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作者：国家数字交换系统工程技术研究中心 李鹏 姜鲲鹏 兰巨龙 曲晶 赵峥嵘
摘要:分布式结构被广泛应用于核心路由器等大型系统中，以太网是分布式系统中各个子系统之间信息传递的良好平台。
本文结合工程实践，提出分布式系统内部以太网中MAC地址和IP地址一种新的动态配置方法。通过实践证明，该方法具有配置灵活、节约资源扣易于大规模生产等特点。
关键词:分布式系统嵌入式结构以太网IP地址动态配置
引言
以太网以其简单灵活、成熟稳定的特性成为许多分布式系统[-]内部通信的首选方式。在这些系统内部采用的以太网结构中，如何合理利用与配置地址信息(包括MAC地址和IP地址)成为提高系统可用性与灵活性的关键。
在OSI七层网络协议参考模型中，第2层为数据链路层。MAC地址位于此层，它由网络设备制造商生产时写在硬件内部。MAC地址一般采用6字节48位，前24位是生产网络设备的厂商向IEEE申请的厂商地址，后24位由厂商自行分配。这样的分配使得世界上任意一个拥有48位MAC地址的网络设备都有唯一的标识。
在TCP／IP网络中，每个主机都有唯一的地址。IP协议要求在每次与TCP／IP网络建立连接时，每台主机都必须为这个连接分配一个唯一地址(IPV4为32位，IPV6为128位)。这个分配给各主机的地址就称为IP地址。它分为互连网上的公共IP地址和局域网上的内部IP地址两种。
分布式系统的内部结构对用户是完全透明的，其内部一般采用嵌入式结构。嵌入式结构中的地址信息一般都固化在只读存储器ROM中，当系统启动时自动加载这些信息。这种地址配置模式比较通用，适合于一般的分布式系统；但对于某些复杂的分布式系统，这种模式可能带来一些问题，如增加生产成本、生产周期较长、调试过程复杂、工作效率低以及地址资源利用率低等。本文结合实际项目，提出分布式系统内部以太网中MAC地址和IP地址的动态配置方法，从根本上解决了传统配置方法所带来的问题。下面介绍MAC地址和IP地址的动态配置方法。
1 项目背景
国家数字交换系统工程技术研究中心(NDSC)承担了国家863项目高性能IPv6核心路由器的研发工作。该核心路由器采用分布式系统结构，由线卡、转发、交换、主控等模块组成。其中线卡、转发、交换模块统称为单板模块。这些单板模块利用自己的嵌入式处理机板的以太网网口单元，通过以太网和主控模块相连。各处理机板用VxWorks嵌入式实时操作系统，可单独处理各单板模块的实时任务。主控模块用Linux操作系统，有良好的人机对话窗口，可通过以太网和各单板模块取得联系，其结构如图l所示。
由于分布式系统中的各单板模块需要通过内部以太网和主控模块进行通信，因此必须给各单板模块上的嵌入式处理机板的网口单元分配相应的MAC地址和IP地址。这些地址信息一般固化在ROM当中，系统启动时自动读取。
这里需要指出的是，下面讨论的MAC地址和IP地址配置与传统意义上的地址分配出发点是不同的。传统意义上的IP地址分配是指通过DHCP协议(动态主机配置协议)将与互联网相连的计算机(可以是通过服务器与互联网相连的局域网中的计算机)分配一个互联网上的公共IP地址，使之在互连网上能唯一地标识自己。这里讨论的分布式系统结构中的内部以太网和外部网络是相隔离的，不需要将互联网上的公共IP地址分配给各单板模块上的嵌入式处理机板的网口单元。各网口单元只需要在局域网内部唯一地标识自己，只对应一个局域网内部IP地址；而MAC地址对于每个网络设备都是唯一的。下面讨论的配置方式是指如何将局域网内部的IP地址和MAC地址配置给每个网口单元。
2 传统静态配置方法
根据项目的设计要求，首先要申请若干MAC地址，同时选定一些局域网内部IP地址(由于是内部以太网，和外界是隔离的，IP地址也可任意选定)。然后将这些MAC地址和IP地址的信息固化在ROM中，由生产厂家生产这些ROM。ROM出厂后，将它们焊接在各嵌入式处理机板上进行调试。这种方法有以下缺点：
①根据MAC地址和IP地址的定义，每个处理机板上的以太网网口单元的MAC地址和IP地址是不一样的。不能把相同的地址信息固化在不同的ROM当中，因此每个ROM的信息不同，只能单独制作，不能进行批量生产。这样一来就增加了成本，而且生产周期较长。
②由于制作好的各嵌入式处理机板的网口单元的MAC地址和IP地址不同，调试各嵌入式处理机板时要区别对待。因此要根据不同的地址分别设置不同的配置信息，这样的调试过程复杂、工作效率低。
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