CN100364289C - 在基于弹性分组环的网络中实现二层设备互连的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在基于弹性分组环的网络中实现二层设备互连的方法，以解决现有技术中实现二层设备互连存在浪费带宽和不具备RPR空间复用的问题。所述方法为：下环方向节点提取下环的报文中的用户源MAC地址和RPR节点源MAC地址进行学习处理，学习信息存储到MAC表中；上环方向当节点处理上环报文时，提取用户源MAC地址和本RPR节点MAC地址比较，如果一致则封装为基本RPR帧格式转发；如果不相等则提取二层业务的用户目的MAC地址查找MAC表，若查找到匹配表项则用查到的RPR节点目的MAC作为RPR节点目的MAC地址，若查找不到匹配表项，RPR目的MAC地址封装为广播MAC地址，本节点的RPR MAC地址作为报文的RPR源MAC地址，然后将报文封装成RPR扩展帧类型。

Description

在基于弹性分组环的网络中实现二层设备互连的方法
技术领域
本发明涉及通信网络中的弹性分组环技术，尤其涉及在基于弹性分组环的网络中实现二层设备互连的方法。
背景技术
当前通讯网络的建设重点转向城域网。城域网(MAN)具有大容量、多业务、可扩展、高可靠性的特点；以太网技术以其成本低、简洁、易扩展、以及便于IP包的传输和处理等特点，激发人们将局域网(LAN)中的以太经济模式扩展到MAN中。但是并不是可以直接将LAN中的以太模式搬到城域网中来，它在规模、端到端业务建立和质量保证等方面还存在不少需要克服的难题。
弹性分组环(Resilient Packet Ring，RPR)技术集IP的智能化、以太网的经济性和光纤环网的高带宽效率、可靠性于一体，为宽带IP城域网运营商提供了一个良好的组网方案。
RPR是一种链路层互连技术，利用RPR本身的寻址方式和算法，实现共享介质下的设备互连和带宽公平，可以应用于三层交换机、路由器等三层数据通信和综合通信设备上，也可以通过桥(Bridge)模式实现二层设备的互连。
RPR协议定义bridge模式实现二层设备的互连，其基本原理为：网络中的节点将收到的所有报文向全网广播，每个节点下的客户(Client)(包括PC/服务器)收到报文后，如果目的地址是自身地址或广播/多播地址则接收，否则丢弃报文。这类似用Hub组建的局域网。这种方法虽然简单，但存在以下缺点：
1、由于采用将所有报文向各节点广播，因而普通数据报文也要广播，所以带宽的浪费较大。
2、RPR的空间复用是指普通报文在目的节点被剥离，所以不同节点间报文在同一环(内环或外环)传输时，只有共同的路径的流量才会叠加。而现有技术方案的广播方式使报文要经过各节点，所以不具备RPR技术空间复用的优点。
发明内容
本发明提供一种在基于弹性分组环的网络中实现二层设备互连的方法，以解决现有技术中实现二层设备互连存在浪费带宽和不具备RPR空间复用的问题。
为解决上述问题，本发明提供以下技术方案：
一种在基于弹性分组环的网络中实现二层设备互连的方法，包括步骤：
A、所述网络中的节点从上环报文中提取源MAC地址并判断是否为本节点地址；如果是，则将报文封装为基本帧类型并进行步骤F，否则，进行步骤B；
B、从上环报文中提取目的MAC地址并查找MAC表；如果查到该目的MAC地址对应有弹性分组环RPR节点MAC地址，则进行步骤C，否则进行步骤D；
C、将查找到的RPR节点MAC地址封装为扩展帧类型报文中的RPR目的MAC地址，进行步骤E；
D、将扩展帧类型报文中的RPR目的MAC地址封装为广播值，进行步骤E；
E、将所述上环报文中的源、目的MAC地址分别封装为扩展帧类型报文中的用户源MAC地址和用户目的MAC地址，并将本节点MAC地址封装为扩展帧类型报文中的RPR节点源MAC地址，进行步骤F。
F、转发封装后的报文，并结束对该报文的处理。
其中：
所述节点收到扩展帧格式的下环报文时，从该报文中提取RPR源MAC地址和用户源MAC地址进行地址学习处理，使所述MAC表中包含所述RPR源MAC地址和用户源MAC地址的映射关系。
在进行学习时还将报文中的其他相关信息保存到MAC表的表项中。
步骤B中还从报文中提取所述的其他相关信息，并利用提取的目的MAC地址和该其他相关信息组成的地址查找MAC表，或者利用提取的目的MAC地址和其他相关信息经处理后的简化地址查找MAC表。
如果所述MAC表中的表项在预定时间内未被访问，则老化该表项。
本发明可以带来以下有益效果：
1、使用本发明可以开发一种设备，使RPR协议应用到二层网络或二层和三层的混合网络中，从而使网络具有RPR协议的各种优点，消除了桥模式的各种缺点。
2、通过本发明可实现L2/L3/R混合组建RPR环；也可采用不同设备组建RPR环，能够大大简化网络设备的层次和复杂性，降低成本，可以根据需要实现各种具体应用。
3、本发明的实现简单，只需要在RPR协议规定的基础上添加地址学习和查找的功能，因而便于在原来硬件平台上升级。
附图说明
图1为RPR网络结构示意图；
图2为本发明中RPR节点透辑框图；
图3为本发明对上环报文的处理流程图；
图4为本发明对下环报文的处理流程图。
具体实施方式
RPR网络可以由三层设备(Router或三层交换机等)和二层设备(Lanswitch等)组成，当然节点处还要经过RPR协议的处理。RPR协议定义了两种数据帧格式，分别是基本帧类型和扩展帧类型。扩展帧类型比基本帧类型多了扩展目的MAC地址(daExtended)和扩展源MAC地址(saExtended)信息(详见RPR最新草案)，基本帧类型的报文用于三层设备，扩展帧类型的报文用于二层设备。
RPR扩展帧帧结构如下表一所示：
表一
  长度(字节)     域     含义
    1     TTL     Time To Live，RPR帧环上最大跳数；转发中经过一个节点减一
    1     BaseControl     RPR帧控制信息
    6     R_Dmac     RPR目的节点的MAC地址
    6     R_Smac     RPR发送源节点MAC地址
    1     TTLBase     RPR帧最大跳数原值，转发中不减
    1     ExtendedControl     RPR扩展帧控制域；
    2     HEC     Header Error Check，头错误校验
    6     DmacExtended     扩展目的MAC地址，实际上就是用户的目的MAC地址，以太网帧的目的MAC
    6     SmacExtended     扩展源MAC地址，实际上就是用户的源MAC地址，以太网帧的源MAC
    Data     剩下的帧数据
    4     FCS     循环校验码
RPR基本帧格式如下表二所示：
表二
长度(字节)     域     含义
    1     TTL     Time To Live，RPR帧环上最大跳数；转发中经过一个节点减一
    1     BaseControl     RPR帧控制信息
    6     R_Dmac     RPR目的节点的MAC地址
    6     R_Smac     RPR发送源节点MAC地址
    1     TTLBase     RPR帧最大跳数原值，转发中不减
    1     ExtendedControl     RPR扩展帧控制域；
    2     HEC     Header Error Check，头错误校验
    Data     剩下的帧数据
    4     FCS     循环校验码
表一中DmacExtended、SmacExtended和Data域中的内容，以及表二中BaseControl、R_Dmac、R_Smac、TTLBase、ExtendedContro1、HEC和Data域的内容为从用户侧接收的报文内容，整个表项是RPR传递的帧格式。
基本帧和扩展帧应用环境不同，一般二层设备互联会采用扩展帧格式，因为用户MAC地址需要透传到对端的二层设备；而三层设备则不需要透传用户MAC地址信息，只需要根据IP或者其他协议转发。
为了描述方便，本文将扩展帧和基本帧的R_DMAC称为RPR节点目的MAC地址，R_SMAC称为RPR节点源MAC地址；扩展帧的DmacExtended称为用户目的MAC地址，SmacExtended称为用户源MAC地址。
对于环上的各RPR节点，当收到目的节点是本节点的单播报文或广播/多播报文时，做下环处理，并进行二层或三层业务处理，将这些报文称为下环报文。当二层或三层处理后的报文需要进入RPR环网时，做上环处理，称为上环报文。
本发明在对扩展帧类型的下环报文进行RPR协议处理时，进行地址学习处理，学习信息存储到MAC表中，以此在MAC表中建立节点MAC地址与该节点下二层设备的MAC地址之间的映射关系；对于非扩展帧，则不必进行学习处理。
在对二层设备发送来的上环报文进行RPR协议处理时，首先提取二层业务的用户目的MAC地址查找MAC表，若查找到匹配表项则用查到的RPR节点目的MAC地址作为RPR节点目的MAC地址，若查找不到匹配表项，则做全网节点的广播处理，即将RPR节点目的MAC地址封装为广播MAC地址(全1)，将本节点的RPR MAC地址作为报文的RPR源MAC地址；然后将以太网报文封装为RPR扩展格式报文。
上、下环方向的联系根据路径对称原则就是下环报文中的用户源MAC地址对应上环报文中的用户目的MAC地址，下环报文中的RPR源MAC地址对应上环报文中的RPR目的MAC地址，本节点的RPR MAC地址(标识本节点唯一性的RPR MAC地址)作为报文的RPR源MAC地址。
MAC表项大致结构为：
老化刷新和valid(标志表项是否有效)等表项信息   节点RPR MAC(R_MAC) RPR节点下二层设备的MAC地址(T_MAC) 其它相关信息(需要学习的信息)
访问表项的地址可用T_MAC，也可以用T_MAC和其它相关信息组成的地址，或者是经过处理后的简化的地址，如CRC处理等。其它相关信息可以是虚拟局域网标识(vlan_id)，也可以根据需要选择其它信息。学习时将信息写入MAC表，查找时，如果发现T_MAC和其它信息与报文中的信息相同，则表示匹配，否则不匹配。
MAC表有老化刷新的功能，当某一MAC表项在较长时间既没有被学习的方式访问，也没有被查找的方式访问，则被老化。同时MAC表存在供CPU访问的通道。
在利用二层MAC地址查表时，若查找到匹配项即二层用户MAC地址对应有节点MAC地址，则以该节点MAC地址为RPR目的MAC地址将报文封装为扩展帧类型，即单播该报文；若查找不到匹配项即二层MAC地址没有对应的节点MAC地址，则将报文向全网广播，从而使每个节点学习到其它节点的二层设备与节点的地址对应关系。
参阅图2所示，西向物理芯片(west Phy)和东向物理芯片(east Phy)接收报文后，判断是否为本节点的报文还是直接转发，当为本节点报文时做下环报文处理，并进行地址学习，当报文上环时做地址查找处理。其它处理与RPR协议相同。
参阅图3所示，对上环方向报文的处理流程如下：
步骤100：节点接收到业务侧的上环报文后进行RPR处理。
步骤110：从报文中提取用户源MAC地址和本节点的RPRMAC地址比较，如果不一致则进行步骤120，否则进行步骤170。
步骤120：提取报文中的目的MAC地址并查找MAC表项。
步骤130：判断是否查找到匹配项，即目的MAC地址是否对应有RPR MAC地址，如果是则进行步骤140，否则进行步骤150。
步骤140：将查找到的节点MAC地址封装为报文中的RPR节点目的MAC地址，进行步骤160。
步骤150：将报文中的目的MAC地址封装为广播值(广播值为全1)。
步骤160：将所述报文中的源、目的MAC地址分别封装为用户源MAC地址和用户目的MAC地址，将本节点MAC地址封装为RPR节点源MAC地址，将以太网报文封装为扩展帧类型，进行步骤180。
步骤170：不进行查找MAC表处理，将以太网报文封装为基本帧类型，其中的源MAC地址和目的MAC地址不变。
用户目的MAC地址和源MAC地址相当于RPR节点目的MAC地址和源MAC地址，只需要加上生存时间(TTL)和BaseControl两个域即可。
步骤180：进行其他与现有相同的RPR协议处理后转发报文。
参阅图4所示，对下环方向报文的处理流程如下：
步骤200：RPR节点接收到RPR侧的下环报文后进行RPR协议处理。
步骤210：判断报文是否为基本帧格式，如果是则进行步骤240；否则进行步骤220。
RPR节点根据RPR帧头中规定的比特位的值判断报文是否为基本帧格式。
步骤220：将报文中的用户源MAC地址和RPR源MAC地址学习到MAC表项，供上环查表用。
步骤230：将报文去掉RPR头以及RPR目的MAC地址、源MAC地址和扩展控制域后恢复为以太网报文，并进行步骤250。
步骤240：将RPR的MAC作为二层报文中的MAC地址，并去除其它RPR信息域，将报文封装成以太网报文转发到业务侧。
步骤250：对报文进行其他与现有技术相同的RPR处理。
总之，对于RPR节点接收的报文，对需要送往二层设备处理的帧进行学习处理；对于二层设备送来的报文，需要进入RPR环网的帧，进行目的节点地址的查找处理。查找时的匹配指的是二层设备送来报文中的目的MAC地址与MAC表中的T_MAC一致，根据需要匹配的信息还可有Vlan_id等。
采用本发明，RPR节点设备不仅可以组建二层网络、三层网络，还可以使二层网络和三层网络共用RPR环网，即二层、三层混合组网，复用了RPR环网。从而具有最高的灵活性。当L3/R组网时不需要地址学习处理。
采用本发明，不需要所有的报文都向全网广播，并具有RPR技术的空间复用的优点，且实现简单。

Claims (6)

1.一种在基于弹性分组环的网络中实现二层设备互连的方法，其特征在于，包括步骤：
A、所述网络中的节点从上环报文中提取源MAC地址并判断是否为本节点地址；如果是，则将报文封装为基本帧类型并进行步骤F，否则进行步骤B；
B、从上环报文中提取目的MAC地址并查找MAC表；如果查到该目的MAC地址对应有弹性分组环RPR节点MAC地址，则进行步骤C，否则进行步骤D；
C、将查找到的RPR节点MAC地址封装为扩展帧类型报文中的RPR目的MAC地址，进行步骤E；
D、将扩展帧类型报文中的RPR目的MAC地址封装为广播值，进行步骤E；
E、将所述上环报文中的源、目的MAC地址分别封装为扩展帧类型报文中的用户源MAC地址和用户目的MAC地址，并将本节点MAC地址封装为扩展帧类型报文中的RPR节点源MAC地址，进行步骤F；
F、转发封装后的报文，并结束对该报文的处理。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述节点收到扩展帧格式的下环报文时，从该报文中提取RPR源MAC地址和用户源MAC地址进行地址学习处理，使所述MAC表中包含所述RPR源MAC地址和用户源MAC地址的映射关系。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在进行学习时还将报文中的其他相关信息保存到MAC表的表项中。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述其他相关信息包括但不限于生存时间TTL域信息。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤B中还从报文中提取所述的其他相关信息，并利用提取的目的MAC地址和该其他相关信息组成的地址查找MAC表，或者利用提取的目的MAC地址和其他相关信息经处理后的简化地址查找MAC表。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，如果所述MAC表中的表项在预定时间内未被访问，则老化该表项。
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