[发明专利]避免MAC地址学习时哈希冲突的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及网络通信测试领域，尤其涉及一种避免MAC（Media Access Control，介质访问控制）地址学习时哈希（HASH）冲突的方法及系统。

背景技术

交换机转发是通过MAC地址来进行的，它会建立一张包含源MAC地址、VLAN ID（Virtual Local Area Network ID，虚拟局域网标识号）、Port(端口号)的转发表，并根据该转发表实现报文的单播转发。MAC地址表最初采用顺序表的结构存储，当MAC地址发生变化时，即添加或删除MAC地址时，为了保持MAC地址表的有序性，MAC地址表会出现表项移动。当MAC地址表容量较大时，移动与查找就变得复杂，此时报文无法达到线速，查找效率也较低下。

后期的芯片，MAC地址表采用哈希表结构进行存储。首先确定哈希桶的深度，再用整个MAC地址表的容量除以哈希桶的深度，得到需要的哈希桶个数，每个哈希桶有自己唯一的编号，在哈希桶的内部仍然采用顺序的方式存储。当进行MAC地制学习时，会根据源MAC地址和VLAN ID使用特定的哈希算法得到哈希桶的编号，然后把MAC地址存储到该桶中。这样可以提高查表效率，但是同时也产生了哈希冲突。

假如一个哈希桶能存储N个MAC地址，当它装满N个MAC地址后，一个正在学习的MAC地址根据哈希算法获得的存储编号依然为该哈希桶时，就无法存储到该表项，此时称之为哈希冲突。

现有的解决哈希冲突的方案有以下几种：

方法一：通过ACL（Access Control List，重定向）来转发冲突的MAC地址：检测到MAC地址冲突时，将该MAC地址写入软件表项，并将该MAC地址作为匹配条件生成ACL指向学习到该MAC地址的端口，该条ACL下发到每一个端口，当目的MAC地址为冲突的MAC地址时，直接匹配到该条ACL，之后定向至出端口进行单播线速转发，该方法在解决问题的时候会占用大量ACL资源，一个哈希冲突的MAC地址下发到N个端口使用的ACL数量为N个，当大量MAC地址冲突时，少则造成严重ACL资源浪费，多则ACL资源被耗尽。该方案存在以下缺点（1）使用大量ACL资源，造成资源浪费；（2）无法对所有哈希冲突的MAC地址进行安全性保证；（3）不能彻底解决MAC地址学习以及硬件转发问题，而且会受ACL模块本身的影响。

方法二：通过缩短哈希桶深，扩大哈希链长来解决，该方法不能彻底解决MAC地址冲突，只能减少哈希冲突。

方法三：通过可编程的交换芯片扩展TCAM表进行MAC地址硬件学习，该方法可维护性不强，一旦要更改时需对交换芯片重新编程，其次所有交换芯片需要和TCAM表结合使用，另外不易发生MAC地址哈希冲突的低端设备也会外挂TCAM表，实际运用当中会导致成本过高。

其中，TCAM(ternary content addressable memory)是一种三态内容寻址存储器，主要用于快速查找ACL、路由等表项。

综上所述，目前需要解决以下问题：哈希冲突产生时快速定位及学习问题、硬件转发问题、MAC地址老化等更新问题。

发明内容

本发明的目的在于解决哈希冲突产生时快速定位及学习问题、硬件转发问题、MAC地址老化更新等问题而提出的一种避免MAC地址学习时哈希冲突的学习方法及系统。

为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：一种避免MAC地址学习时哈希冲突的方法，包括以下步骤：

S1：从报文解析出源MAC地址、虚拟局域网号VLAN ID和端口号；

S2：将解析出的源MAC地址和VLAN ID进行哈希计算并在芯片内的MAC地址表中进行哈希查找，如查找到，更新芯片MAC地址表并执行S8,否则执行S3；

S3：将源MAC地址、VLAN ID和端口号信息存储到MAC地址表中；

S4：冲突检测单元检测是否存在哈希冲突，如存在，执行S5，否则执行S8；

S5：将源MAC地址、VLAN ID和端口号信息在三态内容寻址存储器TCAM表中进行并行查找，如查找到，执行S7，否则执行S6；

S6：将源MAC地址、VLAN ID和端口号信息线性存储到TCAM表中；

S7：对TCAM表进行更新；

S8：进行目的MAC地址查询。

作为优选：S4中所述的冲突检测单元检测方法如下:

S41：芯片检测到哈希冲突，产生中断信息通知CPU，并且拷贝产生哈希冲突的数据包到CPU；

S42：CPU收到该中断信息并释放信号量；