專利名稱：一種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中央處理器負(fù)載保護(hù)方法
所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(IP)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行保護(hù)方法，屬于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域。
由于硬件轉(zhuǎn)發(fā)引擎的報(bào)文處理能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于運(yùn)行在中央處理器上軟件的報(bào)文處理能力，如果缺乏路由信息的報(bào)文很多，就會(huì)出現(xiàn)大量的報(bào)文涌入中央處理器的情況，導(dǎo)致其負(fù)載超出處理能力，影響整個(gè)交換機(jī)設(shè)備正常運(yùn)行。即使采用某些方法例如將報(bào)文處理過程的優(yōu)先級在軟件中設(shè)置為最低，這樣可以使其他軟件功能得到資源繼續(xù)運(yùn)行，但這時(shí)仍然存在控制報(bào)文淹沒問題即軟件在報(bào)文大幅度過載時(shí)，通常只能隨機(jī)拋棄大部分報(bào)文，使得夾雜在大量數(shù)據(jù)報(bào)文中的少量控制報(bào)文被按比例拋棄，只有很少量的控制報(bào)文可以得到處理；這時(shí)路由協(xié)議、遠(yuǎn)程管理等功能基本上完全失效；特別是在硬件轉(zhuǎn)發(fā)引擎不能區(qū)分控制報(bào)文并提供較高的處理優(yōu)先級時(shí)，問題就變得更加突出了。
中國專利96107168.0提出了使用硬件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高效率的分組報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。本方法則在96107168.0提出的硬件設(shè)備承擔(dān)主要轉(zhuǎn)發(fā)處理的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了針對中央處理器負(fù)載問題的優(yōu)化方法。
發(fā)明目的本發(fā)明針對由于缺乏路由信息而導(dǎo)致大量報(bào)文涌入三層交換機(jī)中央處理器的問題，提出利用拋棄路由加以自動(dòng)抑制的方法。本方法可以在不修改硬件設(shè)計(jì)的情況下妥善解決中央處理器過載和控制報(bào)文淹沒問題。發(fā)明的技術(shù)方案造成硬件轉(zhuǎn)發(fā)引擎將報(bào)文交軟件的原因主要是缺乏路由信息，而硬件路由表缺少路由的原因有1)硬件路由表采用了緩存技術(shù)，即只保存了部分路由信息，需要在查找失敗時(shí)由軟件提供路由；2)整個(gè)系統(tǒng)缺乏路由信息；3)軟件有路由信息，但由于下一跳地址解析協(xié)議(ARP)解析不成功，路由不能使用；4)硬件路由表出現(xiàn)異常，路由數(shù)據(jù)與軟件路由表失去同步。
其中第1)種和第4)種情況的后果都不嚴(yán)重軟件系統(tǒng)在這時(shí)應(yīng)該盡快提交路由，之后硬件轉(zhuǎn)發(fā)引擎可以進(jìn)入正常工作，送到中央處理器的報(bào)文流也將停止；在第2)種情況下，通常軟件只是通過互聯(lián)網(wǎng)控制消息協(xié)議(ICMP)返回一個(gè)“目的地不可達(dá)”信息并拋棄這個(gè)報(bào)文；第3)種情況下軟件會(huì)繼續(xù)做ARP解析，同時(shí)拋棄報(bào)文。2)和3)兩種情況軟件都沒有對轉(zhuǎn)發(fā)引擎采取任何措施，如果報(bào)文持續(xù)發(fā)送到交換機(jī)，就會(huì)繼續(xù)被送到中央處理器，構(gòu)成對軟件處理能力的威脅。
根據(jù)上述情況，本發(fā)明提出的技術(shù)方案如下硬件轉(zhuǎn)發(fā)引擎的設(shè)計(jì)不做修改，仍然將缺乏路由信息的報(bào)文交軟件處理，這樣可以保證緩存維護(hù)和ARP等功能的正常執(zhí)行。軟件在得到標(biāo)志為“缺乏路由”的報(bào)文后應(yīng)立刻檢索軟件路由表，如果得到可用路由，并且下一跳地址已經(jīng)ARP解析成功，則立刻提交到硬件路由表。
參見圖2拋棄路由生成處理流程圖如果得到路由，但下一跳地址還沒有解析成功，則向硬件路由表提交一個(gè)特殊路由，它的目的地址是路由的目的地址，也可以是報(bào)文的目的主機(jī)地址，這種路由在硬件路由表中即為拋棄路由。拋棄路由的下一跳地址可以任意設(shè)置，不起任何作用。拋棄路由設(shè)置到硬件路由表后，相關(guān)的報(bào)文將被轉(zhuǎn)發(fā)引擎拋棄，不會(huì)再大量涌入中央處理器，從而達(dá)到保護(hù)中央處理器的作用。如果硬件路由表不支持拋棄選項(xiàng)，則可以通過設(shè)置一個(gè)不存在的出接口等方法使轉(zhuǎn)發(fā)引擎拋棄匹配到這個(gè)路由的報(bào)文。在沒有找到軟件路由時(shí)，也生成一個(gè)拋棄路由并提交到轉(zhuǎn)發(fā)引擎。路由的目的地址是報(bào)文的目的主機(jī)地址。
由于路由和地址解析的情況會(huì)動(dòng)態(tài)變化，拋棄路由不能永久有效，應(yīng)該在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)刪除，恢復(fù)正常的轉(zhuǎn)發(fā)處理。本方法提出的恢復(fù)機(jī)制包括超時(shí)刪除、路由改變刪除和地址解析成功刪除三個(gè)部分，參見圖3拋棄路由刪除處理流程圖1)超時(shí)刪除即對每個(gè)拋棄路由的有效時(shí)間加以限制。當(dāng)拋棄路由存在的時(shí)間超過一定期限后則刪除它。這樣可以保證在產(chǎn)生拋棄路由后不超過這個(gè)期限，就可以進(jìn)行正常轉(zhuǎn)發(fā)，而且可以避免缺乏路由的報(bào)文停止很長時(shí)間后拋棄路由還滯留在系統(tǒng)中，浪費(fèi)系統(tǒng)資源。期限的選擇要適中，太短則報(bào)文被抑制的時(shí)間過短，導(dǎo)致軟件反復(fù)處理報(bào)文和拋棄路由，仍然占用很多系統(tǒng)資源；期限過長則可能會(huì)使沒有必要的拋棄路由存在太長時(shí)間；期限的合理值應(yīng)根據(jù)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)定位和處理能力適當(dāng)選擇。
2)路由改變刪除則是在系統(tǒng)產(chǎn)生新的路由時(shí)檢查當(dāng)前的拋棄路由表，如果發(fā)現(xiàn)有被抑制的地址被新路由包含，說明這個(gè)地址這時(shí)可以進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，則刪除這個(gè)拋棄路由。
3)地址解析成功刪除則是針對有路由但地址解析失敗而生成的拋棄路由。當(dāng)ARP協(xié)議成功解析一個(gè)地址時(shí)應(yīng)檢查當(dāng)前的拋棄路由表，發(fā)現(xiàn)有相關(guān)的拋棄路由則刪除。
以上三種刪除機(jī)制中，路由改變刪除和地址解析成功刪除可以解決拋棄路由刪除問題，但結(jié)合上超時(shí)刪除則更為可靠。超時(shí)刪除也可以單獨(dú)使用，但報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)的恢復(fù)速度會(huì)受一些影響。拋棄路由被刪除后，如果對應(yīng)的報(bào)文流還存在，就會(huì)被轉(zhuǎn)發(fā)引擎作為缺乏路由的報(bào)文交軟件，軟件則提交路由形成正常轉(zhuǎn)發(fā)，或再次生成拋棄路由繼續(xù)抑制。
采用本方法，需要拋棄的報(bào)文在達(dá)到中央處理器后很短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生拋棄路由，使報(bào)文被抑制。中央處理器只會(huì)在這個(gè)短暫時(shí)間內(nèi)增大負(fù)荷，但很快就會(huì)降低到正常水平。由于報(bào)文的抑制是按目的地址精確執(zhí)行的，不該被抑制的控制報(bào)文(目的地址為設(shè)備本地地址或組播、廣播地址)可以順利得到軟件處理，從而解決了控制報(bào)文淹沒問題。有益效果本方法通過使用拋棄路由，可以有效抑制缺乏路由的報(bào)文被轉(zhuǎn)發(fā)引擎大量發(fā)送到中央處理器，解決中央處理器過載和控制報(bào)文淹沒問題，從而提高系統(tǒng)的安全性和可用性。三種恢復(fù)機(jī)制結(jié)合使用可以保證系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，對正常轉(zhuǎn)發(fā)沒有不良影響。此方法設(shè)計(jì)較簡單，容易實(shí)現(xiàn)，實(shí)施成本低，效果優(yōu)良，并且不要求修改硬件轉(zhuǎn)發(fā)引擎的設(shè)計(jì)。
本方法可以應(yīng)用于IPV4和IPV6網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，可應(yīng)用的設(shè)備包括IP網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各種使用硬件轉(zhuǎn)發(fā)引擎的設(shè)備，如三層交換機(jī)、高端路由器、IP網(wǎng)關(guān)等。
說明書


圖1單播路由相關(guān)結(jié)構(gòu)2拋棄路由生成處理流程3拋棄路由刪除處理流程圖當(dāng)由于ARP地址解析失敗生成拋棄路由時(shí)，在拋棄路由表的第一維查找下一跳地址記錄，如果不存在則創(chuàng)建拋棄路由；再將目的地址記錄加到這個(gè)下一跳記錄之下的第二維鏈表中，并為它啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器，超時(shí)時(shí)間為拋棄路由有效期限，取值20秒。拋棄路由地址可以用一個(gè)特殊值代替，例如地址0.0.0.0或地址255.255.255.255。然后將這個(gè)拋棄路由提交到硬件路由表，抑制對應(yīng)的報(bào)文繼續(xù)發(fā)送到中央處理器。
當(dāng)ARP協(xié)議解析到一個(gè)IP地址時(shí)，如果在拋棄路由表的第一維鏈表中找到這個(gè)IP地址，則刪除它下屬的所有目的地址拋棄路由記錄，并從硬件路由表刪除；當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)新的路由時(shí)，如果在拋棄路由表中找到可以匹配這個(gè)路由的目的地址，則將這個(gè)拋棄路由從硬件路由表刪除，并刪除拋棄路由表中的記錄；當(dāng)拋棄路由定時(shí)器超時(shí)后，將對應(yīng)的拋棄路由從硬件路由表刪除，并刪除拋棄路由表中的記錄。
測試表明本方法的有效性十分顯著。當(dāng)交換機(jī)設(shè)備遭到缺乏路由信息的報(bào)文以每秒2萬包的流量沖擊時(shí)，如果不采取措施會(huì)導(dǎo)致交換機(jī)中央處理器占用率達(dá)到100％，很多重要功能受到影響，并且路由協(xié)議和遠(yuǎn)程管理功能都陷于癱瘓。而采用此方法后，中央處理器占用率只在2毫秒左右的瞬間升高，隨后降低到5％左右的正常水平。統(tǒng)計(jì)表明實(shí)際到達(dá)中央處理器的此類報(bào)文在10到20個(gè)左右，然后就被抑制，對系統(tǒng)的沖擊很小。路由協(xié)議和遠(yuǎn)程管理功能都沒有受到影響。通過配置或由路由協(xié)議產(chǎn)生路由后，報(bào)文可以立刻進(jìn)入正常轉(zhuǎn)發(fā)。
權(quán)利要求
1.一種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中央處理器負(fù)載保護(hù)方法，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中由軟件實(shí)現(xiàn)路由管理維護(hù)、遠(yuǎn)程管理等功能，報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)由硬件轉(zhuǎn)發(fā)引擎進(jìn)行；如果硬件轉(zhuǎn)發(fā)引擎缺乏路由信息，則將報(bào)文交軟件做進(jìn)一步處理，成為三層交換機(jī)中央處理器上的載荷；軟件在得缺乏路由的報(bào)文后檢索軟件路由表，如果得到可用路由，并且下一跳地址解析成功，則將其提交到硬件路由表，其特征在于采用自動(dòng)生成拋棄路由，抑制不必要的上交中央處理器的報(bào)文流，達(dá)到防止中央處理器負(fù)荷過載的目的；拋棄路由是填寫在硬件轉(zhuǎn)發(fā)路由表中的一種特殊路由，拋棄路由的下一跳地址和出接口信息可以任意設(shè)置，轉(zhuǎn)發(fā)引擎應(yīng)拋棄匹配到這個(gè)路由的所有報(bào)文；生成拋棄路由后，軟件將這些拋棄路由信息記錄在拋棄路由表里，并且將其盡快填寫到硬件轉(zhuǎn)發(fā)路由表，從而抑制此類報(bào)文繼續(xù)進(jìn)入中央處理器；當(dāng)拋棄路由信息動(dòng)態(tài)變化時(shí)，由軟件對拋棄路由表進(jìn)行動(dòng)態(tài)維護(hù)，并且相應(yīng)對硬件轉(zhuǎn)發(fā)路由表里的拋棄路由進(jìn)行維護(hù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中央處理器負(fù)載保護(hù)方法，其特征在于生成拋棄路由的條件是軟件發(fā)現(xiàn)某個(gè)報(bào)文沒有可匹配的路由時(shí)，這時(shí)將報(bào)文的目的地址作為拋棄路由的目的地址。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中央處理器負(fù)載保護(hù)方法，其特征在于生成拋棄路由的條件是軟件發(fā)現(xiàn)某個(gè)報(bào)文有匹配的路由，但路由的下一跳IP地址做鏈路層地址解析失敗，這時(shí)將匹配路由的目的地址或報(bào)文的目的地址作為拋棄路由的目的地址。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一權(quán)利要求之一所述的中央處理器負(fù)載保護(hù)方法，其特征在于拋棄路由需要?jiǎng)h除的條件是拋棄路由的有效時(shí)間超時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一權(quán)利要求之一所述的中央處理器負(fù)載保護(hù)方法，其特征在于拋棄路由需要?jiǎng)h除的條件是軟件得到新的可用路由，并且新路由目的地址等于或包含了拋棄路由的目的地址。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一權(quán)利要求之一所述的中央處理器負(fù)載保護(hù)方法，其特征在于拋棄路由需要?jiǎng)h除的條件是軟件的地址解析協(xié)議成功解析到可用路由的下一跳地址，并且可用路由的目的地址等于或包含了拋棄路由的目的地址。
全文摘要
本發(fā)明涉及互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)通信中一種中央處理器負(fù)載保護(hù)方法。在三層交換機(jī)等設(shè)備中，正常的報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)通常由硬件轉(zhuǎn)發(fā)引擎完成，不能處理的報(bào)文則交中央處理器由軟件處理。在某些情況下會(huì)出現(xiàn)大量硬件轉(zhuǎn)發(fā)引擎不能處理的報(bào)文，于是導(dǎo)致中央處理器負(fù)荷過載，影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。本方法利用動(dòng)態(tài)生成的拋棄路由，可有效抑制此類報(bào)文上交軟件，從而提高系統(tǒng)的安全性和可用性。該方法可應(yīng)用于采用硬件轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)的三層交換機(jī)、高端路由器等IP轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。
文檔編號(hào)H04Q3/545GK1411230SQ0213144
公開日2003年4月16日 申請日期2002年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月14日
發(fā)明者龔志波, 任成珺 申請人:北京港灣網(wǎng)絡(luò)有限公司