CN115065660B - Arp代答的优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种ARP代答的优化方法，包含如下步骤：搭建公网封装场景；场景下的PW口入方向匹配带封装ARP报文的多条ACL规则，将多条ACL规则转化为场景下的AC口出方向的3条ACL规则；解封装AC口出方向的3种ARP原样报文，获得解封装后的3种ARP原样报文；匹配解封装后的3种ARP原样报文；CPU处理解封装后的3种ARP原样报文。本发明可有效减少ARP代答功能所使用的ACL条目资源和匹配资源，且本案也同时适用于ND代答的优化方案中。虽然本案以VXLAN、SR‑MPLS、SRv6为例展开阐述，但本案同样适用于MPLS、GRE等公网封装场景。

Description

ARP代答的优化方法

技术领域

本发明涉及虚拟网络计算领域，特别涉及一种ARP代答的优化方法。

背景技术

作为云计算的核心技术之一，服务器虚拟化凭借其大幅降低IT成本、提高业务部署灵活性、降低运维成本等优势已经得到越来越多的认可和部署。如图1所示，一台服务器可虚拟多台虚拟机，而一台虚拟机相当于一台主机。云计算场景的虚拟网络，主机的数量发生了数量级的变化，存在如下问题。

虚拟机规模受网络规格限制，在大二层网络环境下，数据报文是通过查询MAC地址表进行二层转发，而MAC地址表的容量限制了虚拟机的数量。网络隔离能力限制，当前主流的网络隔离技术是VLAN，在大规模的虚拟化网络中部署存在如下限制，由于IEEE 802.1Q中定义的VLAN Tag域只有12比特，仅支持4094个VLAN，无法满足大二层网络中标识大量用户群的需求；传统二层网络中的VLAN无法满足网络动态调整的需求。虚拟机迁移范围受网络架构限制，为了保证虚拟机迁移过程中业务不中断，则需要保证虚拟机的IP地址保持不变，这就要求业务网络是一个二层网络，且要求网络本身具备多路径的冗余备份和可靠性。

针对大二层网络，VXLAN的提出很好地解决了上述问题。针对虚拟机规模受网络规格限制，VXLAN将虚拟机发出的数据包封装在UDP中，并使用物理网络的IP、MAC地址作为外层头进行封装，对网络只表现为封装后的参数，大降低了大二层网络对MAC地址规格的需求。

针对网络隔离能力限制，VXLAN引入了类似VLAN ID的用户标识，称为VXLAN网络标识VNI（VXLAN Network Identifier），由24比特组成，支持多达16M的VXLAN段，从而满足了大量的用户标识。针对虚拟机迁移范围受网络架构限制，VXLAN通过采用MAC in UDP封装来延伸二层网络，将以太报文封装在IP报文之上，通过路由在网络中传输，无需关注虚拟机的MAC地址；且路由网络无网络结构限制，具备大规模扩展能力、故障自愈能力、负载均衡能力，通过路由网络，虚拟机迁移不受网络架构限制。随着数据中心在物理网络基础设施上实施服务器虚拟化的快速发展，作为NVO3技术之一的VXLAN，通过24比特的VNI可以支持多达16M的VXLAN段的网络隔离，对用户进行隔离和标识不再受到限制，可满足海量租户。除VXLAN网络边缘设备，网络中的其他设备不需要识别虚拟机的MAC地址，减轻了设备的MAC地址学习压力，提升了设备性能。通过采用MAC in UDP封装来延伸二层网络，实现了物理网络和虚拟网络解耦，租户可以规划自己的虚拟网络，不需要考虑物理网络IP地址和广播域的限制，大大降低了网络管理的难度。

在终端租户初次互通过程中，终端租户会发送ARP请求报文，而ARP请求报文会在二层网络内广播。为了减少ARP广播报文，可以在二层网关上配置ARP二层代答功能。当VXLAN二层网关收到一个ARP请求报文时，会将该报文在BD内广播。如果二层网关在某一时间段内收到大量的ARP请求报文，并将这些报文都进行广播，VXLAN网络中就会出现大量的ARP请求报文，占用过多的网络资源，造成网络拥塞，导致显示网络性能下降，影响用户业务的正常运行。为了解决上述问题，可以在二层网关上配置ARP二层代答功能，如图2所示。ARP二层代答的基本原理是——二层网关设备通过侦听ARP报文建立记录源用户信息的ARPSnooping表项（包括ARP报文的源IP地址、源MAC地址、报文的入接口等信息），这样在收到ARP请求报文后，二层网关设备优先根据ARP Snooping表项的信息进行本地代答。

在VXLAN网络中，当二层网关收到一个ARP请求报文时，会将该报文在BD内广播。如果二层网关在某一时间段内收到大量的ARP请求报文，并将这些报文都进行广播，VXLAN网络中就会出现大量的ARP请求报文，占用网络资源，造成网络性能下降。为了解决上述问题，可以在二层网关上部署基于BD的ARP二层代答，ARP二层代答可以减少广播报文。使能ARP二层代答之后，二层网关设备在收到ARP请求之后，优先尝试本地代答，只有当本地无法代答时，才会进行广播。

在二层网关设备开启基于BD的ARP二层代答之后，当用户接入侧端口收到ARP报文之后，设备会侦听报文中携带的ARP源信息，并将其中的源IP地址、源MAC地址、报文的入接口等信息记录到本地的ARP Snooping表项中，作为后续ARP二层代答的依据。在采用EBGP组网时，还可以在二层网关上使能BGP EVPN基于BD粒度进行主机信息搜集功能这样还会从各自侦听到的用户ARP信息，然后补充到本地的ARP Snooping表项中，这类信息记录了源IP地址、源MAC地址、报文的源VTEP IP地址。当二层网关设备再收到ARP请求报文时，设备首先根据报文中的目的IP查找本地的ARP Snooping表项（包括本地侦听的和从其他网关同步的）——如果查找成功，则用查找到的信息对ARP请求报文直接进行代答；如果查找失败，则按原有的流程处理该ARP请求报文；这样就可以显著减少VXLAN网络中的ARP广播报文。

传统方案，在AC口配置了ARP代答之后，AC口和PW口都匹配入方向的报文送交CPU，对PW的报文匹配时，需要对各种封装的报文进行匹配，比如是否携带控制字，以及报文中VLAN的数目，如此将消耗较多的ACL条目资源。另外，需要适配PW所承载的TUNNEL，如果TUNNEL为SR-MPLS或者SRv6，则需要识别的报文中隧道ID信息占用较多的字节，需要占用较多的ACL匹配字段资源。

发明内容

根据本发明实施例，提供了一种ARP代答的优化方法，包含如下步骤：

搭建公网封装场景；

场景下的PW口入方向匹配带封装ARP报文的多条ACL规则，将多条ACL规则转化为场景下的AC口出方向的3条ACL规则；

解封装AC口出方向的3种ARP原样报文，获得解封装后的3种ARP原样报文；

匹配解封装后的3种ARP原样报文；

CPU处理解封装后的3种ARP原样报文。

进一步，解封装后的3种ARP原样报文包含：无VLAN报文、一层VLAN报文和二层VLAN报文。

进一步，解封装后的3种ARP原样报文不包含公网封装信息。

进一步，解封装后的3种ARP原样报文携带AC的硬件索引信息。

进一步，CPU处理所述解封装后的3种ARP原样报文包含如下子步骤：

CPU内的收包模块获取解封装后的3种ARP原样报文以及AC的硬件索引信息；

CPU内的业务处理模块根据AC的硬件索引信息，查找到对应的AC信息、PW信息、VPN信息以及TUNNEL信息，并将查找到的AC信息、PW信息、VPN信息以及TUNNEL信息通告收包模块；

收包模块将解封装后的3种ARP原样报文、AC信息、PW信息、VPN信息以及TUNNEL信息打包送交CPU内的ARP代答模块进行处理。

进一步，ARP代答模块的处理包含：进行APR代答或向外泛洪转发。

根据本发明实施例的ARP代答的优化方法，可有效减少ARP代答功能所使用的ACL条目资源和匹配资源，且本案也同时适用于ND代答的优化方案中。虽然本案以VXLAN、SR-MPLS、SRv6为例展开阐述，但本案同样适用于MPLS、GRE等公网封装场景。

要理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述两者都是示例性的，并 且意图在于提供要求保护的技术的进一步说明。

附图说明

图1为服务器虚拟化的示意图。

图2为ARP代答机制的示意图。

图3为本发明在AC接口出方向进行ARP报文匹配的示意图。

图4为本发明ARP报文匹配ARP代答公网侧收包处理时的示意图。

图5为本发明ARP代答的优化方法的流程图。

图6为本发明ARP代答的优化方法的子步骤流程图。

具体实施方式

以下将结合附图，详细描述本发明的优选实施例，对本发明做进一步阐述。

首先，将结合图3~6描述根据本发明实施例的ARP代答的优化方法，用于ARP代答的优化，同时适用于ND代答的优化，其应用场景很广。

如图3~6所示，本发明实施例的ARP代答的优化方法，包含如下步骤：

如图5所示，在S1中，搭建公网封装场景。

如图5所示，在S2中，场景下的PW口入方向匹配带封装ARP报文的多条ACL规则，将多条ACL规则转化为场景下的AC口出方向的3条ACL规则。

如图5所示，在S3中，解封装AC口出方向的3种ARP原样报文，获得解封装后的3种ARP原样报文。在本实施例中，解封装后的3种ARP原样报文包含：无VLAN报文、一层VLAN报文和二层VLAN报文。解封装后的3种ARP原样报文不包含公网封装信息；解封装后的3种ARP原样报文携带AC的硬件索引信息。

如图5所示，在S4中，匹配解封装后的3种ARP原样报文

如图5所示，在S5中，CPU处理解封装后的3种ARP原样报文。

进一步，如图6所示，CPU处理解封装后的3种ARP原样报文包含如下子步骤：

如图6所示，在S51中，CPU内的收包模块获取解封装后的3种ARP原样报文以及AC的硬件索引信息。

如图6所示，在S52中，CPU内的业务处理模块根据AC的硬件索引信息，查找到对应的AC信息、PW信息、VPN信息以及TUNNEL信息，并将查找到的AC信息、PW信息、VPN信息以及TUNNEL信息通告收包模块；

如图6所示，在S53中，收包模块将解封装后的3种ARP原样报文、AC信息、PW信息、VPN信息以及TUNNEL信息打包送交CPU内的ARP代答模块进行处理。进一步，在本实施例中，ARP代答模块的处理包含：进行APR代答或向外泛洪转发。

以上，参照图3~6描述了根据本发明实施例的ARP代答的优化方法，可有效减少ARP代答功能所使用的ACL条目资源和匹配资源，且本案也同时适用于ND代答的优化方案中。虽然本案以VXLAN、SR-MPLS、SRv6为例展开阐述，但本案同样适用于MPLS、GRE等公网封装场景。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包含……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种ARP代答的优化方法，其特征在于，包含如下步骤：

搭建公网封装场景；

所述场景下的PW口入方向匹配带封装ARP报文的多条ACL规则，将所述多条ACL规则转化为所述场景下的AC口出方向的3条ACL规则；

解封装所述AC口出方向的3种ARP原样报文，获得解封装后的3种ARP原样报文；

匹配所述解封装后的3种ARP原样报文；

CPU处理所述解封装后的3种ARP原样报文。

2.如权利要求1所述ARP代答的优化方法，其特征在于，所述解封装后的3种ARP原样报文包含：无VLAN报文、一层VLAN报文和二层VLAN报文。

3.如权利要求1或2所述ARP代答的优化方法，其特征在于，所述解封装后的3种ARP原样报文不包含公网封装信息。

4.如权利要求1所述ARP代答的优化方法，其特征在于，所述解封装后的3种ARP原样报文携带AC的硬件索引信息。

5.如权利要求4所述ARP代答的优化方法，其特征在于，CPU处理所述解封装后的3种ARP原样报文包含如下子步骤：

所述CPU内的收包模块获取所述解封装后的3种ARP原样报文以及所述AC的硬件索引信息；

所述CPU内的业务处理模块根据所述AC的硬件索引信息，查找到对应的AC信息、PW信息、VPN信息以及TUNNEL信息，并将查找到的所述AC信息、所述PW信息、所述VPN信息以及所述TUNNEL信息通告所述收包模块；

所述收包模块将所述解封装后的3种ARP原样报文、所述AC信息、所述PW信息、所述VPN信息以及所述TUNNEL信息打包送交所述CPU内的ARP代答模块进行处理。

6.如权利要求5所述ARP代答的优化方法，其特征在于，所述ARP代答模块的处理包含：进行APR代答或向外泛洪转发。