CN100370753C

CN100370753C - 在数字用户线集中器上防止用户侧环网的方法

Info

Publication number: CN100370753C
Application number: CNB2005100631300A
Authority: CN
Inventors: 罗勇
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2005-04-04
Filing date: 2005-04-04
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2025-04-04
Also published as: CN1848751A

Abstract

本发明公开了一种在数字用户线集中器上防止用户侧环网的方法，该方法由数字用户线集中器定时向用户侧发送环网监测报文，和接收用户侧发送来的环网监测报文；所述数字用户线集中器根据接收到的环网监测报文中的配置信息确定用户侧存在环网、并且该数字用户线集中器侧的优先级低于该环网监测报文发送源的优先级时，使接收到所述环网监测报文的端口进入阻塞状态，当该数字用户线集中器侧的优先级等于该环网监测报文发送源的优先级时，使接收到所述环网监测报文的端口进入监听状态。采用本发明能在用户侧出现环网时，及时地关闭冗余或低优先级的链路，从而避免环网造成整个网络瘫痪。

Description

在数字用户线集中器上防止用户侧环网的方法

技术领域

本发明涉及通信领域的数字用户环线(DSL)技术，尤其涉及在数字用户线集中器上防止用户侧环网的方法。

背景技术

在基于广播方式的以太网中，如果存在环路，报文就会在环路中不断循环和增生，造成网络的拥塞，而且报文的循环转也会发造成交换机端口学习错误，从而破坏交换机的端口-地址的对应表，造成转发错误。如图1所示，为了简单起见，假设所有交换机的所有端口都在同一个虚拟局域网(VLAN)，以太网交换机A的端口P2和端口P3通过网线连接同一台交换机B，构成了一个环路。如果终端PC1要发送一个报文给终端PC2，则这个报文通过端口P1进入交换机A，同时通过端口P2进入交换机B，随后又通过端口P3从交换机B回到了交换机A，又从端口P2发送给交换机B，这样不断的循环往复，最终造成整个网络堵塞。

每个以太网报文中都携带了发送该报文的主机的媒体访问控制(MAC)地址以及该报文需要到达主机的MAC地址。交换机需要根据报文进入交换机的端口和报文携带的来源MAC地址来填写端口-MAC地址对应表。以便后续的报文转发。例如，上图中终端PC1发给终端PC2的报文进入交换机A后，交换机就会学习到：终端PC1的MAC地址对应端口P1，这样后面交换机收到目的地址是终端PC1的报文就会转发到端口P1。如果出现了环网，由于同样1份报文，开始从端口P1进来，后来从端口P3上进来，交换机上就会学习到终端PC1的MAC地址对应端口P3。这样后续所有发给终端PC1的报文都会错误的转发到端口P3，导致终端PC1收不到所需报文。

现有以上行口是以太网接口的数字用户线集中器(IPDSLAM)技术为基础的宽带接入网主要组网如图2所示：远端传输单元(RTU)、IPDSLAM都采用二层网桥的方法将用户的局域网接入公用的城域网中，所以用户局域网也成为城域以太网中的一部分，如果用户的局域网出现了环网，则也会影响到上层的城域网。

图3中显示了一种常见的IPDSLAM用户侧环网，用户为了提高上网速度申请了两条DSL线路并接入用户局域网。这两条DSL线路位于两个不同的DSLAM下，但是上行接入同一个汇聚交换机。两个DSLAM、汇聚交换机、两个RTU以及用户局域网就构成了一个环网。需要注意的是，如果两条DSL线路位于同一台DSLAM下也会形成环网。

图4是另外一种用户侧环网的形式，用户交换机有两个端口使用网线短接在一起，形成了一个环网。

在纯粹的以太网中为了防止环网的形成，交换机上都采用了生成树协议/快速生成树协议(STP/RSTP)协议，这些协议中的生成树算法可以有效的检测到环路，并阻断冗余路径。但DSLAM应用STP协议主要存在以下几个障碍：

1、ADSL的链路层是基于异步传输模式(ATM)的，ATM信元上承载以太网帧必须要进行特殊处理。

2、一般的以太网交换机端口比较少，从几十到几百，而主流DSLAM支持的端口数已经达到几千个，每个端口上都应用STP协议会对转发效率产生很大影响。

3、使用RTU接入的私网交换机可能也开启了STP协议，如果用户交换机设置的优先级比公网交换机的优先级高，不仅会干扰公网的生成树的收敛，而且在出现环网的时候，由于公网交换机的端口优先级较低，会导致公网交换机连接DSLAM的端口被阻塞，造成整台DSLAM业务的中断。

发明内容

本发明提供一种在数字用户线集中器上防止用户侧环网的方法，在用户侧出现环网时，能及时地关闭冗余或低优先级的链路，防止环网造成整个网络瘫痪。

实现本发明的技术方案如下：

一种在数字用户线集中器上防止用户侧环网的方法，该方法包括如下步骤：

由数字用户线集中器定时向用户侧发送环网监测报文，和接收用户侧发送来的环网监测报文；

所述数字用户线集中器根据接收到的环网监测报文中的配置信息确定用户侧存在环网、并且该数字用户线集中器侧的优先级低于该环网监测报文发送源的优先级时，使接收到所述环网监测报文的端口进入阻塞状态，当该数字用户线集中器侧的优先级等于该环网监测报文发送源的优先级时，使接收到所述环网监测报文的端口进入监听状态。

其中：

由数字用户线集中器的硬件处理单元捕获从上行端口发往用户端口和从用户端口发往上行端口的生成树协议(STP)报文，使用户端口与公网的STP协议隔离。

所述配置信息包括：根标识，由数字用户线集中器当前检测到的最高地位交换机的优先级和该交换机的MAC地址组成；根路径开销，表示数字用户线集中器到树根的最短路径开销，指示了该数字用户线集中器到交换机之间链路的优先级；指定设备标识，由数字用户线集中器的优先级和MAC地址组合成；指定端口标识，由发送环网监测报文的用户端口的优先级和框/槽/端口编号组成；其中，所述数字用户线集中器发现接收到的环网监测报文中指定设备的根标识与本地记录的根标识相同时确定存在环网。

数字用户线集中器在确定用户侧存在环网后，先通过比较该数字用户线集中器的根路径开销和环网监测报文中的根路径开销确定优先级，并在所述数字用户线集中器侧的优先级低于该环网监测报文发送源的优先级时，使接收到环网监测报文的端口进入阻塞状态。

若数字用户线集中器的根路径开销与环网监测报文中的根路径开销相同时，则进一步比较该数字用户线集中器的标识与环网监测报文中的指定设备标识确定优先级，并在该数字用户线集中器侧的优先级低于该环网监测报文发送源的优先级时，使接收到环网监测报文的端口进入阻塞状态。

若所述数字用户线集中器的标识与环网监测报文中的指定设备标识相同时，则进一步比较接收该环网监测报文的端口标识和环网监测报文中的指定端口标识来确定优先级；若该数字用户线集中器的端口优先级低于该环网监测报文发送源的发送端口优先级时，使接收到所述环网监测报文的端口进入阻塞状态，若两端的标识相同，则使接收到所述环网监测报文的端口进入监听状态。

在使接收环网监测报文的端口进入阻塞或监听状态时启动一个老化定时器，每当该端口接收到环网监测报文使该定时器复位，若定时器超时，则使该端口进入正常工作状态并停止该定时器。

本发明具有以下有益效果：

1、实现简单、工作可靠和占用资源较少，用比较少的代价解决了环网监测和XDSL链路二层备份的问题。

2、单用户采用多XDSL链路连接城域网时，动态检测到高优先级链路并使用，关闭低优先级链路，高优先级链路故障时，自动发现并启用其他链路，实现XDSL链路的冗余备份，提高接入链路的健壮性。

3、隔离用户私网的STP报文，防止用户私网的STP协议影响公网的生成树计算。

4、数字用户线集中器优先级、端口优先级、端口状态老化时间、环网监测报文发送周期等可以调节，因而组网适应性强。

附图说明

图1为网络中的环网示意图；

图2为宽带接入网的组网示意图；

图3为同一个用户申请两条DSL导致环网的示意图；

图4为用户局域网组网错误导致环网的示意图；

图5为本发明中发送环网监测报文的流程图；

图6为数字用户线集中器接收到环网监测报文的处理流程图；

图7为端口监听、阻塞状态老化的处理流程图；

图8为应用本发明解决两条DSL导致环网的示意图。

具体实施方式

本发明中采用了类似于生成树协议(STP)的思想，使用环网监测协议(或称为简化的生成树协议)，由DSLAM设备向所有XDSL端口定期广播发送携带配置信息的环网监测报文，同时从各个XDSL端口接收环网监测报文；若DSLAM设备的某个XDSL端口上接收到了环网监测报文，根据环网监测报文中的配置信息确定用户侧存在环网时，则比较环网监测报文中发送源和DSLAM的优先级，如果发送源的优先级较高，则关闭该XDSL端口的发送功能，将环路隔断。

环网监测协议不进行生成树的计算和收敛，协议报文中也不携带生存期、发现周期、端口状态延时等收敛时间参数，只进行环网的监测、冗余链路的关闭和备份链路的启动。环网监测报文中的配置信息包括：

根标识(根ID)，根就是DSLAM当前检测到的最高地位交换机，根标识由高地位交换机的优先级和这个交换机的MAC地址组合而成。

根路径开销，是DSLAM到树根的最短路径开销，指示了DSLAM到交换机之间链路的优先级。

指定设备标识，是发送环网监测报文DSLAM的标识，由这台DSLAM的优先级和MAC地址组合而成。

指定端口标识，由发送环网监测报文的XDSL端口的优先级、框、槽和端口编号组成。

DSLAM保存的全局参数包括：本地根ID、本地根路径开销、本地设备ID、XDSL端口优先级数组。本地根ID默认为0，当上行口上执行标准STP协议时，如果上行口检测到了地位更高的交换机，则用该交换的标识更新本地根ID；如果上行口没有启动标准STP协议，则本地根ID保持为0。本地根路径开销默认是0，可以由管理员通过人机界面进行修改并保存；本地设备ID由这台DSLAM的优先级和MAC地址组合而成，其中设备优先级可以通过人机界面进行修改保存；XDSL端口优先级数组默认全部是0，可以通过人机界面进行修改保存。

在上行口启动了标准STP协议后，每当网络的根交换机变化时，DSLAM都需要重新刷新本地记录的根ID，即：当STP协议模块学习到的根交换机ID更新时，说明DSLAM监测到了地位更高的交换机，则发送一个根变化消息给环网监测报文协议模块，环网监测报文协议模块接收到这个消息后，取出消息中新的根ID，并刷新本地全局变量中的根ID，后续将使用新的根ID来生成环网监测报文。

XDSL端口有正常收发、监听和阻塞3种状态，监听状态下端口只允许收发环网监测报文；阻塞态下只允许端口接收环网监测报文，不允许发送任何报文。

在本发明中，为了隔离用户端口与公网的STP协议，在DSLAM中，不管是上行还是下行方向的STP报文，全部由硬件捕获给CPU，不进行转发。

参阅图5所述，发送环网监测报文的流程如下：

步骤1：系统启动环网监测协议后，启动一个定时器，该定时器每隔一个固定时间(超时时间参数，默认10秒)会发送一个超时消息给环网监测协议处理任务模块。

步骤2：环网监测协议模块收到超时消息后，使用本地全局变量中的根ID、根路径开销、本设备ID填写配置消息，并进行环网监测报文封装。

步骤3：将填写封装好的环网监测报文填写到现场可编程门阵列(FPGA)的发送缓冲区内，并设置待发送标记。

步骤4：FPGA将缓冲区内的环网监测报文广播到各个XDSL用户板。

步骤5：XDSL用户板上的FPGA接收到环网监测报文后，将其复制到各个处在正常状态的XDSL端口，并由硬件填写协议报文中的指定端口ID字段(发送端口)，端口如果处在阻塞状态时不发送环网监测报文。

参阅图6所示，DSLAM接收到环网监测报文的处理过程如下：

步骤10：接收到环网监测报文后，从中获取接收消息的端口的参数。

为了简化处理，可在该端口为正常工作状态时才进行步骤11，若该端口处理于监听或阻塞状态，则将该端口的老化定时器计数清0，重新开始老化计数并结束处理。

步骤11：比较本地记录的根交换机ID参数是否和接收到的环网监测报文中的根ID相同；若相同，说明有环网存在，继续步骤12；如果不相同，说明DSLAM上行口启动了标准STP协议(同一个二层网中所有DSLAM要么同时启动STP要么都不启动)，并且发送环网监测报文的DSLAM和本DSLAM不在同一个生成树上，这种情况不用继续处理，结束处理。

步骤12：根据本地根路径开销和环网监测报文中的根路径开销判断DSLAM和环网监测报文发送源的优先级；若本地的根路径开销小，说明本DSLAM的优先级比发送环网监测报文的DSLAM高，则本DSLAM不用继续处理，由发送环网监测报文的DSLAM来关闭它的冲突端口；否则继续步骤13。

步骤13：判断本地根路径开销和环网监测报文中的根路径开销是否相等；若相等，则继续步骤14；若本地根路径开销大，说明本DSLAM的优先级比发送环网监测报文的DSLAM低，则关闭接收消息端口的发送功能，使端口进入阻塞状态。

步骤14：判断本地设备ID和环网监测报文中的指定设备ID的大小，若本地的设备ID小，说明本DSLAM的优先级比发送环网监测报文的DSLAM高，则不继续处理，由发送环网监测报文的DSLAM来关闭它的冲突端口，否则继续步骤15。

步骤15：判断本地设备ID和环网监测报文中的指定设备ID是否相等，若本地设备ID大，说明本DSLAM的优先级比发送环网监测报文的DSLAM低则关闭接收消息端口的发送功能，使端口进入阻塞状态；若相等，说明发送这个环网监测报文的端口和接收端口都在本DSLAM上，则需要继续比较指定端口的优先级，然后决定关闭那个端口(这种情况就和图5不太一样，出现环网的两个XDSL端口都属于同一个DSLAM)，继续步骤16。

步骤16：判断接收环网监测报文的端口ID是否小于环网监测报文中的指定端口ID，若是，则说明发送环网监测报文端口的优先级较低，这种情况下本DSLAM也不用处理，等到需要关闭的端口收到本端口发送的环网监测报文后再进行关闭，否则继续步骤17。

步骤17：若本地端口ID大于环网监测报文中的指定端口ID，说明本DSLAM的优先级比发送环网监测报文的DSLAM低，则使端口进入阻塞状态；若等于，则说明这个环网监测报文原本就是从这个端口发送出去的，端口下的用户私网存在环网，使端口进入监听状态(这种情况和图4的组网一样)。

若XDSL端口处在正常状态时，需要使该端口进入监听状态，则配置硬件使端口只允许收发环网监测报文，并启动状态老化定时器(每一个监听端口启动一个老化定时器)，端口上收到环网监测报文后会将老化定时器计数清0，如果长时间该端口都没有收到环网监测报文，说明形成环网用户局域网已经解决问题，该端口的老化定时器会超时，重新使本端口进入正常收发状态。

若XDSL端口处在正常状态时，需要使端口进入阻塞状态，则关闭端口的发送功能，保留端口的环网监测报文接收功能，不允许接收其他报文，并启动阻塞状态老化定时器(每一个阻塞端口启动一个老化定时器)，端口上收到环网监测报文后会将阻塞老化定时器计数清0，如果长时间该端口都没有收到环网监测报文，说明形成环网的对端端口已经DOWN掉，该端口的阻塞老化定时器会超时，重新使本端口进入正常收发状态，起到链路备份的作用。

参阅图7所示，端口进入阻塞或者监听状态后的处理流程如下：

步骤20：当阻塞或者监听状态下的端口长时间都没有收到环网监测报文，该端口的老化定时器会超时，产生老化超时消息，说明形成环网的条件已经不存在，需要重新使本端口进入正常收发状态。

步骤21：环网监测报文协议模块收到某个端口的老化超时消息后，设置该端口的状态为正常收发。

步骤22：配置端口的硬件，打开端口的发送、接收功能，重新开始在该端口上发送环网监测报文。

下面以图8所示的组网结构，进一步说明说明环网监测协议的实现过程：

为描述方便，仅给出环网监测报文中的树根ID(以设备的优先级表示)，根路径开销，指定设备ID(以设备的优先级表示)，指定端口ID(以端口号表示)。交换机的优先级为0，DSLAM1的优先级为1，DSLAM2的优先级为2，两个DSLAM上行链路的路径开销如图8中所示，分别为4和10。

(1)初始状态

DSLAM在初始时会生成根ID为0的配置消息，根路径开销为0，指定设备ID为自身设备ID，指定端口为0。CPU将这个配置消息发送给硬件，硬件则将配置消息复制到各个用户端口，并且将框槽端口信息填写在指定端口中，从XDSL端口发送出来的配置消息如下：

DSLAM1：

用户端口0/0/0配置消息：{0，4，1，0/0/1}

DSLAM2：

用户端口0/3/1配置消息：{0，10，2，0/3/1}

(2)DSLAM1的处理

由于存在环网，则DSLAM1会从端口0/0/1接收到来自于DSLAM2的环网监测报文，消息内容是{0，10，2，0/3/1}，本地记录的参数是{0，4，1，0/0/1}，经过优先级比较，因为DSLAM1的根路径开销比DSLAM2的根路径开销小，所以DSLAM1不会关闭0/0/1的接收，而是等待DSLAM2去关闭冲突端口。

(3)DSLAM2的处理

DSLAM2的处理和DSLAM1类似，DSLAM2上也会从端口0/3/1收到DSLAM1的配制消息{0，4，1，0/0/1}，本地记录的参数是{0，10，2，0/3/1}，经过优先级比较，因为DSLAM1的根路径开销比DSLAM2的根路径开销小，所以DSLAM2会使端口0/3/1进入阻塞状态。

(4)如果DSLAM1的端口0/0/1DOWN掉

DSLAM1每隔一定时间会持续不断的从端口0/0/1发出环网监测报文，使DSLAM2的端口0/3/1一直处在阻塞状态，当DSLAM1的0/0/1端口故障之后，DSLAM2的0/3/1端口阻塞状态会老化，使端口0/3/1恢复正常收发，保证了用户上行业务的正常使用。

(5)如果汇聚交换机、DSLAM1、DSLAM2的上行口都启动标准STP

如果3个设备都启动了STP协议，因为汇聚交换机的地位比DSLAM1和DSLAM2高，DSLAM1、DSLM2记录的根交换机ID会更新为汇聚交换机的设备ID，相应的发送的环网监测报文协议中的根ID也会采用汇聚交换机的ID。

从上述可知，本发明具有以下优点：

1、可以检测到XDSL用户侧出现的环网，并合理的关闭冗余链路，防止环网造成整个网络瘫痪。

3、DSLAM设备通过一个广播通道向所有XDSL端口定期广播发送环网监测报文，该报文中的发送端口ID由硬件填写，而不是每一个端口轮流发送，从而提高了效率。

4、环网监测报文中携带了DSLAM目前能检测到地位最高的交换机的识别ID、本台DSLAM的设备识别码、发送的源槽位号、发送的源端口号，源槽位号和源端口号信息，这些信息均由物理硬件填写，保证了发送效率。

5、隔离用户私网的STP报文，防止用户私网的STP协议影响公网的生成树计算。

6、实现以上目的的同时要保证对DSLAM的资源占用保持在合理水平。

显然，本领域的技术人员可以对本发明的方法进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种在数字用户线集中器上防止用户侧环网的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，由数字用户线集中器的硬件处理单元捕获从上行端口发往用户端口和从用户端口发往上行端口的生成树协议STP报文，使用户端口与公网的STP协议隔离。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述配置信息包括：

根标识，由数字用户线集中器当前检测到的最高地位交换机的优先级和该交换机的MAC地址组成；

根路径开销，表示数字用户线集中器到树根的最短路径开销，指示了该数字用户线集中器到交换机之间链路的优先级；

指定设备标识，由数字用户线集中器的优先级和MAC地址组合成；

指定端口标识，由发送环网监测报文的用户端口的优先级、框、槽和端口编号组成；

其中，所述数字用户线集中器发现接收到的环网监测报文中指定设备的根标识与本地记录的根标识相同时确定存在环网。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，数字用户线集中器在确定用户侧存在环网后，先通过比较该数字用户线集中器的根路径开销和环网监测报文中的根路径开销确定优先级，并在所述数字用户线集中器侧的优先级低于该环网监测报文发送源的优先级时，使接收到环网监测报文的端口进入阻塞状态。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，若数字用户线集中器的根路径开销与环网监测报文中的根路径开销相同时，则进一步比较该数字用户线集中器的标识与环网监测报文中的指定设备标识确定优先级，并在该数字用户线集中器侧的优先级低于该环网监测报文发送源的优先级时，使接收到环网监测报文的端口进入阻塞状态。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，若所述数字用户线集中器的标识与环网监测报文中的指定设备标识相同时，则进一步比较接收该环网监测报文的端口标识和环网监测报文中的指定端口标识来确定优先级；若该数字用户线集中器的端口优先级低于该环网监测报文发送源的发送端口优先级时，使接收到所述环网监测报文的端口进入阻塞状态，若两端的标识相同，则使接收到所述环网监测报文的端口进入监听状态。

7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，发送环网监测报文包括如下步骤：

产生定时器超时消息；

根据所述超时消息，使用本地全局变量中的根标识、根路径开销、该数字用户线集中器的标识填写配置消息，并封装为环网监测报文；

将所述报文广播到各个业务板；

在各业务板上将所述报文复制到各个处在正常状态的用户端口，并由硬件填写环网监测报文中的指定端口标识字段。

8.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在使接收环网监测报文的端口进入阻塞或监听状态时启动一个老化定时器；若定时器超时，则使该端口进入正常工作状态并停止该定时器。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，当处于阻塞或监听状态的端口接收到环网监测报文时复位所述定时器。

10.如权利要求3所述的方法，其特征在于，若数字用户线集中器检测到更高地位的交换机，则更新本地记录的根标识。