本发明涉及通讯领域， 特别涉及一种报文转发反向通知三层协议的方 法及系统。 背景技术

ARP ( Address Resolution Protocol,地址解析十办议 ),即 4巴机器的 Internet 地址转换成物理地址。 IP数据包在互联网中传播时要通过一个个物理� ��络， 在到达目的网络时要通过最后一个物理网络把 数据包送给目的主机， 而数 据通过物理网络时需要机器的物理地址， 数据包传输使用的是机器的 IP地 址， 因此， 需要有一种机制来把机器的 IP地址转换成物理地址。 ARP虽然 是三层协议， 但是由于 ARP是二三层之间交互的桥梁， 人们往往又把 ARP 称作 2.5层协议。

MAC ( Media Access Control, 介质访问控制）， 交换机之所以能够直接 对目的节点发送数据包， 而不是像集线器一样以广播方式对所有节点发 送 数据包， 最关键的技术就是交换机可以识别连在网络上 的各节点网卡 MAC 地址， 并把它们放到一个叫做 MAC地址表的地方。

MAC地址表存放于交换机的緩存中， 当需要向目的地址发送数据时， 交换机在 MAC地址表中查找这个 MAC地址的节点位置， 然后直接向该位 置的节点发送数据， 即交换机根据 MAC地址进行报文转发。

MAC地址具有唯一性， 这保证了 4艮文的正确转发。 实际上， 每个交换 机都维护着一张 MAC地址表， MAC地址表的表项由 MAC地址和 VLAN ID ( Virtual Local Area Network Identification , 虚拟局域网标识 )唯一标识的， 只要 MAC地址和 VLAN ID相同， 就认为是同一个表项。 在这张 MAC表 中， MAC 地址和交换机的端口——对应。 当交换机收到数据帧时， 根据 MAC 地址表来决定对该数据帧进行过滤还是转发到 交换机的相应端口。 MAC地址表是交换机实现快速转发的基础和前提 ， MAC协议是二层协议。

如图 1所示， 三层单播 IP报文发送或转发基本原理是： 首先用目的 IP 地址根据路由表查找下一跳和出接口 （三层口）， 用下一跳和出接口 （三层 口 )根据 ARP表查找目的 MAC地址， 用目的 MAC地址根据 MAC表查找 出接口（二层口），使用 ARP表中的 VLAN ID或者由上层协议指定的 VLAN ID查找 MAC表。

三层协议都是基于三层部署的， 理论上三层协议只应该关心三层变化， 然而实际上三层没有变化时， 也有可能对三层协议产生影响， 例如以下这 种情况。

如图 2所示， 一个 VLAN ( Virtual Local Area Network, 虚拟局域网 ) 中包含两个物理口， LSP ( Label Switched Path, 标签交换路径）指定三层 接口 VLAN1转发流量， 三层口 VLAN1上最多能转发 1000+100=1100M流 量， 根据转发原理， 如果 LSP计算的下一跳是同一个 IP地址， 或者所有的 IP地址对应的 MAC地址相同时， 流量只会从一个二层物理端口转发出去， 这时三层流量的实际转发能力就不是三层 VLAN1接口的转发能力，而是实 际二层物理出接口的转发能力。 假设 LSP指定下一跳 IP1 , 对应 ARP1 , 对 应 MAC1 , 最终对应出接口 gei_2/l (千兆物理口）， 由于某种原因 MAC1 迁移到 fei_l/l (百兆物理口；)， 流量随之迁移到 fei_l/l , 如果 LSP需要的最 小带宽是 200M, 则 fei_l/l就不能满足三层流量转发的性能指标， 此时需 要 QoS ( Quality of Service, 服务质量 )通知 LSP重新选择一个能够满足性 能指标的三层口 VLAN2进行流量转发。

从以上例子可以看到， 三层流量转发有必要知道二层的实际组网， 需 要根据二层出接口的变化并进行相应的处理。 即三层单播 IP报文依据 ARP 表和 MAC表发送或转发， 就必然受到 ARP表和 MAC表变化的影响， 现 有技术中尚无 ARP表和 MAC表变化时反向通知三层协议方案。 发明内容

本发明提供了一种报文转发反向通知三层协议 的方法及系统， 能提高 通讯的质量。

为解决上述技术问题， 本发明采用了如下的技术方案：

一方面， 本发明公开了一种报文转发通知三层协议的方 法， 采用反向 管理， 所述反向管理包含以下步驟：

比较新反向管理条目与原始反向管理条目， 若两者不一致， 则反向通 知上层协议；

所述反向管理条目包括地址解析协议反向管理 RMARP条目和介质访 问控制反向管理 RMMAC条目。

上述报文转发通知三层协议的方法的一个实施 例中， 所述 RMARP条 目按如下方式生成：

三层协议向 RMARP注册生成 RMARP条目；

RMARP根据读取的对应的地址解析协议 ARP信息 , 填充 RMARP条 目下的信息。

上述报文转发通知三层协议的方法的一个实施 例中， 所述 RMMAC条 目按如下方式生成：

RMARP向 RMMAC注册生成 RMMAC条目；

RMMAC根据读取的对应的介质访问控制 MAC信息， 填充 RMMAC 条目下的信息。

上述报文转发通知三层协议的方法的一个实施 例中， 当新 RMARP条 目与原始 RMARP条目不一致， 所述反向通知上层协议包括： 由 RMARP 反向通知三层 1"办议； 当新 RMMAC条目与原始 RMMAC条目不一致时，所述反向通知上层 协议包括： 由 RMMAC反向通知 RMARP, 再由 RMARP反向通知三层协 议。

上述报文转发通知三层协议的方法的一个实施 例中， 所述填充的 RMARP条目下的信息包括 MAC信息和虚拟局域网 VLAN信息；

所述填充的 RMMAC条目下的信息包括二层出口、 接口信息。

上述报文转发通知三层协议的方法的一个实施 例中， 注册生成的条目 中根据不同的上层协议分配有协议标识位， 即注册位。

上述报文转发通知三层协议的方法的一个实施 例中， 所述反向管理采 用通知状态机处理其输入和输出。

上述报文转发通知三层协议的方法的一个实施 例中， 所述反向管理的 输入包括： 三层协议的注册和取消注册， ARP表的变化、 MAC表的变化； 所述反向管理的输出包括： MAC地址、虚拟局域网标识 VLAN ID、 二 层出接口的变化。

另一方面， 本发明还公开了一种报文转发通知三层协议的 系统， 包含 反向管理模块， 所述反向管理模块用于比较新反向管理条目与 原始反向管 理条目， 若两者不一致， 则反向通知上层协议；

所述反向管理条目包括 RMARP条目和 RMMAC条目。

上述报文转发通知三层协议系统的一个实施例 中， 所述反向管理模块 包括三层协议注册填充子模块，用于三层协议 向 RMARP注册生成 RMARP 条目；

还用于 RMARP根据读取的对应的 ARP信息， 填充 RMARP条目下的 信息。

所述反向管理模块还包括 RMARP注册填充子模块， 用于 RMARP向 RMMAC注册生成 RMMAC条目； 还用于 RMMAC根据读取的对应的 MAC信息 , 填充 RMMAC条目下 的信息。

和现有技术相比， 本发明的有益效果在于：

本发明公开了一种报文转发通知三层协议的方 案， 采用反向管理， 比 较新反向管理条目与原始反向管理条目， 若两者不一致， 则反向通知上层 协议； 所述反向管理条目包括 RMARP条目和 RMMAC条目。 本发明采用 的方案， 可以在 ARP表和 MAC表变化时有效地反向通知三层协议， 实现 三层协议感知二层变化的目的， 可提高通讯质量。 附图说明

图 1示例性地描述了现有技术中二、 三层协议转发原理图；

图 2示例性地描述了现有技术中， 三层协议转发依赖二层出接口变化 的示意图；

图 3示例性地描述了本发明的注册机制流程示意� �；

图 4示例性地描述了本发明的 RMARP数据来源示意图；

图 5示例性地描述了本发明的 RMMAC数据来源示意图；

图 6示例性地描述了本发明的报文转发通知三层� �议方法的总体流程 示意图；

图 7示例性地描述了本发明的报文转发通知三层� �议方法的具体流程 示意图；

图 8示例性地描述了本发明的报文转发通知三层� �议系统的结构示意 图。 具体实施方式

本发明公开了一种报文转发通知三层协议的方 法， 采用反向管理， 反 向管理具体包含以下步驟： 比较新反向管理条目与原始反向管理条目， 若两者不一致， 则反向通 知上层协议；

所述反向管理条目包括地址解析协议反向管理 （RMARP )条目和介质 访问控制反向管理（RMMAC )条目。

在本说明书中， 为了便于说明， 将地址解析协议反向管理简写为 RMARP; 将介质访问控制反向管理简写为 RMMAC。 同理， 地址解析协议 ARP简称为 ARP, 介质访问控制 MAC简称为 MAC。

下面对照附图并结合具体实施方式对本发明进 行进一步详细说明。 实施例一：

反向管理条目包括 RMARP条目和 RMMAC条目。

RMARP条目按如下方式生成：

三层协议向 RMARP注册生成 RMARP条目；

RMARP根据读取的对应的 ARP信息， 填充 RMARP条目下的信息。

RMMAC条目按如下方式生成：

RMARP向 RMMAC注册生成 RMMAC条目；

RMMAC根据读取的对应的 MAC信息，填充 RMMAC条目下的信息。 下面详细说明注册机制。

本实施例中， 涉及两种注册， 一是三层协议模块向 RMARP注册， 二 是 RMARP向 RMMAC注册。

注册和取消注册的结果是：

注册的结果是添加注册条目； 取消注册的结果是删除注册条目。

注册接口： 三层协议模块和 RMARP的注册接口索引是三层接口和下 一跳； RMARP和 RMMAC的注册接口索引是 MAC地址和 VLAN ID。

注册生成的条目中根据不同的上层协议分配有 协议标识位， 即注册位。 注册条目是上层注册模块通知生成的， 为了区分和复用不同上层注册 模块通知生成的注册条目， 需要针对不同的三层协议分配协议标识位， 我 们称这种协议标识位为注册位。

注册时， 如果注册条目已经创建就不会再次创建， 直接与注册位做或 运算； 如果注册条目不存在， 先创建注册条目， 再与注册位做或运算； 注册时， 如果注册条目不存在， 生成注册条目， 默认数据为 0, 读取相 应的数据， 事件处理通知状态机运行后发现注册条目的信 息变化才会回调 通 口， 没有变 不通 口；

注册时， 如果注册条目已经存在， 不会再生成注册条目， 也不会再回 调通知， 需要上层协议模块在注册后直接查询注册条目 的数据；

重复注册时， 直接返回；

取消注册时， 与注册位的反码做与运算；

取消注册后， 如果注册条目的注册位已经为 0, 则删除注册条目， 如果 注册条目的注册位不为 0, 则不删除注册条目。

采用注册机制， 可共用数据， 节省空间， 同时便于实现。

注册机制属于 RMARP 和 RMMAC 的对外接口机制， RMARP 和 RMMAC 可复用此机制。 同时， 上层协议之间的注册完全独立， 避免了相 互之间的干扰。

图 3是本发明的注册机制流程图， 以 RMARP为例：

三层协议 A注册生成 RMARP注册条目 1 , 注册条目 1中保存了三层 协议 A对应的注册位 A; RMARP条目变化通知三层协议时， 只会回调通 知注册位 A对应的三层协议 A。

三层协议 A、 B、 C注册生成 RMARP注册条目 2, 注册条目 2中保存 了三层协议 A、 B、 C对应的注册位 A、 B、 C; 注册位表明了当前已经有三 个协议注册， 但是不能记录三个协议注册的先后顺序， 也不能记录是否有 哪个三层协议曾经删除后重复注册； RMARP条目变化通知三层协议时， 只 会回调通知注册位 A、 B、 C对应的三层协议 A、 B、 C, 回调的顺序是按照 三层协议 A、 B、 C注册回调函数的顺序回调，和注册条目的注� �顺序无关。

三层协议 B、 C注册生成注册条目 3,注册条目 3中保存了三层协议 B、 C对应的注册位 B、 C; 注册位表明了当前已经有两个协议注册， 但是不能 记录两个协议注册的先后顺序， 不能记录是否有哪个三层协议曾经取消注 册后重复注册， 不能记录是否有哪个三层协议曾经注册后又取 消注册； RMARP条目变化通知三层协议时， 只会回调通知注册位 B、 C对应的三层 协议 B、 C, 回调的顺序是按照三层协议 B、 C注册回调函数的顺序回调， 和注册条目的注册顺序无关。

三层协议曾经注册生成注册条目 4, 注册条目 4中的注册位为 0; 注册 条目 4是要删除的注册条目， 当最后一个注册位删除时， 删除注册条目。

实施例二：

本发明的一个实施例的报文转发通知三层协议 的方法中， 采用反向管 理， 所述反向管理采用通知状态机处理其输入和输 出。

所述反向管理的输入包括： 三层协议的注册和取消注册， ARP表的变 4匕、 MAC表的变 4匕；

所述反向管理的输出包括： MAC地址、 VLAN ID、二层出接口的变化。 事件处理通知状态机实际上只关心自身表项的 建立、 查找、 读取、 平 滑、 数据变化、 销毁， 输入和输出的定义、 区分、 透传， 实际上并不关心 这些输入和输出的具体含义。 这就要求事件处理通知状态机尽量使用公共 的描述。

从表项生成开始时， 除了索引以外， 原始数据和新数据均为 0; 分析并 穷举所有会导致数据变化的输入事件； 输入事件处理后， 调用数据前后对 比函数对数据变化进行计算并得到状态机的输 出， 回调上层协议。

RMARP的输入： RMMAC的二层出接口变化； ARP模块生成 ARP条 目 （下一跳 +三层出接口；)、 删除 ARP条目 （下一跳 +三层出接口；)、 更新 ARP条目 （ MAC地址或 VLAN ID变化；)。

RMARP的输出： RMARP的 MAC地址变 4匕； RMARP的 VLAN ID变 化； RMARP的二层出接口变化。

RMMAC的输入： MAC模块添加 MAC条目 （ MAC地址 +VLAN ID ), 删除 MAC条目 （ MAC地址 +VLAN ID )、 更新 MAC条目 （二层出接口变 化）。

RMMAC的输出： RMMAC的二层出接口变 4匕。

如图 4所示， 本发明的 RMARP数据来源具体为：

RMARP条目均是三层协议注册生成的；

三层接口和 ip地址均是三层协议注册时带给 RMARP模块的， 是 RMARP条目的索引；

RMARP条目的 MAC、 VLAN信息均是从 ARP模块获取的；

RMARP条目的二层出接口信息是从 RMMAC模块获取的。

如图 5所示， 本发明的 RMMAC数据来源具体为：

RMMAC条目均是 RMARP注册生成的；

MAC地址、 VLAN ID均是 RMARP注册时带给 RMMAC模块的 , 是 RMMAC条目的索引；

RMMAC条目的二层出接口信息是从 MAC模块获取的。

实施例三：

本发明一个实施例的报文转发通知三层协议的 方法中， 比较新反向管 理条目与原始反向管理条目， 若两者不一致， 则通知上层协议， 具体包括 两种：

当新 RMARP条目与原始 RMARP条目不一致， 由 RMARP反向通知 三层协议； 当新 RMMAC条目与原始 RMMAC条目不一致时， 由 RMMAC反向 通知 RMARP , 再由 RMARP反向通知三层协议。

RMMAC反向通知 RMARP, RMARP反向通知三层协议， 均采用通知 机制， 通知机制采用回调链表管理。

下面简单说明回调函数链表管理的机制。

回调函数结构的内存申请， 建议采用全局内存形式；

必须尽量保证在注册条目前完成回调函数注册 ；

可以在初始化时注册回调函数， 也可以动态注册；

提供回调函数取消注册， 但是一般不会用到；

注册时必须输入上层协议回调函数标识位。

回调函数是否能被调用到取决于：

当前索引对应的条目是否存在事件通知；

是否已经注册回调函数；

条目的标识位和回调函数注册模块的标识位相 与后是否为非 0;

回调函数机制的局限性： 会把所有事件通知给注册模块， 由注册模块 根据具体的应用决定对特定的事件采取什么样 的处理。

一次函数调用有可能回调大批量的事件， 因此需要緩存事件。

本发明中， 还涉及反向查询机制， 下面以 RMARP为例进行说明： 反向查询机制的难点在于同一个 MAC地址 +VLAN ID , 通过 RMARP 有可能查询到多个三层接口 +下一跳， 个数不定， 有可能只有一个， 也有可 能有很多个。

具体协议总是希望通过一个 MAC地址 +VLAN ID只查到一个三层接口 +下一跳， 这就需要设置不同协议的识别位不同， 只要保证特定协议关心的 三层接口 +下一跳选择的 MAC地址 +VLAN ID均不相同即可。 例如： 协议 A只注册一个 IP地址 +三层口， RMARP只会通知注册的 IP地址 +三层口。 当然如果注册多个 IP地址 +三层口对应同一个 MAC 地址 +VLAN ID, RMARP也就处理不了了， 所以这种情况还要各个具体协议进行配置规避 。

值得注意的是， 必须注册才能提供反向查询， 没有注册， 此模块从 RMARP查询不到任何结果。

实施例四：

如图 6所示， 本发明的报文转发通知三层协议的方法的一个 实施例， 总体处理流程包含以下步驟：

步驟 101 , 比较新反向管理条目与原始反向管理条目；

步驟 102, 若两者一致， 则保持不变， 不需要通知上层协议。

步驟 103 , 若两者不一致， 则反向通知上层协议。

如图 7所示， 本方法的 ^艮文转发通知三层协议的方法的一个实施例� � 具体处理流程包含以下步驟：

步驟 201 , 反向管理输入， 如上所述的 RMARP的输入或 RMMAC的 输入。

步驟 202, 保持反向管理输入前的反向管理条目原始数据 不变。

原始数据存储在原始数据区， 并将原始数据区的数据复制至新数据区。 步驟 203 , 若 ARP表或 MAC表有变化， 则获取新反向管理条目数据。 获取的新的反向管理管理条目更新到新数据区 。

步驟 204, 将新反向管理条目添加到延迟通知链表中。

将反向管理条目添加到延迟通知链表中是为了 避免大批量变化对上层 协议产生沖击或频繁变化对上层协议产生的震 荡， 维持了系统的稳定。

步驟 205 , 判断新反向管理条目与原始反向管理条目是否 一致， 如果一 致转步驟 206, 如果不一致转步驟 207。

步驟 206,不需要通知上层协议，如果反向管理条目� �延迟通知链表中， 则从延迟通知链表中移除， 转向步驟 208。 步驟 207,计算反向管理的输出，如上所述 RMARP的输出或 RMMAC 的输出。

步驟 208, 延迟通知定时器超时。

步驟 209,处理延迟通知链表中的反向管理条目，并� �向通知上层协议。 步驟 210,反向通知上层协议后，使用新反向管理条� �覆盖原始反向管 理条目。

步驟 211 , 结束。

实施例五：

如图 8所示， 本发明一个实施例的报文转发通知三层协议的 系统， 包 含反向管理模块， 所述反向管理模块用于比较新反向管理条目与 原始反向 管理条目， 若两者不一致， 则通知上层协议；

所述反向管理条目包括 RMARP条目和 RMMAC条目。

本发明一个实施例的报文转发通知三层协议的 系统中， 所述反向管理 模块包括三层协议注册填充子模块， 用于三层协议向 RMARP 注册生成

RMARP条目；

还用于 RMARP根据读取的对应的 ARP信息， 填充 RMARP条目下的 信息。

所述反向管理模块还包括 RMARP注册填充子模块， 用于 RMARP向 RMMAC注册生成 RMMAC条目；

还用于 RMMAC根据读取的对应的 MAC信息， 填充 RMMAC条目下 的信息。

本发明公开了一种报文转发通知三层协议的方 法， 采用反向管理， 包 含以下步驟： 比较新反向管理条目与原始反向管理条目， 若两者不一致， 则通知上层协议； 所述反向管理条目包括 RMARP条目和 RMMAC条目。 本发明采用的方法， 可以在 ARP表和 MAC表变化时有效地反向通知三层 协议， 实现三层协议感知二层变化的目的， 可提高通讯质量。 能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。 对于本发明所属技术领域的 普通技术人员来说， 在不脱离本发明构思的前提下， 还可以做出若干简单 推演或替换， 都应当视为属于本发明的保护范围。