CN114884878A - 一种硬件学习模式下多交换芯片堆叠的mac地址同步方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硬件学习模式下多交换芯片堆叠的MAC地址同步方法，应用于交换机设备，交换机设备包括CPU和至少两个交换单元，交换单元堆叠连接，CPU包括老化事件处理模块和地址查询增删同步模块，老化事件处理模块、地址查询增删同步模块均与每个交换单元连接，方法包括：老化事件处理模块收到MAC地址老化消息，筛选其中的地址信息并发送给地址查询增删同步模块，地址信息包括目标交换单元的module号；地址查询增删同步模块查询MAC地址老化消息源之外的其他交换单元，根据目标交换单元中地址信息的保留情况，在对应交换单元的动态地址表中增加或删除地址信息。本发明减小了资源消耗，提高了稳定性，并且提高了同步效率。

Description

一种硬件学习模式下多交换芯片堆叠的MAC地址同步方法
技术领域
本发明涉及数据通信领域，尤其涉及一种硬件学习模式下多交换芯片堆叠的MAC地址同步方法。
背景技术
为了转发报文，以太网交换机需要维护MAC地址表。MAC地址表的表项中包含了与本交换机相连的终端主机的MAC地址、本交换机连接主机的端口等信息。为了能够仅转发目标主机所需要的数据，交换机就需要知道终端主机的位置，也就是主机连接在交换机的哪个端口上。这就需要交换机进行MAC地址表的正确学习。
多芯片堆叠 (Stacking) 是在企业网中比较常用的功能，其目的是增加整个设备的出口带宽。在多芯片堆叠模式下，各芯片会将学习到的 MAC(Media Access Control，介质访问控制)进行同步。由于交换机存在老化机制，在老化时间内各端口未收到关于该MAC地址的帧，那么，这些地址将从动态转发地址表中被删除，在多芯片堆叠模式下，可能存在以下情况：
所有芯片均已同步某MAC地址后，如图1中的标号①所示，某个时段内，关于该MAC地址的帧一直在芯片0的端口双向通流，导致其他芯片如芯片1的MAC地址老化，此时芯片0和芯片1的地址出现不同步情况。芯片1的MAC地址老化后，如图1中的标号②所示，又收到一条以该MAC地址为目的地址的帧，此时芯片1会由于目的地址查找失败而将该数据帧泛洪到其他端口，导致网络上带宽浪费。
为了解决该问题，专利CN108023974A公开了一种地址老化方法和装置，其具体记载了通过发送老化报文在堆叠成员之间交互，同时维护了软件MAC地址表项。这种技术方案的缺点是如果堆叠成员过多，那么必然会带来大量的交互报文占用通路带宽，而且这种交互存在不稳定性，需要软件做一定的容错处理；同时，该方法都会引入另外一个问题，那就是使用了软件MAC地址表，MAC地址表的体量是很大的，软件维护这么大的地址表需要耗费更多的内存而且还会在定期轮询维护表项，占用较多CPU资源，从而会消耗过多资源且稳定性降低，同步效率会比较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种硬件学习模式下多交换芯片堆叠的MAC地址同步方法，利用硬件学习和老化上报机制对指定的老化MAC地址来进行检查和同步，减小了资源消耗，提高了稳定性，并且提高了同步效率。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种硬件学习模式下多交换芯片堆叠的MAC地址同步方法，应用于交换机设备，所述交换机设备包括CPU和至少两个交换单元，所述交换单元堆叠连接，所述CPU包括老化事件处理模块和地址查询增删同步模块，所述老化事件处理模块、地址查询增删同步模块均与每个交换单元连接，所述方法包括：
老化事件处理模块收到MAC地址老化消息，筛选其中的地址信息并发送给地址查询增删同步模块，所述地址信息包括MAC地址、端口地址、VLAN地址和目标交换单元的module号；
地址查询增删同步模块查询MAC地址老化消息源之外的其他交换单元，根据目标交换单元中所述地址信息的保留情况，在对应交换单元的动态地址表中增加或删除所述地址信息。
进一步的，根据目标交换单元中所述地址信息的保留情况，在每个交换单元的动态地址表中增加或删除所述地址信息具体步骤包括：
若MAC地址老化消息源不为目标交换单元，且目标交换单元的动态地址表中保留有所述地址信息，向MAC地址老化消息源的交换单元的动态地址表中写入所述地址信息；
若MAC地址老化消息源为目标交换单元，且存在动态地址表中保留有所述地址信息的其他交换单元，删除其他交换单元的所述地址信息。
进一步的，所述地址信息还包括、所述地址信息还包括学习标记，所述目标交换单元的学习标记为第一值。
进一步的，老化事件处理模块收到老化消息之前还包括：交换单元遍历动态地址表中各地址信息，若接收当前地址信息对应数据的等待时间超过预设时间段，根据当前地址信息生成MAC地址老化消息，通过中断或者消息上送方式上报给CPU的老化事件处理模块，并在动态地址表中删除当前地址信息。
本发明还提出一种交换机设备，所述交换机设备包括CPU和至少两个交换单元，所述交换单元堆叠连接，所述CPU包括老化事件处理模块和地址查询增删同步模块，所述老化事件处理模块、地址查询增删同步模块均与每个交换单元连接，所述CPU被配置以执行：
老化事件处理模块收到MAC地址老化消息，筛选其中的地址信息并发送给地址查询增删同步模块，所述地址信息包括MAC地址、端口地址、VLAN地址和目标交换单元的module号；
地址查询增删同步模块查询MAC地址老化消息源之外的其他交换单元，根据目标交换单元中所述地址信息的保留情况，在对应交换单元的动态地址表中增加或删除所述地址信息。
进一步的，根据目标交换单元中所述地址信息的保留情况，在每个交换单元的动态地址表中增加或删除所述地址信息时，所述地址查询增删同步模块被配置以执行：
若MAC地址老化消息源不为目标交换单元，且目标交换单元的动态地址表中保留有所述地址信息，向MAC地址老化消息源的交换单元的动态地址表中写入所述地址信息；
若MAC地址老化消息源为目标交换单元，且存在动态地址表中保留有所述地址信息的其他交换单元，删除其他交换单元的所述地址信息。
进一步的，所述交换单元被配置以执行：
遍历动态地址表中各地址信息，若接收当前地址信息对应数据的等待时间超过预设时间段，根据当前地址信息生成MAC地址老化消息，通过中断或者消息上送方式上报给CPU的老化事件处理模块，并在动态地址表中删除当前地址信息。
可选的，所述交换单元为交换芯片，所述交换芯片通过硬件堆叠协议对接。
可选的，所述交换单元为交换线卡，所述交换线卡通过交换盘堆叠。
本发明还提出一种计算机可读存储设备，所述计算机可读存储设备存储有被编程或配置以执行任一所述的硬件学习模式下多交换芯片堆叠的MAC地址同步方法的计算机程序。
和现有技术相比，本发明具有下述优点：
本发明充分利用了交换芯片硬件学习和老化上报机制通过对指定的老化MAC地址来进行检查和同步，解决了某些情况出现的地址不同步问题。利用硬件学习，避免了软件维护大量的MAC地址软件表项，减少了内存消耗，不会有定期的软件表维护，减少了CPU资源占用；
同时，本发明利用了交换芯片老化上报机制，避免了通过轮询对比同步或者软件通过消息管道交互信息进行同步，减少了软件开销以及通路带宽的占用，不需要软件在大量交互报文下的容错处理，由于不需要维护所有地址信息，也不需要相互发送同步报文，占用CPU资源会比较少，节约了内存，提高了效率高而且提高了稳定性；
最后，本发明根据指定的地址信息直接查询交换单元，通过对比判断是否对该MAC地址进行增删操作，逻辑简单，查询高效。
附图说明
图1为MAC地址不同步的示意图。
图2为本发明实施例的交换设备结构方框图。
图3为本发明实施例的方法流程图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
MAC地址硬件学习避免了软件维护大量的MAC地址软件表项，减少了内存消耗，不会有定期的软件表维护，减少了CPU资源占用，如图1所示，该图展示了一台由2片交换芯片组成的交换机设备。其中交换芯片0（chip0）为本地芯片，交换芯片1（chip1）为远端芯片，一开始，该交换机端口1（port1）会收到来至PC或者网络上的ARP广播包，这时交换芯片0会学习到一条地址信息，并保存在其动态地址表中，这里表示为MAC地址MAC1、端口地址port1以及VLAN地址VLAN1；同时，由于交换芯片0和交换芯片1（chip1）是硬件堆叠的，那么在交换芯片1上同样会学习到一条相同的地址信息MAC1、port1以及VLAN1，并保存在其动态地址表中。
为了避免出现MAC地址不同步的情况，如图2所示，本实施例提出一种交换机设备，其包括硬件数据面以及软件控制面两部分，其中硬件数据面包括CPU和至少两个堆叠连接的交换单元，交换单元通过控制管理通道连接到CPU（如果是分布式设备则连接到本地CPU），交换单元的MAC地址的老化消息通过该控制管理通道通知CPU处理（分布式设备由本地CPU通知主控CPU），交换单元可以是交换芯片，多个交换芯片通过硬件堆叠协议对接，对于分布式交换设备，交换单元可以是交换线卡，各个交换线卡通过交换盘堆叠，交换单元用于对MAC地址老化的上报；软件控制面在CPU中设置老化事件处理模块以及地址查询增删同步模块，老化事件处理模块、地址查询增删同步模块均与每个交换单元连接，老化事件处理模块通过事件消息连接到地址查询增删同步模块。老化事件处理模块负责收到老化消息后进行消息筛选，提取关键信息打包，然后通知地址查询增删同步模块；地址查询增删同步模块负责收到消息后进行对该地址的查询工作，根据查询情况对交换芯片或交换线卡进行增删该地址操作以此达到同步的目的。
CPU的老化事件处理模块在初始化时注册了针对MAC地址老化消息的接收处理接口，所以收到MAC地址老化消息之后就会对其进行提取处理，出地址信息并打包发送给地址查询增删同步模块，地址查询增删同步模块是一个独立线程，在没有消息时处于休眠状态，当有消息通知时会被激活。
本实施例中，CPU被编程或配置以执行以下功能：
老化事件处理模块收到MAC地址老化消息，筛选其中的地址信息并发送给地址查询增删同步模块，本实施例中，地址信息除了前述的MAC地址、端口地址、VLAN地址之外，还包括目标交换单元的module号，module号是代表堆叠成员之间属于自己的编号，目标交换单元为最初学习到地址信息的交换单元，如图1中所示，交换芯片0以及交换芯片1学习到地址信息之后，在交换芯片1上的地址信息的module号交换芯片0的module号，此外，交换芯片1学习到的地址信息还带有标识远端芯片学习到的remote标记，remote标记是区分MAC地址是本地芯片学到的还是远端芯片学到的。
地址查询增删同步模块查询MAC地址老化消息源之外的其他交换单元，根据目标交换单元中所述地址信息的保留情况，在对应交换单元的动态地址表中增加或删除所述地址信息，具体的：
若MAC地址老化消息源不为目标交换单元，且目标交换单元的动态地址表中保留有所述地址信息，向MAC地址老化消息源的交换单元的动态地址表中写入所述地址信息；如图1所示，如果收到交换芯片1的MAC地址老化消息，且对应的地址信息中module号为交换芯片0的module号，则说明交换芯片0才是目标交换单元，此时地址查询增删同步模块查找交换芯片0的动态地址表，如果找不到对应的地址信息，则不处理，如果找到对应的地址信息，则认为交换芯片1的老化不应该发生，这时会根据该地址信息向芯片1重新写入一条包含这些信息的MAC地址表条目，且该MAC地址表条目为动态表项条目；
若MAC地址老化消息源为目标交换单元，且存在动态地址表中保留有所述地址信息的其他交换单元，删除其他交换单元的所述地址信息；如图1所示，如果收到交换芯片0的MAC地址老化消息，且对应的地址信息中module号为交换芯片0的module号或者remote标记不为0，则说明对应的地址信息是交换芯片0最初学习到的，交换芯片0是目标交换单元，此时地址查询增删同步模块查找交换芯片1的动态地址表，如果找不到对应的地址信息，则不处理，如果找到对应的地址信息，由于交换芯片0将MAC地址老化说明有较长时间没有收到以其地址信息为目的地址的数据帧，因此认为交换芯片1再次收到以交换芯片0的地址信息为目的地址的数据帧可能性小，此时将交换芯片1的动态地址表中的对应地址信息删除。
此外，本实施例中的交换单元也被编程或配置以执行以下功能：
遍历动态地址表中各地址信息，若接收当前地址信息对应数据的等待时间超过预设时间段，根据当前地址信息生成MAC地址老化消息，MAC地址老化消息是交换单元主动上报的信息，里面包含MAC地址的信息，通过中断或者消息上送方式上报给CPU的老化事件处理模块，并在动态地址表中删除当前地址信息。
通过上述配置，即可让交换机设备中多个堆叠的交换芯片完成老化的MAC地址同步，也可以让分布式交换机设备中多个堆叠的交换线卡完成老化的MAC地址同步。
如图3所示，根据前述的CPU以及交换单元的功能配置，本实施例还提出一种硬件学习模式下多交换芯片堆叠的MAC地址同步方法，应用于前述的交换机设备，包括以下步骤：
交换单元遍历动态地址表中各地址信息，若接收当前地址信息对应数据的等待时间超过预设时间段，根据当前地址信息生成MAC地址老化消息，通过中断或者消息上送方式上报给CPU的老化事件处理模块，并在动态地址表中删除当前地址信息；
老化事件处理模块收到MAC地址老化消息，筛选其中的地址信息并发送给地址查询增删同步模块，等待接收下一MAC地址老化消息，所述地址信息包括MAC地址、端口地址、VLAN地址和目标交换单元的module号，还包括学习标记remote标记，所述目标交换单元的remote标记不为0；
地址查询增删同步模块查询MAC地址老化消息源之外的其他交换单元，根据目标交换单元中所述地址信息的保留情况，在对应交换单元的动态地址表中增加或删除所述地址信息。
根据目标交换单元中所述地址信息的保留情况，在对应交换单元的动态地址表中增加或删除所述地址信息具体步骤包括：
若MAC地址老化消息源不为目标交换单元，且目标交换单元的动态地址表中保留有所述地址信息，向MAC地址老化消息源的交换单元的动态地址表中写入所述地址信息，等待接收下一地址信息；
若MAC地址老化消息源为目标交换单元，且存在动态地址表中保留有所述地址信息的其他交换单元，删除其他交换单元的所述地址信息，等待接收下一地址信息；
若MAC地址老化消息源不为目标交换单元，且目标交换单元的动态地址表中无所述地址信息，或者，若MAC地址老化消息源为目标交换单元，且其他交换单元的动态地址表中无所述地址信息，则等待接收下一地址信息。
综上所述，本实施例的交换机设备以及MAC地址同步方法基于硬件学习，根据老化上报信息触发，不需要软件学习的参与，不需要维护大量的软件表及状态，所以处理逻辑简单，功能稳定；本实施例的CPU由于不需要维护所有地址信息，也不需要相互发送同步报文，因此占用CPU资源会比较少，节约了内存提高了同步效率。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种硬件学习模式下多交换芯片堆叠的MAC地址同步方法，其特征在于，应用于交换机设备，所述交换机设备包括CPU和至少两个交换单元，所述交换单元堆叠连接，所述CPU包括老化事件处理模块和地址查询增删同步模块，所述老化事件处理模块、地址查询增删同步模块均与每个交换单元连接，所述方法包括：
老化事件处理模块收到MAC地址老化消息，筛选其中的地址信息并发送给地址查询增删同步模块，所述地址信息包括MAC地址、端口地址、VLAN地址和目标交换单元的module号；
地址查询增删同步模块查询MAC地址老化消息源之外的其他交换单元，根据目标交换单元中所述地址信息的保留情况，在对应交换单元的动态地址表中增加或删除所述地址信息。
2.根据权利要求1所述的硬件学习模式下多交换芯片堆叠的MAC地址同步方法，其特征在于，根据目标交换单元中所述地址信息的保留情况，在每个交换单元的动态地址表中增加或删除所述地址信息具体步骤包括：
若MAC地址老化消息源不为目标交换单元，且目标交换单元的动态地址表中保留有所述地址信息，向MAC地址老化消息源的交换单元的动态地址表中写入所述地址信息；
若MAC地址老化消息源为目标交换单元，且存在动态地址表中保留有所述地址信息的其他交换单元，删除其他交换单元的所述地址信息。
3.根据权利要求1所述的硬件学习模式下多交换芯片堆叠的MAC地址同步方法，其特征在于，所述地址信息还包括学习标记，所述目标交换单元的学习标记为第一值。
4.根据权利要求1所述的硬件学习模式下多交换芯片堆叠的MAC地址同步方法，其特征在于，老化事件处理模块收到老化消息之前还包括：交换单元遍历动态地址表中各地址信息，若接收当前地址信息对应数据的等待时间超过预设时间段，根据当前地址信息生成MAC地址老化消息，通过中断或者消息上送方式上报给CPU的老化事件处理模块，并在动态地址表中删除当前地址信息。
5.一种交换机设备，其特征在于，所述交换机设备包括CPU和至少两个交换单元，所述交换单元堆叠连接，所述CPU包括老化事件处理模块和地址查询增删同步模块，所述老化事件处理模块、地址查询增删同步模块均与每个交换单元连接，所述CPU被配置以执行：
老化事件处理模块收到MAC地址老化消息，筛选其中的地址信息并发送给地址查询增删同步模块，所述地址信息包括MAC地址、端口地址、VLAN地址和目标交换单元的module号；
地址查询增删同步模块查询MAC地址老化消息源之外的其他交换单元，根据目标交换单元中所述地址信息的保留情况，在对应交换单元的动态地址表中增加或删除所述地址信息。
6.根据权利要求5所述的交换机设备，其特征在于，根据目标交换单元中所述地址信息的保留情况，在每个交换单元的动态地址表中增加或删除所述地址信息时，所述地址查询增删同步模块被配置以执行：
若MAC地址老化消息源不为目标交换单元，且目标交换单元的动态地址表中保留有所述地址信息，向MAC地址老化消息源的交换单元的动态地址表中写入所述地址信息；
若MAC地址老化消息源为目标交换单元，且存在动态地址表中保留有所述地址信息的其他交换单元，删除其他交换单元的所述地址信息。
7.根据权利要求5所述的交换机设备，其特征在于，所述交换单元被配置以执行：
遍历动态地址表中各地址信息，若接收当前地址信息对应数据的等待时间超过预设时间段，根据当前地址信息生成MAC地址老化消息，通过中断或者消息上送方式上报给CPU的老化事件处理模块，并在动态地址表中删除当前地址信息。
8.根据权利要求5所述的交换机设备，其特征在于，所述交换单元为交换芯片，所述交换芯片通过硬件堆叠协议对接。
9.根据权利要求5所述的交换机设备，其特征在于，所述交换单元为交换线卡，所述交换线卡通过交换盘堆叠。
10.一种计算机可读存储设备，其特征在于，所述计算机可读存储设备存储有被编程或配置以执行权利要求1~4任一所述的硬件学习模式下多交换芯片堆叠的MAC地址同步方法的计算机程序。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20220809

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