CN114390008B - 一种以太网二层转发表的学习方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种以太网二层转发表的学习方法及系统，涉及通信技术领域，包括：接收到数据报文时，根据数据报文中包含的源以太网地址和虚拟局域网标识于二层转发表中进行匹配得到表征匹配结果的匹配值，根据数据报文中包含的源端口于端口属性表中匹配得到对应的第一属性值，以及根据数据报文中包含的虚拟局域网标识于虚拟局域网属性表中匹配得到对应的第二属性值；根据匹配值、第一属性值和第二属性值处理得到目标索引，随后将目标索引作为索引值于学习规则表中匹配得到对应的学习结果项；根据学习结果项对数据报文进行学习处理。有益效果是灵活实现二层转发中的学习功能，在满足现有需求的同时能够在无需修改硬件设计的情况下满足未知的需求。

Description

一种以太网二层转发表的学习方法及系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种以太网二层转发表的学习方法及系统。

背景技术

在以太网交换中，二层转发(L2 forwarding)功能负责以太网报文的地址学习和报文转发。该功能由二层转发表(MAC地址表)和地址学习，查找，老化等相应逻辑功能实现。二层转发表(MAC地址表)：存储MAC地址(一般包含VLAN ID等其它地址信息)与端口的对应关系。现有的二层转发表的学习机制如下：

根据端口接收到的报文源MAC地址和VLAN号(VLAN ID)作为索引，在二层转发表中查找是否有该项记录。如果找到该项记录，表示命中。如果没有命中，根据报文的端口和VLAN的属性，决定是否学习以及如何学习；如果命中，要进一步检查表项中的端口号和接受到的报文端口号是否一致。理论上同样地址的报文不能从不同的端口进入，如果表项中的端口号和接受到的报文端口号不一致，则发生了学习冲突。如果发生了冲突，则根据端口和VLAN的属性，决定是否学习以及如何学习，或者交给系统仲裁；如果未发生冲突，则表示该项记录已存在，需要刷新老化标记，表示该记录被访问过。

进一步地，如果上述的查找结果表示要进行地址学习，则向二层转发表中填入一个新的记录。如果二层转发表已满，无法容纳更多新纪录，则向系统报告一个溢出中断。否则，将新的报文信息写入二层转发表。

一般情况下，硬件配合软件可以很好地实现上述学习机制。但是，在实际的环境中，用户往往提出很多复杂的需求，而这些需求在硬件设计之初是未知的。当出现这种新需求时，硬件必须修改才能实现。如：1)需要将基于某个VLAN的报文送到软件学习MAC地址，而硬件在VLAN属性表中没有这个选项，则该功能无法实现。2)需要从某个特定端口进入且携带某个VLAN的报文学到的报文不参与老化，由于系统并不知道相应的MAC地址，所以软件无法事先根据VLAN ID和MAC配制静态表项，而硬件在端口/VLAN属性表中没有这个选项，则该功能也无法实现。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种以太网二层转发表的学习方法，应用于以太网交换机，于所述以太网交换机中预先配置一二层转发表、一端口属性表、一虚拟局域网属性表和一学习规则表；其中，所述端口属性表中保存有多个源端口与对应的第一属性值，所述虚拟局域网属性表中保存有多个虚拟局域网标识与对应的第二属性值，所述学习规则表中保存有多个索引值与对应的学习结果项；

则所述学习方法包括：

步骤S1，所述以太网交换机接收到一数据报文时，根据所述数据报文中包含的源以太网地址和虚拟局域网标识于所述二层转发表中进行匹配得到表征匹配结果的一匹配值，根据所述数据报文中包含的源端口于所述端口属性表中匹配得到对应的所述第一属性值，以及根据所述数据报文中包含的虚拟局域网标识于所述虚拟局域网属性表中匹配得到对应的第二属性值；

步骤S2，所述以太网交换机根据所述匹配值、所述第一属性值和所述第二属性值处理得到一目标索引，随后将所述目标索引作为所述索引值于所述学习规则表中匹配得到对应的所述学习结果项；

步骤S3，所述以太网交换机根据所述学习结果项对所述数据报文进行相应学习处理。

优选的，所述以太网交换机提供有相应的配置端口，以供用户进行所述端口属性表、所述虚拟局域网属性表和所述学习规则表的配置。

优选的，所述匹配值、所述第一属性值和所述第二属性值均为二进制字符串；

则所述步骤S2中，根据各所述二进制字符串进行编址得到所述目标索引。

优选的，所述目标索引还具有一全局学习使能位；

则所述步骤S2中，根据各所述二进制字符串进行编址得到一编址字符串，随后将所述全局学习使能位作为最高位与所述编址字符串进行拼接得到所述目标索引。

优选的，所述学习结果项包括转发状态，学习状态，老化状态，中断状态；

则所述步骤S3中，所述以太网交换机根据所述转发状态，所述学习状态，所述老化状态和所述中断状态对所述数据报文进行相应学习处理。

本发明还提供一种以太网二层转发表的学习系统，应用上述的以太网二层转发表的学习方法，所述学习系统包括：

存储模块，用于保存预先配置的一二层转发表、一端口属性表、一虚拟局域网属性表和一学习规则表；其中，所述端口属性表中保存有多个源端口与对应的第一属性值，所述虚拟局域网属性表中保存有多个虚拟局域网标识与对应的第二属性值，所述学习规则表中保存有多个索引值与对应的学习结果项；

第一匹配模块，连接所述存储模块，用于在接收到一数据报文时，根据所述数据报文中包含的源以太网地址和虚拟局域网标识于所述二层转发表中进行匹配得到表征匹配结果的一匹配值，根据所述数据报文中包含的源端口于所述端口属性表中匹配得到对应的所述第一属性值，以及根据所述数据报文中包含的虚拟局域网标识于所述虚拟局域网属性表中匹配得到对应的第二属性值；

第二匹配模块，分别连接所述存储模块和所述第一匹配模块，所述以太网交换机根据所述匹配值、所述第一属性值和所述第二属性值处理得到一目标索引，随后将所述目标索引作为所述索引值于所述学习规则表中匹配得到对应的所述学习结果项；

学习模块，连接所述第二匹配模块，用于根据所述学习结果项对所述数据报文进行相应学习处理。

优选的，所述以太网交换机提供有相应的配置端口，连接所述存储模块，以供用户进行所述端口属性表、所述虚拟局域网属性表和所述学习规则表的配置。

优选的，所述匹配值、所述第一属性值和所述第二属性值均为二进制字符串；

则所述第二匹配模块根据各所述二进制字符串进行编址得到所述目标索引。

优选的，所述目标索引还具有一全局学习使能位；

则所述第二匹配模块根据各所述二进制字符串进行编址得到一编址字符串，随后将所述全局学习使能位作为最高位与所述编址字符串进行拼接得到所述目标索引。

优选的，所述学习结果项包括转发状态，学习状态，老化状态，中断状态；

则所述学习模块根据所述转发状态，所述学习状态，所述老化状态和所述中断状态对所述数据报文进行相应学习处理。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：能够通过灵活配置端口属性表、虚拟局域网属性表和学习规则表的方式，灵活实现二层转发中的学习功能，在满足现有需求的同时能够在无需修改硬件设计的情况下满足未知的需求。

附图说明

图1为本发明的较佳的实施例中，一种以太网二层转发表的学习方法的流程示意图；

图2为本发明的较佳的实施例中，一种以太网二层转发表的学习系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明并不限定于该实施方式，只要符合本发明的主旨，则其他实施方式也可以属于本发明的范畴。

本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种以太网二层转发表的学习方法，应用于以太网交换机，于以太网交换机中预先配置一二层转发表、一端口属性表、一虚拟局域网属性表和一学习规则表；其中，端口属性表中保存有多个源端口与对应的第一属性值，虚拟局域网属性表中保存有多个虚拟局域网标识与对应的第二属性值，学习规则表中保存有多个索引值与对应的学习结果项；

如图1所示，则学习方法包括：

步骤S1，以太网交换机接收到一数据报文时，根据数据报文中包含的源以太网地址和虚拟局域网标识于二层转发表中进行匹配得到表征匹配结果的一匹配值，根据数据报文中包含的源端口于端口属性表中匹配得到对应的第一属性值，以及根据数据报文中包含的虚拟局域网标识于虚拟局域网属性表中匹配得到对应的第二属性值；

步骤S2，以太网交换机根据匹配值、第一属性值和第二属性值处理得到一目标索引，随后将目标索引作为索引值于学习规则表中匹配得到对应的学习结果项；

步骤S3，以太网交换机根据学习结果项对数据报文进行相应学习处理。

具体地，本实施例中，二层转发表中包含源以太网地址(源MAC地址)、虚拟局域网标识(VID)及端口号，在接收到数据报文时，可以基于数据报文中包含的源以太网地址和虚拟局域网标识进行匹配，以查找该二层转发表中是否包含该源以太网地址和虚拟局域网标识，以及在包含该源以太网地址和虚拟局域网标识时，其对应的端口号与数据报文中包含的源端口号是否一致，作为匹配结果。可以看出，匹配结果包括三种结果，一种是二层转发表中不包含该源以太网地址和虚拟局域网标识，即未命中；一种是二层转发表中包含该源以太网地址和虚拟局域网标识，且对应的端口号与数据报文中包含的源端口号一致，即命中；一种是二层转发表中包含该源以太网地址和虚拟局域网标识，且对应的端口号与数据报文中包含的源端口号不一致，即冲突。作为优选的实施方式，可以采用包括但不限于两个比特位的二进制字符串作为匹配值表征上述匹配结果，如：SLH表示命中，SLC表示冲突，其中，SLH和SLC可以分别取值0和1。则：

匹配值＝0X时，表示未命中的匹配结果；

匹配值＝10时，表示命中的匹配结果；

匹配值＝11时，表示冲突的匹配结果。

作为优选的实施方式，第一属性值可以采用包括但不限于三个比特位的二进制字符串表示，其中，portTable.LERN_F[1]、portTable.LERN_F[2]和portTable.LERN_F[3]分别用于表示第一属性值的第一位字符、第二位字符和第三位字符。其中，可以根据需求灵活配置上述三个字符的实际意义，如可以将portTable.LERN_F[1]配置为表征学习使能状态，其取值为1时，可以表示学习使能，取值为0时，可以表示非学习使能；可以将portTable.LERN_F[2]配置为表征学习模式，其取值为1时，可以表示软件学习模式，即是将该数据报文发送至CPU进行学习处理，其取值为0时，可以表示硬件学习模式，即是在需要进行地址学习时，将数据报文对应的报文信息直接写入二层转发表；可以将portTable.LERN_F[3]配置为表征学习优先级，其取值为1时，可以表示学习行为具有较高的优先级，在发生学习冲突时，学习行为覆盖被冲突的记录，其取值为0时，可以表示学习行为具有较低的优先级，在发生学习冲突时，学习行为可不被执行。

作为优选的实施方式，第二属性值可以采用包括但不限于四个比特位的二进制字符串表示，其中，可以采用vlanTable.LERN_F[0]、vlanTable.LERN_F[1]、vlanTable.LERN_F[2]、vlanTable.LERN_F[3]表示第二属性值的第一位字符、第二位字符、第三位字符和第四位字符。同样地，可以根据需求灵活配置上述四个字符的实际意义，此处不再赘述。

本发明的较佳的实施例中，以太网交换机提供有相应的配置端口，以供用户进行端口属性表、虚拟局域网属性表和学习规则表的配置。以端口属性表为例，可以通过配置端口新增源端口及对应的第一属性值，也可以在需求变更时，通过调整已有源端口对应的第一属性值的实际意义实现新的需求，采用可编程的思想，灵活地实现二层转发中的学习功能，在满足现有需求的同时能够在无需修改硬件设计的情况下满足未知的需求。

本发明的较佳的实施例中，匹配值、第一属性值和第二属性值均为二进制字符串；

则步骤S2中，根据各二进制字符串进行编址得到目标索引。

本发明的较佳的实施例中，目标索引还具有一全局学习使能位；则步骤S2中，根据各二进制字符串进行编址得到一编址字符串，随后将全局学习使能位作为最高位与编址字符串进行拼接得到目标索引。

具体地，本实施例中，可以采用下述表一中的编址方式得到目标索引，

表一：

可以看出，按照上述编址方式得到的目标索引为八个比特位的二进制字符串，其最低位为Bit0(LSB)，最高位为Bit7(MSB)，global.LERN_F用于表示全局学习使能位，在以太网交换机初始化时或者需要进行调试时，可以将其置为0，此时不开启学习功能，在初始化或调试完成后，可以将其置为1，正常开启学习功能，满足用户的多种使用场景。

上述编址方式中，将匹配值的SLC作为Bit0(LSB)，将匹配值的SLH作为Bit1，将第一属性值的portTable.LERN_F[3]作为Bit2，将第二属性值的vlanTable.LERN_F[2]作为Bit3，将第一属性值的portTable.LERN_F[2]作为Bit4，将第一属性值的portTable.LERN_F[1]和vlanTable.LERN_F[1]或处理的结果作为Bit5，将第一属性值的portTable.LERN_F[0]和vlanTable.LERN_F[0]的与处理结果作为Bit6。

可以理解的是，上述编址方式仅作为本技术方案的一个实施例，并不以此对本技术方案进行限定。

在获取上述目标索引后，随后于学习规则表中匹配得到对应的学习结果项，本发明的较佳的实施例中，学习结果项包括转发状态，学习状态，老化状态，中断状态；

则步骤S3中，以太网交换机根据转发状态，学习状态，老化状态和中断状态对数据报文进行相应学习处理。

作为优选的实施方式，学习规则表如下述表二所示，

表二：

上表中，TRSF_ACT用于表示转发状态，其中，TRSF_ACT＝00表示正常转发，TRSF_ACT＝01表示发送至CPU进行处理，TRSF_ACT＝10表示丢弃。LN_ACT用于表示学习状态，其中，LN_ACT＝0表示不学习，LN_ACT＝1表示学习。AGE_ACT用于表示老化状态，其中，AGE_ACT＝0表示老化状态保留，AGE_ACT＝1表示老化状态复位。INT0(Drop)用于表示0号中断，软件将其定义为丢弃；INT1(New address)用于表示1号中断，软件将其定义为新地址；INT2(Collision)用于表示2号中断，软件将其定义为冲突。

为简化说明，以下仅以端口属性表的第一属性值为例，说明学习规则表的功能实现：

表三：

上表中，LN_EN表示portTable.LERN_F[1]被配置为表征学习使能状态，Soft_LN表示portTable.LERN_F[2]被配置为表征学习模式，LN_pri表示portTable.LERN_F[3]被配置为表征学习优先级。

如上表中斜体表示的第四行，某端口的第一属性值被配置为学习使能、硬件学习模式、学习优先级高，则当匹配值表示学习冲突时，由于TRSF_ACT＝00，LN_ACT＝1，AGE_ACT＝0，INT2＝1，则对应的数据报文被正常转发，学习行为覆盖被冲突的记录，并且发出2号中断，该中断是软件赋予学习冲突的定义，硬件只知道中断号而不知道其意义。

如上表中第五行，某端口的第一属性值被配置为学习使能、硬件学习模式、学习优先级低，则当匹配值表示学习冲突时，由于TRSF_ACT＝10，LN_ACT＝0，AGE_ACT＝0，INT0＝1，INT2＝1，则对应的数据报文被认为非法，直接丢弃，并且给出0号中断和2号中断，同样地，该中断是软件赋予学习冲突的定义，硬件只知道中断号而不知道其意义。

对于未知需求，比如“从某个特定端口进入且携带某个VLAN的报文学到的报文不参与老化”。该功能可以使用学习规则表的方式实现：

首先把端口属性表的第一属性值赋予使用上的实际意义：

portTable.LERN_F[0]&vlanTable.LERN_F[0]：不参与老化。

随后把学习规则表的相应老化行为设为0即可。

本发明还提供一种以太网二层转发表的学习系统，应用上述的以太网二层转发表的学习方法，如图2所示，学习系统包括：

存储模块1，用于保存预先配置的一二层转发表、一端口属性表、一虚拟局域网属性表和一学习规则表；其中，端口属性表中保存有多个源端口与对应的第一属性值，虚拟局域网属性表中保存有多个虚拟局域网标识与对应的第二属性值，学习规则表中保存有多个索引值与对应的学习结果项；

第一匹配模块2，连接存储模块1，用于在接收到一数据报文时，根据数据报文中包含的源以太网地址和虚拟局域网标识于二层转发表中进行匹配得到表征匹配结果的一匹配值，根据数据报文中包含的源端口于端口属性表中匹配得到对应的第一属性值，以及根据数据报文中包含的虚拟局域网标识于虚拟局域网属性表中匹配得到对应的第二属性值；

第二匹配模块3，分别连接存储模块1和第一匹配模块2，以太网交换机根据匹配值、第一属性值和第二属性值处理得到一目标索引，随后将目标索引作为索引值于学习规则表中匹配得到对应的学习结果项；

学习模块4，连接第二匹配模块3，用于根据学习结果项对数据报文进行相应学习处理。

本发明的较佳的实施例中，以太网交换机提供有相应的配置端口5，连接存储模块1，以供用户进行端口属性表、虚拟局域网属性表和学习规则表的配置。

本发明的较佳的实施例中，匹配值、第一属性值和第二属性值均为二进制字符串；

则第二匹配模块3根据各二进制字符串进行编址得到目标索引。

本发明的较佳的实施例中，目标索引还具有一全局学习使能位；

则第二匹配模块3根据各二进制字符串进行编址得到一编址字符串，随后将全局学习使能位作为最高位与编址字符串进行拼接得到目标索引。

本发明的较佳的实施例中，学习结果项包括转发状态，学习状态，老化状态，中断状态；

则学习模块根据转发状态，学习状态，老化状态和中断状态对数据报文进行相应学习处理。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种以太网二层转发表的学习方法，应用于以太网交换机，其特征在于，于所述以太网交换机中预先配置一二层转发表、一端口属性表、一虚拟局域网属性表和一学习规则表；其中，所述端口属性表中保存有多个源端口与对应的第一属性值，所述虚拟局域网属性表中保存有多个虚拟局域网标识与对应的第二属性值，所述学习规则表中保存有多个索引值与对应的学习结果项；

则所述学习方法包括：

步骤S1，所述以太网交换机接收到一数据报文时，根据所述数据报文中包含的源以太网地址和虚拟局域网标识于所述二层转发表中进行匹配得到表征匹配结果的一匹配值，根据所述数据报文中包含的源端口于所述端口属性表中匹配得到对应的所述第一属性值，以及根据所述数据报文中包含的虚拟局域网标识于所述虚拟局域网属性表中匹配得到对应的第二属性值；

步骤S2，所述以太网交换机根据所述匹配值、所述第一属性值和所述第二属性值处理得到一目标索引，随后将所述目标索引作为所述索引值于所述学习规则表中匹配得到对应的所述学习结果项；

步骤S3，所述以太网交换机根据所述学习结果项对所述数据报文进行相应学习处理。

2.根据权利要求1所述的以太网二层转发表的学习方法，其特征在于，所述以太网交换机提供有相应的配置端口，以供用户进行所述端口属性表、所述虚拟局域网属性表和所述学习规则表的配置。

3.根据权利要求1所述的以太网二层转发表的学习方法，其特征在于，所述匹配值、所述第一属性值和所述第二属性值均为二进制字符串；

则所述步骤S2中，根据各所述二进制字符串进行编址得到所述目标索引。

4.根据权利要求3所述的以太网二层转发表的学习方法，其特征在于，所述目标索引还具有一全局学习使能位；

则所述步骤S2中，根据各所述二进制字符串进行编址得到一编址字符串，随后将所述全局学习使能位作为最高位与所述编址字符串进行拼接得到所述目标索引。

5.根据权利要求1所述的以太网二层转发表的学习方法，其特征在于，所述学习结果项包括转发状态，学习状态，老化状态，中断状态；

则所述步骤S3中，所述以太网交换机根据所述转发状态，所述学习状态，所述老化状态和所述中断状态对所述数据报文进行相应学习处理。

6.一种以太网二层转发表的学习系统，其特征在于，应用如权利要求1-5中任意一项所述的以太网二层转发表的学习方法，所述学习系统包括：

存储模块，用于保存预先配置的一二层转发表、一端口属性表、一虚拟局域网属性表和一学习规则表；其中，所述端口属性表中保存有多个源端口与对应的第一属性值，所述虚拟局域网属性表中保存有多个虚拟局域网标识与对应的第二属性值，所述学习规则表中保存有多个索引值与对应的学习结果项；

第一匹配模块，连接所述存储模块，用于在接收到一数据报文时，根据所述数据报文中包含的源以太网地址和虚拟局域网标识于所述二层转发表中进行匹配得到表征匹配结果的一匹配值，根据所述数据报文中包含的源端口于所述端口属性表中匹配得到对应的所述第一属性值，以及根据所述数据报文中包含的虚拟局域网标识于所述虚拟局域网属性表中匹配得到对应的第二属性值；

第二匹配模块，分别连接所述存储模块和所述第一匹配模块，所述以太网交换机根据所述匹配值、所述第一属性值和所述第二属性值处理得到一目标索引，随后将所述目标索引作为所述索引值于所述学习规则表中匹配得到对应的所述学习结果项；

学习模块，连接所述第二匹配模块，用于根据所述学习结果项对所述数据报文进行相应学习处理。

7.根据权利要求6所述的以太网二层转发表的学习系统，其特征在于，所述以太网交换机提供有相应的配置端口，连接所述存储模块，以供用户进行所述端口属性表、所述虚拟局域网属性表和所述学习规则表的配置。

8.根据权利要求6所述的以太网二层转发表的学习系统，其特征在于，所述匹配值、所述第一属性值和所述第二属性值均为二进制字符串；

则所述第二匹配模块根据各所述二进制字符串进行编址得到所述目标索引。

9.根据权利要求8所述的以太网二层转发表的学习系统，其特征在于，所述目标索引还具有一全局学习使能位；

则所述第二匹配模块根据各所述二进制字符串进行编址得到一编址字符串，随后将所述全局学习使能位作为最高位与所述编址字符串进行拼接得到所述目标索引。

10.根据权利要求6所述的以太网二层转发表的学习系统，其特征在于，所述学习结果项包括转发状态，学习状态，老化状态，中断状态；

则所述学习模块根据所述转发状态，所述学习状态，所述老化状态和所述中断状态对所述数据报文进行相应学习处理。