专利名称：一种高端以太网交换机中的arp同步方法
技术领域：
本发明涉及数据通信中的以太网通信领域，特别涉及一种高端以太网交换 机中的ARP同步方法。
背景技术：
在现有技术中，博达S8500系列以太网高端交换机从功能上讲是一台三层 交换机，兼有三层交换机所有的交换和路由功能，并具有更强大的吞吐能力。 从物理架构上讲，S8500系列与目前普遍使用的交换机产品不同目前的产品 大多是单处理器设备，整个软件运行于单一的处理器上，各种芯片等通过总线 与处理器直接联接，处理器通过寻址即可对芯片进行操作；S8500系列属于多 处理器设备，除主控板拥有处理器外，各个线卡上也有各自的处理器，每块线 卡上的芯片只能被各自的处理器操作，线卡之间通过内部网络相连。
在新的物理架构中，软件架构也必将发生变化各个处理器上需要有独立 运行的软件映像，处理器之间需要以某种方式进行数据和控制同步。为了便于 操作物理芯片，部分软件将迁移到线卡上运行；为了充分利用线卡处理器，加 快系统处理速度，部分软件将在主控板上运行，同时将有关信息复制到线卡上， 便于线卡速査。
ARP便是一类典型的需要在主控板和线卡之间实现同步的数据信息。在高 端交换机的分布式架构中，绝大部分网络层报文转发都由线卡独立完成，而ARP 则记录了转发报文所必须的下一跳MAC地址，这就要求线卡能够维护完整且独 立的ARP信息。假如线卡不能得到所需的ARP，那么报文转发就无法完成；假 如线卡和主控板之间的ARP同步不能够高效的完成，交换机的转发效率也会大 打折扣。
发明内容
本发明的目的是提供一种高端以太网交换机中的ARP同步方法。该技术方案该方法包含线卡ARP同步信息处理和主控板ARP同步信息处理，通过应 用在采用RPC作为通信机制的分布式结构的高端交换机上，从而实现交换机中 主控板与线卡的数据信息同步，解决了以往交换机中线卡和主控板之间的ARP 同步不能够高效的完成，使得交换机的转发效率也会大打折扣的技术问题。 下面具体说明该技术方案
一种高端以太网交换机中的ARP同步方法，该方法目前应用在博达S8500 系列高端交换机上，该方法包含线卡ARP同步信息处理和主控板ARP同步信 息处理；所述线卡ARP同步信息处理包括线卡请求ARP的步骤与线卡收到 ARP应答的步骤；所述主控板ARP同步信息处理包括主控板请求ARP的步骤 与主控板收到ARP应答的步骤；
其特征在于，
所述线卡请求ARP的步骤是指线卡在进行ARP解析时，既向VLAN内 广播ARP请求报文，同时也向主控板查询ARP。主控板会将来自一个线卡的 ARP查询传递给其它线卡，然后査看本地是否包含所请求的ARP，若有，则 对线卡进行回应；若另一个线卡上存在所请求的ARP，该线卡就将ARP项同 步给主控板，由主控板回应最初请求的线卡。
所述线卡收到ARP应答的步骤是指线卡收到ARP应答报文之后，若本 地存在对应该应答报文的未完成的ARP项，则更新该ARP，然后"紧急同步" 到主控板；若本地没有未完成ARP，则定时同步给主控板。此后主控板会将一 个线卡的ARP项，同步给其它线卡。
所述主控板请求ARP的步骤是指主控板在进行ARP解析时，既向VLAN 内广播ARP请求报文，同时也向所有线卡查询ARP。若一个线卡上存在所査 询的ARP，该线卡就将ARP同步给主控板。主控板除了更新本地的ARP项之 外，还将学习到的ARP同步给其它线卡。
所述主控板收到ARP应答的步骤是指主控板收到ARP应答报文后，首 先根据报文内容更新本地ARP项，并将该项标记为"MSUOnly"类型，以便 于在不被使用时该项可以快速老化。然后主控将ARP同步到所有线卡。该ARP 项对应的源槽位上的线卡根据主控板的同步成功更新本地的ARP之后，重新 将该ARP项同步给主控板，此时主控板去掉ARP项的"MSUOnly"标记。对于上述方法，所述方法中的线卡在默认情况下采用主动同步的策略，需
要同步的ARP项以及同步操作类型会被打包进缓冲区，每一次向其它线卡发起 同步调用时都会携带一段时间内尚未同步但是已打包的条目。
对于上述方法，主控板ARP同步时仅处理ARP源槽位号(SourceSlot) 与服务发起槽位相同的条目，MSU将需要同步的条目发往所有线卡。
对于上述方法，线卡ARP同步时仅处理SourceSlot与本地不同的条目， 线卡仅将需要同步的条目发往MSU，这些条目必须是在本地生成的(SourceSlot 与本地槽位号相同)。
对于上述方法， 一般情况下，线卡在回复一个ARP请求之后，会根据原请 求报文内容创建条目，同时将该条目加入ARP更新链表；下一次同步时间到达 后(默认为5秒)，该条目会被从链表中取出，打包然后通知给主控板；该过 程称为定时同步。
对于上述方法，当线卡收到一个ARP应答之后，发现本地有对应的未完成 项(Incomplete),说明可能有其它的线卡请求该项；此时线卡会立刻，或者 在下一次同步定时器超时之后，将该条目打包发送；该过程称为紧急同步。
另外，上述方法在应用时还具备以下特征-
局部过程(l):线卡收到一个ARP应答报文之后，如果本地并没有对应的 Incomplete ARP项，说明没有任何线卡请求过该条目。此时，仍然会根据报文 的源IP和MAC地址生成一条ARP项，并且标记为临时(Temporary)类型。
如果没有线卡请求，Temporary类型的条目会在短时间内被老化删除(默 认15秒)；如果在老化之前被请求，Te即orary条目会被转化为普通的动态ARP 项保存。
参数设置Temporary类型ARP条目的默认老化时间为15秒。 局部过程(2):静态ARP包括命令配置生成的条目和其它网络层模块自行添
加的条目。配置生成的条目通过命令同步的方式在线卡上创建，应用模块自行
添加的条目首先在MSU上创建，然后通过RPC服务同步到线卡。
静态ARP条目创建之后，可能并不包含报文转发所需的VLAN，
PhysicalPort等信息，这些信息可能在MSU或线卡处理ARP报文时被更新，然
后向其它线卡同步。局部过程(3):交换机的每个线卡都会定时更新本地ARP条目存在的时间， 并进行超时检査。 参数设置1. 对于已完成的动态ARP，如果不是Temporary或MSU0nly类型，会在下列情况下被老化删除a) 超时(14400秒)；b) Mac地址已经老化；c) SourceSlot所在的线卡被拔除，仅限MSU;2. Incomplete条目会在默认的15秒之后被老化删除；3. Temporary和MSU0nly条目分别在15秒和300秒之后被老化删除。 上述发明方法的有益效果为1. 主控板和线卡都可以发起ARP查询，主控板可以向线卡请求ARP，线卡 也可以向主控板请求ARP;2. 用户可以通过配置来灵活控制交换机是否采用紧急同步，紧急同步可 以加快ARP的同步速度，但可能增大交换机CPU的负担；3. —条ARP项可以在最小化CPU负担的前提下，更高效的同步到所有线卡；4. MSU处理ARP应答报文，可以在线卡负担过重的情况下保证ARP信息完 整，进而保证交换机的正常转发；5. 老化超时策略可以在必要时清除无用的ARP信息。
以下结合附图和具体实施方式
来进一步说明本发明。
图1为本发明方法中线卡请求ARP的步骤的流程图。图中LC-1代表最初 请求ARP的线卡，LC-2代表其它线卡。图2为本发明方法中线卡收到ARP应答的步骤的流程图。其中LC-1代表 收到ARP应答报文的线卡，LC-2代表其它线卡。图3为本发明方法中主控板请求ARP的步骤的流程图。图4为本发明方法中主控板收到ARP应答的步骤的流程图。
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解， 下面结合具体图示，进一步阐述本发明。根据上述发明内容，下面列举本发明的一个具体事例。本发明所提供的高端以太网交换机中的ARP同步方法，这里该方法应用 在采用RPC作为通信机制的分布式结构的高端交换机上，例如博达S8503交换 机。S8503交换机包含三个槽位，支持一块主控板和两块线卡，线卡用于连接 外部网络，线卡与主控板之间通过RPC等通信机制连接。在默认配置下，线 卡和主控板的ARP定时同步间隔为5秒，ARP应答报文由主控板处理， Incomplete和MSUOnly类型的ARP条目的老化时间为15秒。下面介绍一下本例方法中线卡ARP同步信息处理的具体技术方案:如图1所示，这是本例中线卡请求ARP的步骤。假设线卡LC-1开始请求 ARP， LC-1首先向VLAN内的所有端口广播ARP请求报文，然后向主控板 MSU发送ARP查询请求。MSU收到LC-1的ARP査询之后，首先直接将该 请求转发给其它线卡，以提高査询效率，然后在本地创建未完成的ARP项， 等待其它线卡的回应。此时线卡LC-2收到了 MSU转发的ARP查询，LC-2便査找本地保存的 ARP项，假设LC-2找到了 MSU需要的ARP，便使用紧急同步的方式把这个 ARP同步给MSU。 MSU收到LC-2的更新之后，发现本地存在对应的未完成 ARP项，MSU首先更新本地的ARP，然后将该项紧急同步给LC-2之外的线 卡(LC画l)。LC-1收到MSU的ARP同步之后，就可以更新本地的未完成ARP项。 此外，如果MSU和其它线卡上都没有LC-1所需的ARP，这些板卡上都 会创建未完成的ARP项。如果LC-1最终也没有收到外部主机的ARP应答， 所有这些Incomplete项会在15秒内老化删除，以节省系统资源。如图2所示，这是本例中线卡收到ARP应答的步骤。假设线卡LC-1收到 了来自外部主机的ARP应答报文，LC-1首先进行报文的预处理，包括验证报 文的类型、合法性等。预处理完成后，LC-1尝试使用报文内容更新本地的ARP，假设LC-1上此时已经存在了 IncompleteARP项与该报文对应，说明不久前 LC-1或其它线卡曾经请求过该ARP，此时LC-1就把更新后的ARP紧急同步 给MSU。MSU收到来自LC-1的ARP同步后，同样尝试更新本地的ARP，假设 MSU上也存在Incomplete项，MSU就把该ARP紧急同步给LC-1之外的所有 线卡。另一块线卡LC-2收到MSU的ARP同步之后，仅更新本地的ARP项。下面介绍一下本例方法中主控板ARP同步信息处理的具体技术方案如图3所示，这是本例中主控板请求ARP的步骤。主控板请求ARP的过 程与线卡类似。MSU首先创建未完成的ARP项，然后向VLAN内广播ARP 请求报文，最后向所有线卡查询ARP。假设线卡LC上包含主控查询的ARP， LC就将该ARP紧急同步给MSU。 MSU除了更新本地的IncompleteARP项之外，还会将更新后的ARP同步给LC 之外的所有线卡，从而保证这些线卡都可以使用这一条ARP项。如图4所示，这是本例中主控板收到ARP应答的步骤。MSU收到ARP 应答报文之后，同样首先进行报文的预处理，然后更新本地的ARP条目。并 为ARP条目添加MSUOnly标志。假设MSU更新前的ARP条目是未完成的， MSU会使用紧急同步将ARP同步给所有线卡。假设线卡LC的所在的槽位号与该ARP条目的槽位号相同一ARP对应的 主机连接着线卡LC。LC在更新本地的ARP之后，会再次将ARP同步给MSU。 MSU收到LC的同步之后，发现LC的槽位号与ARP条目相同，就去掉ARP 项的MSUOnly标志。此外，如果线卡LC在收到MSU的同步之前并不存在这一条ARP—说明 LC不曾请求或使用过该ARP，那么LC就不会将其再次同步给MSU， MSU 也不会去掉MSUOnly标志。这一条仅在MSU上存在的ARP条目会在15秒 钟后被老化删除，以节省系统资源。本发明说明书中所涉及的技术名词解释VLAN Virtual LAN,虚拟局域网，逻辑划分的交换网络。ARP -- Address Resolution Protocol,地址解析协议，实现IP地址到物理地址的映射。ARP协议使用的基本报文类型包括请求(Request)和应答 (Response)等。Incomplete ARP —未完成ARP项。表示交换机请求了某个IP地址对 应的MAC地址，当时尚未收到应答。Temporary ARP --临时ARP项。表示虽然完整但是没有任何线卡请求过 该项。MSUOnly ARP—表示该ARP条目在MSU存在，但尚未收到SourceSlot线卡发布的同步更新。SourceSlot —源槽位号。表示ARP对应的主机所连接的线卡。RPC — Remote Procedure Call远端过程调用，指某个处理器上的任务调用其它处理器提供的服务的操作。RPC是高端交换机系统不同线卡上软件通信的基本方法。MSU -主控板，在系统中处于主控位置的线卡，具有协调整个系统运作、 控制线卡功能和保存配置等功能。LineCard --线卡，在系统中处于从属位置的线卡，主要用于系统10 控制。以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业 的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中 描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明 还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本 发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1、一种高端以太网交换机中的ARP同步方法，该方法目前应用在博达S8500系列高端交换机上，该方法包含线卡ARP同步信息处理和主控板ARP同步信息处理；所述线卡ARP同步信息处理包括线卡请求ARP的步骤与线卡收到ARP应答的步骤；所述主控板ARP同步信息处理包括主控板请求ARP的步骤与主控板收到ARP应答的步骤；其特征在于，所述线卡请求ARP的步骤是指线卡在进行ARP解析时，既向VLAN内广播ARP请求报文，同时也向主控板查询ARP。主控板会将来自一个线卡的ARP查询传递给其它线卡，然后查看本地是否包含所请求的ARP，若有，则对线卡进行回应；若另一个线卡上存在所请求的ARP，该线卡就将ARP项同步给主控板，由主控板回应最初请求的线卡。所述线卡收到ARP应答的步骤是指线卡收到ARP应答报文之后，若本地存在对应该应答报文的未完成的ARP项，则更新该ARP，然后“紧急同步”到主控板；若本地没有未完成ARP，则定时同步给主控板。此后主控板会将一个线卡的ARP项，同步给其它线卡。所述主控板请求ARP的步骤是指主控板在进行ARP解析时，既向VLAN内广播ARP请求报文，同时也向所有线卡查询ARP。若一个线卡上存在所查询的ARP，该线卡就将ARP同步给主控板。主控板除了更新本地的ARP项之外，还将学习到的ARP同步给其它线卡。所述主控板收到ARP应答的步骤是指主控板收到ARP应答报文后，首先根据报文内容更新本地ARP项，并将该项标记为“MSUOnly”类型，以便于在不被使用时该项可以快速老化。然后主控将ARP同步到所有线卡。该ARP项对应的源槽位上的线卡根据主控板的同步成功更新本地的ARP之后，重新将该ARP项同步给主控板，此时主控板去掉ARP项的“MSUOnly”标记。
2、 根据权利要求1的高端以太网交换机中的ARP同步方法，其特征在于， 所述方法中的线卡在默认情况下采用主动同步的策略，需要同步的ARP项以及 同步操作类型会被打包进缓冲区，每一次向其它线卡发起同步调用时都会携带 一段时间内尚未同步但是已打包的条目。
3、 根据权利要求1的高端以太网交换机中的ARP同步方法，其特征在于， 主控板ARP同步时仅处理ARP源槽位号(SourceSlot)与服务发起槽位相同 的条目，MSU将需要同步的条目发往所有线卡。
4、 根据权利要求1的高端以太网交换机中的ARP同步方法，其特征在于， 线卡ARP同步时仅处理SourceSlot与本地不同的条目，线卡仅将需要同步的 条目发往MSU，这些条目必须是在本地生成的(SourceSlot与本地槽位号相同)。
5、 根据权利要求1的高端以太网交换机中的ARP同步方法，其特征在于， 一般情况下，线卡在回复一个ARP请求之后，会根据原请求报文内容创建条目， 同时将该条目加入ARP更新链表；下一次同步时间到达后(默认为5秒)，该 条目会被从链表中取出，打包然后通知给主控板；该过程称为定时同步。
6、 根据权利要求1的高端以太网交换机中的ARP同步方法，其特征在于， 当线卡收到一个ARP应答之后，发现本地有对应的未完成项(Incomplete), 说明可能有其它的线卡请求该项；此时线卡会立刻，或者在下一次同步定时器 超时之后，将该条目打包发送；该过程称为紧急同步。
7、 根据权利要求1的高端以太网交换机中的ARP同步方法，其特征在于， 所述方法中还包括局部过程线卡收到一个ARP应答报文之后，如果本地并没有对应的 Incomplete ARP项，说明没有任何线卡请求过该条目。此时，仍然会根据报文 的源IP和MAC地址生成一条ARP项，并且标记为临时(Te即orary)类型；如果没有线卡请求，Temporary类型的条目会在短时间内被老化删除(默 认15秒)；如果在老化之前被请求，Te即orary条目会被转化为普通的动态ARP 项保存；参数设置Te卿orary类型ARP条目的默认老化时间为15秒。
8、 根据权利要求1的高端以太网交换机中的ARP同步方法，其特征在于， 所述方法中还包括局部过程静态ARP包括命令配置生成的条目和其它网络层模块自行添加 的条目。配置生成的条目通过命令同步的方式在线卡上创建，应用模块自行添 加的条目首先在MSU上创建，然后通过RPC服务同步到线卡；静态ARP条目创建之后，可能并不包含报文转发所需的VLAN，PhysicalPort等信息，这些信息可能在MSU或线卡处理ARP报文时被更新，然 后向其它线卡同步。
9、根据权利要求1的高端以太网交换机中的ARP同步方法，其特征在于， 所述方法中还包括局部过程交换机的每个线卡都会定时更新本地ARP条目存在的时间，并 进行超时检査；参数设置1. 对于已完成的动态ARP,如果不是Temporary或MSU0nly类型，会在下列情况下被老化删除a) 超时(14400秒)；b) Mac地址已经老化；c) SourceSlot所在的线卡被拔除，仅限MSU;2. Inco即lete条目会在默认的15秒之后被老化删除；3. Temporary和MSU0nly条目分别在15秒和300秒之后被老化删除。
全文摘要
本发明公开了一种高端以太网交换机中的ARP同步方法，该方法目前应用在博达S8500系列高端交换机上，该方法包含线卡ARP同步信息处理和主控板ARP同步信息处理；所述线卡ARP同步信息处理包括线卡请求ARP的步骤与线卡收到ARP应答的步骤；所述主控板ARP同步信息处理包括主控板请求ARP的步骤与主控板收到ARP应答的步骤。本发明方法通过应用在采用RPC作为通信机制的分布式结构的高端交换机上，从而实现交换机中主控板与线卡的数据信息同步，解决了以往交换机中线卡和主控板之间的ARP同步不能够高效的完成，使得交换机的转发效率也会大打折扣的技术问题。
文档编号H04L29/06GK101335610SQ20071004278
公开日2008年12月31日 申请日期2007年6月27日 优先权日2007年6月27日
发明者希 孙, 李一水, 革 汪, 苟利平 申请人:上海博达数据通信有限公司