WO2014082517A1 - 一种地址解析协议缓存及其缓存方法 - Google Patents

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Definitions

  • the IP address searched in the ARP cache module 13 is: the destination IP address of the received IP data packet; correspondingly, the IP address lookup failure is: the received IP data is not found in the ARP cache module 13. The destination IP address of the packet;
  • the searching module 12 is further configured to send an IP address lookup failure information to the network interface module 11 after the IP address search fails;
  • the ARP cache module 13 is further configured to: when the local entry has an idle state, the IP address is directly stored in the entry; when there is no idle entry in the local state, the entry with the smallest time field is cleared.
  • the IP address is stored in an entry.
  • the IP address is stored in the ARP cache module 13 in two cases. Specifically, when the ARP cache module 13 has an entry in the FREE state, the IP address is directly stored in the entry. And set the status field to the PENDING state;
  • the entry with the smallest time field is the time field that stores the oldest entry; where the timeout is the set timeout time, which is usually 2-4 minutes; the ARP cache module 13 is also configured.
  • the MAC address corresponding to the IP address is copied to the head of the IP data packet, and the IP data packet containing the MAC address is sent to the network interface module 11.
  • the searching module 12 is further configured to store the received IP data packet into the ARP cache module 13;
  • the ARP cache module 13 is further configured to store an IP data packet
  • the network interface module 11 After receiving the IP data packet containing the MAC address, the network interface module 11 sends the IP data packet to the destination IP terminal according to the MAC address, that is, the destination MAC address.
  • the ARP cache further includes a time synchronization module 14 configured to provide a current synchronization time to the ARP cache module 13;
  • the time synchronization module 14 provides the current synchronization time as: when a new IP address is stored in the entry of the FREE state, the synchronization time of the moment is stored in the time field of the entry; when the IP of the entry When the MAC address corresponding to the address is used, the stored time field is updated to the current synchronization time.
  • the MAC address storage unit 132 corresponds to a MAC address part in the entry for storage.
  • the MAC address corresponding to the IP address, and copy the MAC address to the head of the IP data packet, and send the IP data packet containing the MAC address to the network interface module 11;
  • the FREE state indicates that the IP address storage unit 131 and the MAC address storage unit 132 in the entry are in an idle state, and can be used for other new IP addresses and MAC addresses; the PENDING state indicates the IP in the entry.
  • the address storage unit 131 stores an IP address, but the MAC address storage unit 132 does not store the MAC address, and waits for receiving the MAC address state at the moment;
  • the RESOLVED state indicates that the IP address storage unit 131 and the MAC address storage unit 132 in the entry respectively store an IP address and a MAC address, and the IP data packet can use the MAC address to perform data transmission;
  • the storing the IP data packet is specifically: storing the IP data packet in the IP data packet storage unit 134 storing the corresponding IP address entry; preferably, sequentially storing the IP data packet for all IP data packets of the same IP address After the storage unit 134;
  • IP data in the packet storage unit 134 The packet header is sent to the network interface module 11; when the state storage unit 133 stores the PENDING state, that is, the entry does not have a MAC address, and the IP packet in the IP packet storage unit 134 is in the waiting state for transmission until the MAC
  • the MAC address is stored in the address storage unit 132, and the state storage unit 133 stores the RESOLVED state, the MAC address is copied to the IP packet header in the IP packet storage unit 134, and sent to the network interface module 11; the time storage The time field in the corresponding entry of the unit 135 is configured to store the time stored in the IP address, and when the MAC address is used, update the time to the current time;
  • the MAC address is used: The MAC address storage unit 132 copies the MAC address at the IP packet header.
  • the network interface module 11 in the ARP cache may be implemented by an Ethernet controller;
  • the search module 12 may be a central processing unit (CPU), a digital signal processor (DSP, Digital Signal Processor), or The Field-Programmable Gate Array (FPGA) is implemented;
  • the ARP cache module 13 can be implemented by a buffer.
  • FIG. 2 is a schematic flowchart of an implementation manner of a cache method implemented by an ARP cache according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the method includes the following steps:
  • Step 201 Send the current IP data packet to the ARP cache for IP address lookup.
  • the IP data packet is a set of data sent by the local terminal to the destination MAC address, where the IP data packet includes: a destination IP address, a source IP address. Address, source MAC address, etc.
  • the IP address lookup is: Find the destination IP address of the IP packet.
  • the IP address is the destination IP address of the IP packet
  • the storage of the IP address in the ARP cache includes two cases, specifically: when the ARP cache has an entry in the FREE state, the IP address is directly stored in the entry. Medium, and set the status field to the pending ENDING state;
  • the entry with the smallest time field is cleared, and the status field of the entry is set to FREE.
  • the IP address is stored in the entry, and the status field is set to the PENDING state.
  • the entry is a set of data that records an IP address to a MAC address mapping, including: an IP address, a MAC address, a status field, a time field, a queue number field, and the like;
  • the IP address is used to record an IP address
  • the MAC address is used to record a MAC address corresponding to the IP address; the status field is used to record the record of the IP address and the MAC address; and the time field is used to record the IP address.
  • the time of recording, and updating the time is the time at which the MAC address is used;
  • the queue number field is used to record an IP data packet that is stored after the IP address.
  • the content of the status field includes: a FREE state, a PENDING state, and a stored (RESOLVED) state;
  • the FREE state corresponds to the case where the IP address is not recorded, and the MAC address is not recorded;
  • PENDING status record IP address has record, MAC address is not recorded;
  • RESOLVED status record IP address has record, MAC address is recorded;
  • the FREE state indicates that the entry can be used for other new IP addresses
  • the PENDING state indicates that the entry is waiting to record the MAC address
  • the RESOLVED state indicates that the MAC address in the entry can be used
  • the time field is specifically: when a new IP address is stored in the entry of the FREE state, the synchronization time of the moment is stored in the time field of the entry; when the MAC address corresponding to the IP address of the entry is When used, the updated time field stored is the current synchronization time;
  • the entry with the smallest time field is that the time field stores the oldest entry; here, the Timeout is a timeout period that has been set, and is generally 2-4 minutes.
  • the method further includes: obtaining a MAC address corresponding to the IP address;
  • the method further includes: the ARP cache sending the IP data packet to the destination IP terminal according to the MAC address corresponding to the IP address;
  • Step 301 Send the current IP data packet to the ARP cache for IP address lookup.
  • the IP data packet is a set of data sent by the local terminal to the destination MAC address, where the IP data packet includes: a destination IP address, a source IP address. Address, source MAC address, etc.
  • Step 303 Determine whether a MAC address corresponding to the IP address exists in the ARP cache. If the MAC address is stored, step 304 is performed; if the MAC address is not stored, step 308 is performed;
  • the queue number field is used to record an IP data packet that is stored after the IP address.
  • the content of the status field includes: a FREE state, a PENDING state, and a stored RESOLVED state;
  • Step 307 Store the IP address to be searched, and update the time field to the current synchronization time; accordingly, set the status field of the entry to PENDING.

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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
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Abstract

本发明提供了一种ARP缓存，包括网络接口模块，配置为将IP数据包发送至查找模块进行IP地址查找；在IP地址查找失败后，将获取的MAC地址发送至查找模块；查找模块，配置为根据网络接口模块发送的IP数据包在ARP缓存模块中查找IP地址，在IP地址查找失败后，将网络接口模块发送的MAC地址存储到ARP缓存模块；ARP缓存模块，配置为提供IP地址给查找模块进行IP地址查找；在IP地址查找失败后，将所述IP地址存储到ARP缓存模块中；本发明还同时公开了一种ARP缓存方法，采用本发明，能够在ARP缓存被填满但没有任何ARP表项达到老化时间时，与非ARP高速缓存表中的其他主机通信。

Description

一种地址解析协议緩存及其緩存方法 技术领域
本发明涉及互联网中的地址解析协议 （ ARP， Address Resolution Protocol )緩存领域， 尤其涉及一种 ARP緩存及其緩存方法。 背景技术
ARP是在仅知道主机的因特网协议（ IP， Internet Protocol )地址时确定 其物理地址的一种协议， 从 IP地址到物理地址的映射有两种方式： 表格方 式和非表格方式。 ARP具体来说就是， 将网络层地址解析为数据连接层的 物理地址，即：将 IP地址解析为介质访问控制（ MAC, Media Access Control ) 地址。
一般情况下， 在众多网络协议和应用中， 发送端往往有一个以上的 IP 数据包要发送到同一个终点， 如果对发送到同一个主机或路由器的每一个 数据包都使用 ARP， 那么效率是很低的。 使用 ARP高速緩存表可以解决这 一问题，通常情况下， 当主机或路由器通过 ARP获得某一远端 IP地址和物 理地址的对应关系后， 会将这个关系保存在本地的 ARP高速緩存表中， 以 便于后续需要发往同一终点的 IP数据包继续使用。 因此， 在每台安装有传 输控制协议 /因特网互联协议（ TCP/IP， Transmission Control Protocol/Internet Protocol )协议栈的主机或路由器里都会有 ARP 高速緩存表。 当网络层有 IP数据包需要发送时， 会先查找这个 ARP高速緩存表， 找到要发送的目的 主机或路由器的物理地址， 若查找失败， 则会触发 ARP的执行， 通过 ARP 来动态获取目的主机或路由器的物理地址， 并保存在 ARP高速緩存表中。
ARP高速緩存表提高数据传输的效率， 节省了网络流量。
一般情况下， ARP高速緩存表并不长期的保存表中的各个表项。 因为， 首先 ARP高速緩存表的资源有限，其次为了防止 ARP欺骗等非法攻击也需 要对 ARP高速緩存表进行超时处理。对 ARP高速緩存表中的表项超时处理 的过程称为 ARP老化。 从伯克利系统演变而来的系统一般对完整的表项设 置超时时间为 20分钟， 而对不完整的表项设置超时时间为 3分钟， 当这些 表项再次使用时， 一般都会将超时时间重新设为 20分钟。 但是， 在 ARP 高速緩存表被填满之后， 且没有任何 ARP表项达到老化时间之前， 系统就 无法和非 ARP高速緩存表中的其他主机通信了。 发明内容
有鉴于此， 本发明实施例的主要目的在于提供一种 ARP緩存及其緩存 方法， 能够在 ARP緩存被填满之后、且没有任何 ARP表项达到老化时间之 前， 与非 ARP高速緩存表中的其他主机通信。
为达到上述目的， 本发明实施例的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供了一种 ARP緩存， 该緩存包括： 网络接口模块、 查 找模块、 ARP緩存模块； 其中，
所述网络接口模块，配置为将 IP数据包发送至查找模块进行 IP地址查 找； 在 IP地址查找失败后， 将获取的与所述 IP地址对应的 MAC地址发送 至查找模块；
所述查找模块，配置为根据网络接口模块发送的 IP数据包在 ARP緩存 模块中查找与所述 IP数据包对应的 IP地址， 在 IP地址查找失败后， 将所 述 IP地址以及网络接口模块发送的与所述 IP地址对应的 MAC地址存储到 ARP緩存模块；
所述 ARP緩存模块，配置为提供 IP地址给查找模块进行 IP地址查找； 在 IP地址查找失败后， 存储所述 IP地址以及与所述 IP地址对应的 MAC 地址。
上述方案中， 所述网络接口模块， 还配置为在所述 ARP緩存模块存储 所述 IP地址之后， 获取所述 IP地址对应的 MAC地址。
上述方案中， 所述 ARP緩存模块， 还用于当本地具有空闲状态的表项 时， 直接将所述 IP地址存储在表项中； 当本地没有空闲状态的表项时， 清 空时间字段最小的表项， 将所述 IP地址存储在表项中。
上述方案中， 所述网络接口模块， 还配置为在 IP地址查找成功后， 接 收 ARP緩存模块发来的含有 MAC地址的 IP数据包；
相应地， 所述查找模块， 还配置为在 IP地址查找成功后， 将接收到的 IP数据包存储到 ARP緩存模块中；
所述 ARP緩存模块， 还配置为在 IP地址查找成功后， 将所述 IP地址 对应的 MAC地址复制于 IP数据包的头部， 并将含有 MAC地址的 IP数据 包发送至网络接口模块。
上述方案中， 所述 ARP緩存模块， 还配置为在 IP地址查找失败后， 存 储所述 IP地址对应的 MAC地址； 在 IP地址查找成功后， 存储所述 IP数 据包。
上述方案中， 所述 ARP緩存还包括： 时间同步模块， 配置为提供当前 同步时间给 ARP緩存模块。
上述方案中， 所述 ARP緩存模块包括： IP地址存储单元、 MAC地址 存储单元、 状态存储单元、 IP数据包存储单元、 时间存储单元； 其中， 所述 IP地址存储单元， 配置为提供 IP地址给查找模块进行 IP地址查 找， 在 IP地址查找失败后， 存储被查找的 IP地址；
所述 MAC地址存储单元， 配置为存储 IP地址对应的 MAC地址， 并 将所述 MAC地址复制到 IP数据包的头部， 将含有 MAC地址的 IP数据包 发送至网络接口模块；
所述状态存储单元， 配置为存储表项所处的状态；
所述 IP数据包存储单元， 配置为存储 IP数据包； 所述时间存储单元， 配置为存储 IP地址存储的时间， 并在 MAC地址 被使用时， 更新该时间为当前时间。
本发明实施例提供了一种 ARP緩存方法， 该方法包括：
将当前 IP数据包发送至 ARP緩存中进行 IP地址查找；
在所述 IP地址查找失败后， 将所述 IP地址存储到 ARP緩存中， 并将 获取到的与所述 IP地址对应的 MAC地址存储到 ARP緩存中。
上述方案中， 所述 IP地址存储到 ARP緩存之后， 所述方法还包括： 获 取所述 IP地址对应的 MAC地址。
上述方案中， 所述将所述 IP地址存储 ARP緩存中包括：
当 ARP緩存具有空闲状态的表项时，直接将所述 IP地址存储在表项中； 当 ARP緩存没有空闲状态的表项时， 清空时间字段最小的表项， 将所 述 IP地址存储在表项中。
上述方案中， 所述方法还包括： 在 IP地址查找成功后， 将所述 IP地址 对应的 MAC地址复制于 IP数据包的头部， 并将含有 MAC地址的 IP数据 包发送至目的终端。
上述方案中， 所述 IP地址存储到 ARP緩存之后， 该方法还包括： 获取 所述 IP地址对应的 MAC地址。
上述方案中， 所述获取所述 IP地址对应的 MAC地址包括：
广播一个 ARP请求报文至网络层， 所述 ARP请求报文包含目的 IP地 址；
具有该目的 IP地址的 IP终端返回一个 ARP响应报文到 ARP緩存中， 所述 ARP响应报文包含目的 IP地址对应的 MAC地址；
ARP緩存接收所述 ARP响应报文， 并根据所述 ARP响应报文获取所 述 IP地址对应的 MAC地址。
本发明实施例提供的 ARP 緩存及其緩存方法， 与现有技术相比， 在 ARP緩存被填满后， 通过 ARP緩存模块将时间字段最小的表项清空， 并将 该表项的状态字段设置为空闲状态， 如此， 新的目的 IP地址可以即时被存 储该表项中； 并且， 获取新存储的 IP地址对应的 MAC地址， 将该 MAC 地址存储该表项中； 如此， 可以利用该 ARP緩存中新存储的 MAC地址， 将 IP数据包发送至目的 IP终端。 附图说明
图 1为本发明实施例的 ARP緩存组成结构示意图；
图 2为本发明实施例一的 ARP緩存实现其緩存方法的流程示意图； 图 3为本发明实施例二的 ARP緩存实现其緩存方法的流程示意图； 图 4为本发明实施例的 ARP緩存状态转换示意图。 具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本发明实施例的特点与技术内容， 下面结合 附图对本发明实施例的实现进行详细阐述， 所附附图仅供参考说明之用， 并非用来限定本发明实施例。
图 1 为本发明实施例的 ARP緩存组成结构示意图， 如图 1 所示， 该 ARP緩存包括： 网络接口模块 11、 查找模块 12、 ARP緩存模块 13; 其中， 所述网络接口模块 11， 配置为将 IP数据包发送至查找模块 12进行 IP 地址查找； 在 IP地址查找失败后， 将获取的与所述 IP地址对应的 MAC地 址发送至查找模块 12;
这里， 所述 IP数据包为本地终端发送到目的 MAC地址的一组数据， 该 IP数据包包括： 目的 IP地址、 源 IP地址、 源 MAC地址等。
所述网络接口模块 11， 还配置为在所述 ARP緩存模块 13存储所述 IP 地址之后， 获取所述 IP地址对应的 MAC地址。
优选地， 所述网络接口模块 11， 还配置为在 IP地址查找成功后， 接收 ARP緩存模块 13发来的含有 MAC地址的 IP数据包；
优选地， 所述网络接口模块 11， 还配置为在 IP地址查找失败后， 接收 查找模块 12发送的 IP地址查找失败信息；
优选地， 所述网络接口模块 11， 还配置为在 IP地址查找失败后， 获取 MAC地址；
具体地， IP地址查找失败后， 网络接口模块 11广播一个 ARP请求报 文至网络层， 所述 ARP请求报文包含目的 IP地址； 相应地， 具有该目的 IP地址的 IP终端返回一个 ARP响应报文到网络接口模块 11，所述 ARP响 应报文包含目的 IP地址对应的 MAC地址； 网络接口模块 11接收该 ARP 响应报文， 如此， 网络接口模块 11从 ARP响应报文中获取 MAC地址。
所述查找模块 12， 配置为接收网络接口模块 11发送的 IP数据包， 并 根据该 IP数据包在 ARP緩存模块 13中查找与所述 IP数据包对应的 IP地 址； 在 IP地址查找失败后， 将所述 IP地址以及网络接口模块 11发送的与 所述 IP地址对应的 MAC地址存储到 ARP緩存模块；
这里， 所述在 ARP緩存模块 13中查找的 IP地址是： 接收到的 IP数据 包的目的 IP地址； 相应地， 所述 IP地址查找失败是： ARP緩存模块 13中 没有查找到所接收 IP数据包的目的 IP地址；
优选地， 所述查找模块 12， 还配置为在 IP地址查找失败后， 发送 IP 地址查找失败信息给网络接口模块 11 ;
所述 ARP緩存模块 13， 配置为提供 IP地址给查找模块 12进行查找， 在 IP地址查找失败后， 存储所述 IP地址以及与所述 IP地址对应的 MAC 地址；
所述 ARP緩存模块 13， 还用于当本地具有空闲状态的表项时， 直接将 所述 IP地址存储在表项中； 当本地没有空闲状态的表项时， 清空时间字段 最小的表项， 将所述 IP地址存储在表项中。 这里， 所述将 IP地址存储到 ARP緩存模块 13中有两种情况，具体为： 当 ARP緩存模块 13具有空闲（ FREE )状态的表项时， 直接将该 IP地 址存储在该表项中， 并将状态字段设置为待定（PENDING )状态；
当 ARP緩存模块 13没有 FREE状态的表项时，清空时间字段最小的表 项， 并将该表项的状态字段设置为 FREE, 将该 IP地址存储在该表项中， 状态字段设置为 PENDING状态；
优选地， 将时间字段与当前时间的差值大于超时时间 （Timeout ) 的表 项全部清空， 并将这些表项的状态字段设置为 FREE;
这里， 所述表项为一组记录 IP地址到 MAC地址映射的数据， 包括： IP地址、 MAC地址、 状态字段、 时间字段、 队列号字段等； 其中，
所述 IP地址， 用于记录一个 IP地址；
所述 MAC地址， 用于记录所述 IP地址对应的一个 MAC地址； 所述状态字段， 用于记录所述 IP地址、 MAC地址的记录情况； 所述时间字段， 用于记录所述 IP地址被记录的时间， 并更新该时间为 所述 MAC地址被使用的时间；
所述队列号字段， 用于记录存储在所述 IP地址之后的 IP数据包； 优选地， 所述状态字段的内容包括： FREE状态、 PENDING状态、 已 存（RESOLVED )状态；
其中， FREE 状态对应 IP 地址无记录、 MAC 地址无记录的情况；
PENDING状态记录 IP地址有记录、 MAC地址无记录的情况； RESOLVED 状态记录 IP地址有记录、 MAC地址有记录的情况；
相应地， FREE状态表示该表项可以给其它新的 IP地址使用； PENDING 状态表示该表项处于等待记录 MAC地址； RESOLVED状态表示该表项中 的 MAC地址可以被使用；
这里， 所述时间字段具体为： 当一个新 IP地址被存储在 FREE状态的 表项时， 将此刻的同步时间存储在该表项的时间字段； 当该表项的 IP地址 对应的 MAC地址被使用时， 更新所存储的时间字段为当前同步时间；
相应地， 所述时间字段最小的表项是时间字段存储最早的表项； 这里， 所述 Timeout是已经设定好的超时时间， 一般为 2-4分钟； 所述 ARP緩存模块 13， 还配置为在 IP地址查找成功后， 将该 IP地址 对应的 MAC地址复制于 IP数据包的头部， 并将含有 MAC地址的 IP数据 包发送至网络接口模块 11。
这里， 所述将 MAC地址存储到 ARP緩存模块 13中具体为： 将 MAC 地址存储在已存有与其对应 IP地址的表项中； 在 MAC地址存储后， 将原 来的 PENDING状态设置为 RESOLVED状态；
优选地，在 IP地址查找成功后，所述查找模块 12还配置为将接收到的 IP数据包存储到 ARP緩存模块 13中；
这里， 所述将 IP数据包存储到緩存模块 13中具体为： 将 IP数据包存 储在已存有与其对应 IP地址的表项中； 具体地， 存储在该表项中的队列号 之后； 优选地， 对于同一 IP地址的所有 IP数据包依次存储该队列号之后； 优选地，存储 IP地址后， 所述 ARP緩存模块 13还配置为存储该 IP地 址对应的 MAC地址；
优选地， 在 IP地址查找成功后， 所述 ARP緩存模块 13还配置为存储 IP数据包；
这里， 用于存储 IP数据包的表项包括两种状态： RESOLVED状态、 PENDING状态；
优选地， 当该表项为 RESOLVED状态时， 即该表项已存有 MAC地址， 将该 MAC地址复制到队列号之后的 IP数据包头部， 并发送至网络接口模 块 11； 当该表项为 PENDING状态时， 即该表项未存有 MAC地址， 队列号 之后的 IP数据包处于时刻等待发送状态， 直到该表项存储 MAC地址、 变 为 RESOLVED状态时，才将 MAC地址复制到队列号之后的 IP数据包头部， 并发送至网络接口模块 11；
相应地， 网络接口模块 11接收到含有 MAC地址的 IP数据包后， 依据 MAC地址， 即： 目的 MAC地址， 将其发送到目的 IP终端。
优选地， 该 ARP緩存还包括时间同步模块 14， 配置为提供当前同步时 间给 ARP緩存模块 13 ;
具体地，所述时间同步模块 14提供当前同步时间为： 当一个新 IP地址 被存储在 FREE状态的表项时， 将此刻的同步时间存储在该表项的时间字 段； 当该表项的 IP地址对应的 MAC地址被使用时， 更新所存储的时间字 段为当前同步时间。
优选地， 所述 ARP緩存模块 13包括： IP地址存储单元 131、 MAC地 址存储单元 132、 状态存储单元 133、 IP数据包存储单元 134、 时间存储单 元 135; 其中，
所述 IP地址存储单元 131对应表项中的 IP地址部分， 用于提供 IP地 址给查找模块 12进行 IP地址查找； 在 IP地址查找失败后， 存储被查找的 IP地址；
这里， IP地址存储单元 131存储该 IP地址有两种情况， 具体为： 当 ARP緩存模块 13具有 FREE状态的表项时， 直接将 IP地址存储到 该表项中的 IP地址存储单元 131， 并将状态字段设置为 PENDING状态； 当 ARP緩存模块 13没有 FREE状态的表项时，清空时间字段最小的表 项， 将该表项的状态字段设置为 FREE, 并将 IP地址存储到该表项中的 IP 地址存储单元 131， 状态字段设置为 PENDING状态； 优选地， 将时间字段 与当前时间的差值大于 Timeout的表项全部清空，并将这些表项的状态字段 设置为 FREE;
所述 MAC地址存储单元 132对应表项中的 MAC地址部分， 用于存储 IP地址对应的 MAC地址， 并将该 MAC地址复制到 IP数据包的头部， 将 含有 MAC地址的 IP数据包发送至网络接口模块 11；
这里， 所述存储 IP地址对应的 MAC地址具体为： 将 MAC地址存储 到存有对应 IP地址表项的 MAC地址存储单元 132;将原来的 PENDING状 态设置为 RESOLVED状态；
所述状态存储单元 133对应表项中的状态字段， 配置为存储表项所处 的状态；
具体地， 状态存储单元 133 所存储的状态包括： FREE、 PENDING, RESOLVED;
所述 FREE状态， 表示该表项中的 IP地址存储单元 131和 MAC地址 存储单元 132为空闲状态， 可以给其他新的 IP地址和 MAC地址使用； 所述 PENDING状态，表示该表项中的 IP地址存储单元 131存有 IP地 址， 但 MAC地址存储单元 132没有存放 MAC地址， 处于时刻等待接收 MAC地址状态；
所述 RESOLVED状态， 表示该表项中的 IP地址存储单元 131和 MAC 地址存储单元 132分别存有 IP地址和 MAC地址， IP数据包可以利用该 MAC地址进行数据的传输；
所述 IP数据包存储单元 134对应表项中的队列号字段， 配置为存储 IP 数据包；
这里， 所述存储 IP数据包具体为： 将 IP数据包存储在存有对应 IP地 址表项的 IP数据包存储单元 134; 优选地， 对于同一 IP地址的所有 IP数 据包依次存储该 IP数据包存储单元 134后；
相应地， 所述 MAC地址存储单元 132将 MAC地址复制在 IP数据包 头部具体为： 当状态存储单元 133存储 RESOLVED状态时， 即该表项已存 有 MAC地址， 将该 MAC地址复制到 IP数据包存储单元 134中的 IP数据 包头部， 并发送至网络接口模块 11 ; 当状态存储单元 133存储 PENDING 状态时， 即该表项未存有 MAC地址， IP数据包存储单元 134中的 IP数据 包处于时刻等待发送状态，直到 MAC地址存储单元 132中存储 MAC地址、 进而状态存储单元 133存储 RESOLVED状态时， 才将 MAC地址复制到 IP 数据包存储单元 134中的 IP数据包头部， 并发送至网络接口模块 11 ； 所述时间存储单元 135对应表项中的时间字段， 配置为存储 IP地址存 储的时间， 并在 MAC地址被使用时， 更新该时间为当前时间；
所述 MAC地址被使用是： MAC地址存储单元 132将 MAC地址复制 在 IP数据包头部。
在具体实现时， 上述 ARP緩存中的网络接口模块 11可由以太网控制 器实现； 所述查找模块 12可由中央处理器（ CPU， Central Processing Unit )、 数字信号处理器（ DSP， Digital Signal Processor )或可编程门阵列 （ FPGA， Field - Programmable Gate Array )实现； 所述 ARP緩存模块 13可由緩存器 实现。
图 2为本发明实施例的 ARP緩存实现其緩存方法的实现流程示意图， 如图 2所示， 该方法包括步骤：
步骤 201： 将当前 IP数据包发送至 ARP緩存中进行 IP地址查找； 这里， 所述 IP数据包为本地终端发送到目的 MAC地址的一组数据， 该 IP数据包包括： 目的 IP地址、 源 IP地址、 源 MAC地址等；
所述进行 IP地址查找是： 查找 IP数据包的目的 IP地址。
步骤 202: 在所述 IP地址查找失败后， 将该 IP地址存储到 ARP緩存 中， 并将获取到的与该 IP地址对应的 MAC地址存储到 ARP緩存中；
这里， 该 IP地址是 IP数据包的目的 IP地址；
所述将该 IP地址存储到 ARP緩存中具体包括两种情况， 具体为： 当 ARP緩存具有 FREE状态的表项时，直接将该 IP地址存储在该表项 中， 并将状态字段设置为待定 ENDING状态；
当 ARP緩存没有 FREE状态的表项时， 清空时间字段最小的表项， 并 将该表项的状态字段设置为 FREE, 将该 IP地址存储在该表项中， 状态字 段设置为 PENDING状态；
优选地， 将时间字段与当前时间的差值大于 Timeout的表项全部清空， 并将这些表项的状态字段设置为 FREE;
这里， 所述表项为一组记录 IP地址到 MAC地址映射的数据， 包括： IP地址、 MAC地址、 状态字段、 时间字段、 队列号字段等； 其中，
所述 IP地址， 用于记录一个 IP地址；
所述 MAC地址， 用于记录所述 IP地址对应的一个 MAC地址； 所述状态字段， 用于记录所述 IP地址、 MAC地址的记录情况； 所述时间字段， 用于记录所述 IP地址被记录的时间， 并更新该时间为 所述 MAC地址被使用的时间；
所述队列号字段， 用于记录存储在所述 IP地址之后的 IP数据包； 优选地， 所述状态字段的内容包括： FREE状态、 PENDING状态、 已 存（RESOLVED )状态；
其中， FREE 状态对应 IP 地址无记录、 MAC 地址无记录的情况；
PENDING状态记录 IP地址有记录、 MAC地址无记录的情况； RESOLVED 状态记录 IP地址有记录、 MAC地址有记录的情况；
相应地， FREE状态表示该表项可以给其它新的 IP地址使用； PENDING 状态表示该表项处于等待记录 MAC地址； RESOLVED状态表示该表项中 的 MAC地址可以被使用；
这里， 所述时间字段具体为： 当一个新 IP地址被存储在 FREE状态的 表项时， 将此刻的同步时间存储在该表项的时间字段； 当该表项的 IP地址 对应的 MAC地址被使用时， 更新所存储的时间字段为当前同步时间； 相应地， 所述时间字段最小的表项是时间字段存储最早的表项； 这里， 所述 Timeout是已经设定好的超时时间， 一般为 2-4分钟。 优选地， 当所述 IP地址存储到 ARP緩存之后， 该方法还包括： 获取该 IP地址对应的 MAC地址；
具体地， ARP緩存广播一个 ARP请求报文至网络层， 所述 ARP请求 报文包含目的 IP地址；相应地，具有该目的 IP地址的 IP终端返回一个 ARP 响应报文到 ARP緩存， 所述 ARP响应报文包含目的 IP地址对应的 MAC 地址； ARP緩存接收该 ARP响应报文， 如此， ARP緩存从 ARP响应报文 中获取 MAC地址。
该方法还包括： ARP緩存根据该 IP地址对应的 MAC地址， 将 IP数据 包发送至目的 IP终端；
这里， 所述该 IP地址为目的 IP地址； 相应地， 将该目的 IP地址对应 的 MAC地址即目的 MAC地址复制到队列号之后的 IP数据包头部， 依据 该目的 MAC地址， 将 IP数据包发送到目的 IP终端。
图 3为本发明实施例中利用 ARP緩存进行緩存的实现流程示意图， 如 图 3所示， 该方法包括步骤：
步骤 301： 将当前 IP数据包发送至 ARP緩存中进行 IP地址查找； 这里， 所述 IP数据包为本地终端发送到目的 MAC地址的一组数据， 该 IP数据包包括： 目的 IP地址、 源 IP地址、 源 MAC地址等；
所述进行 IP地址查找是： 查找 IP数据包的目的 IP地址。
步骤 302: 判断是否查找到该 IP地址， 若查找到该 IP地址， 说明 IP 地址查找成功， 则执行步骤 303 ; 若未查找到该 IP地址， 说明 IP地址查找 失败， 则执行步骤 305;
这里， 该 IP地址是 IP数据包的目的 IP地址。
步骤 303： 判断 ARP緩存中是否存有与该 IP地址对应的 MAC地址， 若存有该 MAC地址， 则执行步骤 304; 若没有存该 MAC地址， 则执行步 骤 308;
本步骤前还包括： 将 IP数据包存储到 ARP緩存中； 具体地， 将 IP数 据包存储在已存有与其对应 IP地址的表项中；
优选地，存储在该表项中的队列号之后，对于同一 IP地址的所有 IP数 据包依次存储该队列号之后。
步骤 304: 利用该 MAC地址发送 IP数据包， 结束当前处理流程； 具体地， 将该 MAC地址即目的 MAC地址复制到队列号之后的 IP数 据包头部， 依据该目的 MAC地址， 将 IP数据包发送到目的 IP终端。
步骤 305: 判断 ARP緩存中是否有 FREE状态的表项， 若无 FREE状 态的表项， 则执行步骤 306; 若有 FREE状态的表项， 则直接执行步骤 307; 这里， 所述表项为一组记录 IP地址到 MAC地址映射的数据， 包括： IP地址、 MAC地址、 状态字段、 时间字段、 队列号字段等； 其中，
所述 IP地址， 用于记录一个 IP地址；
所述 MAC地址， 用于记录所述 IP地址对应的一个 MAC地址； 所述状态字段， 用于记录所述 IP地址、 MAC地址的记录情况； 所述时间字段， 用于记录所述 IP地址被记录的时间， 及更新该时间为 所述 MAC地址被使用的时间；
所述队列号字段， 用于记录存储在所述 IP地址之后的 IP数据包； 优选地， 所述状态字段的内容包括： FREE状态、 PENDING状态、 已 存 RESOLVED状态；
其中， FREE 状态对应 IP 地址无记录、 MAC 地址无记录的情况；
PENDING状态记录 IP地址有记录、 MAC地址无记录的情况； RESOLVED 状态记录 IP地址有记录、 MAC地址有记录的情况；
相应地， FREE状态表示该表项可以给其它新的 IP地址使用； PENDING 状态表示该表项处于等待记录 MAC地址； RESOLVED状态表示该表项中 的 MAC地址可以被使用；
这里， 所述时间字段具体为： 当一个新 IP地址被存储在 FREE状态的 表项时， 将此刻的同步时间存储在该表项的时间字段； 当该表项的 IP地址 对应的 MAC地址被使用时， 更新所存储的时间字段为当前同步时间；
相应地， 所述时间字段最小的表项是时间字段存储最早的表项； 这里， 所述 Timeout是已经设定好的超时时间， 一般为 2-4分钟。
步骤 306: 将时间字段最小的表项清空， 并将该表项的状态字段设置为
FREE; 将时间字段与当前时间的差值大于 Timeout的表项全部清空， 并将 相应表项的状态字段设置为 FREE。
步骤 307: 存储被查找的 IP地址， 并更新时间字段为当前同步时间； 相应地， 将该表项的状态字段设置为 PENDING。
步骤 308: 获取该 IP地址对应的 MAC地址， 执行步骤 303 ;
所述获取 IP地址对应的 MAC地址具体包括： 广播一个 ARP请求报文 至网络层， 所述 ARP请求报文包含目的 IP地址； 相应地， 具有该目的 IP 地址的 IP终端返回一个 ARP响应报文到 ARP緩存中，所述 ARP响应报文 包含目的 IP地址对应的 MAC地址； ARP緩存接收该 ARP响应报文，如此，
ARP緩存从 ARP响应报文中获取 MAC地址。
图 4为本发明实施例的 ARP緩存状态转换图， 如图 4所示， ARP緩存 状态包括： FREE状态 41、 PENDING状态 42、 RESOLVED状态 43; 其中， FREE状态 41， 对应 IP地址无记录、 MAC地址无记录的情况； PENDING状态 42， 对应 IP地址有记录、 MAC地址无记录的情况； RESOLVED状态 43， 对应 IP地址有记录、 MAC地址有记录的情况； 当 FREE状态 41的表项中记录 IP地址时，该状态转变为 PENDING状 态 42; 当 PENDING 状态 42 的表项中记录 MAC 地址时， 该状态转变为 RESOLVED状态 43 ;
当 RESOLVED 状态 43 的表项中的时间字段与当前时间的差值大于 Timeout时， 该 态转变为 FREE状态 41 ;
当 PENDING 状态 42 的表项中的时间字段与当前时间的差值大于 Timeout时， 该 态转变为 FREE状态 41。
以上所述， 仅为本发明的较佳实施例而已， 并非用于限定本发明的保 护范围。

Claims

权利要求书
1、 一种地址解析协议 ARP緩存， 该緩存包括： 网络接口模块、 查找 模块、 ARP緩存模块； 其中，
所述网络接口模块， 配置为将因特网协议 IP数据包发送至查找模块进 行 IP地址查找； 在 IP地址查找失败后， 将获取的与所述 IP地址对应的介 质访问控制 MAC地址发送至查找模块；
所述查找模块，配置为根据网络接口模块发送的 IP数据包在 ARP緩存 模块中查找与所述 IP数据包对应的 IP地址， 在 IP地址查找失败后， 将所 述 IP地址以及网络接口模块发送的与所述 IP地址对应的 MAC地址存储到 ARP緩存模块；
所述 ARP緩存模块，配置为提供 IP地址给查找模块进行 IP地址查找； 在 IP地址查找失败后， 存储所述 IP地址以及与所述 IP地址对应的 MAC 地址。
2、 根据权利要求 1所述的 ARP緩存， 其中， 所述网络接口模块， 还 配置为在所述 ARP緩存模块存储所述 IP地址之后， 获取所述 IP地址对应 的 MAC地址。
3、 根据权利要求 1所述的 ARP緩存， 其中， 所述 ARP緩存模块， 还 用于当本地具有空闲状态的表项时， 直接将所述 IP地址存储在表项中； 当 本地没有空闲状态的表项时， 清空时间字段最小的表项， 将所述 IP地址存 储在表项中。
4、 根据权利要求 1至 3任一项所述的 ARP緩存， 其中， 所述网络接 口模块， 还配置为在 IP地址查找成功后， 接收 ARP緩存模块发来的含有 MAC地址的 IP数据包；
相应地， 所述查找模块， 还配置为在 IP地址查找成功后， 将接收到的 IP数据包存储到 ARP緩存模块中； 所述 ARP緩存模块， 还配置为在 IP地址查找成功后， 将所述 IP地址 对应的 MAC地址复制于 IP数据包的头部， 并将含有 MAC地址的 IP数据 包发送至网络接口模块。
5、 根据权利要求 1所述的 ARP緩存， 其中， 所述 ARP緩存模块， 还 配置为在 IP地址查找失败后， 存储所述 IP数据包。
6、 根据权利要求 1、 2、 3或 5所述的 ARP緩存， 其中， 所述 ARP緩 存还包括： 时间同步模块， 配置为提供当前同步时间给 ARP緩存模块。
7、根据权利要求 4所述的 ARP緩存， 其中， 所述 ARP緩存模块包括： IP地址存储单元、 MAC地址存储单元、状态存储单元、 IP数据包存储单元、 时间存储单元； 其中，
所述 IP地址存储单元， 配置为提供 IP地址给查找模块进行 IP地址查 找， 在 IP地址查找失败后， 存储被查找的 IP地址；
所述 MAC地址存储单元， 配置为存储 IP地址对应的 MAC地址， 并 将所述 MAC地址复制到 IP数据包的头部， 将含有 MAC地址的 IP数据包 发送至网络接口模块；
所述状态存储单元， 配置为存储表项所处的状态；
所述 IP数据包存储单元， 配置为存储 IP数据包；
所述时间存储单元， 配置为存储 IP地址存储的时间， 并在 MAC地址 被使用时， 更新该时间为当前时间。
8、 一种 ARP緩存方法， 该方法包括：
将当前 IP数据包发送至 ARP緩存中进行 IP地址查找；
在所述 IP地址查找失败后， 将所述 IP地址存储到 ARP緩存中， 并将 获取到的与所述 IP地址对应的 MAC地址存储到 ARP緩存中。
9、 根据权利要求 8所述的 ARP緩存方法， 其中， 所述 IP地址存储到 ARP緩存之后， 所述方法还包括： 获取所述 IP地址对应的 MAC地址。
10、根据权利要求 8所述的 ARP緩存方法， 其中， 所述将所述 IP地址 存储到 ARP緩存中， 包括：
当 ARP緩存具有空闲状态的表项时，直接将所述 IP地址存储在表项中； 当 ARP緩存没有空闲状态的表项时， 清空时间字段最小的表项， 将所 述 IP地址存储在表项中。
11、 根据权利要求 8所述的 ARP緩存方法， 其中， 所述方法还包括： 在 IP地址查找成功后， 将所述 IP地址对应的 MAC地址复制于 IP数 据包的头部， 并将含有 MAC地址的 IP数据包发送至目的终端。
12、 根据权利要求 9所述的 ARP緩存方法， 其中， 所述获取所述 IP 地址对应的 MAC地址包括：
广播一个 ARP请求报文至网络层， 所述 ARP请求报文包含目的 IP地 址；
具有该目的 IP地址的 IP终端返回一个 ARP响应报文到 ARP緩存中， 所述 ARP响应报文包含目的 IP地址对应的 MAC地址；
ARP緩存接收所述 ARP响应报文， 并根据所述 ARP响应报文获取所 述 IP地址对应的 MAC地址。
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