CN103840952B - 用于mac黑洞预防的方法以及相应的分布式双宿节点 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种在双宿以太网的双宿节点中用于MAC黑洞预防的方法以及相应的分布式结构的实现。其中，双宿节点连接在接入侧和核心侧之间，检测是否发生预定情况，并在检测到预定情况时，执行本地MAC地址表更新，并且向与所述双宿节点相连接的其它双宿节点或核心节点发送特定的自动保护切换数据包，所述特定的自动保护切换数据包指示更新MAC地址表。与此同时，分布式的实现架构有利于增加保护组容量，简化网络管理并且改善设备的可靠性。因此，通过将依据本发明的方法结合上述分布式的架构能够提供高质量的电信服务、减少对硬件资源的消耗、降低成本、增大保护容量等突出优点。

Description

用于MAC黑洞预防的方法以及相应的分布式双宿节点

技术领域

本发明涉及移动通信和光网络通信技术，尤其涉及一种在双宿以太网的双宿节点(PE)中用于MAC黑洞预防的方法以及一种相应的分布式的双宿节点。

背景技术

随着网络通信量、移动性和关键应用对于网络的依赖性的迅猛发展，要求无线宽带系统的发展不仅要能支持移动用户的增长的带宽要求，还需要能够为这些用户提供可靠的连接。而这些无线接入网络又与固网连接。

因此，对于网络的生存性的研究着重于固网和无线接入网。为了改善网络的生存性，网络能够由两个端至端的传送多协议标签交换(T-MPLS)域构成，其从接入设备(例如网元)和双宿节点延伸至核心设备。冗余的双节点连接赋予了网络较高的弹性，并且克服了许多故障。

然而，在具有接入保护的网络中，由于瞬态的业务损失容易导致MAC黑洞(MACBlack Hole)。

在现有技术中，对于T-MPLS/MPLS-TP(多协议标签交换-传送架构)网络的现有的保护机制有线性保护(1∶1和1+1)(G.8131)和环网保护切换(G.8132)。然而它们都不能应用于下述情况，即网元被双宿地连接至上行的两个网元(图1中的核心节点PE3和核心节点PE4)。因为在1∶1或1+1线性保护中，工作路径和保护路径必须终于相同的网元，而不能工作于一个网元而保护另一个网元。而对于环网保护，其仅能够为单一的环提供保护，因而不能够应用至工作/保护路径在接入网、核心网和/或聚合网络中延伸的情形。

此外，带有多个I/O卡的网元和/或双宿节点总是采用集中式的架构。即，总的MAC黑洞预防总是在集中在核心板上。然而，由于保护切换组的容量的增大，这种集中式的实施结构将产生如下问题，例如消耗过多的FPGA或硬件资源、CPU将承受过高的负载、缺乏适当的冗余备份而可靠性将降低。这将对电信服务产生不利的影响。

发明内容

基于以上考虑，如果能够提出一种针对网络融合环境，在双宿保护机制中进行MAC黑洞预防(Mac Black Hole Prevention：MBHP)的方法将是非常有益的。

根据本发明的第一方面，提出了一种在双宿以太网的双宿节点中用于MAC黑洞预防的方法，其中，所述双宿节点连接在接入侧和核心侧之间，并且所述双宿节点中定义有多个维护节点，每个维护节点对应于一条或多条通信链路，所述方法包括如下步骤：确定是否发生以下情况中任意一项：

-所述多个维护节点中的一个接入侧维护节点检测到与该维护节点相对应的通信链路中发生信号失效或信号衰减；

-发生强制操作；

-所述多个维护节点中的一个接入侧维护节点接收到来自接入侧或核心侧的其它网元的特定的自动保护切换数据包；

当检测到上述情况中任意一项时，执行本地MAC地址表更新，并且向与所述双宿节点相连接的其它双宿节点或核心节点发送特定的自动保护切换数据包，所述特定的自动保护切换数据包指示更新MAC地址表。

在依据本发明的一个实施例中，所述特定的自动保护切换数据包采用G.8032中环形自动保护切换协议中的环形自动保护切换数据包格式。

在依据本发明的一个实施例中，所述方法在确定是否发生所列出的情况的步骤之前还包括：配置用于故障检测的接入侧维护节点；配置用于接收来自接入侧或核心侧的其他网元的特定的自动保护切换数据包的维护节点；配置与通信链路对应的虚拟端口。

在依据本发明的一个实施例中，该方法还包括：根据所检测到的所列出的情况，确定需要进行MAC地址更新的通信链路，并根据所述需要进行MAC地址更新的通信链路选择：用于发送所述特定的自动保护切换数据包的维护节点以及所述特定的自动保护切换数据包发往的目标双宿节点。

在依据本发明的一个实施例中，该方法还包括：接收来自所述其他双宿节点的对所述特定的自动保护切换数据包的反馈信息。

在依据本发明的一个实施例中，所述双宿节点采用分布式的构造。

依据本发明的方法，能够更快速地恢复业务路径，并在客户端设备节点双宿地连接至虚拟专用局域网业务(Virtual Private Lan Service：VPLS)核心域的情况下减少业务恢复时间。这样增强了网络、尤其是无线接入网络的生存性。基于R-APS数据包指示更新MAC地址表(MAC@table)来进行MAC黑洞预防，能够避免保护切换中由于信号失效(SignalFail：SF)或信号衰减(Signal Degrade：SD)或强制操作引起的数据丢失。

根据本发明的第二方面，提出了一种在双宿以太网中用于MAC黑洞预防的双宿节点，其中，所述双宿节点连接在接入侧和核心侧之间，并且所述双宿节点包括至少一个内核卡以及与其连接的多个I/O卡，其中所述多个I/O卡用于确定是否发生以下情况中任意一项，并将检测结果发送至所述内核卡：

-检测到与该I/O卡相连接的通信链路中发生信号失效或信号衰减；

-接收到来自接入侧或核心侧的其它网元的特定的自动保护切换数据包；

并且，所述多个I/O卡用于接收来自所述内核卡的指示，以向与所述双宿节点相连接的其它双宿节点或核心节点发送特定的自动保护切换数据包，所述特定的自动保护切换数据包指示更新MAC地址表；

所述内核卡用于接收来自所述多个I/O卡的检测结果，并根据所述检测结果以及是否发生强制操作，指示所述多个I/O卡中的一个或多个向与所述双宿节点相连接的其它双宿节点或核心节点发送特定的自动保护切换数据包。

在依据本发明的一个实施例中，内核卡与所述多个I/O卡之间通过reggen_giga总线连接。

在依据本发明的一个实施例中，以SIPL协议实施所述内核卡与所述多个I/O卡之间的通信。

分布式的MAC地址黑洞预防方法的实现方式能够增加保护组的数量，简化网络管理并提高设备的可靠性。在双宿机制中MAC地址黑洞预防方法提供更高质量的电信服务、减少对硬件资源的消耗、减低成本、增大保护容量等。

本发明的各个方面将通过下文中的具体实施例的说明而更加清晰。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更加明显。附图中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的双宿拓扑网络示意图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的在双宿节点(PE)中用于MAC黑洞预防的方法的流程图；

图3示出了根据本发明的一个实施例的现有的双宿节点的集中式的架构；

图4示出了根据本发明的一个实施例的SIPL协议格式；以及

图5示出了根据本发明的一个实施例的分布式双宿节点的示意图。

在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相对应的部件或特征。

具体实施方式

在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本发明一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本发明的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本发明的所有实施例。可以理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本发明的范围由所附的权利要求所限定。

双宿保护切换充分利用了G.8031和G.8131中1∶1保护切换有限状态机(可返回和不可返回模式)。双宿节点传输并接收自动保护切换(Auto Protection Switching：APS)数据包。双宿特定的R-APS数据包是借用的环形网络保护中的格式。特定的R-APS数据包应当以3.3ms的间隔发送。3.3ms的间隔与用于快速缺陷检测的连接性检查消息(ContinuityCheck Message，CCM)的间隔相同。在操作员下的命令或者等待恢复(Wait To Restore：WTR)计时器时间到的情况下，在业务切换至目标通道时，双宿有限状态机应当通过双宿通道组中的通道向所连接的节点发送三个连续的特定的R-APS数据包。在由维护操作人员要求强制或手动切换时，双宿有限状态机将在先前有效的路径上发送MAC刷新指示数据包，以在业务从工作路径转移到保护路径时，或者释放命令，业务回到工作路径时触发在核心节点区域中的MAC地址表更新机制。在可返回模式中，在业务回到工作路径时，双宿有限状态机在保护路径(在返回之前在该路径上进行通信)上发送MAC刷新指示数据包，以触发在核心节点区域中的MAC地址表更新机制。

图1示出了根据本发明的一个实施例的双宿拓扑网络示意图。

接入侧T-MPLS域(例如接入网)中包括网元101、102、103和104。这些网元通过两个双宿节点PE1和PE2进一步连接至核心侧T-MPLS封装的以太网域(例如核心网)的核心节点PE3和PE4。其中，PE1、PE2、PE3、PE4相互连接。

在网络的一部分如果发生故障，在端到端的保护机制下，该故障不能直接被节点检测到。这通常发生在虚拟专用局域网业务(Virtual Private LAN Service：VPLS)中配置的节点中。在VPLS中，从业务提供端通过支持保护切换协议的接入网将数据传递至用户。由于VPLS中的业务流向是基于MAC学习的，如果相关节点的MAC地址表没有及时更新，将导致业务流向仍按照旧的方向。这将导致数据包的丢失。

图2示出了根据本发明的一个实施例的在双宿节点(PE)中用于MAC黑洞预防的方法的流程图。下面结合图1和图2，描述依据本发明的方法的具体实施例。

在依据本发明的一个实施例中，在双宿节点PE1中，定义有多个维护节点MEP，每个维护节点对应于一条或多条通信链路。

首先在方法步骤S201中确定是否发生预定情况，该预定情况包括：

-多个维护节点中的一个接入侧维护节点检测到与该维护节点相对应的通信链路中发生信号失效或信号衰减；

-发生强制操作；

-多个维护节点中的一个接入侧维护节点接收到来自接入侧或核心侧的其它网元的特定的自动保护切换数据包。

如果在方法步骤中检测到发生上述情况中任意一项，则在方法步骤S202中，执行本地MAC地址表更新，并在方法步骤S203中向与该双宿节点PE1相连接的其它双宿节点PE2或核心节点PE3、PE4发送特定的自动保护切换数据包，以指示更新MAC地址表。

依据本发明的MAC黑洞预防方法意味着及时更新MAC地址表，用于与接入网所在的T-MPLS通道冗余的场景。通过连接至核心网节点的双宿节点提供通道冗余。

图3示出了根据本发明的一个实施例的现有的双宿节点的集中式的架构。

图3所示的核心板包括以下模块：

-mbhp_master_core：用作MAC地址黑洞预防控制中心；

-Reggen_mbhp_oam_core_master：用作与CPU相连的总线接口；

-mbhp_pw_tx_provision_ram：用于定义MAC地址黑洞预防R-APS发送(TX)实例寄存器；

-mbhp_pw_rx_provision_ram：用于定义MAC地址黑洞预防R-APS接收(RX)实例寄存器；

-mbhp_tu_provision_ram：用于定义MAC地址黑洞预防信号衰减或远程缺陷指示(Remote Defect Indication，RDI)触发条件；

-mbhp_tu_shot_ram：用于通过CPU触发MAC地址黑洞预防；

-APS_FSM、Group_cfg_ram和Mem_cfg_ram：用于双宿保护切换；

-Tu_alarm_ram和pw_alarm_ram：用于存储中断状态，并由CPU清空。

然而，由于保护切换组的容量的增大，这种集中式的实施结构将产生如下问题，例如消耗过多的FPGA或硬件资源、CPU将承受过高的负载、缺乏适当的冗余备份而可靠性将降低。这将对电信服务产生不利的影响。

与传统的MAC黑洞预防都在核心板上实现相反，在此还提出了一种分布式双宿节点的实现方式。这种实现架构由核心板(主板)上的一个MBHP主机和多个I/O卡(从板)上的多个MBHP从机组成。在依据本发明的一个实施例中，可能包括多个核心板，例如一个主用核心板和一个备用核心板。这种分布式架构增加了I/O卡的保护容量，并且支持了更多的I/O卡，简化对I/O的网络管理，减轻主板上的CPU负载并且提高了设备可靠性。同时，这种实施架构降低了网络设备的成本，并且为用户提供了高质量的电信服务。

具体地，在依据本发明的一个实施例中，能够由I/O卡上的MBHP从机实现确定是否发生以下情况，并将检测结果发送给MBHP主机：

-多个维护节点中的一个接入侧维护节点检测到与该维护节点相对应的通信链路中发生信号失效或信号衰减；

-多个维护节点中的一个接入侧维护节点接收到来自接入侧或核心侧的其它网元的特定的自动保护切换数据包。

并由核心板上的MBHP主机实现确定是否发生软件命令产生的强制操作，并结合MBHP从机发来的检测结果，确定需要进行MAC地址更新的通信链路，并根据所述需要进行MAC地址更新的通信链路选择：

-用于发送特定的自动保护切换数据包的维护节点；

-特定的自动保护切换数据包发往的目标双宿节点PE2或核心节点PE3、PE4。

此外，MBHP主机还负责生成特定的自动保护切换数据包。

随后MBHP主机将所确定的目标节点(双宿节点PE2或核心节点PE3、PE4)通知给需要发送特定的自动保护切换数据包的维护节点，以指示MBHP从机发送该自动保护切换数据包。

依据本发明的一个实施例，内核卡与所述多个I/O卡之间通过reggen_giga总线连接，并且以简单内部数据包链接(Simple Internal Packet Link，SIPL)协议实施内核卡与多个I/O卡之间的通信。

在此，SIPL协议用于通过例如reggen_giga总线传输数据包信息。图4示出了根据本发明的一个实施例的SIPL协议格式。

最小的包间距为2字节。第一个字节类型域用于指示数据包类型。最后个字节用于校验和以验证数据包。数据0至数据N是数据包的内容，其长度能够从0至2048。SIPL协议缩短了在主板和I/O卡直接的数据包信息的传送时间。因此，分布式的MAC地址黑洞预防确保保护切换时间并及时更新MAC地址。

图5中示出了MBHP主机和从机的分布式架构。其具有一个核心板(主板)和多个I/O卡(从板)。MBHP主机设置在核心板上，MBHP从机设置在I/O卡上。MBHP主机包括图2中所示的各个模块，在此不再赘述。此外，MBHP主机还包括SIPL模块。MBHP主机能够通过SIPL模块与I/O卡进行通信。例如SIPL能够将槽位保护切换表、槽位数据切换和R-APS数据包封装成相关的数据包信息，并将其发送至相关的I/O卡中的从机。SIPL还能够接收数据包信息，并从中提取R-APS数据包/路径信号失效(Track Signal Fail，TSF)缺陷，并且将其转发至MBHP主机。

MBHP从机能够接收或发送R-APS数据包。从机还可以检测信号失效或从远程设备接收远程缺陷指示。

在此，示出了I/O卡1、I/O卡2和I/O卡3中的三个从机。在I/O卡与核心板之间，具有reggen_giga总线连接，其与槽位的编号对应。在例子中，对于I/O卡1、I/O卡2和I/O卡3具有3条reggen_giga总线。分布式MAC地址黑洞预防架构了提供了可扩展的空间和在同一I/O卡或多个I/O卡中的切换保护和MAC地址黑洞预防的灵活性。

例如，在I/O卡3中，与MBHP从机3相关的OAM处理维护实体组端点(MaintenaceEntity Group End Point，MEP)的CCM包，以找出SF和RDI缺陷状态。SF和RDI缺陷状态被封装在SIPL中，并且通过reggen_giga总线3被传送至MBHP主机。当MBHP从机3接收到R-APS时，其也会将接收到R-APS转发至核心板中的MBHP主机。核心板中MBHP主机将处理缺陷以及所接收的R-APS，并且创建新的R-APS和双宿切换状态和MAC地址黑洞预防通知。在添加了MEP信息之后，新的R-APS将被封装在SIPL中，并通过reggen_giga总线3被传送至相关的MBHP从机3。同样，MBHP主机的切换状态也通过reggen_giga总线3被传送至MBHP从机3和OAM。MBHP主机的FSM状态、FSM缺陷和MAC地址黑洞预防通知将被汇报至核心板中的主CPU。同时，CPU将产生命令，以更新相关的MAC地址表来避免数据包的丢失。

通过这种分布式的MAC地址黑洞预防更新MAC地址表的方法，能够有效地避免在接入网的切换保护期间由于虚拟专用局域网业务中的MAC表的未更新所导致的问题，例如利用旧的MAC表将通信包转发至“黑洞”端口。这样增强了无线接入网和固定网的生存性、降低了分组传输设备的成本。

图6示出了依据本发明的一个实施例的在MBHP从机中的方法流图。

在方法步骤S601中，使能MBHP从机模式。在方法步骤S602中配置用于故障检测的接入侧维护节点。在方法步骤S603中，配置用于接收来自接入侧或核心侧的其他网元的特定的自动保护切换数据包的维护节点。

在方法步骤S604将这两个维护节点设置为支持不同的虚拟端口。

如果在方法步骤S611中在通道触发RAM中执行软件命令，或者由前述两个维护节点检测到与该维护节点相对应的通信链路中发生信号失效或信号衰减或者接收到来自接入侧或核心侧的其它网元的特定的自动保护切换数据包，则在方法步骤S605中发送伪线R-APS数据包以更新相关网元MAC地址。

在方法步骤S606中，根据来自MBHP主机的关于发送实例的信息，设定MAC地址黑洞预防发送实例，以为相关MAC地址网元更新更新MAC地址黑洞预防R-APS数据包。

在依据本发明的一个实施例中，在维护节点接收到通道R-APS数据包时，来自MBHP_TU_REPORT_INT的通知将引起中断。该中断在CPU读出并清零所有MBHP_TU_REPORT_RAM中的所有通知之后置位。设定第三MEP用于发送伪线R-APS数据包。

在依据本发明的一个实施例中，在维护节点发送伪线R-APS数据包时，来自MBHP_PW_REPORT_INT的通知将引起中断。该中断在CPU读出并清零所有MBHP_PW_REPORT_RAM中的所有通知之后置位。

依据本发明的这一分布式的MAC地址黑洞预防架构，能够增加保护组的数量，简化网络管理并提高设备的可靠性。利用双宿机制的MAC地址黑洞预防提供能够更高质量的电信服务、减少对硬件资源的消耗、减低成本、增大保护容量等。

需要说明的是，上述实施例仅是示范性的，而非对本发明的限制。任何不背离本发明精神的技术方案均应落入本发明的保护范围之内。此外，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求；“包括”一词不排除其它权利要求或说明书中未列出的装置或步骤；装置前的“一个”不排除多个这样的装置的存在；在包含多个装置的设备中，该多个装置中的一个或多个的功能可由同一个硬件或软件模块来实现；“第一”、“第二”、“第三”等词语仅用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (9)

1.一种在双宿以太网的双宿节点(PE)中用于MAC黑洞预防的方法，其中，所述双宿节点是被双宿地连接至上行的两个网元的节点，所述双宿节点连接在接入侧和核心侧之间，并且所述双宿节点中定义有多个维护节点(MEP)，每个维护节点对应于一条或多条通信链路，所述方法包括如下步骤：

a.确定是否发生以下情况中任意一项：

-所述多个维护节点中的一个接入侧维护节点检测到与该维护节点相对应的通信链路中发生信号失效或信号衰减；

-发生强制操作；

-所述多个维护节点中的一个接入侧维护节点接收到来自接入侧或核心侧的其他网元的特定的自动保护切换数据包；

b.当检测到上述情况中任意一项时，执行本地MAC地址表更新，并且向与所述双宿节点相连接的其他双宿节点或核心节点发送特定的自动保护切换数据包，所述特定的自动保护切换数据包指示更新MAC地址表。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特定的自动保护切换数据包采用G.8032中环形自动保护切换协议中的环形自动保护切换数据包格式。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法在步骤a之前还包括：

-配置用于故障检测的接入侧维护节点；

-配置用于接收来自接入侧或核心侧的其他网元的特定的自动保护切换数据包的维护节点；

-配置与通信链路对应的虚拟端口。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b还包括，根据所检测到的步骤a中的情况，确定需要进行MAC地址更新的通信链路，并根据所述需要进行MAC地址更新的通信链路选择：

-用于发送所述特定的自动保护切换数据包的维护节点；

-所述特定的自动保护切换数据包发往的目标双宿节点或核心节点。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b之后还包括:

-接收来自所述其他双宿节点的对所述特定的自动保护切换数据包的反馈信息。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双宿节点采用分布式的构造。

7.一种在双宿以太网中用于MAC黑洞预防的双宿节点，其中，所述双宿节点是被双宿地连接至上行的两个网元的节点，所述双宿节点连接在接入侧和核心侧之间，并且所述双宿节点包括至少一个内核卡以及与其连接的多个I/O卡，其中：

所述多个I/O卡用于确定是否发生以下情况中任意一项，并将检测结果发送至所述内核卡：

-检测到与该I/O卡相连接的通信链路中发生信号失效或信号衰减；

-接收到来自接入侧或核心侧的其他网元的特定的自动保护切换数据包；

并且，所述多个I/O卡用于接收来自所述内核卡的指示，以向与所述双宿节点相连接的其他双宿节点或核心节点发送特定的自动保护切换数据包，所述特定的自动保护切换数据包指示更新MAC地址表；

所述内核卡用于接收来自所述多个I/O卡的检测结果，并根据所述检测结果以及是否发生强制操作，指示所述多个I/O卡中的一个或多个向与所述双宿节点相连接的其他双宿节点或核心节点发送特定的自动保护切换数据包，所述特定的自动保护切换数据包指示更新MAC地址表。

8.根据权利要求7所述的双宿节点，其特征在于，所述内核卡与所述多个I/O卡之间通过reggen_giga总线连接。

9.根据权利要求7所述的双宿节点，其特征在于，以SIPL协议实施所述内核卡与所述多个I/O卡之间的通信。