应的接口标志信息。当IsRouterMac为1时，判定接口接收到的目的MAC地址与本接口的MAC地址匹配，进行三层转发。

具体的，所述方法还包括：

若所述匹配结果的IsRouterMac为0，且所述匹配结果的routerMacId与所述接口上配置的接口标志信息匹配，则判定接口接收到的目的MAC地址与本接口的MAC地址匹配，进行三层转发。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于TCAM的三层路由转发的判断方法，其特征在于，所述方法包括：

根据接口接收到的报文的目的MAC地址接口信息，生成key值；其中，所述key值包括接收到包括有目的MAC地址的报文的接口的接口信息和VLAN信息，以及目的MAC地址；

根据所述key值在TCAM中存储的key表中查找匹配项，若找到，返回TCAM中存储的Ad表中与匹配项对应的匹配结果；其中，所述Ad表用来存储与Key表对应的匹配结果，所述Ad表包括IsRouterMac表项，所述IsRouterMac表项表示查找到的是否是非共享MAC地址；

若所述匹配结果的IsRouterMac为1，则判定接口接收到的目的MAC地址与本接口的MAC地址匹配，进行三层转发。

2.根据权利要求1所述的基于TCAM的三层路由转发的判断方法，其特征在于，所述TCAM存储的表项包括Key表和与Key表索引一一对应的Ad表，所述Key表用来存储路由MAC信息，所述Ad表用来存储与Key表对应的匹配结果。

3.根据权利要求2所述的基于TCAM的三层路由转发的判断方法，其特征在于，所述方法还包括：

当在Key表查找到匹配表项时，返回Ad表中对应索引下的匹配结果。

4.根据权利要求1所述的基于TCAM的三层路由转发的判断方法，其特征在于，所述Ad表还包括routerMacId表项，所述routerMacId表项表示共享MAC地址对应的接口标志信息。

5.根据权利要求1所述基于TCAM的三层路由转发的判断方法，其特征在于，所述方法还包括：

若所述匹配结果的IsRouterMac为0，且所述匹配结果的routerMacId与所述接口上配置的接口标志信息匹配，则判定接口接收到的目的MAC地址与本接口的MAC地址匹配，进行三层转发。