CN101035087A - 报文转发方法、系统及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种报文转发方法，包括：在IB－Eth网关的IPoIB主接口下创建IPoIB子接口，且一个IPoIB子接口绑定一个以太网接口IP地址以及与该IP地址对应的以太网地址句柄；IB侧将发往所述以太网接口或者需经所述以太网接口发往其它设备的IP报文，发送到所述以太网接口IP地址绑定的IPoIB子接口上；IPoIB子接口收到来自IB侧的IP报文后，将收到的IP报文转发给自身绑定的以太网接口IP地址对应的以太网接口。另外，本发明还提供了一种报文转发系统以及一种报文转发设备。应用本发明，能够节省IB－Eth网关上报文转发的处理时间，加快报文转发速度，从而提高IB－Eth网关的报文转发效率。

Description

报文转发方法、系统及设备

技术领域

本发明涉及数据传输领域，尤其涉及一种报文转发方法、系统及设备。

背景技术

IB(Infiniband)是一种基于通道的、采用交换结构的I/O体系，主要用于服务器领域的通信，包括服务器与服务器、服务器与存储设备以及服务器与网络之间的通信。在IB上传输IP报文协议(IPoIB，IP over Infiniband)是为了实现Infiniband网络与传输控制协议(TCP)/网际协议(IP)网络的兼容而制定的协议，描述了通过Infiniband传输IP报文，使具有主机通道适配器(HCA)卡的主机即IB主机借助IPoIB协议来访问因特网(Internet)。IPoIB通过Infiniband体系的不可靠数据包(UD)传输层协议承载IP报文，在UD帧的载荷数据段上封装TCP/IP数据包。图1所示为IPoIB帧的具体格式，主要包括IB帧头、帧尾和载荷三部分，其中，IB载荷又分为前导头和IP/地址解析协议(ARP)报文两部分，前导头中包括类型(Type)字段和保留(Reserved)字段。

在IPoIB中，IB-以太网(IB-Ethernet)网关，以下简称IB-Eth网关，主要用于实现2层交换功能，负责IPoIB帧与在以太网上传输的IP报文(IP over Ethernet)帧之间的相互转换并进行转发，从而使得IB主机与Ethernet主机之间能够利用IP报文进行相互通讯。IB-Eth网关的典型组网如图2所示。IP报文在IB-Eth网关上的具体交换过程主要包括以下步骤：当IB-Eth网关接收到IB侧发送过来的IPoIB报文时，首先通过硬件和软件处理，使该报文只保留IP数据段，其次分析该IP数据段中的目的IP地址，根据目的IP地址查找与之绑定的目的Ethernet地址句柄，该Ethernet地址句柄包含该报文的Ethernet出接口和Ethernet目的媒质接入控制(MAC)地址等信息，然后再用该信息对该IP数据段添加以太网2层帧头，封装成Ethernet帧格式，并转发到指定的Ethernet出接口，从而使该IP报文被最终目的Ethernet主机所接收；相反，当IB-Eth网关接收到Ethernet侧发送过来的IP over Ethernet时，首先通过硬件和软件处理，使该报文只保留IP数据段，其次分析该IP数据段中的目的IP地址，根据目的IP地址查找与之绑定的目的IB地址句柄，该IB地址句柄包含本地标识(LID)、队列对(QP)、队列关键字(Qkey)、分区关键字(Pkey)等信息，然后再用该信息对该IP数据段添加IB侧2层帧头，封装成IPoIB帧格式，并转发给目的IB主机。

上述从IB网到Ethernet网的IP报文转发过程，只适合Ethernet主机目的IP地址与IB主机源IP地址位于同一网段/广播域内的情况。当目的IP地址与IB主机源IP地址不在同一网段内时，一般会采用缺省路由的方法，即在IB-Eth网关上配置一个以太网侧的缺省转发网关地址。比如，参见图2所示，在IB-Eth网关上配置以太网侧的缺省转发网关地址为路由器Route1的Eth0接口地址。IB-Eth网关收到IB侧的IPoIB报文后，分析目的IP地址，当目的IP地址与源IP地址位于不同的网段时，IB-Eth网关就指定缺省转发网关地址作为该报文的目的转发地址，并将收到的报文经帧格式转换后转发到该目的接口。但是，该转发方式会消耗一定的IB-Eth网关CPU处理时间，当大量此类IPoIB报文需要转发时，会导致IB-Eth网关转发性能的下降。

尤其是当IB网络内有多个IP网段与Ethernet网络互连并且处于同一广播域内时，此时很难再通过配置缺省转发网关地址的方式转发从IB网到Ethernet网的此类IP报文，而可能需要在IB-Eth网关上绑定多个Ethernet网关地址，即分别为每个子网绑定对应的Ethernet网关地址。比如，参见图3所示的包含二个网段二个Ethernet网关的典型组网，图中包含192.168.0.0/24和192.168.1.0/24两个网段，它们对应的网关地址分别为Route1的Eth0接口地址和Route2的Eth0接口地址，这里需要在IB-Eth网关上分别绑定这两个接口地址。当IB主机Server1发送一个目的IP地址为8.0.0.3的IPoIB报文时，IB-Eth网关在收到该IPoIB报文后，首先提取报文中的目的IP地址，分析目的IP地址与源IP地址是否属于同一网段，如果该报文需要转发到外网，则从源IP地址中获取子网地址，查找与该子网地址绑定的Ethernet网关地址——Route1的Eth0接口地址，并查找与该目的以太网接口地址绑定的以太网地址句柄，然后利用获取的以太网地址句柄将收到的IPoIB报文经过帧格式转换后转发出去。也就是说，在转发IPoIB报文时，IB-Eth网关需要进行目的IP地址到目的以太网地址句柄的查找过程，其间的处理步骤较为复杂，需要消耗大量的IB-Eth网关CPU处理时间，容易造成IB-Eth网关转发效率的降低。尤其是当大量此类IPoIB报文需要转发时，会导致IB-Eth网关转发性能的急剧下降。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种报文转发方法、系统及设备，提高IB-Eth网关的转发效率。

为达到上述目的，本发明提供的报文转发方法如下：

在IB-Eth网关的IPoIB主接口下创建IPoIB子接口，且一个IPoIB子接口绑定一个以太网接口IP地址以及与该IP地址对应的以太网地址句柄；

IB侧将发往所述以太网接口或者需经所述以太网接口发往其它设备的IP报文，发送到所述以太网接口IP地址绑定的IPoIB子接口上；

IPoIB子接口收到来自IB侧的IP报文后，将收到的IP报文转发给自身绑定的以太网接口IP地址对应的以太网接口。

其中，所述创建IPoIB子接口的过程包括：

通过命令行方式在IPoIB主接口下静态创建IPoIB子接口，同时指定该IPoIB子接口绑定的以太网接口IP地址以及与该IP地址对应的以太网地址句柄。

所述创建IPoIB子接口的过程包括：

通过命令行方式在IPoIB主接口下静态创建IPoIB子接口，同时指定该IPoIB子接口绑定的以太网接口IP地址，该IP地址对应的以太网地址句柄通过动态获取方式进行绑定，动态获取的具体过程包括：

IB-Eth网关接收到来自以太网侧的发送端IP地址与IPoIB子接口绑定的IP地址相同的ARP报文后，提取该报文中的发送端MAC地址及该报文的入接口信息，保存到以太网地址句柄中，与创建的IPoIB子接口进行绑定。

所述以太网接口IP地址为以太网主机IP地址，或者为以太网网关IP地址。

所述以太网接口IP地址为以太网网关IP地址，所述创建IPoIB子接口的过程包括：

IB主机向自身所属网段对应的以太网网关发送ARP报文，并在该报文中携带IPoIB子接口创建请求；

IB-Eth网关收到携带IPoIB子接口创建请求的ARP报文后，创建与该报文中的目的网关IP地址绑定的IPoIB子接口，并将目的网关IP地址对应的以太网地址句柄与创建的IPoIB子接口进行绑定。

所述ARP报文为ARP请求报文，

所述IB-Eth网关将目的网关IP地址对应的以太网地址句柄与创建的IPoIB子接口进行绑定的具体过程包括：

IB-Eth网关将收到的ARP请求报文转发给目的以太网网关，目的以太网网关收到后返回ARP应答报文；

IB-Eth网关收到以太网侧的ARP应答报文后，提取该报文中的发送端MAC地址及该报文的入接口信息，保存到以太网地址句柄中，与创建的IPoIB子接口进行绑定。

所述ARP报文为ARP应答报文，

所述IB主机发送ARP应答报文之前包括：所述以太网网关向IB主机发送ARP请求报文；

所述IB-Eth网关将目的网关IP地址对应的以太网地址句柄与创建的IPoIB子接口进行绑定的具体过程包括：

IB-Eth网关查找目的网关IP地址对应的以太网地址句柄，并将查找到的以太网地址句柄与创建的IPoIB子接口进行绑定。

所述IPoIB子接口创建请求携带在ARP报文前导头的Reserved字段中。

所述创建IPoIB子接口之后进一步包括：

IB-Eth网关定时为创建的IPoIB子接口构造免费ARP报文，在该报文中插入IPoIB子接口查询，并进行广播发送，IB主机收到携带IPoIB子接口查询的ARP报文后，广播发送携带IPoIB子接口报告的ARP请求报文进行响应；

IB-Eth网关发出所述免费ARP报文后，如果在规定时间内未收到某一网段内任一IB主机响应的ARP请求报文，则删除该网段对应的以太网网关绑定的IPoIB子接口。

所述IB-Eth网关定时为创建的IPoIB子接口构造免费ARP报文包括：

IB-Eth网关定时为每个创建的IPoIB子接口分别构造一个免费ARP报文；

或者，IB-Eth网关从从属于一个IPoIB主接口的所有IPoIB子接口选择一个IPoIB子接口构造免费ARP报文。

所述IPoIB子接口查询和IPoIB子接口报告携带在ARP报文前导头的Reserved字段中。

所述IPoIB子接口将收到的IP报文转发给以太网接口之前包括：

IPoIB子接口利用自身绑定的以太网地址句柄信息将收到的IP报文转换成以太网帧格式。

该方法进一步包括：

当以太网侧通过创建有IPoIB子接口的IB-Eth网关向IB侧发送IP报文时，IB-Eth网关的IPoIB主接口转发所有来自以太网侧的IP报文；

或者，IPoIB主接口和IPoIB子接口采用负载均衡的方式共同转发来自以太网侧的IP报文。

同时，本发明还提供了一种报文转发设备，包括IPoIB主接口和Eth口，该设备进一步包括：

IPoIB子接口管理模块，用于在IPoIB主接口下创建IPoIB子接口，且一个IPoIB子接口绑定一个以太网接口IP地址以及与该IP地址对应的以太网地址句柄；

所述IPoIB子接口，用于接收来自IB侧的IP报文，并将收到的IP报文通过Eth口转发给自身绑定的以太网接口IP地址对应的以太网接口。

其中，所述IPoIB子接口进一步用于转发来自以太网侧的IP报文。

所述IPoIB子接口管理模块进一步用于，在IPoIB子接口绑定的以太网接口对应的网段内不存在任一IB主机时，删除该IPoIB子接口。

另外，本发明还提供了一种报文转发系统，包括：IB主机以及包括IPoIB主接口和Eth口的IB-Eth网关，其中，IB-Eth网关进一步包括：

IPoIB子接口管理模块，用于在IPoIB主接口下创建IPoIB子接口，且一个IPoIB子接口绑定一个以太网接口IP地址以及与该IP地址对应的以太网地址句柄；

所述IPoIB子接口，用于接收来自IB侧的IP报文，并将收到的IP报文通过Eth口转发给自身绑定的以太网接口IP地址对应的以太网接口；

所述IB主机，用于将发往所述以太网接口或者需经所述以太网接口发往其它设备的IP报文，发送到所述以太网接口IP地址绑定的IPoIB子接口上。

所述IPoIB子接口进一步用于转发来自以太网侧的IP报文。

所述IPoIB子接口管理模块进一步用于，在IPoIB子接口绑定的以太网接口对应的网段内不存在任一IB主机时，删除该IPoIB子接口。

由此可见，本发明创建了与Ethernet接口IP地址绑定的IPoIB子接口，对于发往所述绑定了IPoIB子接口的Ethernet接口的IP报文、或者是需经所述绑定了IPoIB子接口的Ethernet接口发往其它设备的IP报文，IB侧可以直接将这些IP报文发送到所述Ethernet接口IP地址绑定的IPoIB子接口上；鉴于一个IPoIB子接口只绑定了一个Ethernet接口IP地址，因此，IPoIB子接口收到来自IB侧的IP报文后，可以直接将收到的IP报文发送给自身绑定的Ethernet接口，而无需进行目的IP地址到目的以太网地址句柄的查找。从而节省了报文转发的处理时间，加快了报文转发速度，提高了转发效率。尤其是当大量IPoIB报文需要转发时，这样能够明显提高IB-Eth网关的转发性能。

并且，在本发明的较佳实施例中，对于动态创建与管理IPoIB子接口的情况，其中的IPoIB子接口管理信息可以通过ARP报文前导头的Reserved字段携带，而无需重新定义新的IPoIB子接口报文类型。这样可以实现与标准IPoIB驱动软件的无缝兼容，具有IPoIB子接口动态创建与管理机制的IB主机能够与不具有该机制的IB主机之间进行任何IPoIB报文交互。

附图说明

图1为现有技术中的IPoIB帧格式示意图。

图2为现有技术中IB-Eth网关的典型组网结构。

图3为现有技术中二个网段二个Ethernet网关的典型组网结构。

图4为现有技术中IPoIB的MAC地址结构。

图5为本发明实施例中IPoIB子接口未创建时，由IB主机发起ARP请求并创建IPoIB子接口的处理流程示意图。

图6为本发明实施例中IPoIB子接口未创建时，由Ethernet网关发起ARP请求并创建IPoIB子接口的处理流程示意图。

图7为本发明实施例中IPoIB子接口已创建时，由IB主机发起ARP请求的ARP报文处理流程示意图。

图8为本发明实施例中IPoIB子接口已创建时，由Ethernet网关发起ARP请求的ARP报文处理流程示意图。

图9为本发明实施例中IB网到Ethernet方向上的IP报文转发过程。

图10为本发明实施例中Ethernet到IB网方向上的IP报文转发过程。

图11为本发明实施例中的报文转发系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

在IB-Eth网关初始化IPoIB驱动模块时，IPoIB驱动模块将会给每个广播域即为每个虚拟局域网标识(VLAN ID)都创建一个IPoIB接口。为便于后续描述，本文将创建的此类接口称为IPoIB主接口。每个IPoIB主接口都会绑定一个IB定义的队列对号(QPN)，同时还会绑定Qkey、Pkey、LID等信息，并与全局标识(GID)组成一个链路层的单播MAC地址，该MAC地址的结构如图4所示，长度为20字节，包括24比特的QPN和128比特的GID。每个IPoIB主接口都加入各自相应的广播域中并使用同一GID。所有来自IB网的IP报文都由IB-Eth网关的IPoIB主接口负责转发。

由背景技术描述可知，当Ethernet主机目的IP地址与IB主机源IP地址分别位于不同的子网/广播域时，IP报文的转发过程较为复杂，需要消耗大量的CPU处理时间，造成IB-Eth网关转发性能的下降。

为克服上述问题，本发明提供了一种报文转发方法，其基本思想是：在IB-Eth网关的IPoIB主接口下创建IPoIB子接口，且一个IPoIB子接口绑定一个Ethernet接口IP地址以及与该IP地址对应的Ethernet地址句柄；IB侧将发往所述绑定了IPoIB子接口的以太网接口、或者是需经所述绑定了IPoIB子接口的以太网接口发往其它设备的IP报文，直接发送到所述以太网接口IP地址绑定的IPoIB子接口上；IPoIB子接口收到来自IB侧的IP报文后，利用自身绑定的Ethernet地址句柄信息将收到的IP报文转换成Ethernet帧格式，并将经帧格式转换后的IP报文发送到自身绑定的Ethernet接口IP地址对应的Ethernet接口。

其中，IPoIB子接口绑定的Ethernet接口IP地址既可以是Ethernet网关接口IP地址(如图3中Route1的Eth0接口IP地址)，也可以是Ethernet主机IP地址(如图3中Server2的IP地址)。对于发往绑定了IPoIB子接口的Ethernet主机的IP报文、或者是需经过绑定了IPoIB子接口的Ethernet网关发送外网的IP报文，IB主机可以直接将这些IP报文发送到所述Ethernet主机IP地址所绑定的IPoIB子接口、或者是所述Ethernet网关接口IP地址所绑定的IPoIB子接口上。由于一个IPoIB子接口只绑定了一个Ethernet接口，发送到IPoIB子接口上的IP报文一定是发送给与之绑定的Ethernet接口，因此，IPoIB子接口收到来自IB侧的IP报文后，可以直接将收到的IP报文发送到自身绑定的Ethernet接口上，而无需进行目的IP地址到目的以太网地址句柄的查找。从而节省了转发处理时间，加快了报文转发速度，提高了报文转发效率，尤其是当大量IPoIB报文需要转发时，这样能够明显提高IB-Eth网关的转发性能。

在本发明中，每个IPoIB主接口可以创建一个或多个IPoIB子接口。创建的IPoIB子接口可以与IPoIB主接口共用相同的Qkey、Pkey、GID、LID等信息，但每个IPoIB子接口都需各自创建QPN，即各个IPoIB子接口都拥有自己的链路层单播MAC地址。除了具有不同的单播MAC地址之外，所创建的每个IPoIB子接口均只绑定一个Ethernet接口IP地址以及与该IP地址对应的Ethernet地址句柄；每个IPoIB子接口只从属于创建该子接口的IPoIB主接口，当需要删除IPoIB主接口时，需先删除该主接口下从属的IPoIB子接口；每个IPoIB子接口可以加入到指定的IPoIB主接口，也可以从指定的IPoIB主接口退出；IPoIB子接口只接收和处理指向其自身单播MAC地址的IPoIB报文，不接收和处理任何广播报文和多播报文，不加入IPoIB主接口所属的广播域和多播组中，但可以发送广播或多播报文(一般不发送该类报文，而由IPoIB主接口代理发送)。当需要在广播域或多播组中加入IPoIB子接口，则可通过软件方法过滤不发往该子接口的IPoIB帧。

IPoIB子接口的创建既可以采取静态创建的方式，也可以采取动态创建的方式。下面分别针对这两种情况对IPoIB子接口的创建和管理进行详细说明。

一、静态创建IPoIB子接口。

通过命令行等方式在指定的IPoIB主接口下静态创建IPoIB子接口，同时指定该IPoIB子接口需绑定的Ethernet接口IP地址。该Ethernet接口IP地址对应的Ethernet地址句柄的绑定过程可静态指定或动态获取。所述动态获取的具体方法如下：IB-Eth网关接收到以太网侧发送过来的ARP报文后，查看ARP报文中的发送端IP地址是否与IPoIB子接口绑定的IP地址相同，如果相同，则提取该报文中的发送端硬件地址即以太网MAC地址、记录该报文的入接口等信息，并保存到所述IP地址对应的Ethernet地址句柄中，完成绑定过程。另外需要说明的是，静态创建的IPoIB子接口需通过静态删除的方法来删除。

静态创建的IPoIB子接口不仅可以绑定指定的Ethernet网关接口IP地址，也可以绑定指定的Ethernet主机IP地址。

当一个Ethernet主机IP地址与一个IPoIB子接口绑定时，可以加快所有IB主机到该Ethernet主机方向的IP报文转发速度，尤其适用于IB主机与该Ethernet主机之间有大量IP报文交互的场合。

二、动态创建IPoIB子接口。

通过ARP报文交互动态创建IPoIB子接口。比如，在IPoIB帧前导头的Reserved字段中添加IPoIB子接口管理信息，利用ARP报文携带的IPoIB子接口管理信息实现IPoIB子接口的创建与管理。

关于IPoIB子接口管理信息的具体内容可参见表1所示。

2bit	IPoIB子接口管理信息
		00b	无管理信息
01b	IPoIB子接口创建请求
		10b	IPoIB子接口查询，由IB-Eth网关发出
11b	IPoIB子接口报告，由IB主机的IPoIB接口发出

                           表1

动态创建的IPoIB子接口常用于动态绑定Ethernet网关接口IP地址。

下面分别结合图5和图6对动态创建与Ethernet网关接口IP地址绑定的IPoIB子接口的过程进行详细阐述。

其中，图5为IPoIB子接口未创建时，由IB主机发起ARP请求并创建IPoIB子接口的处理流程示意图，其具体包括以下步骤：

步骤501：IB主机通过发送ARP请求报文来解析本网段对应的Ethernet网关的链路层MAC地址，该ARP请求报文中携带的目的IP地址为所述Ethernet网关的IP地址，并且，IB主机在发送的ARP请求报文前导头的Reserved字段中插入IPoIB子接口创建事件。

步骤502：IB-Eth网关的IPoIB主接口接收到该ARP请求报文后，提取该ARP请求报文中携带的IPoIB子接口创建事件，并根据报文中的目的网关IP地址查找是否已经存在该IP地址对应的IPoIB子接口；

在图5所示的情况下并不存在所述IP地址对应的IPoIB子接口，故直接创建该IP地址对应的IPoIB子接口，并将收到的ARP请求报文转换成Ethernet下的ARP报文格式，发送到目的Ethernet网关。

步骤503：Ethernet网关收到ARP请求报文后，通过IB-Eth网关向IB主机返回ARP应答报文。

步骤504：IB-Eth网关收到Ethernet侧的ARP应答报文后，提取报文中的源IP地址，并查找是否存在与该IP地址对应的IPoIB子接口，如果存在，则表明IB-Eth网关已对该IP地址绑定了指定的IPoIB子接口，于是提取该报文中的发送端硬件地址即以太网MAC地址和该报文的入接口等信息，保存到该子接口绑定的Ethernet地址句柄中，完成IPoIB子接口Ethernet地址句柄的绑定过程。然后，IB-Eth网关再将该ARP应答报文的发送端硬件地址字段修改为源IP地址对应的IPoIB子接口的链路层MAC地址，并将修改后的ARP应答报文转发给IB主机。

至此，整个IPoIB子接口创建完毕。

图6为IPoIB子接口未创建时，Ethernet网关发起ARP请求并创建IPoIB子接口的处理流程示意图，其具体包括以下步骤：

步骤601：Ethernet网关通过发送ARP请求报文来解析目的IP地址对应的IB主机IPoIB接口的链路层MAC地址。

步骤602：IB-Eth网关收到Ethernet侧的ARP请求报文后，提取报文中的源IP地址，并查找是否存在与该IP地址对应的IPoIB子接口；

在图6所示的情况下并不存在所述IP地址对应的IPoIB子接口，IB-Eth网关则将该ARP请求报文的发送端硬件地址字段修改为IPoIB主接口的链路层MAC地址，并将修改后的ARP请求报文转发给IB主机；

同时，IB-Eth网关还会提取该报文中的发送端硬件地址即以太网MAC地址和该报文的入接口等信息，保存到该报文源IP地址绑定的Ethernet地址句柄中。

步骤603：IB主机收到ARP请求报文后，构造ARP应答报文来响应收到的ARP请求报文，该ARP应答报文的链路层目的地址为IB-Eth网关的IPoIB主接口MAC地址，并且，当ARP应答报文的目的IP地址为本网段对应的Ethernet网关IP地址时，IB主机要在发送的ARP应答报文前导头的Reserved字段中插入IPoIB子接口创建事件。

步骤604：由于此时尚未创建与IB主机所属网段对应的Ethernet网关IP地址绑定的IPoIB子接口，因此，IB-Eth网关的IPoIB主接口将会接收到该ARP应答报文。收到后，IB-Eth网关提取该ARP应答报文中携带的IPoIB子接口创建事件，并根据报文中的目的网关IP地址查找是否已存在与该网关IP地址对应的IPoIB子接口，如果不存在，则创建与该网关IP地址对应的IPoIB子接口，同时，查找该网关IP地址对应的Ethernet地址句柄，并绑定到新创建的IPoIB子接口中。然后，IB-Eth网关构造一个新的ARP请求报文，该报文的发送端IP地址字段填写为此前接收到的ARP应答报文的目的IP地址，发送端硬件地址字段填写为创建的IPoIB子接口的链路层MAC地址，目的IP地址字段填写为此前接收到的ARP应答报文的发送端IP地址，并通过IPoIB子接口向IB主机发送新的ARP请求报文。

步骤605：IB主机收到ARP请求报文后，构造ARP应答报文来响应收到的ARP请求报文，该ARP应答报文的链路层目的地址为之前IB-Eth网关创建的IPoIB子接口的MAC地址，并且，当ARP应答报文的目的IP地址为本网段对应的Ethernet网关IP地址时，IB主机需要在发送的ARP应答报文前导头的Reserved字段中插入IPoIB子接口创建事件。

步骤606：如果IB-Eth网关的IPoIB子接口接收到IB主机返回的ARP应答报文，则表明IB主机IPoIB接口中网关的二层链路层地址已绑定为IB-Eth网关中对应的IPoIB子接口的MAC地址，此时，IB-Eth网关只需将收到的ARP应答报文转换成Ethernet下的ARP报文格式转发给Ethernet网关即可。

当IPoIB子接口已创建时，由IB主机或Ethernet网关发起ARP请求而产生的ARP报文的处理流程分别如图7、图8所示。

其中，图7为IB主机发起ARP请求时的ARP报文处理流程，主要包括以下步骤：

步骤701：IB主机向本网段对应的Ethernet网关发送ARP请求报文，并在该报文前导头的Reserved字段中插入IPoIB子接口创建事件。

步骤702：IB-Eth网关的IPoIB主接口接收到该ARP请求报文后，提取该ARP请求报文中携带的IPoIB子接口创建事件，并根据报文中的目的网关IP地址查找是否已经存在该IP地址对应的IPoIB子接口，如果存在，则直接将收到的ARP请求报文转换成Ethernet下的ARP报文格式，并发送给目的Ethernet网关。

步骤703：Ethernet网关收到ARP请求报文后，通过IB-Eth网关向IB主机返回ARP应答报文。

步骤704：IB-Eth网关收到Ethernet侧的ARP应答报文后，提取报文中的源IP地址，并查找是否存在与该IP地址对应的IPoIB子接口，如果存在，则提取该报文中的发送端硬件地址即以太网MAC地址和该报文的入接口等信息，保存到该IPoIB子接口绑定的Ethernet地址句柄中，完成IPoIB子接口Ethernet地址句柄的绑定过程。然后，IB-Eth网关再将该ARP应答报文的发送端硬件地址字段修改为源IP地址对应的IPoIB子接口的链路层MAC地址，并将修改后的ARP应答报文转发给IB主机。

图8为Ethernet网关发起ARP请求时的ARP报文处理流程，主要包括以下步骤：

步骤801：Ethernet网关通过IB-Eth网关向IB主机发送ARP请求报文。

步骤802：IB-Eth网关收到Ethernet侧的ARP请求报文后，提取报文中的源IP地址，并查找是否存在与该IP地址对应的IPoIB子接口，如果存在，则将该ARP请求报文的发送端硬件地址字段修改为对应IPoIB子接口的链路层MAC地址，并将修改后的ARP请求报文转发给IB主机。

步骤803：IB主机收到ARP请求报文后，向Ethernet网关返回ARP应答报文，该ARP应答报文的链路层目的地址为Ethernet网关对应的IPoIB子接口MAC地址，并且，IB主机在发送的ARP应答报文前导头的Reserved字段中插入IPoIB子接口创建事件。

步骤804：IB-Eth网关的IPoIB子接口接收到IB主机返回的ARP应答报文后，直接将收到的ARP应答报文转换成Ethernet下的ARP报文格式，并转发给Ethernet网关。

在IB主机与Ethernet网关间不再进行数据传输或者发生网段变化等情况下，如果不再需要原有的IPoIB子接口，则需要将其删除。

对于静态创建的IPoIB子接口，可以通过静态删除的方法来删除。而对于动态创建的IPoIB子接口，可通过以下方式来管理：

IB-Eth网关定时为每个动态创建的IPoIB子接口分别构造一个免费(gratuitous)ARP报文，在构造的ARP报文前导头的Reserved字段中插入IPoIB子接口查询，且发送端和目的IP地址字段均填写IPoIB子接口绑定的Ethernet网关IP地址，发送端和目的硬件地址字段填写IPoIB子接口的链路层MAC地址，并以广播方式发送该报文；

IB主机通过发送一个携带IPoIB子接口报告的ARP请求报文来响应一个IPoIB子接口查询，ARP请求报文前导头的Reserved字段中插入IPoIB子接口报告，目的IP地址字段中填写所属网关的IP地址，并以广播方式发送该报文；

IB-Eth网关接收到IB主机发送的ARP请求报文后，可以响应该ARP请求报文，也可以只提取该ARP请求报文中携带的报告而并不响应该ARP请求，IB-Eth网关根据收到的ARP请求报文中的目的IP地址可以得知其中携带的报告具体是关于哪个IPoIB子接口的；

当IB-Eth网关发出一个IPoIB子接口查询报文后，如果在规定定时时间内没有接收到任何有关该子接口的报告，则表示该子接口绑定的网段中已不存在任何IB主机，经过一段时间的老化后，IB-Eth网关将删除该IPoIB子接口。

IB主机IPoIB接口在收到一个从IB-Eth网关发出的IPoIB子接口查询后，可以不立即响应，而是经过一定的时间间隔后才发出响应。由于同一网段内的所有IB主机IPoIB接口在收到IPoIB子接口查询后，均能以广播形式发送一个IPoIB子接口报告，因此位于同一网段内的所有IB主机都将收到同网段内其它IB主机发送的所有报告。鉴于该特点，为改善协议效率，可以将IB主机发送IPoIB子接口报告的发送间隔设置为随机延时，也就是说，如果一个IB主机IPoIB接口在等待发送IPoIB子接口报告的过程中，收到了发自其他主机的相同报告，则该IB主机IPoIB接口就可以不必再发送报告。因为IB-Eth网关只关心IPoIB子接口绑定的网段中是否至少还拥有一个IB主机，而并不关心该网段中有多少IB主机存在。只要IPoIB子接口绑定的网段中至少还有一个IB主机存在，就不能删除该IPoIB子接口；只有在IPoIB子接口绑定的网段中已经不存在任何一个IB主机时，才将该IPoIB子接口删除。

另外需要说明的是，当IB-Eth网关定时发送插入IPoIB子接口查询的免费ARP报文时，其可以从从属于一个IPoIB主接口的所有IPoIB子接口只选择其中一个IPoIB子接口地址信息来构造免费ARP报文，而无须为每个IPoIB子接口都构造一个免费ARP报文。因为IB主机只关心该IPoIB子接口查询事件，而对报文本身的内容并不关注。IB-Eth网关发出携带IPoIB子接口查询的免费ARP报文后，如果在规定的时间内未收到某一网段内任何一个IB主机响应的ARP请求报文，则删除该网段对应的以太网网关绑定的IPoIB子接口。

在上述IPoIB子接口的动态创建与管理过程中，IPoIB子接口管理信息通过ARP报文前导头的Reserved字段携带，无需重新定义新的IPoIB子接口报文类型。这样可以实现与标准IPoIB驱动软件的无缝兼容，具有IPoIB子接口动态创建与管理机制的IB主机能够与不具有该机制的IB主机之间进行任何IPoIB报文交互。

需要说明的是，在上述IPoIB子接口的动态创建与管理过程中，IPoIB子接口管理信息是通过IPoIB帧前导头中Reserved字段的2个比特位来定义的，但是在实际应用中，也可以利用IPoIB帧前导头Reserved字段上的更少或者更多位来定义IPoIB子接口管理信息。IPoIB子接口管理信息的具体定义也并不限于表1所示。

另外还需要说明的是，静态创建的IPoIB子接口和动态创建的IPoIB子接口可以同时在IB-Eth网关中存在，也就是说，不同的IPoIB子接口可以采取不同的创建方式。

IPoIB子接口创建完毕后，就可以利用创建的IPoIB子接口来进行IP报文的转发。引入IPoIB子接口后，IP报文的转发规则如下：一个IPoIB子接口只绑定一个Ethernet接口IP地址，IPoIB子接口只转发IB主机发往该子接口绑定的Ethernet接口的单播IP报文，其他从IB网到Ethernet方向上的IP报文都通过IPoIB主接口转发；IPoIB子接口可以不转发从Ethernet侧接收到的任何IP报文，而全部由IPoIB主接口转发到IB网侧；或者，IPoIB子接口和IPoIB主接口之间也可以采用负载均衡的方式转发从Ethernet侧接收到的IP报文。也就是说，从Ethernet侧收到的IP报文的转发方式需根据具体设计实现而定。

为便于更好地理解，下面通过两个具体的例子对引入IPoIB子接口后IP报文的转发过程进行详细说明。其中，图9表示IB网到Ethernet方向上的IP报文转发过程；图10表示Ethernet到IB网方向上的IP报文转发过程。

在图9中，IPoIB子接口1与Ethernet主机Server2的IP地址192.168.0.3绑定，IPoIB子接口M与Ethernet网关Route1的Eth0接口IP地址192.168.0.1绑定，Ethernet主机Server3的IP地址192.168.0.4没有绑定IPoIB子接口。其中，IP报文1需由Ethernet网关转发给外网；IP报文2的目的地址为192.168.0.3；IP报文3的目的地址为192.168.0.4。

IP报文1的转发过程如下：IB主机Server1在发送IP报文1时，查找Ethernet网关IP地址对应的IPoIB子接口M地址句柄，使IP报文的链路层目的地址与该IPoIB子接口的MAC地址关联，然后将IP报文1直接发送到IPoIB子接口M上；IB-Eth网关的IPoIB子接口M收到IP报文1后，直接获取该子接口M所绑定的目的Ethernet地址句柄，获取Ethernet出接口和Ethernet目的MAC地址等信息，然后利用这些信息对IP报文1的IP数据段添加以太网2层帧头，转换成Ethernet帧格式，并通过绑定的Ethernet出接口将经帧格式转换后的IP报文1发送到目的Ethernet网关接口。在此转发过程中，IB-Eth网关不需要进行目的IP地址到目的以太网地址句柄的查找，直接将发送给IPoIB子接口的IP报文转发给与之绑定的Ethernet接口即可，从而节省了IB-Eth网关的转发时间，提高了转发效率。

IP报文2的转发过程如下：由于IPoIB子接口1绑定了Server2的IP地址，因此，IB主机Server1直接将目的地为Server2的IP报文2发送到IPoIB子接口1上，IPoIB子接口1收到IP报文1后，对IP报文1进行帧格式转换，并将经帧格式转换后的IP报文1发送给自身绑定的IP地址所对应的Ethernet主机Server2。

IP报文3的转发过程如下：由于Server3没有绑定IPoIB子接口，因此，IB-Eth网关的IPoIB主接口将会收到IB主机Server1发送过来的IP报文3，IPoIB主接口收到IP报文3后的具体转发过程与现有技术一致，即根据目的IP地址查找与之绑定的目的Ethernet地址句柄，然后利用查找到的信息将IP报文3封装成Ethernet帧格式，并转发到指定的Ethernet出接口。

对于来自Ethernet侧的IP报文，可以都通过IB-Eth网关的IPoIB主接口转发，也可以由IPoIB主接口和IPoIB子接口按照负载均衡的方式共同转发。在图10中，所有来自Ethernet侧的发往Server1的任何IP报文都由IPoIB主接口负责转发，其具体转发过程与现有技术一致，这里不再一一赘述。

最后需要说明的是，以上主要针对引入IPoIB子接口后，IB-Eth网关对IP/ARP报文所做的修改进行了详细阐述，而关于Ethernet定义的报文格式与IPoIB标准定义的报文格式之间的相互转换，均与现有技术一致，这里不作展开描述。

相应地，本发明还提供了一种报文转发系统，其具体结构参见图11所示，主要包括：IB主机和IB-Eth网关。其中，IB-Eth网关除了包括基本的IPoIB主接口和Eth口外，还包括：

IPoIB子接口管理模块，用于在IPoIB主接口下创建IPoIB子接口，且一个IPoIB子接口绑定一个以太网接口IP地址以及与该IP地址对应的以太网地址句柄；

所述IPoIB子接口，用于接收来自IB侧的IP报文，并将收到的IP报文通过Eth口转发给自身绑定的以太网接口IP地址对应的以太网接口；

所述IB主机，用于将发往所述以太网接口或者需经所述以太网接口发往其它设备的IP报文，发送到所述以太网接口IP地址绑定的IPoIB子接口上。

其中，IPoIB子接口还可进一步用于转发来自以太网侧的IP报文。

IPoIB子接口管理模块也可进一步用于，在IPoIB子接口绑定的以太网接口对应的网段内不存在任一IB主机时，删除该IPoIB子接口。

另外，本发明还提供了一种报文转发设备，其结构与图11中的IB-Eth网关一致，这里不再一一赘述。

以上所述对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (19)

1、一种报文转发方法，其特征在于，包括：

在IB-Eth网关的IPoIB主接口下创建IPoIB子接口，且一个IPoIB子接口绑定一个以太网接口IP地址以及与该IP地址对应的以太网地址句柄；

IB侧将发往所述以太网接口或者需经所述以太网接口发往其它设备的IP报文，发送到所述以太网接口IP地址绑定的IPoIB子接口上；

IPoIB子接口收到来自IB侧的IP报文后，将收到的IP报文转发给自身绑定的以太网接口IP地址对应的以太网接口。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述创建IPoIB子接口的过程包括：

通过命令行方式在IPoIB主接口下静态创建IPoIB子接口，同时指定该IPoIB子接口绑定的以太网接口IP地址以及与该IP地址对应的以太网地址句柄。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述创建IPoIB子接口的过程包括：

通过命令行方式在IPoIB主接口下静态创建IPoIB子接口，同时指定该IPoIB子接口绑定的以太网接口IP地址，该IP地址对应的以太网地址句柄通过动态获取方式进行绑定，动态获取的具体过程包括：

IB-Eth网关接收到来自以太网侧的发送端IP地址与IPoIB子接口绑定的IP地址相同的ARP报文后，提取该报文中的发送端MAC地址及该报文的入接口信息，保存到以太网地址句柄中，与创建的IPoIB子接口进行绑定。

4、根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述以太网接口IP地址为以太网主机IP地址，或者为以太网网关IP地址。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以太网接口IP地址为以太网网关IP地址，所述创建IPoIB子接口的过程包括：

IB主机向自身所属网段对应的以太网网关发送ARP报文，并在该报文中携带IPoIB子接口创建请求；

IB-Eth网关收到携带IPoIB子接口创建请求的ARP报文后，创建与该报文中的目的网关IP地址绑定的IPoIB子接口，并将目的网关IP地址对应的以太网地址句柄与创建的IPoIB子接口进行绑定。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述ARP报文为ARP请求报文，

所述IB-Eth网关将目的网关IP地址对应的以太网地址句柄与创建的IPoIB子接口进行绑定的具体过程包括：

IB-Eth网关将收到的ARP请求报文转发给目的以太网网关，目的以太网网关收到后返回ARP应答报文；

IB-Eth网关收到以太网侧的ARP应答报文后，提取该报文中的发送端MAC地址及该报文的入接口信息，保存到以太网地址句柄中，与创建的IPoIB子接口进行绑定。

7、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述ARP报文为ARP应答报文，

所述IB主机发送ARP应答报文之前包括：所述以太网网关向IB主机发送ARP请求报文；

所述IB-Eth网关将目的网关IP地址对应的以太网地址句柄与创建的IPoIB子接口进行绑定的具体过程包括：

IB-Eth网关查找目的网关IP地址对应的以太网地址句柄，并将查找到的以太网地址句柄与创建的IPoIB子接口进行绑定。

8、根据权利要求5至7任一项所述的方法，其特征在于，所述IPoIB子接口创建请求携带在ARP报文前导头的Reserved字段中。

9、根据权利要求5至7任一项所述的方法，其特征在于，所述创建IPoIB子接口之后进一步包括：

IB-Eth网关定时为创建的IPoIB子接口构造免费ARP报文，在该报文中插入IPoIB子接口查询，并进行广播发送，IB主机收到携带IPoIB子接口查询的ARP报文后，广播发送携带IPoIB子接口报告的ARP请求报文进行响应；

IB-Eth网关发出所述免费ARP报文后，如果在规定时间内未收到某一网段内任一IB主机响应的ARP请求报文，则删除该网段对应的以太网网关绑定的IPoIB子接口。

10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述IB-Eth网关定时为创建的IPoIB子接口构造免费ARP报文包括：

IB-Eth网关定时为每个创建的IPoIB子接口分别构造一个免费ARP报文；

或者，IB-Eth网关从从属于一个IPoIB主接口的所有IPoIB子接口选择一个IPoIB子接口构造免费ARP报文。

11、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述IPoIB子接口查询和IPoIB子接口报告携带在ARP报文前导头的Reserved字段中。

12、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述IPoIB子接口将收到的IP报文转发给以太网接口之前包括：

IPoIB子接口利用自身绑定的以太网地址句柄信息将收到的IP报文转换成以太网帧格式。

13、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

当以太网侧通过创建有IPoIB子接口的IB-Eth网关向IB侧发送IP报文时，

IB-Eth网关的IPoIB主接口转发所有来自以太网侧的IP报文；

或者，IPoIB主接口和IPoIB子接口采用负载均衡的方式共同转发来自以太网侧的IP报文。

14、一种报文转发设备，包括IPoIB主接口和Eth口，其特征在于，该设备进一步包括：

IPoIB子接口管理模块，用于在IPoIB主接口下创建IPoIB子接口，且一个IPoIB子接口绑定一个以太网接口IP地址以及与该IP地址对应的以太网地址句柄；

所述IPoIB子接口，用于接收来自IB侧的IP报文，并将收到的IP报文通过Eth口转发给自身绑定的以太网接口IP地址对应的以太网接口。

15、根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述IPoIB子接口进一步用于转发来自以太网侧的IP报文。

16、根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述IPoIB子接口管理模块进一步用于，在IPoIB子接口绑定的以太网接口对应的网段内不存在任一IB主机时，删除该IPoIB子接口。

17、一种报文转发系统，其特征在于，包括：IB主机以及包括IPoIB主接口和Eth口的IB-Eth网关，其中，IB-Eth网关进一步包括：

IPoIB子接口管理模块，用于在IPoIB主接口下创建IPoIB子接口，且一个IPoIB子接口绑定一个以太网接口IP地址以及与该IP地址对应的以太网地址句柄；

所述IPoIB子接口，用于接收来自IB侧的IP报文，并将收到的IP报文通过Eth口转发给自身绑定的以太网接口IP地址对应的以太网接口；

所述IB主机，用于将发往所述以太网接口或者需经所述以太网接口发往其它设备的IP报文，发送到所述以太网接口IP地址绑定的IPoIB子接口上。

18、根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述IPoIB子接口进一步用于转发来自以太网侧的IP报文。

19、根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述IPoIB子接口管理模块进一步用于，在IPoIB子接口绑定的以太网接口对应的网段内不存在任一IB主机时，删除该IPoIB子接口。

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