CN1866904A - 收敛二层mac地址的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种收敛二层MAC地址的方法及设备。本发明的核心是：首先，确定各用户终端的二层MAC地址对应的公用MAC地址，其中公用的源MAC地址数量小于各用户终端的总数量；然后，将接收到用户终端发来的上行报文中标识用户终端的二层MAC地址替换为与其对应的设定的公用MAC地址，并发送。本发明的实现对于二层接入设备的MAC地址太多的情况，仍然可以使汇聚层设备能够提供足够的MAC地址和VLAN转发表项来满足接入层设备数据转发的要求。同时，本发明的实现还可以保证网络中地址的利用率，且不会增加网络维护的复杂程度。

Description

收敛二层MAC地址的方法及设备

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种收敛二层MAC地址的方法及设备。

背景技术

目前，在宽带接入网络中大多都是采用以太网接口上行，汇聚网络大部分都是采用基于二层或者三层交换机构建的网络，然后连接到集中的BRAS(宽带接入服务器)或者路由器设备上。

如图1所示，通常一台以太网交换机或者汇聚设备可以接入几台甚至几十台宽带接入设备，而每台宽带接入设备可以接入多达几百个用户终端。因此，一个二层汇聚网络接入的用户数可以高达几万个。

众所周知，以太网交换机是基于MAC(媒体接入控制)地址和VLAN(虚拟局域网)进行交换，目前通常可以在网络中采用的有4K、8K、32K及64K的以太网交换机，所以现有的一台以太网交换机所能容纳的交换表项是有限的。

基于上述现有情况，随着多业务的发起，采用宽带接入的一个家庭中可能会有多个业务终端，每个终端将具有一个二层MAC地址，这就使得汇聚网络和二层交换机目前可以支持的VLAN和MAC地址表项的容量将难以满足业务发展的要求。

为解决上述问题，使得汇聚设备可以满足业务发展需要，可以采用在DSLAM(数字用户线接入复用器)等宽带接入设备上运行三层路由方式，以通过终结用户终端发来的二层报文的方法来实现。这样，从DSLAM设备上行的报文只会携带一个DSLAM设备三层接口的MAC地址，使得网络中针对汇聚层网络设备的MAC地址转换表项需求大大降低。

DSLAM运行三层协议之后，用户的地址必须在DSLAM设备上分配，而且网络中的DSLAM设备非常多，如果每台DSLAM设备都必须分配一个网段的地址来实现上述目的，则将导致地址空间非常零散，进而使得地址利用率大大降低，而且网络非常难以维护。

因此，上述在DSLAM上终结二层报文的方法并不能很好地解决汇聚设备上出现的MAC地址和VLAN转换表容量不足的问题。

发明内容

鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种收敛二层MAC地址的方法及设备，有效解决了汇聚设备中转换表项容量不足的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种收敛二层MAC地址的方法，包括：

A、确定各用户终端的二层MAC地址对应的公用MAC地址，其中公用的源MAC地址数量小于各用户终端的总数量；

B、将接收到用户终端发来的上行报文中标识用户终端的二层MAC地址替换为与其对应的设定的公用MAC地址，并发送。

所述的步骤A包括：

配置用户终端发来的报文的属性信息和公用MAC地址的对应关系。

所述的步骤B包括：

B1、分析或提取上行报文的属性信息，并根据所述属性信息确定其对应的公用MAC地址信息；

B2、将所述报文中的源二层MAC地址替换为查询确定的公用MAC地址，并发送。

所述的步骤B还包括：

提取上行报文的属性信息和/或源二层MAC地址，并建立公用MAC地址和/或报文属性信息与源二层MAC地址的对应关系。

所述的报文属性信息为报文中承载的区别于不同报文的特征信息。

所述的报文属性信息包括：

报文采用的协议信息、报文中承载的地址信息、报文中承载的链路信息和/或端口信息。

所述的收敛二层MAC地址的方法还包括：

C、接收需要发送给用户终端的下行报文，将报文中的作为目的地址的公用MAC地址替换为与其对应的用户终端的实际二层MAC地址，并发送。

所述的步骤C具体包括：

C1、接收需要发送给用户终端的下行报文后，提取所述报文中的目的MAC地址及报文属性信息；

C2、根据所述的MAC地址信息及报文属性信息查询所述源二层MAC地址和/或报文属性信息与公用MAC地址的对应关系，确定与其对应的实际二层MAC地址；

C3、将所述报文中的目的MAC地址替换为所述的实际二层MAC地址，并发送。

所述的收敛二层MAC地址的方法还包括：

当接收到用户终端发行的上行报文中目的MAC地址字段承载着用户终端的MAC地址信息，则将目的MAC地址字段中公用MAC地址替换为用户终端的MAC地址信息；

和/或，

当接收到用户终端发行的下行报文中源MAC地址字段承载着用户终端的MAC地址对应的公用MAC地址信息，则将源MAC地址字段中公用MAC地址替换为用户终端的MAC地址信息。

所述的上行报文和下行报文包括：

地址解析协议ARP、动态主机配置协议DHCP和/或基于以太网的点对点协议PPPoE控制报文。

本发明提供了一种收敛二层MAC地址的接入设备，连接于用户终端与汇聚层设备间，在所述接入设备中包括：

MAC地址转换模块：用于接收上行或下行报文，并将报文中的MAC地址根据报文属性信息及配置和保存的对应关系信息进行MAC地址转换处理，并发送。

所述的接入设备还包括：

MAC地址转换控制和应用相关协议处理模块：用于实现MAC地址转换规则及公用MAC地址的配置，及处理应用层相关和没有特征值的控制报文，提取控制报文的特征信息作为其报文属性信息。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明的实现对于二层接入设备的MAC地址太多的情况，仍然可以使汇聚层设备能够提供足够的MAC地址和VLAN转发表项来满足接入层设备数据转发的要求。

同时，本发明的实现还可以保证网络中地址的利用率，且不会增加网络维护的复杂程度。

因此，本发明通过较为简便地方法有效解决了由二层MAC地址过多导致的转换表项容量不足的问题。

附图说明

图1为以太网组网结构示意图；

图2为本发明所述的方法的流程图1；

图3为本发明所述的方法的流程图2；

图4为本发明所述的设备的结构示意图；

图5为ARP报文的格式示意图。

具体实施方式

本发明的核心是在解决宽带接入设备中二层MAC地址较多情况下存在的转发表项容量不足的问题。主要是对报文的二层MAC地址进行收敛转换处理后写入转发表项中，从而减少二层MAC地址占用汇聚设备的转发表项容量，有效满足接入层设备数据转发的要求。

也就是说，本发明主要是通过在宽带接入设备上采用二层MAC地址转换的方式来解决汇聚层VLAN和MAC转发地址表项不足的问题。在本发明中，为了符合节约汇聚层网络的MAC地址表项的要求，在宽带接入设备上必须能够将用户发出的以太网报文中的二层源MAC地址个数进行收敛，然后发送到汇聚层设备上。具体是在宽带接入设备上完成了将所有用户发出的二层以太网报文的源MAC地址转换为宽带接入设备分配的某一个或几个公用MAC地址，这样上行接口只会存在一个或几个源MAC地址，具体公用MAC地址数量可以根据实际的需要进行配置，从而解决了汇聚层MAC地址转发表项不够的问题。当然，在下行方向上还需要执行上述过程的逆处理，即将目的MAC地址为公用的MAC地址转换为实际的二层MAC地址信息，然后发送给用户。

本发明在实现过程中，首先需要在宽带接入设备中配置实现MAC地址转换以后数据报文使用的源MAC地址或者MAC地址池(即公用MAC地址或公用MAC地址池)，以及源MAC地址转换的规则。所述源MAC地址转换的规则包括：使用报文中的哪些字段作为源MAC地址转换的索引；当配置的是MAC地址池时，哪些应用或者用户使用那个MAC地址等等。

对于所述的源MAC地址转换所用的索引，上行处理时可以采用PPPoE连接的Session ID(会话标识)或者源IP地址，或者采用IPoE报文的源IP地址，等等；对应的下行处理时可以采用PPPoE连接的Session ID或者目的IP地址，或者采用IPoE报文的目的IP地址。

本发明中，源MAC地址池内公用MAC地址分配的规则可以有多种方式，比如，根据协议进行区分：PPPoE的报文采用一个公用MAC地址MAC1，IPoE的报文采用另一个公用MAC地址MAC2；或者根据PVC(永久虚通道)进行选择：所有用户端口的PVC1选择MAC1，PVC2选择MAC2，......；或者根据用户群直接进行选择：部分用户端口选择MAC1，部分用户端口选择MAC2，等等。

下面首先对本发明所述的方法的具体实现方式进行详细说明，如图2所示，具体包括以下步骤：

本发明在实现过程中，首先需要配置进行MAC地址转换需要的报文属性信息与公用MAC地址的对应关系；为了达到二层MAC地址收敛的目的，需要将多个用户终端发来的报文对应同一个公用MAC地址，具体的收敛比可以根据实际需要确定。

配置了上述信息后，便可以进行相应的MAC地址转换处理，具体包括针对上行报文和下行报文的MAC地址转换处理，下面将分别进行说明。

首先，当用户终端采用IP或PPP(点对点协议)接入时，对于由用户终端发往汇聚层设备的上行报文的转换处理过程如图2所示，具体包括：

步骤21：提取接收的以太网报文中的源二层MAC地址信息；

步骤22：根据配置的MAC地址转换策略和报文的属性信息确定相应的公用MAC地址信息；

具体配置的MAC地址转换策略可以为：

当接收的报文为PPPoE报文时，则采用MAC1作为公用MAC地址，执行步骤24；

当接收的报文为IPoE报文时，则采用MAC2作为公用MAC地址，执行步骤23；

步骤23：提取所述报文的源IP地址，并将其和/或转换后的源MAC地址作为索引，建立MAC地址转换表，并执行步骤25，所述的MAC地址转换表用于对下行报文的转换处理；

步骤24：提取所述报文的PPPoE Session ID(基于以太网的点对点协议会话标识)，并将其和/或转换后的源MAC地址作为索引，建立MAC地址转换表，并执行步骤25；

步骤25：将所述报文中的源MAC地址信息替换为相应的公用MAC地址，并继续发送。

由于将各个二层MAC地址替换为公用MAC地址，进行了MAC地址收敛转换处理，从而使得报文到达汇聚层设备后，需要建立的表项大大减少，从而实现了本发明的目的。

其次，对于由汇聚层设备发来的需要发送给用户终端的下行报文的转换处理过程如图3所示，具体包括：

步骤31：接收汇聚层设备发来的下行报文，从报文中提取出属性信息；

当接收的报文为PPPoE报文时，则提取相应的会话标识信息，并执行步骤33；

当接收的报文为IPoE报文时，则提取目的IP地址信息，并执行步骤32；

步骤32：提取报文的IP地址和/或报文中目的MAC地址(即公用MAC地址)作为索引，查找所述的MAC地址转换表，确定用户终端的实际MAC地址信息，并执行步骤34；

步骤33：提取报文的会话标识和/或报文中目的MAC地址(即公用MAC地址)作为索引，查找所述的MAC地址转换表，确定用户终端的实际MAC地址信息，并执行步骤34；

步骤34：将所述报文中的目的MAC地址替换为所述用户终端的实际MAC地址，并发送。

经过上述处理，保证了经过MAC地址收敛转换处理的上行报文对应的下行报文同样可以准确地发送到用户终端。

基于上述方法，本发明另外还提供了一种可以实现上述方法的宽带接入设备，本发明提供的宽带接入设备主要是基于现有的宽带接入系统的改进，为此，下面首先对现有的宽带接入系统进行介绍，如图4所示：

现有的宽带接入系统提供有三个对外接口：

1、用户侧接口：ADSL(非对称数字用户环路)、VDSL(甚高速数字用户环路)、FE(快速以太网)等；

2、网络侧接口：FE/GE(千兆以太网)/RPR(弹性分组环)等接口；

3、用户配置接口：主要提供了用户配置设备的接口，该接口可以是命令行接口CLI，网管接口NMS接口，远程Telnet(远程登录)接口等。

现有的宽带接入系统主要可以分为两个模块，即软件处理模块和硬件处理处理模块。其中：

所述的硬件处理模块主要用以接收，分析处理和转发用户侧和网络侧处理的数据报文，和控制报文的提取和发送；

所述的软件处理模块，主要用于完成系统的管理和维护，协议的处理和分析，用户配置的分析和处理，接收硬件提取的控制报文和发送经过软件系统处理和生成的控制报文。

如图4所示，本发明的核心主要是在上述宽带接入系统中增加两个处理模块，从而提供了一种具有地址收敛转换功能的宽带接入设备。

所述的增加的两个处理模块分别为：一个是在硬件处理模块内新增的MAC地址转换模块，用于对报文中的二层MAC地址进行转换处理；另一个是在软件模块内新增的MAC转换控制和应用层转换相关ALG模块，用于实现MAC地址转换规则及公用MAC地址的配置，以及处理应用层相关和无特征值的上行和下行报文；同时，本发明还需要在硬件中至少还会维护一张MAC地址转换表，用以完成地址转换的业务处理。

在硬件模块中，需要由MAC地址转换模块根据配置的策略表中记录的MAC地址转换规则完成用户源MAC地址替换功能，具体处理包括针对上行和下行报文的转换处理，其中MAC地址转换表的索引为数据报文中的索引特征值(即数据报文的报文属性信息，根据该属性信息可以区别于不同用户终端的报文，如IP地址、端口信息等)或者再加上替换后的源MAC地址，报文属性信息的内容主要包括用户数据报文替换前的源MAC地址。

设置于软件模块内的MAC转换控制和应用层转换相关ALG(应用层网关)模块，其最重要的功能就是处理应用层相关和没有特征值的数据报文。例如，PPPoE用户终端在还没有得到Session ID之前的控制报文，IPoE如果采用DHCP(动态主机配置协议)方式时没有得到IP地址时的DHCP报文或者用户发出的ARP(地址解析协议)报文等等。这些报文由于还没有得到产生的特征值或者本身不携带特征值，所以需要将相应的报文提取出来交给这个ALG模块特殊处理。

本发明以用户发出的ARP报文为例说明处理流程。

在局域网中，网络中实际传输的是“帧”，帧里面是有目标主机的MAC地址的。在以太网中，一个主机要和另一个主机进行直接通信，必须要知道目标主机的MAC地址。但这个目标MAC地址是如何获得的呢？它就是通过ARP获得的。ARP协议的基本功能就是通过目标设备的IP地址，查询目标设备的MAC地址，以保证通信的顺利进行。

ARP协议报文的格式如图5所示，当一个网络设备需要和另一个网络设备通信时，如果目标设备在同一网段内，并且源设备没有获得与目标IP地址相对应的MAC地址信息，则源设备以第二层广播的形式(目标MAC地址为全1)发送ARP请求报文，在ARP请求报文的内容中包含了发送端设备与接收端设备的IP地址。同一网段中的所有其他设备都可以收到并分析这个ARP请求报文，如果某设备发现报文中的目标IP地址与自己的IP地址相同，则它向发送设备发回ARP响应报文。具体为通过该报文使发送端设备获得接收端设备的MAC地址信息，在ARP响应报文的内容中，将接收端硬件地址填写为自己的MAC地址。

首先，对上行ARP报文的处理流程进行说明：

(1)MAC地址转换硬件模块检测到该报文为ARP报文，则将其交由ALG模块进行处理；

(2)ALG模块分析ARP报文，判断ARP报文为请求报文还是响应报文；

如果是ARP请求报文，提取出ARP报文承载的用户端源IP地址，根据配置的转换策略信息表确定需要选用的MAC地址MAC2，以MAC2替换掉ARP报文中的源MAC地址；

如果ARP报文为响应报文，提取出ARP报文承载的目的IP地址，根据配置的转换策略信息表确定需要选用的MAC地址为MAC2，以MAC2替换掉ARP报文中的目的MAC地址；

(3)采用MAC2和提取的特征值作为索引构建MAC转换地址表；

(4)将经过MAC地址转换处理后的报文通过硬件转发模块发送。

然后，再对下行ARP报文的处理流程进行说明：

(1)MAC地址转换硬件模块检测到该报文为ARP报文，同样需要将报文交由ALG模块；

(2)ALG模块分析ARP报文，判断ARP报文为响应报文还是请求报文；

如果是响应报文，则提取出ARP报文承载的用户端源IP地址，根据配置的转换策略信息表确定需要选用的MAC地址MAC2，提取出ARP报文承载的用户端目的IP地址，根据报文中MAC地址MAC2一起查找转换策略信息表，得到用户的源MAC地址，以从表项中查询到的MAC地址替换掉报文以太网头的MAC地址(即目的MAC地址)，并发送给用户；

如果ARP报文为请求报文，因为该报文是下行广播报文，直接广播到指定的端口。

从上述处理过程可以看出，当接收到用户终端发行的上行报文中目的MAC地址字段或下行报文中源MAC地址字段承载着用户终端的MAC地址信息或相应的公用MAC地址信息时，则需要将报文中的目的MAC地址字段或源MAC地址字段中公用MAC地址替换为用户终端的MAC地址信息。而不是仅仅按照，上行报文替换源MAC地址，下行报文替换目的MAC地址的原则进行处理，MAC地址转换处理的关键是找到承载相应的公用MAC地址信息或用户终端的实际MAC地址的字段，并进行相应的替换处理；当然还有一些特殊情况，如下行的广播报文或组播报文是不需要进行MAC地址转换处理的，这是因为组播中的目的MAC地址字段承载的并不是用户终端的实际MAC地址或相应的公用MAC地址。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1、一种收敛二层MAC地址的方法，其特征在于，包括：

A、确定各用户终端的二层MAC地址对应的公用MAC地址，其中公用的源MAC地址数量小于各用户终端的总数量；

B、将接收到用户终端发来的上行报文中标识用户终端的二层MAC地址替换为与其对应的设定的公用MAC地址，并发送。

2、根据权利要求1所述的收敛二层MAC地址的方法，其特征在于，所述的步骤A包括：

配置用户终端发来的报文的属性信息和公用MAC地址的对应关系。

3、根据权利要求2所述的收敛二层MAC地址的方法，其特征在于，所述的步骤B包括：

B1、分析或提取上行报文的属性信息，并根据所述属性信息确定其对应的公用MAC地址信息；

B2、将所述报文中的源二层MAC地址替换为查询确定的公用MAC地址，并发送。

4、根据权利要求3所述的收敛二层MAC地址的方法，其特征在于，所述的步骤B还包括：

提取上行报文的属性信息和/或源二层MAC地址，并建立公用MAC地址和/或报文属性信息与源二层MAC地址的对应关系。

5、根据权利要求2、3或4所述的收敛二层MAC地址的方法，其特征在于，所述的报文属性信息为报文中承载的区别于不同报文的特征信息。

6、根据权利要求5所述的收敛二层MAC地址的方法，其特征在于，所述的报文属性信息包括：

报文采用的协议信息、报文中承载的地址信息、报文中承载的链路信息和/或端口信息。

7、根据权利要求1、2、3或4所述的收敛二层MAC地址的方法，其特征在于，该方法还包括：

C、接收需要发送给用户终端的下行报文，将报文中的作为目的地址的公用MAC地址替换为与其对应的用户终端的实际二层MAC地址，并发送。

8、根据权利要求7所述的收敛二层MAC地址的方法，其特征在于，所述的步骤C具体包括：

C1、接收需要发送给用户终端的下行报文后，提取所述报文中的目的MAC地址及报文属性信息；

C2、根据所述的MAC地址信息及报文属性信息查询所述源二层MAC地址和/或报文属性信息与公用MAC地址的对应关系，确定与其对应的实际二层MAC地址；

C3、将所述报文中的目的MAC地址替换为所述的实际二层MAC地址，并发送。

9、根据权利要求1、2、3或4所述的收敛二层MAC地址的方法，其特征在于，该方法还包括：

当接收到用户终端发行的上行报文中目的MAC地址字段承载着用户终端的MAC地址信息，则将目的MAC地址字段中公用MAC地址替换为用户终端的MAC地址信息；

和/或，

当接收到用户终端发行的下行报文中源MAC地址字段承载着用户终端的MAC地址对应的公用MAC地址信息，则将源MAC地址字段中公用MAC地址替换为用户终端的MAC地址信息。

10、根据权利要求9所述的收敛二层MAC地址的方法，其特征在于，所述的上行报文和下行报文包括：

地址解析协议ARP、动态主机配置协议DHCP和/或基于以太网的点对点协议PPPoE控制报文。

11、一种收敛二层MAC地址的接入设备，连接于用户终端与汇聚层设备间，其特征在于，包括：

MAC地址转换模块：用于接收上行或下行报文，并将报文中的MAC地址根据报文属性信息及配置和保存的对应关系信息进行MAC地址转换处理，并发送。

12、根据权利要求11所述的收敛二层MAC地址的接入设备，其特征在于，所述的接入设备还包括：

MAC地址转换控制和应用相关协议处理模块：用于实现MAC地址转换规则及公用MAC地址的配置，及处理应用层相关和没有特征值的控制报文，提取控制报文的特征信息作为其报文属性信息。

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