CN1466320A - 网络设备中地址解析协议表的老化更新方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种网络设备中地址解析表的老化更新方法。该方法是将ARP表中表项的老化时间段分成两段，第一段时间内仅进行报文的正常转发，第二段时间内除正常转发报文外还将报文复制发送给交换机CPU，以进行交换机的硬件和软件ARP表中表项的老化更新；ARP表项老化后不影响报文的转发，且对于已经老化的ARP表项不作删除处理。本发明既可以保证进行ARP表老化时间的刷新，又可尽量减少占用交换机CPU的处理资源，同时还可以减少网上不必要的ARP请求广播数据包。而且，硬件ARP表中表项老化后，接收的报文仍拷贝一份到交换机的CPU，保证了ARP中相应表项老化后报文仍可以正常转发，避免了定期丢数据包的现象。

Description

网络设备中地址解析协议表的老化更新方法

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种网络设备中地址解析协议表的老化更新方法。

背景技术

以太网交换机等网络设备中的ARP(地址解析协议)表用于获得主机IP(互联网协议)地址和MAC(Media Access Control，媒介访问控制)地址间的对应关系，交换机通过查ARP表来进行三层报文的交换。由于主机的IP和MAC地址的对应关系并不是一成不变的，例如，某个主机的网络IP地址被更换时，则需要对ARP表中的相应表项进行更新，因此在以太网交换机中需要定期地对ARP表中的表项进行老化更新。

现在以太网交换机的ARP表老化更新方法通常有两种，其中：

一种方法，如图1所示，针对ARP表中的某一个ARP表项给定一个老化时间，如果在给定的老化时间内收到了这个ARP表项相应的报文，则将老化时间清零，重新开始计算老化时间；如果在给定的老化时间内没有出现ARP表项相应的报文，则认为这个ARP表项已经老化，以太网交换机中软、硬件同时删除这个ARP表项。而以太网交换机大都是硬件芯片通过CAM(Content Addressable Memory，内容访问存贮器)查表来完成转发，软件不参与报文转发，而且硬件无法将报文转发的信息通知软件，这就使得软件的ARP表的老化时间无法根据转发的报文进行刷新，因此，对于软、硬件的ARP表，无论硬件是否转发都会定时老化所有表项，如果想继续转发就只能再重新发ARP请求获得相应的ARP地址。目前很多的以太网交换机使用的就是这种方法。

上述方法中，由于所有ARP表都要定时进行老化更新，老化后ARP表项被删除使得定时的硬件无法查到报文的IP地址对应的MAC地址，导致硬件无法正常进行报文的交换，这样，便将该报文交给交换机的CPU进行处理，由触发软件发送ARP请求重新获得相应的ARP表项。交换机的CPU对交上来的报文的处理方式有两种，一种是查不到ARP就直接丢弃，这样交换机会定期丢包，影响了网络传输的可靠性；另一种处理方法是把报文缓存起来，等获得相应的ARP表项后再软件转发这些报文，这样不但影响CPU进行其他的工作，同时也将影响整个交换机的性能。

目前还有一种以太网交换机的ARP表老化更新方法，该方法是在老化一个ARP表项时并不删除这个ARP表项，而是发送一个ARP请求，在一定时间内没有收到回应的情况下再删除这个ARP表项，如果收到回应则不删除这个表项。由于不管有无报文转发，ARP表都不得不定时老化，使得网上多了很多不必要的ARP广播包，不但影响网络带宽，也影响相关的所有主机，影响了网络的性能，同时由于交换机会不停的发ARP请求，也降低了交换机CPU的效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种网络设备中地址解析协议表的老化更新方法，可以合理地老化更新ARP表中的表项，并且能够使交换机的ARP不论老化与否均可以正常地进行报文的交换。

本发明的目的是这样实现的：网络设备中地址解析协议表的老化更新方法，包括：

(1)在设定硬件和软件地址解析协议表中表项的老化时间段内，将网络设备接收的与该表项对应的报文进行正常转发，并复制一份给软件地址解析协议表的管理模块；

(2)软件地址解析表管理模块判断在硬件和软件地址解析协议表中表项的老化时间段内是否接收到与该表项对应的报文，如果接收到与该表项对应的报文，执行步骤(3)，否则，执行步骤(4)；

(3)停止对软件地址解析协议表中该表项的继续老化，并对硬件地址解析协议表中该表项的状态进行更新；

(4)老化软件地址解析协议表中的该表项，且对于接收的硬件地址解析协议表中该表项对应的报文转发至软件地址解析协议表管理模块，不再进行正常转发；

(5)根据网络设备接收的报文，通过软件地址解析协议表管理模块对硬件和软件地址解析协议表进行更新。

所述的步骤(1)包括：

(21)将硬件和软件地址解析协议表中表项的老化时间分为两段；

(22)在第一时间段内，硬件地址解析协议表中的表项为正常转发报文状态，软件地址解析协议表中的表项为未老化状态；

(23)在第二时间段内，硬件地址解析协议表中的表项的为正常转发并复制报文状态，即除正常转发报文外还将报文复制发送到网络设备的中央处理部分中的软件地址解析协议表管理模块；软件地址解析协议表中的表项为正在老化状态；

所述的步骤(2)中的硬件和软件地址解析协议表中表项的老化时间段为步骤(23)所述的第二时间段。

所述的老化软件地址解析协议表的该表项是指将该表项的状态设置为已经老化，但此时不删除该表项。

所述的步骤(4)包括：

(41)设定软件地址解析协议表中已经老化的表项的存在时间；

(42)判断软件地址解析协议表中已经老化的表项的存在时间是否超过设定的存在时间，如果超过设定的存在时间，则删除该表项，否则，不删除该表项。

所述的步骤(5)包括：

(51)判断接收的报文中承载的信息在硬件地址解析协议表是否存在对应的表项，如果存在，则执行步骤(52)，否则，执行步骤(53)；

(52)根据该对应的表项进行正常的报文转发；

(53)将报文转发给网络设备中的软件地址解析协议表管理模块，由软件地址解析协议表管理模块发出ARP(地址解析协议)请求，进行ARP表的更新。

所述的步骤(53)包括：

(61)设定软件地址解析协议表管理模块发出ARP请求的次数；

(62)判断在设定的次数内是否收到该ARP请求的响应报文，如果收到响应报文，执行步骤(63)，否则，执行步骤(64)；

(63)根据响应报文的内容更新硬件和软件地址解析协议表中相应表项；

(64)判断软件地址解析协议表中是否存在已经老化的对该ARP请求对应的表项，如果存在，则令该表项作为新的表项重新开始对其进行老化，否则，终止本轮ARP请求。

由上述技术方案可以看出，本发明将ARP表中表项的老化时间段分成两段，使得仅有一部分报文发送到交换机的CPU(中央处理器)，既可以保证进行ARP表老化时间的刷新，又可尽量减少占用交换机CPU的处理资源，同时还可以减少网上不必要的ARP请求广播数据包。而且，硬件ARP表中表项老化后，接收的报文还拷贝一份到交换机的CPU，而不是删除软、硬件ARP表项，保证了ARP中相应表项老化后报文仍可以正常转发，而不会出现定期丢数据包的现象。

附图说明

图1为目前以太网交换机ARP表的老化更新方法示意图；

图2为本发明中以太网交换机ARP表的老化更新方法示意图；

图3为本发明的具体实施流程图。

具体实施方式

本发明的具体实施方式结合附图叙述如下，参见图2、图3；

步骤1：在图2中的①阶段中由于交换机无ARP表项，硬件无法转发报文，将报文发给交换机的CPU，通过发送ARP请求获得ARP表项，并将获得的表项配置到硬件地址解析协议表中，同时将软件ARP表中该表项的设置为“no_age(未老化)”状态，硬件ARP表中该表项设置为“forwarding(正常转发)”状态；

步骤2：设置交换机中ARP表中表项的老化时间：将ARP表项老化时间分为如图2所示的②③两段，两个时间段可以相等也可以不等；

在②阶段中，硬件在“forwarding”状态下正常转发报文，转发报文不通知软件ARP表管理模块，软件ARP表中的表项不老化，即软件ARP表中的对应表项仍为“no_age”状态；

在②阶段结束时，将软件ARP表中该ARP表项的状态设置为“aging(正在老化)”，同时把硬件中该ARP表项的状态设置为“forwarding_and_copy(正常转发并把报文拷贝到CPU)”，目前以太网交换机芯片基本都支持这种报文转发方式；

步骤3：在③阶段中，由于该硬件ARP表项工作在”forwarding_and_copy”状态下，该ARP表项对应的报文除正常转发外，还会拷贝一份给交换机的CPU，因此，需要判断交换机CPU是否收到该ARP表项对应的报文，如果收到与该ARP表项对应的报文，说明该表项不需要再继续进行老化，则执行步骤4，否则，势利步骤5；

步骤4：停止对硬件和软件ARP表中该表项的继续老化：将软件ARP表中的该ARP表项的“aging”改为“no_age”状态，同时把硬件该表项重新设置为”forwarding”状态，并重新进入图2所示的②阶段；

步骤5：在③阶段中，如果交换机CPU没有收到该ARP对应的任何报文，则在③阶段结束时设置软件该ARP表项为“aged(已经老化)”，如果接收与硬件ARP表中该表项对应的报文，则将其转发给交换机的CPU进行相应的处理；

对于软件ARP表中的表项还可以采用以下维护过程，以防止ARP表中的表项无限制的增多，占用太多的内存，维护过程为：设定软件ARP表中已经老化的表项的存在时间；软件ARP表中已经老化的表项的存在时间超过设定的存在时间，则删除该表项；

步骤6：交换机的CPU接收该已经老化的ARP表项对应的报文；

步骤7：由软件ARP表管理模块发出ARP请求，进行ARP表的更新；

在图2所示的④阶段中，收到一个该ARP表项的对应报文后，由于ARP表项状态为“aged”，因此，必须通过重新发ARP请求获得相应的ARP表项，进行ARP表项的更新；

步骤8：判断在规定的软件ARP表管理模块发出ARP请求次数内是否收到该ARP请求的响应报文，如果收到响应报文，执行步骤9，否则，执行步骤10；

步骤9：根据收到的响应报文更新硬件和软件ARP表中的相应表项的状态，即将软件ARP表中的该表项设置为“no_age”状态，硬件ARP表中该表项设置为“forwarding”状态；

在图2所示的⑤阶段中，交换机收到ARP请求的响应后，根据ARP信息设置软、硬件的ARP表项，重新开始ARP老化过程，进入⑥阶段中，该阶段与②阶段完全相同；

步骤10：判断软件ARP表中是否存在已经老化的与该ARP请求对应的表项，如果存在，则执行步骤11，否则，执行步骤12；

在图2所示的⑤阶段中，如果交换机没有收到该ARP请求的响应报文，则重新发ARP请求，最多ARP请求重发次数建议为三次；若三次ARP请求均没有得到响应，则说明该ARP请求对应的主机可能已经关机或下网；

步骤11：令该表项作为新收到的表项重新开始对其进行老化；即将原来已经老化的ARP表项作为新收到的表项重新设置到软件、硬件ARP表中重新进行老化；

当然，也可以在此直接删除软件、硬件ARP表中的该ARP表项，但由于这时该主机可能刚刚下网，还会有很多发给它的报文，如果删除ARP表项可能会造成交换机由于没有ARP而不得不频繁给这个已经下网的主机发ARP请求，增加CPU的负担，因此建议不删除ARP表项；

步骤12：终止本轮ARP请求。

经过上述的处理过程，本发明实现了根据需要对交换机的硬件和软件ARP表中的表项的老化更新。并且，本发明采用软件ARP表项设置“no_age”、“aging”和“aged”三种状态，而硬件ARP相关表项设置“forwarding”和“forwarding_and_copy”两种状态，使得交换机的ARP表中表项不论老化与否都能正常转发报文，避免了定期丢包现象的发生，同时还可以减少CPU软件的转发负担。

Claims (6)

1、一种网络设备中地址解析协议表的老化更新方法，包括：

(1)在设定硬件和软件地址解析协议表中表项的老化时间段内，将网络设备接收的与该表项对应的报文进行正常转发，并复制一份给软件地址解析协议表的管理模块；

(2)软件地址解析表管理模块判断在硬件和软件地址解析协议表中表项的老化时间段内是否接收到与该表项对应的报文，如果接收到与该表项对应的报文，执行步骤(3)，否则，执行步骤(4)；

(3)停止对软件地址解析协议表中该表项的继续老化，并对硬件地址解析协议表中该表项的状态进行更新；

(4)老化软件地址解析协议表中的该表项，且对于接收的硬件地址解析协议表中该表项对应的报文转发至软件地址解析协议表管理模块，不再进行正常转发；

(5)根据网络设备接收的报文，通过软件地址解析协议表管理模块对硬件和软件地址解析协议表进行更新。

2、根据权利要求1所述的网络设备中地址解析协议表的老化更新方法，其特征在于：所述的步骤(1)包括：

(21)将硬件和软件地址解析协议表中表项的老化时间分为两段；

(22)在第一时间段内，硬件地址解析协议表中的表项为正常转发报文状态，软件地址解析协议表中的表项为未老化状态；

(23)在第二时间段内，硬件地址解析协议表中的表项的为正常转发并复制报文状态，即除正常转发报文外还将报文复制发送到网络设备的中央处理部分中的软件地址解析协议表管理模块；软件地址解析协议表中的表项为正在老化状态；

所述的步骤(2)中的硬件和软件地址解析协议表中表项的老化时间段为步骤(23)所述的第二时间段。

3、根据权利要求1所述的网络设备中地址解析协议表的老化更新方法，其特征在于所述的老化软件地址解析协议表的该表项是指将该表项的状态设置为已经老化，但此时不删除该表项。

4、根据权利要求1或3所述的网络设备中地址解析表的老化更新方法，其特征在于所述的步骤(4)包括：

(41)设定软件地址解析协议表中已经老化的表项的存在时间；

(42)判断软件地址解析协议表中已经老化的表项的存在时间是否超过设定的存在时间，如果超过设定的存在时间，则删除该表项，否则，不删除该表项。

5、根据权利要求1所述的网络设备中地址解析协议表的老化更新方法，其特征在于所述的步骤(5)包括：

(51)判断接收的报文中承载的信息在硬件地址解析协议表是否存在对应的表项，如果存在，则执行步骤(52)，否则，执行步骤(53)；

(52)根据该对应的表项进行正常的报文转发；

(53)将报文转发给网络设备中的软件地址解析协议表管理模块，由软件地址解析协议表管理模块发出ARP(地址解析协议)请求，进行ARP表的更新。

6、根据权利要求5所述的网络设备中地址解析表的老化更新方法，其特征在于所述的步骤(53)包括：

(61)设定软件地址解析协议表管理模块发出ARP请求的次数；

(62)判断在设定的次数内是否收到该ARP请求的响应报文，如果收到响应报文，执行步骤(63)，否则，执行步骤(64)；

(63)根据响应报文的内容更新硬件和软件地址解析协议表中相应表项；

(64)判断软件地址解析协议表中是否存在已经老化的对该ARP请求对应的表项，如果存在，则令该表项作为新的表项重新开始对其进行老化，否则，终止本轮ARP请求。

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