CN112532526A - 数据转发方法、装置及网络设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种数据转发方法、装置及网络设备。方法包括：通过入接口接收外部设备发送的待转发报文，查找虚拟ARP表中是否存在与待转发报文的目的IP地址对应的目的MAC地址；当虚拟ARP表中存在目的MAC地址时，去除待转发报文头部的广域网链路封装并封装为以太报文，将以太报文发送至交换芯片，并由交换芯片将以太报文发送至与目的MAC地址对应的出接口；根据出接口的接口类型，对待转发报文进行转发。在本方案中，由接口实现报文的封装处理，降低处理器的运算量，有利于提高数据转发的性能。

Description

数据转发方法、装置及网络设备

技术领域

本申请涉及数据通信领域，具体而言，涉及一种数据转发方法、装置及网络设备。

背景技术

目前传统的数通网络设备如路由器、网关等都支持广域网接口与以太接口，并可以实现广域网数据与以太数据的相互转发，但由于广域网与以太网中报文的链路头部不同，且没有专用的硬件芯片支持广域网与以太报文的头部转换，因此传统的广域网报文数据转发通常依赖中央处理器(Central Processing Unit，CPU)处理，链路头的解析和处理不仅消耗大量CPU资源而且会增加软件处理的复杂度，容易导致的是整个IP数据转发性能的降低。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种数据转发方法、装置及网络设备，能够降低处理器的运算量，有利于提高IP数据转发的性能。

为了实现上述目的，本申请的实施例通过如下方式实现：

第一方面，本申请实施例提供一种数据转发方法，所述网络设备包括基于二层转发的交换芯片及通过所述交换芯片连接的多个外部接口，所述多个外部接口包括至少一个广域网接口，所述方法包括：

通过入接口接收外部设备发送的待转发报文，查找虚拟ARP表中是否存在与所述待转发报文的目的IP地址对应的目的MAC地址，所述虚拟ARP表包括所述多个外部接口中的广域网接口的虚拟MAC地址，所述入接口为所述多个外部接口中的一个广域网接口；

当所述虚拟ARP表中存在所述目的MAC地址时，去除所述待转发报文头部的广域网链路封装并封装为以太报文，将所述以太报文发送至所述交换芯片，并由所述交换芯片将所述以太报文发送至与所述目的MAC地址对应的出接口；

根据所述出接口的接口类型，对所述待转发报文进行转发。

在上述的实施方式中，利用预先创建得到的虚拟ARP表，并基于二层交换芯片进行二层转发，有利于在广域网通道和广域网通道，以及在广域网通道和以太网通道之间进行数据转发时，由相应接口实现报文的封装处理，降低处理器的运算量，有利于提高数据转发的性能。

结合第一方面，在一些可选的实施方式中，根据所述出接口的接口类型，对所述待转发报文进行转发，包括：

当所述出接口为广域网接口时，去除来自所述交换芯片的所述以太报文的以太封装，并对去除以太封装后的待转发报文重新封装对应出接口的广域网链路头部，将封装后的所述待转发报文通过所述出接口进行转发；

当所述出接口为以太接口时，将来自交换芯片的所述以太报文通过所述出接口直接进行转发。

在上述的实施方式中，出接口为广域网接口时，由广域网接口基于虚拟ARP表，对接收或发送的报文进行封装处理，从而能够基于二层交换芯片实现广域网通道和广域网通道；出接口为以太接口时，可以直接转发以太报文以实现广域网通道和以太网通道之间的数据转发，无需三层交换芯片，从而有利于降低硬件成本。

结合第一方面，在一些可选的实施方式中，所述方法还包括：

当所述虚拟ARP表中不存在所述目的MAC地址时，则构造虚拟ARP请求报文并广播发送，将所述待转发报文转换为广播IP报文并通过所述交换芯片进行发送。

在上述的实施方式中，通过构造虚拟ARP请求，可以获取到广域网接口的虚拟MAC地址，以在虚拟ARP表中添加相应的虚拟MAC作为目的MAC。

结合第一方面，在一些可选的实施方式中，在查找虚拟ARP表中是否存在与所述待转发报文的目的IP地址对应的目的MAC地址之前，所述方法还包括：

获取所述多个外部接口中的广域网接口的IP地址和虚拟MAC地址以及所述多个外部接口中以太接口的IP地址和MAC地址；

根据所述广域网接口的IP地址和虚拟MAC地址，以及所述以太接口口的IP地址及MAC地址，创建所述虚拟ARP表。

结合第一方面，在一些可选的实施方式中，获取所述多个外部接口中的广域网接口的IP地址和虚拟MAC地址以及所述多个外部接口中以太接口的IP地址和MAC地址，包括：

从所述网络设备的当前网络拓扑中所有直连路由信息和网关信息，获取所述广域网接口的IP地址和虚拟MAC地址以及所述以太接口的IP地址和MAC地址；

或者，通过所述多个外部接口构造虚拟ARP请求，并通过所述交换芯片广播所述虚拟ARP请求以获取所述广域网接口的IP地址和虚拟MAC地址以及所述以太接口的IP地址和MAC地址。

结合第一方面，在一些可选的实施方式中，所述方法还包括：

将所述多个外部接口中的所有广域网接口的虚拟MAC地址添加到所述交换芯片的转发表中，其中，所述转发表用于供所述交换芯片确定转发所述待转发报文的对应的出接口。

第二方面，本申请实施例还提供一种数据转发装置，应用于网络设备，所述网络设备包括基于二层转发的交换芯片及通过所述交换芯片连接的多个外部接口，所述多个外部接口包括至少一个广域网接口，所述装置包括：

查找单元，用于通过入接口接收外部设备发送的待转发报文，查找虚拟ARP表中是否存在与所述待转发报文的目的IP地址对应的目的MAC地址，所述虚拟ARP表包括所述多个外部接口中的广域网接口的虚拟MAC地址，所述入接口为所述多个外部接口中的一个广域网接口；

封装发送单元，用于当所述虚拟ARP表中存在所述目的MAC地址时，去除所述待转发报文头部的广域网链路封装并封装为以太报文，将所述以太报文发送至所述交换芯片，并由所述交换芯片将所述以太报文发送至与所述目的MAC地址对应的出接口；

转发单元，用于根据所述出接口的接口类型，对所述待转发报文进行转发。

结合第二方面，在一些可选的实施方式中，所述转发单元还用于：

当所述出接口为广域网接口时，去除来自所述交换芯片的所述以太报文的以太封装，并对去除以太封装后的待转发报文重新封装对应出接口的广域网链路头部，将封装后的所述待转发报文通过所述出接口进行转发；

当所述出接口为以太接口时，将来自交换芯片的所述以太报文通过所述出接口直接进行转发。

结合第二方面，在一些可选的实施方式中，所述转发单元还用于：

当所述虚拟ARP表中不存在所述目的MAC地址时，则构造虚拟ARP请求报文并广播发送，将所述待转发报文转换为广播IP报文并通过所述交换芯片进行发送。

第三方面，本申请实施例还提供一种网络设备，所述网络设备包括处理器、存储器、基于二层转发的交换芯片以及与所述交换芯片连接的多个外部接口，所述多个外部接口包括至少一个广域网接口，所述存储器内存储计算机程序，当所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述网络设备执行上述的方法。

第四方面，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，使得所述计算机执行上述的方法。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的网络设备的结构示意图。

图2为本申请实施例提供的数据转发方法的流程示意图。

图3为本申请实施例提供的网络设备中接口的映射关系表。

图4为本申请实施例提供的数据转发装置的框图。

图标：10-网络设备；11-二层交换芯片；12-以太接口；13-第一广域网接口；14-第二广域网接口；15-处理器；16-存储器；200-数据转发装置；210-查找单元；220-封装发送单元；230-转发单元。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

申请人发现，在基于二层交换芯片的交换机、网关等网络设备中，在网络设备的广域网通道或广域网接口中，并不存在MAC地址这一概念。而二层交换芯片在进行数据转发时，需要利用ARP表中相应的MAC地址，才能实现相应的二层转发。因此，目前的二层交换芯片无法实现广域网通道和广域网通道之间的数据转发，也无法实现广域网通道与以太网通道之间的数据转发，通常只能在以太网通道与以太网通道之间进行数据转发。目前，若要实现广域网通道和广域网通道之间的数据转发，或实现广域网通道与以太网通道之间的数据转发，由于广域网与以太网中报文的链路头部不同，且没有专用的硬件芯片支持广域网与以太报文的头部转换，因此传统的广域网报文数据转发通常依赖CPU处理报文，链路头的解析和处理不仅消耗大量CPU资源而且会增加软件处理的复杂度，容易导致的是整个IP数据转发性能的降低。或者，由三层交换芯片与CPU配合，实现报文的转发，但三层交换芯片的成本高。

鉴于上述问题，本申请发明人提出以下实施例以解决上述问题。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参照图1，本申请实施例提供一种网络设备10，可以包括交换芯片、多个外部接口、处理器15及存储器16。其中，存储器16内存储有计算机程序，当计算机程序被处理器15执行时，可以使得网络设备10能够执行下述方法中的各步骤。

其中，网络设备10中的交换芯片为基于二层转发的交换芯片，可以称为二层交换芯片11。多个外部接口可以包括以太接口12和广域网接口，以太接口12及广域网接口的数量可以根据实际情况进行设置，这里不作具体限定。或者，多个外部接口均为广域网接口，接口的数量不作具体限定。在多个外部接口中，每个接口的一端与交换芯片连接，另一端用于与外部设备建立通信连接。

在本实施例中，一个广域网接口可以作为一个广域网通道，一个以太接口12可以作为一个以太网通道。每个广域网通道或以太网通道可以与外部设备通信，以进行数据交互。其中，外部设备可以是但不限于交换机、路由器、个人电脑等，可以与网络设备10通信连接。例如，网络设备10可以通过一个广域网通道与路由器或交换机进行通信连接。网络设备10可以通过一个以太网通道与个人电脑进行通信连接。

交换芯片、多个外部接口、处理器15及存储器16等各个元件之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。

请参照图2，本申请实施例还提供一种数据转发方法，可以应用于上述的网络设备10，由网络设备10执行或实现方法的各步骤。其中，网络设备10的接口预先存储有虚拟ARP表，用于实现IP数据的转发。方法可以包括以下步骤：

步骤S110，通过入接口接收外部设备发送的待转发报文，查找虚拟ARP表中是否存在与所述待转发报文的目的IP地址对应的目的MAC地址，所述虚拟ARP表包括所述多个外部接口中的广域网接口的虚拟MAC地址，所述入接口为所述多个外部接口中的一个广域网接口；

步骤S120，当所述虚拟ARP表中存在所述目的MAC地址时，去除所述待转发报文头部的广域网链路封装并封装为以太报文，将所述以太报文发送至所述交换芯片，并由所述交换芯片将所述以太报文发送至与所述目的MAC地址对应的出接口；

步骤S130，根据所述出接口的接口类型，对所述待转发报文进行转发。

在上述的实施方式中，利用预先存储的虚拟ARP表，并基于二层交换芯片进行二层转发，有利于在广域网通道和广域网通道，以及在广域网通道和以太网通道之间进行数据转发时，由接口实现报文的封装处理，降低处理器的运算量，有利于提高数据转发的性能。

下面将对方法的各步骤进行详细阐述，如下：

在步骤S110中，入接口即为网络设备中接收到外部设备发送的待转发报文的接口。待转发报文即为外部设备发送至网络设备的报文。待转发报文的类型及内容可以根据实际情况进行确定，这里不作具体限定。

当入接口接收到外部设备发送的待转发报文时，可以对待转发报文进行解析处理。例如，入接口可以判断待转发报文是否为IP(Internet Protocol，网际互连协议)报文。其中，IP报文携带有IP地址，包括源IP地址和目的IP地址。若入接口确定待转发报文为IP报文，便查找预先存储的虚拟ARP表中是否存在与待转发报文对应的目标MAC地址。其中，虚拟ARP表为预先创建得到的，包括IP地址与虚拟MAC地址的对应关系，以及IP地址与MAC地址的对应关系。

目标MAC地址包括源MAC地址和目的MAC地址。虚拟MAC地址为对广域网接口定义的MAC地址。若虚拟ARP表中，存在与待转发报文的源IP地址对应的源MAC地址，且还存在与待转发报文的目的IP地址对应的目的MAC地址，则确定虚拟ARP表中存在与待转发报文对应的目标MAC地址。若虚拟ARP表中，不存在与待转发报文的源IP地址对应的源MAC地址，或者不存在与待转发报文的目的IP地址对应的目的MAC地址，或者源MAC地址和目的MAC地址均不存在，则确定虚拟ARP表中不存在与待转发报文对应的目标MAC地址。

若待转发报文为非IP报文，例如，待转发报文为协议报文，未携带有IP地址，则无需执行步骤S110。此时，入接口可以直接将待转发报文发送至网络设备的处理器，由处理器对非IP报文的待转发报文进行解析处理。其中，处理器对非IP报文的待转发报文的解析处理过程为本领域技术人员所熟知，这里不再赘述。

在步骤S120中，入接口可以基于虚拟ARP表中的IP地址与MAC地址的映射关系，确定目标MAC地址中的源MAC地址和目的MAC地址。当虚拟ARP表中存在与待转发报文对应的目标MAC地址时，入接口可以将目的MAC地址对应的接口确定为出接口。即，出接口的MAC地址与待转发报文的目的MAC地址相同。

其中，原MAC地址和目的MAC地址可以为广域网接口的虚拟MAC地址，或者为以太接口的MAC地址，这里对MAC地址的类型不作具体限定。

在步骤S130中，入接口和出接口之间的链路信息可以包括但不限于入接口和出接口之间的链路中的接口信息、源IP地址、目的IP地址、源MAC地址及目的MAC地址等信息。入接口和出接口可以根据自身的接口类型，对报文进行相应的解析处理，以使处理后的报文可以被二层交换芯片进行转发。

作为一种可选的实施方式，步骤S130可以包括：

当所述出接口为广域网接口时，去除来自所述交换芯片的所述以太报文的以太封装，并对去除以太封装后的待转发报文重新封装对应出接口的广域网链路头部，将封装后的所述待转发报文通过所述出接口进行转发；

当所述出接口为以太接口时，将来自交换芯片的所述以太报文通过所述出接口直接进行转发。

请参照图1，在本实施例中，第一广域网接口13和第二广域网接口14均为广域网接口，“第一”、“第二”仅用于名称的区分。每个广域网接口可以包括ETH PHY接口、POS PHY接口和现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)芯片。ETH PHY接口即为以太网接口端子，ETH PHY接口的一端与FPGA芯片连接，另一端与二层交换芯片连接。POSPHY接口即为广域网接口端子，POS PHY接口的一端与FPGA芯片连接，另一端用于与广域网中的外部设备连接。

第一广域网接口13通过POS PHY接口从外部设备接收的待转发报文即为广域网报文，包括广域网链路头部。第一广域网接口13作为入接口时，接收的广域网报文需要发送至二层交换芯片，以使二层交换芯片进行转发处理。其中，广域网报文在发送至二层交换芯片之前，需要由FPGA芯片去除广域网报文的广域网链路头部，然后将去除广域网链路头部后的广域网报文进行以太封装，得到以太报文，然后，FPGA芯片将以太报文通过ETH PHY接口输入至交换芯片。交换芯片根据自身存储的转发表，确定以太报文的出接口，并将以太报文发送至出接口。

当出接口为第二广域网接口14时，第二广域网接口14可以通过ETHPHY接口从二层交换芯片接收上述的以太报文。由于以太报文无法在广域网中传输，FPGA芯片在从ETH PHY接口接收到以太报文后，可以去除以太报文的以太封装，然后重新封装广域网头部，得到广域网报文，最后由FPGA芯片将广域网报文从POS PHY接口输出至广域网中的外部设备。

当出接口为以太接口时，出接口可以直接将从二层交换芯片传输的以太报文发送至以太网中的外部设备，无需对以太报文进行封装或解封处理。

在上述的实施方式中，通过直接利用接口中已有的FPGA芯片，对报文进行拆封和封装处理，无需将报文发送至处理器，从而有利于降低处理器的处理压力，避免处理器因处理压力过大而影响数据转发的性能。

作为一种可选的实施方式，步骤S130可以包括：

当所述入接口为以太接口时，基于所述入接口、所述出接口之间的所述链路信息，将所述待转发报文发送至所述交换芯片，并由所述交换芯片将所述待转发报文发送至所述出接口；

当所述出接口为广域网接口时，通过所述广域网接口去除所述待转发报文的以太封装，并对去除封装后的待转发报文封装广域网链路头部，得到并输出所述目标报文。

可理解地，当入接口为以太接口时，入接口所接收的外部设备的待转发报文即为以太报文，可以直接被二层交换芯片进行解析与转发。若出接口为广域网接口，在从交换芯片接收到以太报文后，需要去除以太报文的以太封装，并对去重以太封装后的报文封装广域网链路头部，所得到的报文即为目标报文。然后，由广域网接口中的FPGA芯片将目标报文从POSPHY接口输出至广域网中的外部设备。

在上述的实施方式中，当以太网通道和广域网通道之间需要进行IP报文转发时，可以通过广域网接口对报文进行封装处理，使得封装处理后的报文可以被发送至广域网的外部设备。即，方法能够基于二层交换芯片、以太接口和广域网接口，实现以太网通道和广域网通道之间的数据转发，相比于采用三层交换芯片实现数据转发，能够降低硬件成本。

作为一种可选的实施方式，在步骤S110之前，方法还可以包括：

获取所述多个外部接口中的广域网接口的IP地址和虚拟MAC地址以及所述多个外部接口中以太接口的IP地址和MAC地址；

根据所述广域网接口的IP地址和虚拟MAC地址，以及所述以太接口口的IP地址及MAC地址，创建所述虚拟ARP表。

其中，获取所述多个外部接口中的广域网接口的IP地址和虚拟MAC地址以及所述多个外部接口中以太接口的IP地址和MAC地址，包括：

从所述网络设备的当前网络拓扑中所有直连路由信息和网关信息，获取所述广域网接口的IP地址和虚拟MAC地址以及所述以太接口的IP地址和MAC地址；

或者，通过所述多个外部接口构造虚拟ARP请求，并通过所述交换芯片广播所述虚拟ARP请求以获取所述广域网接口的IP地址和虚拟MAC地址以及所述以太接口的IP地址和MAC地址

可理解地，网络设备在执行步骤S110之前，若未配置虚拟ARP表，便需要配置虚拟ARP表。其中，配置虚拟ARP表的方式可以为静态配置虚拟ARP表、动态创建虚拟ARP表中的其中一种或组合。

在静态配置虚拟ARP表时，通过网络设备中的处理器，从网络设备的当前网络拓扑中所有直连路由信息和网关信息，获取广域网接口的IP地址和虚拟MAC地址以及以太接口的IP地址和MAC地址。当前网络拓扑可理解为当前与网络设备直连的设备和该网络设备形成的链路拓扑，可以包括直连路由信息和网关信息。其中，广域网接口被赋予有虚拟MAC地址，该虚拟MAC地址可以根据实际情况进行设定。直连路由信息和网关信息可以根据实际情况进行确定。例如，直连路由信息可以包括与网络设备直连的设备的IP地址信息。网关信息可以包括与网络设备直连的网关的IP地址信息。如此，网络设备的处理器可以通过当前网络拓扑，获取到广域网接口的IP地址和虚拟MAC地址，以及以太接口的IP地址及MAC地址。最后，基于获取的IP地址和MAC地址、虚拟MAC地址等，创建虚拟ARP表。

在动态创建虚拟ARP表时，网络设备的多个外部接口中的部分或全部接口可以构造虚拟ARP请求，并通过交换芯片广播虚拟ARP请求以获取广域网接口的IP地址和虚拟MAC地址以及以太接口的IP地址和MAC地址。其中，每个广域网接口被赋予有相应虚拟MAC地址，虚拟MAC地址可以根据实际情况进行设定。例如，多个外部接口中的每个接口(为便于区分，发送虚拟ARP请求的接口可以称为入接口)，可以构造虚拟ARP请求，该虚拟ARP请求包括该接口的IP地址及MAC地址(当入接口为广域网接口时，源MAC地址即为虚拟的MAC地址)，以作为源地址。构造的虚拟ARP请求被二层交换芯片广播后，接收到虚拟ARP请求的接口(可以称为出接口)可以学习并存储ARP请求中的源IP地址和源MAC地址。另外，出接口可以对虚拟ARP请求进行响应，响应报文包括出接口的MAC地址和IP地址，其中，若出接口为广域网接口，则该MAC地址即为虚拟MAC地址。基于此，入接口可以从响应报文确定所有出接口的MAC地址和IP地址，然后基于得到的MAC地址和IP地址，创建得到虚拟ARP表。

创建得到的虚拟ARP表可以存储于接口的FPGA芯片中，以供FPGA芯片根据ARP表对接收的报文进行解析处理。

在本实施例中，虚拟ARP表可以动态学习与更新。例如，若存在IP地址和MAC地址失效，则从虚拟ARP表中删除失效的IP地址和MAC地址。若网络设备接入有新的设备，也就存在新的IP地址和MAC地址(或为虚拟MAC地址)，此时，可以将新的IP地址和MAC地址添加在虚拟ARP表中，实现更新，以提高虚拟ARP表的时效性。

作为一种可选的实施方式，方法还可以包括：当所述虚拟ARP表中不存在所述目的MAC地址时，则构造虚拟ARP请求报文并广播发送，将所述待转发报文转换为广播IP报文并通过所述交换芯片进行发送。

其中，通过虚拟ARP请求，可以获取网络中相应广域网接口的虚拟MAC，从而将相应的虚拟MAC添加在虚拟ARP表以作为目的MAC。后续转发时，可以从虚拟ARP表中查找到目的MAC，以实现二层转发。

作为一种可选的实施方式，在步骤S110之前，方法还可以包括：

将所述多个外部接口中的所有广域网接口的虚拟MAC地址添加到所述交换芯片的转发表中，其中，所述转发表用于供所述交换芯片确定转发所述待转发报文的对应的出接口。

可理解地，二层交换芯片中，存储有用于确定转发链路路径的转发表。转发表包括多个MAC地址。当广域网接口定义有虚拟MAC地址时，二层交换芯片可以在转发表中录入虚拟MAC地址，以使转发表中的MAC地址信息更全面。二层交换芯片在后续需要转发以太报文时，便可以从转发表中确定目的MAC地址，然后基于目的MAC地址进行转发。

为了便于理解数据转发的实现过程，下面将结合图1和图3，对数据转发的流程进行举例阐述，如下：

首先，假设二层交换芯片11包括接口port1、port2和port3三个接口，分别与第一广域网接口13的2POS接口、以太接口12的PC接口、第二广域网接口14的4POS接口连接。第一广域网接口13、第二广域网接口14及以太接口12中接口的映射关系可以如图3所示。

然后，基于图3所示的IP地址和MAC地址，配置虚拟ARP表。配置虚拟ARP表时，可以通过上述的静态配置虚拟ARP表，或动态创建ARP表。其中，第一广域网接口13、第二广域网接口14的MAC地址为虚拟MAC地址。

在静态配置虚拟ARP表时，网络设备可以直接基于网络设备的当前网络拓扑，得到第一广域网接口13、第二广域网接口14及以太接口12，获取到第一广域网接口13、第二广域网接口14及以太接口12各自的IP地址和MAC地址，从而创建得到如图1中的虚拟ARP表1、虚拟ARP表2和虚拟ARP表3。虚拟ARP表1、虚拟ARP表2和虚拟ARP表3分别存储于以太接口12、第一广域网接口13和第二广域网接口14中。

在动态创建ARP表时，第一广域网接口13、第二广域网接口14及以太接口12中的部分或所有接口，可以构造虚拟ARP请求。例如，第一广域网接口13构造虚拟ARP请求，该虚拟ARP请求中，源MAC为第一广域网接口13的虚拟MAC地址(00:01:7a:11:22:34)，目的MAC地址为广播，以太类型为0x0806。发送该虚拟ARP请求的源IP为第一广域网接口13的IP地址(192.168.2.1)。该虚拟ARP被发送至二层交换芯片11后，由二层交换芯片11进行广播。接收到该虚拟ARP请求的第二广域网接口14及以太接口12便可以从虚拟ARP请求中，学习并存储得到第一广域网接口13的IP地址及虚拟MAC地址，然后分别对ARP请求进行响应，发送的响应报文包括自身的IP地址和MAC地址。第二广域网接口14及以太接口12各自发送的响应报文被第一广域网接口13接收到后，第一广域网接口13便可以得到第二广域网接口14及以太接口12各自的IP地址和MAC地址。然后，第一广域网接口13的FPGA芯片，可以基于自身的IP地址、虚拟MAC地址，第二广域网接口14的IP地址、虚拟MAC地址，以及太网接口的IP地址、MAC地址，创建得到如图1所示的虚拟ARP表2。同样地，虚拟ARP表1、虚拟ARP表3可以通过类似的方式得到。虚拟ARP表1、虚拟ARP表2和虚拟ARP表3，分别存储于第一广域网接口13、第二广域网接口14和太网接口中。另外，二层交换芯片11可以在转发表中存储记录第一广域网接口13、第二广域网接口14和太网接口的MAC地址。

在完成虚拟ARP表的创建与配置后，若第一广域网接口13为入接口，第二广域网接口14为出接口时，报文的转发过程如下：

第一广域网接口13接收到原IP为192.168.2.1目的IP为192.168.3.1的IP报文时，第一广域网接口13的FPGA查询虚拟ARP表1，查找到192.168.3.1对应的MAC地址为00:01:7a:11:22:35，则去掉原始的广域网链路头部，封装原MAC为00:01:7a:11:22:34，目的MAC为00:01:7a:11:22:35，以太类型为0x0800或0x86dd的以太报文。然后将报文从2POS接口发送至二层交换芯片11的port1接口。二层交换芯片11在转发表中，查找到目的MAC为00:01:7a:11:22:35的出接口为port3，则将报文发送至port3接口，port3接口对应的第二广域网接口14收到报文后，判断该报文为IP报文且目的接口为第二广域网接口14的4POS接口，则根据IP数据的长度及4POS接口的链路信息，去掉以太封装并重新封装广域网链路头部，完成封装后将报文第二广域网接口14的POS PHY接口发送至广域网链路。反方向的报文转发流程与上述过程一致。若不是IP报文，则由网络设备的处理器15进行分析处理。

若以太接口12为入接口，第二广域网接口14为出接口时，报文的转发过程如下：

以太接口12接收到待转发报文后，将待转发报文通过PC接口发送至二层交换芯片11的接口port2。二层交换芯片11在转发表中，查找到目的MAC为00:01:7a:11:22:35的出接口为port3，则将报文发送至port3接口，port3接口对应的第二广域网接口14收到报文后，判断该报文为IP报文且目的接口为4POS接口，则根据IP数据的长度及4POS接口的链路信息，去掉以太封装并重新封装广域网链路头部，完成封装后将报文即为目标报文，目标报文便从第二广域网接口14的POS PHY接口发送至广域网链路。

若第二广域网接口14为入接口，以太接口12为出接口时，报文的转发过程如下：

当第二广域网接口14接收到原IP为192.168.3.1目的IP为192.168.1.1的IP报文时。第二广域网接口14的FPGA查询虚拟ARP表3，查找到192.168.1.1对应的MAC地址为00:01:7a:11:22:33，则去掉原始的广域网链路头部，封装原MAC为00:01:7a:11:22:35目的MAC为00:01:7a:11:22:33，以太类型为0x0800或0x86dd的以太报文，然后将报文发送二层交换芯片11的port2接口，二层交换芯片11在自身存储的转发表中，查找到目的MAC为00:01:7a:11:22:33的出接口为port2时，则将报文发送至port2，使得太网接口收到该报文后，将该报文输出至与以太接口12连接的PC设备，最终报文被PC设备收到，完成IP报文转发。

基于上述设计，方法通过构造虚拟ARP表并利用二层交换芯片的2层转发，可以实现广域网通道和广域网通道之间，以及广域网通道与直连以太通道之间的IP数据2层硬件快速转发。在数据转发过程中，能够减少网络设备处理器的处理压力，从而有利于提升IP数据转发的性能，降低通道互联的软硬件成本。

请参照图4，本申请实施例还提供一种数据转发装置200，可以应用于上述的网络设备中，用于执行方法中的各步骤。数据转发装置200包括至少一个可以软件或固件(Firmware)的形式存储于存储器中或固化在网络设备操作***(Operating System，OS)中的软件功能模块。处理器用于执行存储器中存储的可执行模块，例如数据转发装置200所包括的软件功能模块及计算机程序等。

数据转发装置200可以包括查找单元210、封装发送单元220及转发单元230，能够执行的操作步骤可以如下：

查找单元210，用于通过入接口接收外部设备发送的待转发报文，查找虚拟ARP表中是否存在与所述待转发报文的目的IP地址对应的目的MAC地址，所述虚拟ARP表包括所述多个外部接口中的广域网接口的虚拟MAC地址，所述入接口为所述多个外部接口中的一个广域网接口；

封装发送单元220，用于当所述虚拟ARP表中存在所述目的MAC地址时，去除所述待转发报文头部的广域网链路封装并封装为以太报文，将所述以太报文发送至所述交换芯片，并由所述交换芯片将所述以太报文发送至与所述目的MAC地址对应的出接口；

转发单元230，用于根据所述出接口的接口类型，对所述待转发报文进行转发。

可选地，转发单元230还可以用于：

当所述出接口为广域网接口时，去除来自所述交换芯片的所述以太报文的以太封装，并对去除以太封装后的待转发报文重新封装对应出接口的广域网链路头部，将封装后的所述待转发报文通过所述出接口进行转发；

当所述出接口为以太接口时，将来自交换芯片的所述以太报文通过所述出接口直接进行转发。

可选地，所述转发单元230还可以用于：

当所述虚拟ARP表中不存在所述目的MAC地址时，则构造虚拟ARP请求报文并广播发送，将所述待转发报文转换为广播IP报文并通过所述交换芯片进行发送。

可选地，数据转发装置100还可以包括获取单元及创建单元。在查找单元210查找虚拟ARP表中是否存在与所述待转发报文的目的IP地址对应的目的MAC地址之前，获取单元用于获取所述多个外部接口中的广域网接口的IP地址和虚拟MAC地址以及所述多个外部接口中以太接口的IP地址和MAC地址；创建单元用于根据所述广域网接口的IP地址和虚拟MAC地址，以及所述以太接口口的IP地址及MAC地址，创建所述虚拟ARP表。

可选地，获取单元还可以用于：

从所述网络设备的当前网络拓扑中所有直连路由信息和网关信息，获取所述广域网接口的IP地址和虚拟MAC地址以及所述以太接口的IP地址和MAC地址；

或者，通过所述多个外部接口构造虚拟ARP请求，并通过所述交换芯片广播所述虚拟ARP请求以获取所述广域网接口的IP地址和虚拟MAC地址以及所述以太接口的IP地址和MAC地址。

可选地，数据转发装置100还可以包括添加单元，用于将所述多个外部接口中的所有广域网接口的虚拟MAC地址添加到所述交换芯片的转发表中，其中，所述转发表用于供所述交换芯片确定转发所述待转发报文的对应的出接口。

在本实施例中，处理器15可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述处理器可以是通用处理器。例如，该处理器可以是中央处理器或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件，可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。

存储器16可以是，但不限于，随机存取存储器，只读存储器，可编程只读存储器，可擦除可编程只读存储器，电可擦除可编程只读存储器等。在本实施例中，存储器可以用于存储转发表、虚拟ARP表等。当然，存储器还可以用于存储程序，处理器在接收到执行指令后，执行该程序。

可以理解的是，图1所示的结构仅为网络设备的一种结构示意图，网络设备还可以包括比图1所示更多的组件。图1中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。

需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的网络设备的具体工作过程，可以参考前述方法中的各步骤对应过程，在此不再过多赘述。

本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质。计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当计算机程序在计算机上运行时，使得计算机执行如上述实施例中所述的数据转发方法。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现，基于这样的理解，本申请的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施场景所述的方法。

综上所述，本申请提供一种数据转发方法、装置及网络设备。方法应用于网络设备，网络设备包括基于二层转发的交换芯片及通过交换芯片连接的多个外部接口，多个外部接口包括至少一个广域网接口，方法包括：通过入接口接收外部设备发送的待转发报文，查找虚拟ARP表中是否存在与待转发报文的目的IP地址对应的目的MAC地址，虚拟ARP表包括多个外部接口中的广域网接口的虚拟MAC地址，入接口为多个外部接口中的一个广域网接口；当虚拟ARP表中存在目的MAC地址时，去除待转发报文头部的广域网链路封装并封装为以太报文，将以太报文发送至交换芯片，并由交换芯片将以太报文发送至与目的MAC地址对应的出接口；根据出接口的接口类型，对待转发报文进行转发。在本方案中，利用预先创建得到的虚拟ARP表，并基于二层交换芯片进行二层转发，有利于在广域网通道和广域网通道，以及在广域网通道和以太网通道之间进行数据转发时，由接口实现报文的封装处理，降低处理器的运算量，有利于提高数据转发的性能。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置、***和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置、***和方法实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的***、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种报文转发方法，其特征在于，应用于网络设备，所述网络设备包括基于二层转发的交换芯片及通过所述交换芯片连接的多个外部接口，所述多个外部接口包括至少一个广域网接口，所述方法包括：

通过入接口接收外部设备发送的待转发报文，查找虚拟ARP表中是否存在与所述待转发报文的目的IP地址对应的目的MAC地址，所述虚拟ARP表包括所述多个外部接口中的广域网接口的虚拟MAC地址，所述入接口为所述多个外部接口中的一个广域网接口；

当所述虚拟ARP表中存在所述目的MAC地址时，去除所述待转发报文头部的广域网链路封装并封装为以太报文，将所述以太报文发送至所述交换芯片，并由所述交换芯片将所述以太报文发送至与所述目的MAC地址对应的出接口；

根据所述出接口的接口类型，对所述待转发报文进行转发。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述出接口的接口类型，对所述待转发报文进行转发，包括：

当所述出接口为广域网接口时，去除来自所述交换芯片的所述以太报文的以太封装，并对去除以太封装后的待转发报文重新封装对应出接口的广域网链路头部，将封装后的所述待转发报文通过所述出接口进行转发；

当所述出接口为以太接口时，将来自交换芯片的所述以太报文通过所述出接口直接进行转发。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述虚拟ARP表中不存在所述目的MAC地址时，则构造虚拟ARP请求报文并广播发送，将所述待转发报文转换为广播IP报文并通过所述交换芯片进行发送。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，在查找虚拟ARP表中是否存在与所述待转发报文的目的IP地址对应的目的MAC地址之前，所述方法还包括：

获取所述多个外部接口中的广域网接口的IP地址和虚拟MAC地址以及所述多个外部接口中以太接口的IP地址和MAC地址；

根据所述广域网接口的IP地址和虚拟MAC地址，以及所述以太接口口的IP地址及MAC地址，创建所述虚拟ARP表。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，获取所述多个外部接口中的广域网接口的IP地址和虚拟MAC地址以及所述多个外部接口中以太接口的IP地址和MAC地址，包括：

从所述网络设备的当前网络拓扑中所有直连路由信息和网关信息，获取所述广域网接口的IP地址和虚拟MAC地址以及所述以太接口的IP地址和MAC地址；

或者，通过所述多个外部接口构造虚拟ARP请求，并通过所述交换芯片广播所述虚拟ARP请求以获取所述广域网接口的IP地址和虚拟MAC地址以及所述以太接口的IP地址和MAC地址。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

将所述多个外部接口中的所有广域网接口的虚拟MAC地址添加到所述交换芯片的转发表中，其中，所述转发表用于供所述交换芯片确定转发所述待转发报文的对应的出接口。

7.一种报文转发装置，其特征在于，应用于网络设备，所述网络设备包括基于二层转发的交换芯片及通过所述交换芯片连接的多个外部接口，所述多个外部接口包括至少一个广域网接口，所述装置包括：

查找单元，用于通过入接口接收外部设备发送的待转发报文，查找虚拟ARP表中是否存在与所述待转发报文的目的IP地址对应的目的MAC地址，所述虚拟ARP表包括所述多个外部接口中的广域网接口的虚拟MAC地址，所述入接口为所述多个外部接口中的一个广域网接口；

封装发送单元，用于当所述虚拟ARP表中存在所述目的MAC地址时，去除所述待转发报文头部的广域网链路封装并封装为以太报文，将所述以太报文发送至所述交换芯片，并由所述交换芯片将所述以太报文发送至与所述目的MAC地址对应的出接口；

转发单元，用于根据所述出接口的接口类型，对所述待转发报文进行转发。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述转发单元还用于：

当所述出接口为广域网接口时，去除来自所述交换芯片的所述以太报文的以太封装，并对去除以太封装后的待转发报文重新封装对应出接口的广域网链路头部，将封装后的所述待转发报文通过所述出接口进行转发；

当所述出接口为以太接口时，将来自交换芯片的所述以太报文通过所述出接口直接进行转发。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述转发单元还用于：

当所述虚拟ARP表中不存在所述目的MAC地址时，则构造虚拟ARP请求报文并广播发送，将所述待转发报文转换为广播IP报文并通过所述交换芯片进行发送。

10.一种网络设备，其特征在于，所述网络设备包括处理器、存储器、基于二层转发的交换芯片以及与所述交换芯片连接的多个外部接口，所述多个外部接口包括至少一个广域网接口，所述存储器内存储计算机程序，当所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述网络设备执行如权利要求1-6中任一项所述的方法。

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