渐进式mac地址学习的制作方法
【专利说明】渐进式MAC地址学习
[0001]相关申请
[0002]本申请主张下述申请的权益:发明人Suresh Vobbilisetty、MythilikanthRaman、Phanidhar Kogant1、Raju Shekarappa、Mahesh K.Pujara 和 Pankaj K.Jha于2014年8月11日提交的、代理人案号为BRCD-3320.0.l.US.PSP、名称为“会话式MAC学习(Conversat1nal MAC Leaning) ”的第62/035，901号美国临时专利申请，以及发明人为 Suresh Vobbilisetty、Mythilikanth Raman、Phan idhar Kogant1、RajuShekarappa、Mahesh K.Pujara 和 Pankaj K.Jha 于 2014 年 8 月 26 日提交的、代理人案号为BRCD-3320.0.2.US.PSP、名称为“会话式MAC学习(Conversat1nal MAC Leaning) ”的第62/042，076号美国临时专利申请的优先权，这些申请的公开内容通过引用的方式并入本文中。
[0003]本发明涉及发明人Suresh Vobbilisetty 和 Dilip Chatwani 于 2014 年 10 月 21日提交的、代理人案号为BRCD-3008.1.US.NP、名称为“虚拟集群交换(Virtual ClusterSwitching) ” 的第 8, 867, 552 号美国专利，以及发明人 Suresh Vobbilisetty、Phan idharKoganti 和 Jesse B.Willeke 于 2011 年 4 月 22 日提交的、代理人案号为 BRCD-3015.1.US.NP、名称为“用于虚拟集群交换的名称服务(Name Services for Virtual ClusterSwitching) ”的第13/092，752号美国专利申请，这些专利公开的内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
[0004]本发明涉及通信网络。具体来说，本发明涉及用于有效的介质访问控制(MediaAccess Control, MAC)地址学习的系统和方法。
【背景技术】
[0005]互联网的指数增长已经使其成为运行在物理和虚拟装置上的各自应用的受欢迎的传递媒介。这些应用带来了对带宽需求的不断增加。因此，设备供应商争相建立具有例如网络虚拟化和多租赁的等多种功能的更大、更快的交换机，以有效地适应多样化的网络要求。然而，交换机的尺寸不能无限增长。它受到物理空间、功耗和设计复杂度等因素的限制。此外，性能更高的交换机通常更复杂，并且更昂贵。更重要的是，因为过于庞大和过于复杂的系统常常不能产生规模经济，因此，由于增加的每端口成本，简单地增加交换机的尺寸和性能可能会被证明在经济上是不可行的。
[0006]提高交换机系统的可扩展性的一个灵活方式是，建立架构(Fabric)交换机。架构交换机是各个成员交换机的集合。这些成员交换机形成单一逻辑交换机，该单一逻辑交换机具有任何数量端口和任何拓扑结构。随着需求的增长，客户可以采用“按需购买”的方式扩展架构交换机的性能。
[0007]同时，第二层(Layer-2)和第三层(Layer-3)(例如，分别为以太网协议和互联网协议(IP))交换技术不断发展。IP促进了广域网(WAN)中的路由和端到端的数据传输，同时为无错通信提供安全保障。在另一方面，更多的路由类似功能迀移到第二层中。尤其是多链接透明互联(Transparent Interconnect1n of Lots of Links，TRILL)协议的最新发展，允许以太网交换机具有更像路由设备的功能。TRILL克服了传统生成树协议固有的低效率，其迫使第二层交换机连接在逻辑扩充树拓扑结构中，从而避免生成环路。通过在交换机中执行路由功能并且在TRILL首部包括跳跃计数，TRILL允许路由桥(Routing Bridge,RBridge)连接在任何拓扑结构中而没有生成环路的风险。
[0008]随着互联网流量变得更加多样化，网络虚拟化作为网络架构师的价值定位，正在逐步变得越来越重要。此外，虚拟计算的演变已经使得多租赁有吸引力，并因此对网络有了额外的需求。例如，交换机可连接大量的虚拟服务器，并且学习虚拟服务器的虚拟MAC地址。网络基础设施能为大量终端设备提供可扩展的MAC地址管理，这通常是很有必要的。
[0009]虽然当前的网络支持许多所需的特性，但是在有效地促进可扩展MAC地址学习方面，一些问题仍然未得到解决。
【发明内容】
[0010]本发明的一个实施例提供了一种在互连交换机的网络中的交换机。所述交换机包括存储设备、硬件管理装置和第二层管理装置。所述存储设备存储转发表，该转发表包括包含介质访问控制(Media Access Control，MAC)地址和该MAC地址的出站端口的条目。所述硬件管理装置判断帧的目标MAC地址是否出现在所述交换机的存储器中的硬件表中。响应于所述目标MAC地址没有出现在所述硬件表中的判断，所述第二层管理装置在所述转发表中查找包含所述目标MAC地址的第一条目，并且基于所述第一条目在所述硬件表中创建包含所述目标MAC地址的第二条目。
[0011]在本实施例的一个变形例中，所述交换机还包括学习管理装置，其从本地边缘端口学习第一 MAC地址。接着，所述第二层管理装置分别在所述转发表和所述硬件表中创建包含所述学习的MAC地址的各自的条目。
[0012]在本实施例的一个变形例中，所述交换机还包括学习管理装置，其从通知报文的有效负载中提取在第二交换机的端口学习的远程MAC地址。接着，所述第二层管理装置在所述转发表中创建包含所述远程MAC地址的条目。
[0013]在本实施例的一个变形例中，响应于所述MAC地址出现在所述硬件表中的判断，所述第二层管理装置从所述硬件表中的包含所述目标MAC地址的条目中识别所述帧的出站端口。
[0014]在本实施例的一个变形例中，如果已经通过在所述交换机的第一芯片中的第一端口接收到所述帧，那么阻止所述第二层管理装置在所述交换机的第二芯片的硬件表中创建包含所述目标MAC地址的条目。
[0015]在本实施例的一个变形例中，所述第二层管理装置清除所述第二条目，以对识别到所述目标MAC地址老化事件做出响应。
[0016]在还有的变形例中，所述第二层管理装置清除所述第一条目，以对识别到在通知报文中的远程交换机老化事件做出响应。在所述远程交换机的端口已经学习了所述目标MAC地址。
[0017]在本实施例的一个变形例中，所述交换机和远程交换机参与到虚拟链路聚合组中，该虚拟链路聚合组连接终端设备与所述交换机和所述远程交换机连接。
[0018]在本实施例的一个变形例中，响应于对所述查找失败的判断，所述第二层管理装置将所述帧洪泛到所述网络中。
[0019]在本实施例的一个变形例中，所述网络是以单个以太网交换机的形式运作的交换机组。所述网络的各个交换机与标识所述交换机组的组标识符相关联。
【附图说明】
[0020]图1A为根据本发明的一个实施例的、支持渐进式MAC地址学习的网络的示意图；[0021 ]图1B为根据本发明的一个实施例的、用于支持渐进式MAC地址学习的转发表和硬件表的不意图；
[0022]图1C为根据本发明的一个实施例的、在交换机硬件中的渐进式MAC地址学习的示意图；
[0023]图2A为根据本发明的一个实施例的、基于地址解析协议(Address Resolut1nProtocol, ARP)请求的渐进式MAC地址学习过程的示意图；
[0024]图2B为根据本发明的一个实施例的、基于来自终端设备的初始通信的渐进式MAC地址学习过程的示意图；
[0025]图3A为根据本发明的一个实施例的、交换机通过本地边缘端口学习渐进式MAC地址的过程的流程示意图；
[0026]图3B为根据本发明的一个实施例的、交换机从通知信息学习渐进式MAC地址的过程的流程示意图；
[0027]图3C为根据本发明的一个实施例的、交换机对学习的MAC地址超时的过程的流程示意图；
[0028]图4为根据本发明的一个实施例的、交换机根据学习的渐进式MAC地址转发包的过程的流程示意图；
[0029]图5A为根据本发明的一个实施例的、支持渐进式MAC地址学习的示例性虚拟链路聚合组的示意图；
[0030]图5B为根据本发明的一个实施例的、用于支持渐进式MAC地址学习的虚拟链路聚合组的示例性高可用性的示意图；
[0031]图6为根据本发明的一个实施例的、支持渐进式MAC地址学习的示例性交换机的示意图。
[0032]附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
【具体实施方式】
[0033]提出的以下说明，是为了本领域技术人员能够制造和使用本发明，并且针对的是特定应用及其需求。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以显而易见地对所公开的实施例做出若干变形和改进，并可以将本文限定的一般原则应用到其他实施例和应用中。因此，本发明不限于所示的实施例，其保护范围应以所附权利要求为准。
[0034]概述
[0035]在本发明的实施例中，通过只将交换机中当前使用的MAC地址加入到交换机的硬件表中，解决了促进了可扩展的MAC地址学习的问题。采用现有技术，终端设备可以作为带有多个虚拟机的主机运行，每个虚拟机可能具有多个MAC地址。因此，连接大量服务器的交换机可能需要学习大量MAC地址。此外，在其成员交换机中共享学习的MAC地址的网络中，如架构交换机，各个交换机学习各自的MAC地址的负担是很明显的。这可以成为扩大这样的网络的规模的瓶颈。
[0036]为了解决这个问题，本发明的实施例允许网络中的交换机识别对话的MAC地址(即，用在有效通信中的MAC地址)。该交换机可以通过本地边缘端口，或者从来自远程交换机(例如，在架构交换机中)的通知报文的有效负载，学习MAC地址。该交换机在转发表(例如，软件表)中创建包含各个学习的MAC地址和相应的出站端口标识符的条目。如果该交换机识别到远程学习的MAC地址为目标MAC地址，那么该交换机将认为该MAC地址是对话的MAC地址。该交换机还将本地学习的MAC地址认为是对话的MAC地址，因为它已经从那个MAC地址接收到至少一个包。
[0037]接着，交换机将包含对话的MAC地址的条目从转发表加入到本地硬件表(例如，在内容可寻址存储器(Content Addressable Memory,CAM)中的精确匹配(Exact Match,EXM)表)中。因此，该硬件表只包括当前用在与该交换机的有效通信中的MAC地址。通过这种方式，该交换机将它有限的硬件表资源用于当前使用的MAC地址，从而使得该交换机可以支持大量的有效通信并且扩大网络的规模。
[0038]在一些实施例中，该网络是架构交换机。在架构交换机中，连接在任何拓扑结构中的任何数量的交换机可以逻辑地以单个交换机的形式运作。该架构交换机可以是以太网架构交换机或虚拟集群交换机(Virtual Cluster Switch，VCS)，其可以以单个以太网交换机的形式运作。任何数量的交换机可以以“即插即用”的模式加入或离开架构交换机，而无需手动配置。在