基于BCM56024靜態(tài)路由三層轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)現(xiàn)

摘 要：文章通過(guò)對(duì)三層交換原理以及BCM56024交換芯片三層模塊的闡述，主要描述了在BCM56024交換芯片上實(shí)現(xiàn)三層轉(zhuǎn)發(fā)的方法。其中著重描述了BCM56024交換芯片中三層包流以及三層表項(xiàng)的內(nèi)容和三層表項(xiàng)之間的聯(lián)系，最后給出了實(shí)現(xiàn)三層靜態(tài)路由轉(zhuǎn)發(fā)的方法和實(shí)例。

關(guān)鍵詞：交換；包流；三層交換；三層表項(xiàng)

1 概述

第三層交換是相對(duì)于傳統(tǒng)交換概念而提出的，它在網(wǎng)絡(luò)模型中的第三層實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)包的高速轉(zhuǎn)發(fā)。第三層交換技術(shù)將第二層交換機(jī)和第三層路由器兩者的優(yōu)勢(shì)結(jié)合成為一個(gè)有機(jī)的整體，是一種利用第三層協(xié)議中的信息來(lái)加強(qiáng)第二層交換功能的機(jī)制，是新一代局域網(wǎng)路由和交換技術(shù)，也稱為IP交換技術(shù)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，三層交換技術(shù)就是：二層交換技術(shù)+三層轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。通過(guò)使第二層與第三層相互關(guān)聯(lián)起來(lái)，第三層交換可在網(wǎng)絡(luò)中各層次提供線速交換性能。這種集成化的方式不僅保留了二層交換機(jī)的許多功能和特性，如Trunk、VLAN和安全等，還引進(jìn)了三層以上特有的路由、流量控制處理和策略管理等多種功能。

2 BCM56024交換芯片三層包流

2.1 BCM56024系列L3層包流

BCM56024系列L3層包流示意圖如下：

3層交換的目的是能夠讓包從一個(gè)VLAN發(fā)送到另一個(gè)VLAN。不像2層交換，3層交換是基于包的目的IP地址，而不是MAC_DA地址。為了讓設(shè)備能夠進(jìn)行3層交換，L3_Enable位必須置1。當(dāng)包進(jìn)行到MAC_DA查找時(shí)，在L2_User_Entry或者L2_Entry_Table表中找到需要項(xiàng)，并且L3_Enable位置1，則將該包發(fā)往L3 logic處理，否則交往L2 logic處理L3 logic第一步是SIP查找，查找L3_ENTRY表。如果沒(méi)有查到，則沒(méi)有hit bit置1，繼續(xù)查找DIP。如果SIP找到，設(shè)備會(huì)更新L3_Hit_bit。下一步是查找DIP。設(shè)備根據(jù)包含在IPv4格式數(shù)據(jù)包里的DIP查找Layer 3 table（這張表一般是給直連主機(jī)用的）。如果找到了地址，則會(huì)得到目的端口，下一跳MAC地址以及包含了router MAC 地址和出端口VLAN的L3 interface table的index。如果在L3表上未找到，則硬件將查找L3 LPM表。最長(zhǎng)前綴匹配（LPM）算法是匹配最長(zhǎng)subnet。如果找到，會(huì)得到index、NEXT_PTR，回到L3表獲得目的端口，下一跳MAC地址以及L3 interface table的index。

2.2 BCM56024系列L3表項(xiàng)部分內(nèi)容

2.2.1 L3_ENTRY_IPV4_UNICAST

其中，每一項(xiàng)的解釋如下：

（1）0-31位是IP地址，目的IP地址。

（2）64位置1是指IPv6的，所以這里必須要置0。

（3）65位置1是指IP組播的，所以這里必須要置0。

（4）66-77位是指的VLAN_ID。

（5）78-89位指示的是這個(gè)表項(xiàng)對(duì)應(yīng)的下一跳那張表的索引項(xiàng)。當(dāng)這個(gè)表項(xiàng)的目的IP命中后，系統(tǒng)根據(jù)這個(gè)索引值在下一跳的表中找到對(duì)應(yīng)的下一跳信息。

（6）90位是Remap優(yōu)先級(jí)使能位。

（7）91-93位是優(yōu)先級(jí)，指示這個(gè)報(bào)文的優(yōu)先級(jí)。

（8）94位如果置1的話是指：如果輸入報(bào)文的目的IP地址與這個(gè)表項(xiàng)中設(shè)置的IP地址匹配了，則丟棄該報(bào)文，僅適用于L3單播。

（9）95-100位是VRF_ID。

（10）101位置1指示這個(gè)表項(xiàng)是有效的。

（11）102位應(yīng)該是偶校驗(yàn)。

（12）103位是命中標(biāo)志。

2.2.2 EGR_L3_NEXT_HOP

其中，每一項(xiàng)的解釋如下：

（1）0-11位是L3_INTF table的索引。

（2）12-59位是MAC地址，3層交換將根據(jù)這個(gè)條目替換數(shù)據(jù)包的目的MAC地址。

（3）60位為偶校驗(yàn)。

2.2.3 EGR_L3_INTF

其中，每一項(xiàng)的解釋如下：

（1）0-2位是隧道索引，如果用不到就填0。

（2）3位置1指示的是輸入報(bào)文必須進(jìn)行二層交換并且二層修改必須完成。

（3）4-15位是VLAN_ID。

（4）16-63位是MAC地址，用該MAC地址替換輸入報(bào)文的源MAC地址。

（5）64-71位是TTL開(kāi)始。

（6）72位是偶校驗(yàn)。

2.2.4 ING_L3_NEXT_HOP

其中，每一項(xiàng)的解釋如下：

（1）0位是隧道類型，這一位與隧道封裝有關(guān)，置1對(duì)報(bào)文進(jìn)行三層交換的隧道封裝。

（2）1-7位指的是下一跳的端口號(hào)。

（3）8-11位是下一跳的模塊號(hào)。

（4）12-23位是下一跳的VLAN_ID。

（5）24位是偶校驗(yàn)。

2.3 BCM56024系列L3表項(xiàng)關(guān)系

圖6抽象地描述了BCM56024系列L3表項(xiàng)之間的關(guān)系：

3 實(shí)驗(yàn)拓?fù)浼敖Y(jié)果分析

3.1 實(shí)驗(yàn)拓?fù)湓O(shè)定

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)該實(shí)驗(yàn)拓?fù)溥M(jìn)行50000包UDP報(bào)文的反復(fù)發(fā)送，在接收端PC上的網(wǎng)絡(luò)抓包工具顯示丟包率為0，即發(fā)送的所有報(bào)文都經(jīng)過(guò)正常的三層轉(zhuǎn)發(fā)到對(duì)端PC了。事實(shí)證明，在BCM56024交換芯片上成功實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)路由的三層轉(zhuǎn)發(fā)。

參考文獻(xiàn)

[1]BCM.Programmer's Reference Guide（Gigabit Eternet Multilayer Switch）[Z]. 2009.

[2]BCM.Programmer's Reference Guide（theory）[Z].2009.

[3]肖昌吉.基于END模型的三層交換機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué)，2005.

作者簡(jiǎn)介：陸騫（1977-），男，民族：漢族，籍貫：湖北武漢，職稱：工程師，學(xué)歷：碩士研究生，單位：武漢中原電子集團(tuán)公司，研究方向：計(jì)算機(jī)及應(yīng)用。