CN100382541C - 一种基于mac学习的虚拟电路交换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于MAC学习的虚拟电路交换方法，用于在以太网的虚拟电路交换网络中，通过虚拟交换机的端口和VLAN ID的映射进行报文交换，包括如下步骤：判断是否启用端口的MAC学习功能；接收到报文时学习MAC，建立入端口及其VLAN ID与出端口及其VLAN ID的映射关系后，如果在入端口收到需要学习MAC的报文时学习MAC，建立端口及其VLAN ID与MAC之间的关联；对于入端口不需要学习MAC的报文，按照入端口及其VLAN ID与出端口及其VLAN ID的映射关系转发报文；对于入端口需要学习MAC的报文，按照入端口及其VLAN ID与MAC的映射关系确定的出端口及其VLANID转发报文。本发明的方法能解决运营网络VLAN ID紧张的问题。

Description

一种基于MAC学习的虚拟电路交换方法
技术领域
本发明涉及二层承载网络的交换技术，特别是涉及一种基于MAC学习的虚拟电路交换方法。
背景技术
在以太网的虚拟电路交换网络中，多个虚拟交换机通过入端口、入VLANID进行报文交换，在源局域网和目的局域网之间建立虚拟电路。
目前，在IEEE802.1Q标准中，VLAN ID的长度只有12位，也就是说整个二层网络中只能够支持4096个全局的VLAN，远远不能够满足运营网络的要求。
由于城域网规划的复杂性，源局域网和目的局域网之间经过的链路很可能VLAN ID不同或者VLAN ID紧张。
采用入端口、入VLAN ID进行报文交换的同时也将VLAN ID进行了替换，这种方法解决了在源局域网和目的局域网之间经过的链路VLAN ID不同的问题，无法解决当VLAN ID紧张的问题，VLAN ID紧张产生的原因详细描述如下：
企业网、校园网等不计其数的局域网接入到运营商的网络中，基于规划和管理的需要，运营商会给这些局域网分配不同的VLAN ID，但是运营商的网络在接入这些局域网后存在端口和流量的汇聚，也就是说多个端口的流量会被汇聚到一个端口中，并且由于运营上的VLAN ID紧张，这些流量汇聚后不但使用相同的出端口而且还有可能使用相同的VLAN ID。
基于不同入端口和VLAN ID选择不同的出端口和VLAN ID的原则显然无法解决上面的问题。
解决虚拟电路交换碰到的VLAN ID紧张的问题目前可以使用层次化VLAN，即如果存在多个端口汇集到一个端口且需要使用相同的VLAN的情况，采用在原来报文的外层VLAN ID前再封装一层VLAN ID，建立多个端口和VLAN ID与一个端口和多层VLAN ID的相互映射关系，虚拟交换机使用这种映射关系完成报文的交换。使用多层次的VLAN虽然很容易解决VLANID紧张的问题，但是也存在三个缺点：一、需要进行复杂的配置工作，不方便维护；二、增加了一层VLAN ID也就增加了报文的长度，特别是以太网，直接导致线路利用率下降；三、由于MTU的限制某些较长的报文可能因为长度增加无法在网络上正确传送。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供基于MAC学习的虚拟电路交换方法，在不改变原有的虚拟交换机的端口和VLAN ID映射方式情况下，解决运营网络VLAN ID紧张的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于MAC学习的虚拟电路交换方法，用于在以太网的虚拟电路交换网络中，通过虚拟交换机的端口和VLAN ID的映射进行报文交换，其特点在于，包括如下步骤：
在判断是否启用端口的MAC学习功能的步骤中，根据是否存在多个流量汇集到一个端口并且使用相同的VLAN ID来决定是否启用MAC学习功能；
接收到报文时学习MAC，建立入端口及其VLAN ID与出端口及其VLANID的映射关系后，如果在入端口收到需要学习MAC的报文时学习MAC，建立端口及其VLAN ID与MAC之间的关联；
对于入端口不需要学习MAC的报文，按照入端口及其VLAN ID与出端口及其VLAN ID的映射关系转发报文；
对于入端口需要学习MAC的报文，按照入端口及其VLAN ID与MAC的映射关系确定的出端口及其VLAN ID转发报文。
上述的基于MAC的虚拟电路交换方法，其特点在于，该判断是否启用端口的MAC学习功能的步骤包含如下步骤：
步骤201，判断是否存在多个端口流量汇集到一个端口，不存在时转入步骤204，存在时进入步骤202；
步骤202，判断是否汇集到一个端口的相同的VLAN ID，不是的进入步骤204，是汇集到相同的VLAN ID时进入步骤203；
步骤203，启用该端口的MAC学习功能；
步骤204，不启用该端口的MAC学习功能。
上述的基于MAC学习的虚拟电路交换方法，其特点在于，端口的MAC学习过程包含如下步骤：
步骤301，判断端口进来的报文是否是合法的MAC报文，如果不是则丢弃该报文，是的话进入步骤302；
步骤302，判断是否存在对应的虚拟电路，不存在则丢弃报文，存在的话进入步骤303；
步骤303，判断该端口是否需要进行MAC学习，如果需要学习，进入步骤304，否则进入步骤306；
步骤304，判断是否已经学习了该MAC，如果已经学习，进入步骤306，否则进入步骤305；
步骤305，学习MAC，保存MAC与端口和VLAN ID之间的映射关系。学完MAC后进入步骤306；
步骤306，转发报文。
上述的基于MAC学习的虚拟电路交换方法，其特点在于，该转发报文的过程包含如下步骤：
步骤601，根据入端口和VLAN ID信息查找虚拟电路转发信息表，进入步骤602；
步骤602，如果没有查到进入步骤606，如果查到相应条目进入步骤603；
步骤603，判断转发信息里是否已经可以确定出端口和VLAN ID，如果是表示不存在多个端口汇集到一个端口并且使用相同的VLAN ID这种情况，可以直接转发，进入步骤605；否则就是存在多个端口汇集到一个端口并且使用相同的VLAN ID这种情况，只根据入端口和入VLAN ID信息无法唯一确定出端口和出VLAN ID，进入步骤604；
步骤604，查MAC与端口和VLAN ID之间的映射关系，如果没有查到进入步骤606，如果查到进入步骤607；
步骤605，按照虚拟电路转发信息表的出端口和VLAN ID信息将报文的VLAN ID替换成出端口的VLAN ID并从出端口中发送出去；
步骤606，丢弃报文。
步骤607，按照MAC与端口和VLAN ID之间的映射关系所查到的出端口和VLAN ID信息将报文的VLAN ID替换成新的VLAN ID并从出端口中发送出去。
上所述的基于MAC学习的虚拟电路交换方法，其特点在于，所述虚拟电路转发信息表为在建立入端口及其VLAN ID与出端口及其VLAN ID的映射关系和建立端口及其VLAN ID与MAC之间的关联时所建立。
上述的基于MAC学习的虚拟电路交换方法，其特点在于，在判断是否启用端口的MAC学习功能的步骤中，根据在转发条目中保存一信息来决定是否要学习命中该转发条目的报文的源MAC，该消息内容包含是否存在多个流量汇集到一个端口并且使用相同的VLAN ID来决定是否启用MAC学习功能。
与现有技术相比较，本发明引入基于MAC学习的虚拟电路交换的方法，解决了运营网络VLAN ID紧张的问题。与传统的只依赖入端口和入VLAN ID确定出端口和出VLAN ID的虚拟电路交换相比具有以下优点：
解决了运营网络VLAN ID紧张的问题；
省掉了多层VLAN ID解决方案需要进行的复杂的配置；
相对于使用多层VLAN ID解决方案增加报文长度，本方案不需要增加报文长度；
由于MAC学习是自动完成的，组网灵活。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1是运营网络VLAN ID紧张产生原因示意图；
图2是本发明的端口启用MAC学习功能流程图；
图3是本发明的MAC学习流程图；
图4是本发明的虚拟电路映射条目示意图；
图5是本发明的端口+VLAN ID与MAC之间的关联图；
图6是本发明的基于MAC的虚拟电路交换示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明对基于MAC学习的虚拟电路交换方法进行具体的说明。
如图1所示，交换机4有3个端口：端口A连接交换机1，端口B连接交换机2，端口C连接交换机3，另外，交换机4还有一个端口D连接交换网络，建立的虚拟电路共三条，分别是：端口A+VLAN ID1←---→端口D+VLANID4、B+VLAN ID2←---→端口D+VLAN ID4和C+VLAN ID3←---→端口D+VLAN ID4，由于与端口D相连的网络VLAN ID紧张，只分配了ID4给交换机4所连接的网络，导致了端口D的VLAN ID4对应端口A，B，C共三个VLAN ID。本发明就是要解决这种情况下如何进行虚拟电路交换。
为了方便说明，假设端口A并且VLAN ID为ID1要交换端口D并且VLANID为ID4；端口B并且VLAN ID为ID2要交换端口D并且VLAN ID为ID4；端口C并且VLAN ID为ID3要交换端口D并且VLAN ID为ID4。
本发明采用以下技术方案：
启用端口MAC学习功能，并不是所有入端口都需要启用，而是根据是否存在多个端口流量汇集到一个端口并且使用相同的VLAN ID来决定是否启用MAC学习功能。也可以在转发条目中保存此信息，即是否要学习命中该转发条目的报文的源MAC。
接收到报文时学习MAC，建立端口A+VLAN ID1到出端口D+VLAN ID4映射关系后，如果在入端口收到需要学习MAC的报文学习MAC，建立端口+VLAN ID与MAC之间的关联。
按照端口A+VLAN ID1到出端口D+VLAN ID4映射关系转发报文。
对于从端口D而VLAN ID为ID4进来的报文，只使用端口和VLAN ID是无法确定出端口和VLAN ID的，这时候需要加上目的MAC信息就可以确定出端口和VLAN ID了。即按照端口+VLAN ID+MAC进行转发。
下面结合图2～图6，详细说明本发明的虚拟电路交换方法。
如图2所示，步骤201判断是否存在多个端口流量汇集到一个端口，不存在时不需要启用该端口的MAC学习功能(步骤204)，存在则进入步骤202，判断是否汇集到相同的VLAN ID，不是的进入步骤204，是汇集到相同的VLAN ID时进入步骤203，启用该端口的MAC学习功能。
如图3所示，MAC学习工作过程如下：
步骤301，判断端口进来的报文是否是合法的MAC报文，如果不是则丢弃该报文，是的话进入步骤302。
步骤302，判断是否存在对应的虚拟电路，不存在则丢弃报文，存在的话进入步骤303。
步骤303，判断该端口是否需要进行MAC学习，如果需要学习，进入步骤304，否则进入步骤306。
步骤304，判断是否已经学习了该MAC，如果已经学习，进入步骤306，否则进入步骤305。
步骤305，学习MAC，即保存MAC与端口和VLAN ID之间的映射关系。学完MAC后进入步骤306。
如图4所示，虚拟电路映射条目如下：
端口A+VLAN ID1←---→端口D+VLAN ID4。
端口B+VLAN ID2←---→端口D+VLAN ID4。
端口C+VLAN ID3←---→端口D+VLAN ID4。
如图5所示，端口+VLAN ID与MAC之间的关联如下：
在增加MAC学习后，在图4的基础上，映射条目多了一些信息，例如：MAC1，MAC2和MAC3是从端口A学习到的，MAC4和MAC5是从端口B学习到的，而MAC6，MAC7，MAC8和MAC9是从端口C学习到的。有了这些信息，就可以在原来的虚拟电路映射基础上建立端口+VLAN ID与MAC之间的关联：
端口A+VLAN ID1(MAC1，MAC2，MAC3)←---→端口D+VLAN ID4。
端口B+VLAN ID2(MAC4，MAC5)←---→端口D+VLAN ID4。
端口C+VLAN ID3(MAC6，MAC7，MAC8，MAC9)←---→端口D+VLANID4。
如图6所示，描述了图3中的步骤306转发报文的过程。
步骤601，根据入端口和VLAN ID信息查找虚拟电路转发信息表，进入步骤602。
步骤602，如果没有查到进入步骤606，如果查到相应条目进入步骤603。
步骤603，判断转发信息里是否已经可以确定出端口和VLAN ID，如果是表示不存在多个端口汇集到一个端口并且使用相同的VLAN ID这种情况，可以直接转发，进入步骤605；否则就是存在多个端口汇集到一个端口并且使用相同的VLAN ID这种情况，只根据入端口和入VLAN ID信息无法唯一确定出端口和出VLAN ID，进入步骤604。
步骤604，查MAC与端口和VLAN ID之间的映射关系(即图5中描述的信息)，如果没有查到进入步骤606；如果查到进入步骤607。
步骤605，按照虚拟电路转发信息表的出端口和VLAN ID信息将报文的VLAN ID替换成新的VLAN ID并从出端口中发送出去。
步骤606，丢弃报文。
步骤607，按照MAC与端口和VLAN ID之间的映射关系所查到的出端口和VLAN ID信息将报文的VLAN ID替换成出端口的VLAN ID并从出端口中发送出去。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于MAC学习的虚拟电路交换方法，用于在以太网的虚拟电路交换网络中，通过虚拟交换机的端口和VLAN ID的映射进行报文交换，MAC即媒体访问地址，VLAN ID即虚拟局域网标记，其特征在于，包括如下步骤：
根据是否存在多个流量汇集到一个端口并且使用相同的VLAN ID来决定是否启用MAC学习功能；
接收到报文时学习MAC，建立入端口及其VLAN ID与出端口及其VLANID的映射关系后，如果在入端口收到需要学习MAC的报文时学习MAC，建立端口及其VLAN ID与学习的MAC之间的关联；
对于入端口不需要学习MAC的报文，按照入端口及其VLAN ID与出端口及其VLAN ID的映射关系转发报文；
对于入端口需要学习MAC的报文，按照入端口及其VLAN ID与MAC的映射关系确定的出端口及其VLAN ID转发报文。
2.根据权利要求1所述的基于MAC学习的虚拟电路交换方法，其特征在于，该判断是否启用端口的MAC学习功能的步骤包含如下步骤：
步骤201，判断是否存在多个端口流量汇集到一个端口，不存在时转入步骤204，存在时进入步骤202；
步骤202，判断是否汇集到一个端口的相同的VLAN ID，不是的进入步骤204，是汇集到相同的VLAN ID时进入步骤203；
步骤203，启用该端口的MAC学习功能；
步骤204，不启用该端口的MAC学习功能。
3.根据权利要求2所述的基于MAC学习的虚拟电路交换方法，其特征在于，端口的MAC学习过程包含如下步骤：
步骤301，判断端口进来的报文是否是合法的MAC报文，如果不是则丢弃该报文，是的话进入步骤302；
步骤302，判断是否存在对应的虚拟电路，不存在则丢弃报文，存在的话进入步骤303；
步骤303，判断该端口是否需要进行MAC学习，如果需要学习，进入步骤304，否则进入步骤306；
步骤304，判断是否已经学习了该MAC，如果已经学习，进入步骤306，否则进入步骤305；
步骤305，学习MAC，保存MAC与端口和VLAN ID之间的映射关系。学完MAC后进入步骤306；
步骤306，转发报文。
4.根据权利要求3所述的基于MAC学习的虚拟电路交换方法，其特征在于，该转发报文的过程包含如下步骤：
步骤601，根据入端口和VLAN ID信息查找虚拟电路转发信息表，进入步骤602；
步骤602，如果没有查到进入步骤606，如果查到相应条目进入步骤603；
步骤603，判断转发信息里是否已经可以确定出端口和VLAN ID，如果是表示不存在多个端口汇集到一个端口并且使用相同的VLAN ID这种情况，可以直接转发，进入步骤605；否则就是存在多个端口汇集到一个端口并且使用相同的VLAN ID这种情况，只根据入端口和入VLAN ID信息无法唯一确定出端口和出VLAN ID，进入步骤604；
步骤604，查MAC与端口和VLAN ID之间的映射关系，如果没有查到进入步骤606，如果查到进入步骤607；
步骤605，按照虚拟电路转发信息表的出端口和VLAN ID信息将报文的VLAN ID替换成出端口的VLAN ID并从出端口中发送出去；
步骤606，丢弃报文；
步骤607，按照MAC与端口和VLAN ID之间的映射关系所查到的出端口和VLAN ID信息将报文的VLAN ID替换成新的VLAN ID并从出端口中发送出去。
5.根据权利要求4所述的基于MAC学习的虚拟电路交换方法，其特征在于，所述虚拟电路转发信息表为在建立入端口及其VLAN ID与出端口及其VLAN ID的映射关系和建立端口及其VLAN ID与MAC之间的关联时所建立。
6.根据权利要求1所述的基于MAC学习的虚拟电路交换方法，其特征在于，在判断是否启用端口的MAC学习功能的步骤中，根据在转发条目中保存一信息来决定是否要学习命中该转发条目的报文的源MAC，该消息内容包含是否存在多个流量汇集到一个端口并且使用相同的VLAN ID来决定是否启用MAC学习功能。
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