[发明专利]实现数据流硬件转发的方法和系统以及网络路由设备

说明书

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种实现数据流硬件转发的方 法及系统，还涉及一种网络路由设备。

背景技术

目前的网络路由设备(比如交换机、路由器)大多采用分布式结构，通 过设置在各个接口板的硬件转发芯片进行数据流的转发，以高效的完成IP 层的转发任务；其中，常用的硬件转发芯片包括专用的ASIC(Application Specific Integrated Circuits，专用集成电路)以及NP(Network Processing， 网络处理器)。

虽然硬件转发芯片的采用能够提高IP层数据流转发的性能，但硬件 转发芯片对于IP层以上的业务，例如NAT(Network Address Translation， 网络地址转换)、NAT-PT(Network Address Translation-Protocol，网络 地址协议转换)、防火墙业务等，却无能为力。

随着网络业务的日益丰富和路由器、交换机功能的不断升级，被要 求在路由器、交换机中进行处理的业务越来越多；为了满足上述要求， 网络设备中必须相应配置专门的业务处理引擎，以实现对数据流的业务 处理。其中，业务处理引擎最简单有效的实现方式是在接口板上配置专 门进行业务处理的CPU；该CPU可以为多核CPU，或者，是一个能够实 现控制功能和业务处理功能的芯片。

在现有技术中，基于上述接口板CPU架构实现数据流转发的方案主 要有以下两种：

第一种，是利用硬件转发芯片的ACL(Access Control List，访问控 制列表)重定向技术，将符合条件的数据流重定向到接口板CPU，并在 CPU处理完成后重新发回硬件芯片进行三层的硬件路由转发；其原理如 图1A所示；

这种方案的缺陷在于，需要在接口板的每一个入接口处进行ACL重 定向配置(事实上，由于支持出接口ACL重定向的芯片不多，同时出接 口ACL重定向存在报文重复上送CPU的问题，因此现有ACL重定向一 般都在入接口处进行配置)。由于路由器/交换机支持大量的入接口，同 时设备管理人员也无从了解需要进行CPU处理的业务从哪一个入接口接 入，因此必须在每一个入接口都进行ACL配置，该项配置的工作量显然 非常庞大；特别是，每一个入接口下都固定存在一些默认的ACL原始配 置，当额外配置一些特殊的ACL进行流分类和重定向时，在硬件转发芯 片只支持一级ACL的情况下必然会影响到该入接口的原有ACL配置， 导致重定向失败甚至其它更为严重的后果。

第二种，是通过修改路由转发表，将发往接口板出接口的数据流转 发到CPU，由CPU在完成业务处理后根据软件路由表找到该出接口，由 出接口所在接口板的硬件转发芯片进行二层的封装和转发；其原理如图 1B所示；

这种方案虽然无需在大量的入接口处配置ACL，但却需要CPU参与 到数据流转发中来，降低了数据流硬件转发的效率。这是由于接口板硬 件转发芯片的路由转发表信息已经被修改，如果继续由硬件转发芯片来 进行三层路由转发，在目的IP没有变化的情况下，数据流会被重复上送 CPU，导致陷入死循环；因此，必须由转发表项没有被修改的CPU执行 路由的软件查找，然后由硬件转发芯片执行二层硬件转发；

CPU参与到数据流转发还导致了成本和复杂度的提高。具体而言， 由于CPU需要完成出接口路由查找，这就意味着该CPU必须保存有相 应接口板的路由表项信息；一种方案是在全部接口板上都设置CPU并记 录本接口板的路由信息，这样显然不利于成本的降低，也不利于对旧有 未设置CPU的接口板的再利用；另一种方案是将各个接口板的路由信息 集中到一个或几个接口板的CPU上，但想要支持这一功能，上述CPU 必须同步全局的出接口二层信息，因此存在一个复杂的全局接口信息同 步过程。

综上所述，现有技术在数据流硬件转发过程中面临这样一个难题， 即如何简便的实现从硬件转发芯片到接口板CPU的数据流发送，并在 CPU处理完成后重新由硬件转发芯片进行三层硬件转发。

发明内容

本发明的实施例旨在提供能够克服上述现有技术缺陷的数据流硬件转 发方案，以简便的实现数据流的硬件三层转发。