到套接口的網絡路由的製作方法

2023-04-27 04:14:16 1

專利名稱：到套接口的網絡路由的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及提供數據網絡中的層3轉發機制。
背景技術：
區域網(LAN)的現有拓撲通常包括作為層2協議的乙太網和作為層3協議的網際協議(IP) v4和v6。這種分層方法允許計算裝置使用可用的諸如IP、 IPX或Appletalk等的各種不同的層3協議進行通信。同樣，計算機當經由不同層2網絡(例如FDDI、令牌環或乙太網)被連接時可以使用諸如IP的單一層3協議進行通信。
被用來在端節點處建立通信路徑的IP協議(例如，ARP或ICMP)經受(例如，可能是針對作為層2域的同一子網中的主機而發起的)各種欺騙(spoofing)、中間人( man-in-the-middle)禾口拒絕月艮務攻擊，但是另~■方面，所述IP協議被諸如路由器之類的IP轉發裝置阻塞。並且，路由器的配置和路由協議的調整是非常錯綜複雜的過程。

發明內容
特定實施例中的方法可以包括在數據轉發域檢測數據流量；插入與所檢測到的數據流量相關聯的主機路由；以及更新與所述主機路由相關聯的轉發表。並且，特定實施例中的方法可以包括接收主機路由；從各自的子網默認路由器接收與子網相對應的子網路由條目；將主機路徑與子網路由路徑進行比較；以及當所述子網路由路徑與所述主機路徑不對應時， 安裝(install)所述主機路由。
特定實施例中的系統可以包括主機裝置；和數據轉發裝置，所述數 據轉發裝置被配置為在數據轉發域從所述主機裝置檢測數據流量；所述數 據轉發裝置還被配置為插入與所檢測到的數據流量相關聯的主機路由以及 更新與所述主機路由相關聯的轉發表。
特定實施例中的系統可以包括主機裝置；和數據轉發裝置，所述數 據轉發裝置被可操作地耦合到所述主機裝置，所述數據轉發裝置被配置為 從所述主機裝置接收主機路由，所述數據轉發裝置還被配置為從各自的子 網默認路由器接收與子網對應的子網路由條目，將主機路徑與子網路由路 徑進行比較，並且當所述子網路由路徑與所述主機路徑不對應時安裝所述 主機路由。
特定實施例中的系統可以包括用於在數據轉發域從主機裝置檢測數 據流量的裝置；用於插入與所檢測到的數據流量相關聯的主機路由的裝 置；以及用於更新與所述主機路由相關聯的轉發表的裝置。
在考慮以下對本發明和附圖的詳細說明之後，將理解本發明的這些和 其它特徵和優點。


圖1示出用於IP轉發域的示例系統； 圖2示出用於IP轉發優化的示例方法；
圖3示出用於檢測和通告(一個或多個)主機的示例方法； 圖4示出用於檢測和通告(一個或多個)主機的示例方法。
具體實施例方式
圖1是用於實行特定實施例的在配線櫃中所見的企業接入數據網絡的 框圖。參考圖1，在特定實施例中，整個網絡IOO包括多個層3 IP (網際 協議)轉發域(也被稱為路由到套接口的域)，每個層3 IP轉發域包括域 邊界路由器150A和150B。如圖1所示，域邊界路由器150A和150B又分別被連接到中間路由器140A和140B，並且中間路由器140A和140B又各 自被耦合到一個或多個IP轉發裝置130A、 130B、 130C和130D。還參考 圖1，還示出了多個端主機120A、 120B、 120C、 120D、 120E、 120F、 120G、 120H，在整個網絡100中，每個端主機被連接到IP轉發裝置 130A、 130B、 130C和130D之一。
以這種方式，參考圖1，在特定實施例中，每個層3 IP轉發域(路由 到套接口的域)包括域邊界路由器，所述域邊界路由器例如是將層3 IP轉 發域連接到企業網絡的其餘部分的交換機。並且，在特定實施例中的每個 域邊界路由器150A和150B分別被連接到層3 IP轉發域內的中間路由器 140A和140B，其中中間路由器140A和140B可以包括分發交換機 (distribution switch)。在特定實施例中的每個IP轉發裝置130A、 130B、 130C和130D可以包括接入交換機(access switch)，並且，每個 IP轉發裝置130A、 130B、 130C和130D被配置為用於分別耦合的主機 120A、 120B、 120C、 120D、 120E、 120F、 120G、 120H的第一跳層3 IP 轉發裝置。
還參考圖1，在特定實施例中，域邊界路由器150A和150B可以被配 置為連接到多於一個的層3 IP轉發域。即，域邊界路由器150A可以被連 接到中間路由器140A和140B兩者，並且，域邊界路由器150B可以被連 接到中間路由器140A和140B兩者。在一個方面中，如果域邊界路由器 150A或150B將多個層3 IP轉發域互連，則域邊界路由器150A或150B 上的接口與這多個層3 IP轉發域的所有層3 IP轉發域相關聯。
如以下將進一步描述的，特定實施例中的層3 IP轉發域中的IP轉發 裝置130A、 130B、 130C和130D、中間路由器140A和140B以及域邊界 路由器150A和150B被配置為運行路由協議來判定各自的域拓撲以及被連 接到各自的層3 IP轉發域的各自的主機120A、 120B、 120C、 120D、 120E、 120F、 120G、 120H。
IP轉發裝置的地址分配
在特定實施例中，層3IP轉發域以內的主機120A、 120B、 120C、120D、 120E、 120F、 120G、 120H和IP轉發裝置130A、 130B、 130C、 130D與一個或多個IP位址相關聯以用於發送和接收數據流量。在一個方 面中，主機120A、 120B、 120C、 120D、 120E、 120F、 120G、 120H和IP 轉發裝置130A、 130B、 130C和130D可以屬於由各自的層3 IP轉發域管 理的子網中的任何一個子網。
更具體而言，層3 IP轉發域中的每個IP轉發裝置130A、 130B、 130C 和130D需要該IP轉發裝置在該網絡內與之唯一地關聯的至少一個IP地 址。即，在特定實施例中，在層3 IP轉發域中， 一個IP位址被用作環回 接口 (loop back interface)並且各自的IP轉發裝置中的所有其它接口是未 編號的接口。為了將環回IP位址分配給IP轉發裝置，可以從子網預留一 塊地址(a block of addresses)。在一個方面中，這塊地址可以不是來自層 3IP轉發域的單一子網。實際上，在特定實施例中，當這塊地址從單一子 網被指派時，調試過程可以被簡化。
在特定實施例中，可以根據用戶配置或者通過使用DHCP或者通過來 自各個域邊界路由器的指派來指派IP轉發裝置的IP位址。更具體而言， IP轉發裝置可以在啟動時被配置IP位址。或者，IP轉發裝置可以被配置 為使用DHCP從網絡中的伺服器檢索IP位址。
此外，域邊界路由器可以被配置為當IP轉發裝置加入層3 IP轉發 域時，將IP位址指派到層3IP轉發域的IP轉發裝置。更具體而言，網絡 管理員可以給域邊界路由器配置一個或多個子網，所述子網將被用於特定 層3 IP轉發域中的所有IP轉發裝置。這樣，當域邊界路由器將IP位址指 派到IP轉發裝置時，該域邊界路由器在特定實施例中被配置為產生IP轉 發裝置的MAC地址與被指派的IP位址之間的映射。然後，所產生的映射 可被用來在IP轉發裝置重啟時提供同一 IP位址。
在另一方面中，管理員可以配置另一個環回IP位址以用於網絡管理目 的，將管理IP位址與操作IP位址分離。這種方法可以提供改善的故障診 斷和網絡安全。更具體而言，管理員可以配置該網絡使得只有管理IP位址 被允許遠程登錄(telnet)和其它目的。諸如接入控制列表(ACL)的其它 安全機制也可以被應用於管理IP位址。使用分離的用於網絡管理的IP位址，管理員可以給一個子網或一組IP位址配置活動路由器。
在特定實施例中，域邊界路由器150A、 150B被配置來自每個子網的 IP位址。在特定實施例中，如以下進一步所描述的，所述IP位址例如被 用來將IP位址從DHCP伺服器分別指派到一個或多個主機120A、 120B、 120C、 120D、 120E、 120F、 120G、 120H。
主機IP位址分配
如上所述，還參考圖1，層3IP轉發域中的每個主機120A、 120B、 120C、 120D、 120E、 120F、 120G、 120H與各自的層3 IP轉發域的子網之 一相關聯。在特定實施例中，主機120A、 120B、 120C、 120D、 120E、 120F、 120G、 120H可以被配置為例如通過用戶配置或經由DHCP伺服器 獲取IP位址。S口，在特定實施例中，網絡管理員可以在主機120A、 120B、 120C、 120D、 120E、 120F、 120G、 120H中各自的主機上手動配置 靜態IP位址。
或者，使用DHCP伺服器，主機120A、 120B、 120C、 120D、 120E、 120F、 120G、 120H可以被配置為使用DHCP協議來獲取各自的IP位址。 更具體而言，被各自耦合的IP轉發裝置130A、 130B、 130C和130D被配 置為DHCP中繼代理，其中，預定的提示值(hint value)被提供給DHCP 伺服器。特定實施例中的DHCP伺服器可以被配置為使用從IP轉發裝置 接收到的預定義的提示值來判定用於特定主機的合適的子網以及IP位址。 假定每個IP轉發裝置130A、 130B、 130C、 130D只有一個環回地址並且 可以是來自單一子網，則使用這樣的環回地址可以導致為層3IP轉發域 中的所有主機120A、 120B、 120C、 120D、 120E、 120F、 120G、 120H指 派來自單一子網的IP位址。
注意，在特定實施例中，層3 IP轉發域中的主機的IP位址必須屬於 層3 IP轉發域的子網之一。如果不是這種情況，則主機路由信息不被各自 的IP轉發裝置傳播遍及層3 IP轉發域。因此，在特定實施例中，IP轉發 裝置可以被配置為驗證被連接到IP轉發裝置的所有主機IP位址是被包含 在層3 IP轉發域以內的子網的部分。
9主機習得(learning)機制
為了將流量轉發給主機，特定實施例中的IP轉發裝置被配置為習得到 達給定層3 IP轉發域中的主機的路徑。S卩，在特定實施例中的IP轉發裝 置被配置為習得所有它的關聯主機，並且之後在整個層3 IP轉發域中傳播 主機關聯信息。在一個方面中，IP轉發裝置可以被配置為使用以下方法中 的一種或多種方法來執行主機習得機制(1)靜態配置，靜態配置提供 主機IP位址到層2重寫地址(例如，MAC地址)以及該主機被附接到的 埠和IP轉發裝置的綁定，(2)偵査(snoop)該主機和受信的DHCP服 務器之間的DHCP消息交換，(3)無線接入點(WAP)的主機資料庫， (4)被請求的ARP答覆分組檢測，(5)未被請求的/無償的ARP答覆， 或(6)從IP分組檢測習得源IP位址。
更具體而言，在特定實施例中，IP轉發裝置可以被配置為基於管理員 配置以及主機的IP位址到層3 IP轉發域中的交換機(例如，轉發裝置) 的埠的關聯，來習得關聯主機的信息。在這種方法中，管理員可以配置 主機的MAC地址，主機的MAC地址為相關聯的IP轉發裝置提供足夠的 信息以將流量轉發到所連接的主機。
使用DHCP偵查，當主機使用DHCP來獲取IP位址時，在特定實施 例中，分組被偵查並且MAC地址、IP位址和相關聯的埠之間的綁定被 各自的IP轉發裝置習得。可以使用無線接入點(WAP)和IP轉發裝置之 間的預定義控制信令，或者使用IP轉發裝置和負責處理無線裝置認證和關 聯的另一受信的實體(例如，諸如無線控制裝置)之間的控制信令來建立 WAP的主機資料庫。或者，在另一實施例中，在使用WAP主機資料庫的 情況下，無線接入點被配置為建立所有關聯主機的列表，所述關聯主機的 列表可以被用來習得關聯主機。在一個方面中，當無線接入點被配置作為 IP轉發裝置時，無線接入點可以使用指示關聯主機的列表的信息。或者， 無線接入點可以被配置為將指示關聯主機的列表的信息提供給該無線接入 點被連接到的IP轉發裝置。
在ARP答覆分組檢測被執行來判定主機的情況中，IP轉發裝置在特定實施例中可以被配置為通過針對層3 IP轉發域中的未知主機發布ARP 請求來啟動主機探測(host probe)。當響應於所發布的ARP請求的答覆 被接收到時，IP轉發裝置可以被配置為檢測所接收到的分組並且將該主機 與分組經其被接收到的埠關聯。
在另一實施例中，使用IP分組檢測，到達主機的主機路徑可以被層3 IP轉發域中的IP轉發裝置習得。例如，當分組在給定埠上從未知源被 接收到時，單播逆向路徑轉發(uRPF)可以被配置為觸發異常路徑
(exception path)並且將該分組發送給IP轉發裝置以用於主機習得(host learning) 。 IP轉發裝置可以被配置為如果主機屬於該主機管理的子網之 一，則IP轉發裝置習得該主機地址。然後，在該主機被習得後，該分組被 允許轉發到目的地主機。或者，IP源保衛(IP source guard)或IP埠安 全信息可以被用作習得該主機的源地址的激發器。並且，在另一個方面 中，可以針對在給定埠上習得的所有主機路由來安裝接入控制列表
(ACL)。對於新的主機，ACL可以被配置為檢測該分組並且將該分組發 送到IP轉發裝置以習得新的主機地址。
層3IP轉發域中的主機移動性
還參考圖1，在特定實施例中，所述一個或多個主機120A、 120B、 120C、 120D、 120E、 120F、 120G、 120H可以在層3 IP轉發域100中被酉己 置為從IP轉發裝置130A、 130B、 130C、 130D中各自的IP轉發裝置向IP 轉發裝置130A、 130B、 130C、 130D的另一個IP轉發裝置移動。在一個 方面中，當所述一個或多個主機120A、 120B、 120C、 120D、 120E、 120F、 120G、 120H從IP轉發裝置130A、 130B、 130C、 130D中各自的 IP轉發裝置向IP轉發裝置130A、 130B、 130C、 130D的另一個IP轉發裝 置移動時，不要求所述一個或多個主機120A、 120B、 120C、 120D、 120E、 120F、 120G、 120H獲取新的IP位址，只要所述一個或多個主機 120A、 120B、 120C、 120D、 120E、 120F、 120G、 120H是在層3 IP轉發 域100以內移動。結果，對於所述一個或多個主機120A、 120B、 120C、 120D、 120E、 120F、 120G、 120H，可以實現最小限度的連接性損失並且從而實現改善的移動性。
更具體而言，在特定實施例中，當所述一個或多個主機120A、
120B、 120C、 120D、 120E、 120F、 120G、 120H從IP轉發裝置130A、 130B、 130C、 130D中各自的IP轉發裝置向IP轉發裝置130A、 130B、 130C、 130D的另一個IP轉發裝置移動時，為所述一個或多個主機 120A、 120B、 120C、 120D、 120E、 120F、 120G、 120H建立兩條不同的 路徑以發送和接收來自另外的一個或多個主機120A、 120B、 120C、 120D、 120E、 120F、 120G、 120H的流量。特定實施例中的這兩個不同路 徑是下遊路徑和上遊路徑。
在一個方面中，所述下遊路徑允許流量被轉發給移動主機，在這種情 況中，IP轉發裝置130A、 130B、 130C和130D被配置為獲取該移動主機 的信息以將所述流量轉發給該移動主機，移動主機的信息例如是該移動主 機當前的位置和/或該移動主機到IP轉發裝置130A、 130B、 130C、 130D 中各自的IP轉發裝置的關聯。該移動主機到IP轉發裝置130A、 130B、 130C和130D中各自的IP轉發裝置的關聯使用一個或多個預定的路由協議 在層3 IP轉發域100 (圖1)中被傳播。並且，上述上遊路徑被配置為允 許該移動主機將流量發送給該網絡中的另外的一個或多個主機120A、 120B、 120C、 120D、 120E、 120F、 120G、 120H。
往回參考，在建立將數據流量轉發給該移動主機的下遊路徑時，IP轉 發裝置130A、 130B、 130C、 130D被配置為習得該移動主機到IP轉發裝 置130A、 130B、 130C和130D中各自的IP轉發裝置的關聯，所述關聯之 後根據預定義的路由協議在該網絡內被傳播。
更具體而言，該移動主機的第一跳IP轉發裝置被配置為在該移動主機 移進網絡IOO後習得該移動主機。通過第一跳IP轉發裝置的主機習得可以 是基於上述主機習得機制的。更具體而言，在特定實施例中，管理員或用 戶可以在各自的IP轉發裝置處靜態配置主機關聯信息。當該主機移動時， 管理員或用戶去除原有的經過配置的主機關聯信息並且在該主機已經移動 到的那個IP轉發裝置處重新配置所述關聯。
或者，使用DHCP偵查，主機可以被配置為當它從一個IP轉發裝
12置向另一個IP轉發裝置移動時，發送新的DHCP消息。然而，由於該主 機已經與IP位址相關聯，並且，層3IP轉發域100不要求移動主機獲取新 的IP位址，所以該移動主機不需要被配置為從DHCP伺服器更新或請求 IP位址。
在另一實施例中，IP轉發裝置可以被配置為當移動主機移動時，根 據無線接入點的主機資料庫習得該移動主機關聯。更具體而言，由於移動 主機在它能夠發送或接收數據之前與無線接入點相關聯，所以，當無線接
入點被配置為向層3 IP轉發域100中的相應IP轉發裝置提供主機資料庫
時，IP轉發裝置根據無線接入點的主機資料庫可以習得移動主機關聯。
在另一個方法中，當ARP請求被產生並且被發送到移動主機時，IP 轉發裝置可以被配置為根據對響應於ARP請求的ARP答覆分組進行檢測 來習得移動主機關聯。或者，如果該移動主機不需要在其發送出任何分組 之前接收數據流量，則該移動主機可以被配置為在它移到新的位置之後發 送分組，並且因此，該移動主機到各自的IP轉發裝置的關聯可以是基於對 IP分組的檢測的。
在移動主機移動到新的位置並且需要在它發送出任何分組之前接收數 據流量的情況中，主機探測或主機跟蹤可以被用來習得在新的位置移動主 機與IP轉發裝置的關聯。更具體而言，在主機探測的情況中，IP轉發裝 置可以被配置為將ARP請求發送給層3 IP轉發域100中已知和未知的主 機。響應於ARP請求，主機發送各自的ARP答覆，ARP答覆可以被第一 跳IP轉發裝置用來習得各自的主機IP位址。
在特定實施例中，IP轉發裝置可以被配置為當去往未知目的地(但 是屬於層3 IP轉發域100的子網中的一個子網)的分組在層3 IP轉發域 100中被檢測到時，啟動主機探測。在這種情況中，IP轉發裝置可以被配 置為將用於確認該未知目的地的有效性的請求發給層3 IP轉發域100中的 所有其它IP轉發裝置。當其它IP轉發裝置接收到用於確認該未知目的地 的有效性的請求時，IP轉發裝置在特定實施例中被配置為在所有主機埠 上發出ARP請求。因此，當ARP請求被接收到時，第一跳IP轉發裝置被 配置為習得該主機並且在層3 IP轉發域100中傳播主機關聯信息。在主機關聯信息被所有IP轉發裝置習得後，數據流量可以被直接發送給移動主 機。
在主機探測的泛洪(flood)基於大量具有未知目的地的分組而在層3 IP轉發域100以內擴散(proliferate)的情況中，ARP探測會被每個IP轉 發裝置130A、 130B、 130C和130D遏制(throttle)。在特定實施例中， 每個IP轉發裝置130A、 130B、 130C和130D和/或像140A、 140B、 150A 和150B之一那樣的中央裝置可以被配置為在產生主機探測之前或者在發 送ARP消息時進行遏制。
在另一實施例中，主機探測機制可以被用來檢測層3 IP轉發域100中 的主機的正確位置，並且還可以被用來去除層3 IP轉發域100中任何失去 時效的主機一IP轉發裝置關聯。S卩，當主機移動並且形成與另一 IP轉發 裝置的關聯時，對於該特定的主機，在層3 IP轉發域100中可能存在兩個 關聯。在這種情況中，特定實施例中的IP轉發裝置例如可以被配置為安裝 最新的主機關聯。為了去除失去時效的關聯，(之前與移動主機關聯和新 與移動主機關聯的)IP轉發裝置被配置為在它們各自的埠上發出ARP 請求。然後，未接收到ARP答覆的IP轉發裝置被配置為從層3IP轉發域 100撤銷關聯。
往回參考，在主機跟蹤被用來通過從層3 IP轉發域100去除失去時效 的關聯條目來實現主機移動性的情況中，IP轉發裝置被配置為在習得主機 的IP位址之後保持對該主機的跟蹤以判定該主機是被連接在層3 IP轉發 域100中。在特定實施例中，IP轉發裝置可以被配置為在其埠上向已知 主機發送出周期性更新(例如，ARP請求)。以這種方式，在特定實施例 中，可以通過當主機不對ARP消息進行響應時去除主機條目，而節約硬體 資源(這是因為沒有響應就表示主機已經失效(die)或移動)。並且，可 以避免主機條目的ARP老化。
往回參考，當一個或多個主機120A、 120B、 120C、 120D、 120E、 120F、 120G、 120H從IP轉發裝置130A、 130B、 130C、 130D中各自的 IP轉發裝置向IP轉發裝置130A、 130B、 130C、 130D的另一個IP轉發裝 置移動時，為一個或多個主機120A、 120B、 120C、 120D、 120E、 120F、
14120G、 120H建立上遊路徑以用於發送和接收來自另外的一個或多個主機 120A、 120B、 120C、 120D、 120E、 120F、 120G、 120H的流量。如上所 述，下遊路徑允許流量被轉發到移動主機，而上遊路徑允許該移動主機將 數據發送給另一個主機。要進行這些，特定實施例中的移動主機被配置為 建立ARP表格，所述ARP表格被配置為在移動主機的移動中原封不動。 即，只要移動主機是在層3 IP轉發域100中移動，則ARP表格被配置為 有效，並且因此，避免移動主機不得不發送出另一個ARP請求以及不得不 等待答覆並且隨著在層3 IP轉發域100中的每次移動而建立ARP表格。
例如，在移動主機能夠將數據分組發送給層3 IP轉發域IOO中的另一 個主機之前，移動主機需要知道如何到達另一個主機。如果另一個主機和 該移動主機駐留在同一子網中，則移動主機可以發送出ARP請求，尋找所 述另一主機。另一方面，如果所述另一主機駐留在不同子網中，則該移動 主機可以被配置為發送出尋找所述另一主機的子網的默認網關的ARP請 求。在來自另一主機或者默認網關的ARP答覆被接收到之後，該移動主機 在特定實施例中被配置為在本地表格中安裝ARP條目，所述ARP條目之 後被用來轉發流量。
在特定實施例中，默認網關的MAC地址被配置為當(正在接收來 自移動主機的流量的)其它主機在層3IP轉發域IOO中從一個IP轉發裝置 向另一個IP轉發裝置移動時，默認網關的MAC地址不改變。g卩，在特定 實施例中，另一主機的第一跳IP轉發裝置被配置為為層3IP轉發域IOO的 所有子網IP位址進行代理(proxy)。這使得主機在移動期間可以彼此進 行通信，而不改變它們的第一跳IP轉發裝置的表示。
更具體而言，在特定實施例中，代理ARP機制允許IP轉發裝置對IP 轉發裝置正作為其代理的所有ARP請求進行響應。例如，路由器可以被配 置一組子網地址並為所有這些子網地址進行代理。當來自子網中的主機之 一的ARP請求被接收到時，路由器可以被配置為發送出具有該路由器的 MAC地址的答覆。
在一個方面中，IP轉發裝置被配置為對層3 IP轉發域IOO所擁有的子 網中的所有主機地址進行代理。當針對屬於該IP轉發裝置的域的任何主機IP位址的ARP分組被接收到時，該IP轉發裝置被配置為用其MAC地址 進行答覆。因此，當移動主機正在尋找數據流量要被發往的另一個主機 時，不論另一主機的子網如何，該移動主機的第一跳IP轉發裝置都被配置 為用它的MAC地址進行響應。這允許移動主機到達另一主機而不考慮另 一主機的位置(流量目的地)。以這種方式，在特定實施例中，在該另一 主機在該域內移動期間，移動主機可以繼續與該另一主機進行通信而不改 變該移動主機的ARP表格。
此外，在特定實施例中的第一跳IP轉發裝置MAC地址被配置為當 移動主機在層3 IP轉發域100中從一個IP轉發裝置向另一個IP轉發裝置 移動時，第一跳IP轉發裝置MAC地址不改變。在一個方面中，這可以通 過使用用於所述IP轉發裝置的虛擬MAC地址來實現。
更具體而言，在特定實施例中，IP轉發裝置130A、 130B、 130C和 130D被配置為共享一個或多個虛擬MAC地址。只要IP轉發裝置接收用 於它的域的主機之一的ARP請求，虛擬MAC地址就被使用。如上所述， 由於代理ARP在所有IP轉發裝置130A、 130B、 130C和130D上被使 用，所以當ARP請求被接收到時，第一跳IP轉發裝置可以被配置為在其 ARP答覆中使用虛擬MAC地址。當主機移動時，主機可以被配置為繼續 使用虛擬MAC地址作為用於主機產生的所有分組的目的地MAC地址。 以這種方式，主機可以移動並且繼續發送流量而不改變該主機中的ARP表 格。
在特定實施例中，第一跳IP轉發裝置可以被配置為對於所有子網使用 單一的虛擬MAC地址。或者，第一跳IP轉發裝置可以被配置為對於每個 子網使用不同的虛擬MAC地址。在一個方面中，所述虛擬MAC地址可 以包括一組固定MAC地址或者已知的MAC地址。此外， 一個子網可以 被映射到具有固定前綴MAC地址的MAC地址。
以所述方式，在特定實施例中，上述代理ARP和虛擬MAC地址機制 可以被用來允許主機在與層3 IP轉發域100中的其它主機進行通信的同時 進行移動。
往回參考圖1，由於第一跳IP轉發裝置被配置為例如通過對所有ARP請求使用代理ARP和虛擬MAC地址對分組進行本地交換來在兩個子網間 路由數據分組，因此在特定實施例中，第一跳IP轉發裝置可以被配置為用 作默認網關。
路由傳播
為了在層3 IP轉發域100中轉發流量，IP轉發裝置130A、 130B、 130C、 130D和路由器140A、 140B、 150A、 150B需要知道主機到轉發器 的關聯。主機到轉發器的關聯向與該特定主機所連接到的這組(一個或多 個)轉發器相關的網絡100中的轉發裝置(交換機和路由器)的每一個轉 發裝置提供信息。在一個方面中，網絡100中的轉發裝置(交換機或路由 器)可以通過指派與其已經計算出的到達與該特定主機相關聯的(一個或 多個)轉發器的路徑相同的路徑而避免計算到該主機的路徑。轉發器路由 提供關於如何到達特定IP轉發裝置的信息，並且諸如IP轉發裝置的環回 接口和/或管理接口之類的IP位址被配置為使用所配置的路由協議來傳 播。此外，如上所述的主機關聯被配置為指示層3 IP轉發域100中的主機 到各自所連接的特定IP轉發裝置的關聯。S卩，為了將流量發送給特定主 機，流量被發送給與該主機相關聯的(例如，被直接連接到該主機的)IP 轉發裝置。在到該IP轉發裝置的路徑已知後，到關聯主機的路徑(或主機 路由)可以被確定並且被安裝在硬體中。
在特定實施例中，主機被配置為總是具有與特定IP轉發裝置的一個關 聯或路徑。另一方面，每個IP轉發裝置可以被配置多條路徑。這樣，在一 個方面中，根據不同的路徑信息，可以選擇合適的路由協議，或者可以恰 當地計算路由。此外，可以在層3 IP轉發域100中實現改善的可擴展性和 性能。例如，當存在鏈路狀態(通或斷，up or down)的改變時，可能只 需要關於IP轉發裝置路由的一個更新。在該更新被接收到之後，主機路由 可以改變或者不改變。類似地，當主機關聯改變時，只有關於那個主機的 一個更新需要被發送。
還是往回參考圖1，由於層3 IP轉發域100包括主機和轉發裝置，所 以域內的所有內部路由信息包括IP轉發裝置路由和主機關聯。域邊界路由
17器150A和150B可以被配置為通告該域外部的子網路由或者網絡地址。
在特定實施例中，開放路徑最短優先(OSPF)路由協議可以被用於 IP轉發裝置路由傳播。OSPF是提供網絡的完整拓撲的鏈路狀態路由協 議。在一個方面中，OSPF路由協議可以被配置為逐跳發送更新。艮卩， OSPF路由協議可以被配置為使用路由器鏈路來通告IP轉發裝置環回地 址。此外，增強內部網關路由協議(EIGRP)可以被用於IP轉發裝置路由 傳播。EIGRP是距離矢量協議並且提供處理網絡拓撲中的變化的有效方 式。此外，諸如中間系統對中間系統(ISIS)、內部邊界網關協議 (iBGP)等之類的其它協議可以被用於路由傳播。
還是參考圖1，在特定實施例中，層3 IP轉發域100中的每個IP轉發 裝置130A、 130B、 130C和130D被配置兩個模塊——主機關聯習得應用 和主機關聯傳播協議。在一個方面中，IP轉發裝置中的主機關聯習得應用 模塊被配置為例如根據上述主機習得機制來習得IP轉發裝置與各自的主 機之間的關聯。此外，主機關聯習得應用還可以被配置為使用預定協議在 該域中傳播關聯並且還從該域中的其它IP轉發裝置習得所有其它主機關 聯。
在如上所述主機關聯被習得之後，主機關聯習得應用可以被配置為判 定到該主機的實際路徑，在特定實施例中，到該主機的實際路徑與到產生 該主機關聯的IP轉發裝置的路徑相同。到該IP轉發裝置的路徑可以從傳 播IP轉發裝置路由的其它路由協議獲得。並且，主機關聯習得應用還可以 被配置為將主機路由安裝在IP轉發裝置的路由表中，並且還被配置為根據 例如域內的主機移動或者域內的重複IP位址判定在域內是否存在任何重複 關聯。如果存在重複的關聯，則IP轉發裝置和被通告的重複關聯需要如以 下所述來解決關聯。
當主機的重複關聯存在時，只有關聯中的一個關聯被判定有效。在產 生主機關聯的IP轉發裝置從另一個IP轉發裝置檢測到重複的主機關聯之 後，產生主機關聯的IP轉發裝置需要驗證它們與主機的關聯是否有效。如 果，該關聯不再存在，則該關聯從該網絡被撤銷。
艮口，在特定實施例中，主機探測發送ARP消息給主機，看該主機是否仍然被連接。如果沒有響應，則該關聯被認為不再有效，並且IP轉發裝置 被配置為撤銷之前被通告的主機關聯。另一方面，如果響應於該ARP消 息，該主機進行響應，則該主機關聯被判定有效。並且，如果沒有IP轉發 裝置撤銷關聯並且重複的條目仍然存在超過一預定的時間段(例如，根據 該域內的重複IP位址配置)，則錯誤狀態可被記入日誌或者被連接到該主 機的埠可被禁用。
往回參考，在特定實施例中的主機關聯傳播協議可以被配置為在IP轉
發裝置間轉發主機關聯並且將API提供給需要或者發送所述關聯的應用。
此外，根據特定實施例，內部邊界網關協議(iBGP)可以被用來在層 3 IP轉發域100中傳播主機路由。更具體而言，每個iBGP被配置為只通 告被直接連接的主機而不通告另外的其它主機路由。並且，通過建立與該 域內的每個其它IP轉發裝置的連接，iBGP過程可以被配置為更新所有其 它IP轉發裝置。並且，使用iBGP，所有的主機關聯可以被提供給能夠監 控重複主機路由的應用。
轉發表優化
如上所述，往回參考圖1，在層3 IP轉發域100中，數據分組是根據 主機路由被轉發的。每個IP轉發裝置被配置為將主機路由條目存儲在例如 軟體或硬體轉發表中。並且，在某些情況下，IP轉發裝置可以被配置為在 硬體轉發表中保持多個情境(例如，VRF)下的一個主機條目。在這樣的 情況中，硬體中所需要的條目數可以是層3 IP轉發域100中主機數的多 倍。此外，如果該域支持大量主機，則交換機的硬體表中的條目數增加。
因此，在特定實施例中，可以只有交換機硬體中需要的條目基於預定 的過程被跟蹤並且被維護。更具體而言，IP轉發裝置可以被配置為從該域 中的其它IP轉發裝置接收主機路由(關聯)，IP轉發裝置還可以被配置 為從相應的子網默認路由器接收用於每個子網的子網路由條目。在特定實 施例中，用於子網的默認路由器可以被配置為通告子網條目。
當安裝主機路由時，主機的所有的路徑(如果存在等價路徑則是多於 一條路徑)與不那麼具體的路由進行比較，所述不那麼具體的路由在特定實施例中可以是子網路由路徑。如果子網路由路徑與主機路徑(包括等價 路由)完全匹配，則主機路由不需要被安裝在轉發表中。由於不那麼具體 的或者子網路由路徑和間接的主機路由是經由分發交換機(140A或/和
140B)可到達的，所以第一跳IP轉發裝置可以不必安裝任何間接的主機 路由。這可以提供硬體轉發表中的條目數的大大節省。並且，層3IP轉發 域100的性能可以被改善，這是因為主機關聯中的改變不會引起硬體表的 更新。
在特定實施例中，除了第一跳IP轉發裝置之外，上述過程還可以被應 用於域邊界路由器150A、 150B。更具體而言，如上所述，域邊界路由器 150A、 150B可以經由分發交換機到達所有主機。對於每個子網，域邊界 路由器可以被配置為經由分發交換機設置路由(等價路由)。如果主機路 由是經由兩個分發路由都可達到的，則主機路由不需要被安裝。在一個方 面中，域邊界路由器150A、 150B可以需要只設置用於該域的所有子網的 子網地址。這提供了對域邊界路由器150A、 150B處的硬體和軟體轉發表 資源和處理資源的大大優化。
圖2是示出根據特定實施例的IP轉發優化的流程圖。參考圖2，在步 驟210， 一個或多個主機路由(關聯)被接收到。例如，在特定實施例 中，IP轉發裝置130A、 130B、 130C、 130D之一被配置為從其它IP轉發 裝置接收主機路由。此後，在步驟220， IP轉發裝置被配置為從相應的子 網默認路由器接收用於各個子網的子網路由條目。例如，在特定實施例 中，用於子網的默認路由器可以被配置為通告子網條目。
往回參考圖2，在步驟230，將主機路徑與子網路由路徑進行比較， 如果在步驟240判定默認路由路徑與相應的主機路徑相匹配，則例程終 止。換而言之，在特定實施例中，如果如上所述子網路由路徑與主機路徑 (包括等價路由)相匹配，則主機路由不被安裝在IP轉發裝置的硬體或軟 件轉發表中。換而言之，如果在步驟240判定子網路由路徑與相應的主機 路徑不匹配，則在步驟250，主機路由在轉發表中被更新。
由於子網路由路徑和所有的間接的主機路由都是經由分發交換機(例 如，下一級交換機)可到達的，所以特定實施例中的第一跳IP轉發裝置不
20必安裝任何間接主機路由，導致硬體轉發表中的條目數減少，並且改善了 IP轉發裝置的性能，這是因為例如主機關聯中的改變可能不引起硬體轉發 表項的更新。
圖3是示出根據特定實施例在IP轉發域中檢測和通告(一個或多個)
主機的流程圖。參考圖3，在步驟310，主機裝置被IP轉發裝置檢測到。 之後在步驟320，特定實施例中的IP轉發裝置被配置為插入與IP轉發域 中所檢測到的主機裝置相關聯的主機路由。然後，在步驟330，該主機路 由更新使用所配置的路由協議在整個該IP轉發域中被傳播。例如，在特定 實施例中，OSPF可以被用作用於在IP轉發域中傳播路由更新的路由協 議。
圖4是示出根據另一實施例在IP轉發域檢測和通告(一個或多個)主 機的流程圖。參考圖4，當被發往IP轉發域中的未知主機裝置的數據流量 在步驟410被例如子網路由器或IP轉發裝置檢測到時，在特定實施例中， 在第一輸入IP轉發裝置上，到IP轉發域中的其它IP轉發裝置的速率受限 的發現請求功能調用被觸發。
參考圖4，在步驟430，特定實施例中的IP轉發裝置被配置為發送相 應的ARP探測分組。之後，當對ARP探測分組的響應被IP轉發裝置之一 檢測到時，則如步驟450所示，主機路由被插入。之後，數據流量開始。 在特定實施例中，為了防止主機路由的老化，可以實現可配置的主機跟蹤 過程來跟蹤沉默的主機(silenthost)。
在另一實施例中，為了允許主機裝置在IP轉發裝置間的漫遊，並且為 了避免需要主機棧上的改變，IP轉發裝置可以被配置為在面向主機埠 (host facing port)上每子網共享單一虛擬MAC地址。這允許主機從一個 IP轉發裝置漫遊到另一個IP轉發裝置，而不需要刷新(flush)其ARP 表。此外，代理ARP可在所有的IP轉發裝置上被調整(tune)，以用用 於IP轉發域子網的虛擬MAC地址來對與該IP轉發域子網相關聯的任何 IP位址進行代理。
並且，如上所述，在特定實施例中，IP轉發裝置包括三類裝置域邊 界路由器、中間路由器和轉發裝置(可以是至少一個端主機所直接連接到
21例中，交換機可以被配置為包含上述三類 裝置的多個特徵和功能。
以上述方式，根據特定實施例，可以提供用於具有使用原有和子域
(sub-domain)路由協議的分布的路由器的層3轉發機制的方法和系統。 更具體而言，數據流量的轉發可以是基於用於子網的IP分組中的IPDA地 址的，在所述子網上，層3到套接口機制被使能。這樣，在特定實施例 中，VLAN不再跨越該網絡中的交換機，而是，不存在與子網相關聯的特 定VLAN。由於屬於該子網的主機可以存在於層3到套接口機制被使能的 網絡域中的任何位置，所以，主機路由只在該網絡域內被傳播，並且在層 3以外不被通告給套接口域。而是，在特定實施例中，只有子網在層3以 外被通告給套接口網絡域。
此外，在特定實施例中，使用層3機制的流量轉發提供最優的路徑轉 發，例如，沒有指數數據環路(exponential data loop)(具有TTL.hop計 數的分組)或多徑轉發，並且可以防止發往未知目的地的流量的洪泛。
並且，根據特定實施例，由於VLAN不再跨越交換機，環路不再被形 成，並且因此生成樹協議不必要了。以這種方式，在特定實施例中，在其 所有埠都被配置為執行層3到套接口機制的網絡交換機上，交換機的每 個埠可以被作為只包括那個埠的它自己的橋域(bridge domain)。 即，網絡交換機上的每個埠屬於對於那個交換機唯一的VLAN，或者網 絡交換機上的每個埠都是受保護的埠 (例如，邊緣隔離的私有 VLAN)。這又導致這樣的數據流量，所述數據流量不是在層3到套接口 網絡域中的埠之間被層2橋接的數據流量而是被路由的數據流量。
因此，在特定實施例中，提供用於具有使用原有和子域路由協議的分 布的路由器的層3轉發機制的方法和系統。以這種方式，可以在不需要另 外的硬體並且不需要提供數據分組格式改變的情況下，實現主動失敗恢復 (aggressive fail over)、有效的多徑轉發、提供對偵查的免疫性，並且還 提供對對網絡的偵査和/或洪泛攻擊的免疫性。此外，在特定實施例中，另 外的更高級的層3以及以上的網絡服務可以被推到網絡邊緣，例如多拓撲 路由(MTR)、虛擬路由和轉發(VRF)等。
22以這種方式，在特定實施例中，提供用於具有原有和子域路由協議的 分布路由器的層3轉發機制的方法。
因此，特定實施例可以包括在數據轉發域中檢測數據流量，插入與所 檢測到的數據流量相關聯的主機路由，並且更新與該主機路由相關聯的轉 發表。
數據流量可以從主機裝置被檢測到，並且該主機裝置可以是未知裝置。
在一個方面中，主機路由可以在數據轉發域中根據預定的路由協議被
傳播，所述預定的路由協議例如是開放路徑最短優先(OSPF)、增強內部 網關路由協議(EIGRP)、中間系統對中間系統(ISIS)、內部邊界網關 協議(iBGP)或預定的路由協議。
在特定實施例中，該方法還可以包括觸發速率受限的發現請求功能 調用。
在特定實施例中，方法包括接收主機路由、從各自的子網默認路由器 接收與子網相對應的子網路由條目，將主機路徑與子網路由路徑相比較， 並且當子網路由路徑與主機路徑不對應時設置主機路由。
在特定實施例中，當子網路由路徑與各個主機路徑沒有完全匹配時， 可以執行對主機路由的安裝。
在另一方面中，默認路由器可以被配置為通告子網條目。
在特定實施例中，系統包括主機裝置和數據轉發裝置，數據轉發裝置 被配置為在數據轉發域中從主機裝置檢測數據流量，數據轉發裝置還被配 置為插入與所檢測到的數據流量相關聯的主機路由並且更新與主機路由相 關聯的轉發表。
在特定實施例中，數據轉發裝置可以被配置為觸發速率受限的發現請 求功能調用。
在一個方面中，轉發表包括ARP表格。
在另一方面中，數據轉發表包括網絡交換機或網絡路由器中的一個或 多個。
在特定實施例中，系統包括主機裝置和數據轉發裝置，數據轉發裝置
23被可操作地耦合到主機裝置，數據轉發裝置被配置為從主機裝置接收主機 路由，並且數據轉發裝置還被配置為從各自的子網默認路由器接收與子網 相對應的子網路由條目，並且將主機路徑與子網路由路徑進行比較，並且 當子網路由路徑與主機路徑不相對應時安裝主機路由。
在另一方面中，數據轉發裝置可以被配置為當子網路由路徑與各個主 機路徑沒有完全匹配時，安裝主機路由。
默認路由器可以被配置為通告子網條目。在另一實施例中，用於提供 數據網絡路由轉發的系統可以包括用於在數據轉發域中從主機裝置檢測 數據流量的裝置，用於插入與所檢測到的數據流量相關聯的主機路由的裝 置，和用於更新與該主機路由相關聯的轉發表的裝置。
上述各種過程包括由主機120A、 120B、 120C、 120D、 120E、 120F、 120G、 120H、 IP轉發裝置130A、 130B、 130C、 130D、中間路由器 140A、 140B和域邊界路由器150A、 150B在數據網絡100中的軟體應用執 行環境中執行的過程，所述軟體應用執行環境包括結合圖4和圖5所述的 過程和例程，上述各種過程可以被實現為使用面向對象的語言開發的計算 機程序，面向對象的語言允許用模塊對象對複雜系統進行建模以創建表示 真實世界、物理對象和他們的關係的抽象概念。執行本發明過程所需要的 軟體可以由本技術領域的技術人員開發並且包括一個或多個電腦程式產 品，執行本發明過程所需要的軟體可以被存儲在IP轉發裝置130A、 130B、 130C、 130D、中間路由器140A、 140B和域邊界路由器150A、 150B的存儲器(未示出)中。
在不偏離本公開的範圍和精神的情況下，對特定實施例的結構和方法 的各種其它修改和更改對本領域技術人是顯而易見的。儘管結合具體的特 定實施例描述了本公開，但是應當理解，所要求保護的公開並不被過度限 制於這樣的特定實施例。希望所附權利要求限定本公開的範圍並且由其覆 蓋在這些權利要求及其等同物的範圍以內的結構和方法。
權利要求
1.一種方法，包括在數據轉發域中檢測數據流量；插入與所檢測到的數據流量相關聯的主機路由；以及更新與所述主機路由相關聯的轉發表。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述數據流量從主機裝置被檢 測到。
3. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述主機路由在所述數據轉發 域內被傳播。
4. 根據權利要求3所述的方法，其中，所述主機路由根據以下協議被 傳播開放路徑最短優先(OSPF)、增強內部網關路由協議(EIGRP)、 中間系統對中間系統(ISIS)、內部邊界網關協議(iBGP)或預定的路由 協議。
5. 根據權利要求1所述的方法，所述方法還包括觸發速率受限的發現 請求功能調用的步驟。
6. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述轉發表包括ARP表。
7. —種方法，包括 接收主機路由；從各自的子網默認路由器接收與子網相對應的子網路由條目； 將主機路徑與子網路由路徑進行比較；以及當所述子網路由路徑與所述主機路徑不對應時，安裝所述主機路由。
8. 根據權利要求7所述的方法，其中，當所述子網路由路徑與各自的 主機路徑沒有嚴格匹配時，執行所述安裝所述主機路由的步驟。
9. 根據權利要求7所述的方法，其中，所述默認路由器被配置為通告 子網條目。
10. —種系統，包括 主機裝置；和數據轉發裝置，所述數據轉發裝置被配置為在數據轉發域中從所述主機裝置檢測數據流量；所述數據轉發裝置還被配置為插入與所檢測到的數據流量相關聯的主機路由以及更新與所述主機路由相關聯的轉發表。
11. 根據權利要求10所述的系統，其中，所述主機裝置是未知裝置。
12. 根據權利要求IO所述的系統，其中，所述主機路由在所述數據轉 發域內被傳播。
13. 根據權利要求12所述的系統，其中，所述數據轉發裝置被配置為 根據預定的路由協議傳播所述主機路由。
14. 根據權利要求12所述的系統，其中，所述預定的路由協議包括 開放路徑最短優先(OSPF)、增強內部網關路由協議(EIGRP)、中間系 統對中間系統(ISIS)、內部邊界網關協議(iBGP)或預定的路由協議。
15. 根據權利要求IO所述的系統，其中，所述數據轉發裝置還被配置 為觸發速率受限的發現請求功能調用。
16. 根據權利要求10所述的系統，其中，所述轉發表包括ARP表。
17. 根據權利要求IO所述的系統，其中，所述數據轉發裝置包括網絡 交換機或網絡路由器中的一個或多個。
18. —種系統，包括 主機裝置；數據轉發裝置，所述數據轉發裝置被可操作地耦合到所述主機裝置， 所述數據轉發裝置被配置為從所述主機裝置接收主機路由，所述數據轉發 裝置還被配置為從各自的子網默認路由器接收與子網對應的子網路由條 目，將主機路徑與子網路由路徑進行比較，並且當所述子網路由路徑與所 述主機路徑不對應時安裝所述主機路由。
19. 根據權利要求18所述的系統，其中，所述數據轉發裝置還被配置 為當所述子網路由路徑與各自的主機路徑沒有嚴格匹配時安裝所述主機路 由。
20. 根據權利要求19所述的系統，其中，所述默認路由器被配置為通 告所述子網條目。
21. —種系統，包括用於在數據轉發域中檢測數據流量的裝置；用於插入與所檢測到的數據流量相關聯的主機路由的裝置；以及 用於更新與所述主機路由相關聯的轉發表的裝置。
全文摘要
在一個實施例中，提供了在數據轉發域從主機裝置檢測數據流量，插入與所檢測到的數據流量相關聯的主機路由，以及更新與所述主機路由相關聯的轉發表。
文檔編號G06F11/00GK101517544SQ200780035121
公開日2009年8月26日 申請日期2007年8月30日 優先權日2006年10月5日
發明者圭納納普拉卡薩姆·潘迪安, 斯科特·艾莫瑞, 波利娜·舒恩, 納溫德拉·亞達夫, 繆若裡·達科斯瓦瑞, 詹姆斯·理沃斯 申請人:思科技術公司