CN100391177C - 在交换设备中扩充虚拟局域网数目的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在交换设备中扩充虚拟局域网数目的方法，该方法为：交换设备从端口接收的数据帧中得到虚拟局域网标识(VLAN ID)；交换设备判断是否支持所述虚拟局域网标识(VLAN ID)；如果支持，则在所述虚拟局域网标识(VLAN ID)所指定的虚拟局域网域内转发所述数据帧；否则透明传输所述数据帧。

Description

在交换设备中扩充虚拟局域网数目的方法

技术领域

本发明涉及通信网络中的虚拟局域网技术，特别涉及扩充虚拟局域网数目的方法。

背景技术

802.1Q标准是由IEEE 802制定的。该标准定义了虚拟局域网(VLAN)桥的操作，允许在桥接局域网中定义、操作、管理VLAN的拓扑结构。为了采用802.1Q的介质访问控制(MAC)服务实现信息技术设备的兼容互连，在IEEE 802标准的局域网中采用了不同的媒质接入方式。该标准规定了一个统一方法操作支持VLAN结构的MAC桥。

虚拟局域网是将一组位于不同物理网段上的用户和服务器从逻辑上划分成的端站组，在功能和操作上与传统局域网(LAN)基本相同，可以提供一定范围内终端系统的互联和传输。广播和多播被限制在同一VLAN之内，无需路由器(Router)的参与。VLAN可以在逻辑上把LAN划分成一个个的广播域(Broadcast Domain)。

支持VLAN的技术提出了三种类型的帧：Untagged frames；Priority-taggedframes；VLAN-tagged帧。

其中Untagged frame和Priority-tagged frame不合有任何VLAN信息，它们属于一种的特殊VLAN，该VLAN可以是建立在接收端口的相关参数(接收端口的PVID值)基础上，也可以是建立在该帧的相关内容基础上(如MAC地址、三层协议ID等等)。就VLAN识别而言，Priority tagged frame是不包含VLAN ID信息的，与Untagged帧的处理相同。

对于VLAN-tagged帧，由于它含有明确的VLAN识别信息，这样的帧就属于在标签(tag)头中明确指明VLAN标识(VID)值的那个VLAN。

帧格式跟介质访问(Media Access)的方式有关，因此标签的格式也跟介质访问方式有关，下面以以太网的Tagged Frame Format为例介绍帧结构。

参阅图1A所示，其中，802.1Q head即为IEEE 802规定的tag。数据类型域或者长度域(Length/Type)根据具体的帧格式而定。

802.1Q标签的格式参阅图1B所示，其中VLAN ID共12bits，一些保留的VID值与其含义/使用的对应如图1C所示。

共有4096-2＝4094个值可用来表示VLAN ID。在以太网中由于VLAN标签为4个字节，所以被发送的Tagged帧的最小长度为68个字节；如果不够，调整PAD域；最大帧长为1536个字节。

根据交换机的端口来划分，是目前定义VLAN的最常用的方法。这种划分的方法的优点是定义VLAN成员时非常简单，只要将所有的端口都定义一下就可以了，同一VLAN可以跨越数个交换机。IEEE 802.1Q协议规定的就是如何根据交换机的端口来划分VLAN，因此以后介绍802.1Q协议就是基于交换机(协议里为MAC桥)端口的VLAN划分。

目前以太网交换机均支持IEEE 802.1Q协议中规定的VLAN。对于低端以太网交换机需要支持的VLAN ID个数较少，无需支持全部的4094个VLAN ID。在每个交换机的芯片内有一定容量的存储器，用来存储VLAN表，VLAN表项结构如图1D所示：

VID：该交换机支持的VLAN Identifier。

VALID：表项有效位。

VLANMEM：VLAN成员端口，以bitmap形式映射到各个端口，所以宽度为交换机的端口数。

FID：共享学习组ID，12bit。

其他：根据其他相关功能适当添加到VLAN表项中，如VLAN认证、VLAN生成树等，所以该段的比特(bit)位不确定，假定该域的宽度也为交换机的端口数。

对于低端以太网交换机需要支持的VLAN ID个数较少，无需支持全部的4094个VLAN ID。这样就需要进行取舍，支持多少个VID为最佳。

为了说明方便，假设交换机的规格为24+3，即24个下行口加3个上行口(或者级联口)，共27个端口，则图1D表项的宽度为79bits。

通常实现VLAN的方法，是交换机支持全部的4094个VLAN ID，无需考虑支持多少个VID，而且查找匹配实现简单，此时交换机芯片中的VLAN表项容量大小为4094 X 79bits，这样网上所有的VID都能在该表项内查找得到。

虽然支持全部的4094个VLAN ID使得查找匹配实现简单，但是，低端芯片可能遇到的VID很少，不需要支持全部的VLAN ID，因而按这种实现方法会造成VLAN表项空间的浪费，增加的芯片面积，增加了芯片成本；而且对于多VLAN，管理也较为复杂。

另一种实现方法是交换机支持部分VLAN ID，比如在一些低端以太网芯片中支持的个数为64个，或者128个等，这样该芯片中的VLAN表项容量大小为64(128)*79bits，比支持所有的VID所需的内存要小很多，基本需求也得到满足。但是由于对于实际网上情况很难模拟，有时数据帧所携带的VID在VLANTABLE中没有记录(即为未知VLAN数据帧)。出现这种情况有两种可能，其一可能为VID个数支持有限，超出配置范围；其二可能为该VID没有配置到VLAN表内，故不能查找匹配。当出现不能识别的VID时，不属于该交换机管理范畴，此时就直接把该数据帧丢弃。

虽然支持部分VLAN ID所需内存较小，能满足基本需求；但是由于支持的数目有限，在某些情况下，可能会收到一些不支持的VID，此时把该数据帧丢弃，对于本交换机处理没有任何影响。但是在有些情况下，比如在交换机级联组网时，该VID可能是级联的交换机所支持的，这样丢弃的报文就会给级联交换机的管理带来问题，如果不丢弃，在本交换机实现转发，则在本交换机也要支持该VID，这样所需的VID数目就比较大，可能超过芯片所支持的VID个数，特别是级联设备不止一个的情况，这样所引起的问题将更加特出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在交换设备中扩充虚拟局域网数目的方法，以解决现有技术中交换支持全部或部分VLAN标识存在的问题。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种在交换设备中扩充虚拟局域网数目的方法，该方法包括步骤：

交换设备从端口接收的数据帧中得到虚拟局域网标识VLAN ID，所述数据帧是指包含虚拟局域网标识VIAN ID的数据帧；

交换设备判断是否支持所述虚拟局域网标识VLAN ID；如果支持，则从所述数据帧中得到目的地址，并根据该目的地址和所述虚拟局域网标识VLAN ID从转发端口表中确定目的端口，以及从该目的端口转发所述数据帧；否则透明传输所述数据帧。

其中：

采用广播方式透明传输数据帧。

透明传输数据帧包括步骤：

从透明传输转发端口表中确定透明传输端口；

从所述透明传输端口转发数据帧。

交换设备的每一端口配置有一个透明传输端口表；或者交换设备的所有端口配置一个透明传输端口表。

所述透明传输端口至少包括级联端口、上行口和网管端口之一。

当级联中的最底层交换设备接收到包含不支持的虚拟局域网标识(VLANID)的数据帧时，丢弃该数据帧。

本发明在支持满足基本需求VLAN标识个数的情况下，扩充支持VLAN标识个数，对于不支持(即不能识别)的VLAN标识(VLAN ID在VLAN TABLE中没有记录)的数据帧进行透明传输处理，有效解决了特殊情况下VLAN数目不够用的问题对。由于交换机的芯片中只支持部分的VLAN标识，节省了存储容量，从而降低了芯片资源消耗。

附图说明

图1A为帧结构示意图；

图1B为802.1Q标签格式示意图；

图1C为图1B中保留的VLAN标识值与其含义/使用对应表；

图1D为VLAN表项结构表；

图2为交换机级联组网示意图；

图3为本发明的流程图。

具体实施方式

参阅图2所示的交换机级联组网，二层交换机L2SwitchA、L2SwitchC通过级联端口P1、P4与二层交换机L2SwitchB相连，交换机L2SwitchB通过上行端口P2、P3与三层交换机L3Switch相连。这种组网方式经常用于一些楼道交换机的组网，可以明显看出3个二层交换机仅仅用了L3的两个端口资源，这样扩展到整个小区组网，可以减少三层交换机的数量，也减少了小区的高端设备(包含汇聚层设备以及网管设备)，从而降低小区组网成本。

交换机L2SwitchB中的芯片只支持部分VLAN标识。若L2SwitchB接收的数据帧所携带的VLAN标签中的VLAN标识不是本交换机支持的(对于本机而言即为未知VLAN数据帧)，而是级联交换机L2SwitchA或者L2SwitchC所支持的，如果按现有技术采用简单的处理，即丢弃的这样的报文，就会给级联交换机L2SwitchA或L2SwitchC的管理以及转发带来问题。如交换机L2SwitchA或者交换机L2SwitchC接收不到上层设备管理该交换机VLAN成员的数据帧，交换机L2SwitchA或者交换机L2SwitchC将不能发出携带交换机L2SwitchB不能识别的VLAN标识的报文，就会影响级联交换机的正常转发功能。如果交换机L2SwitchB不丢弃未知VLAN的数据帧，而在本交换机实现转发，则在本交换机也要支持该VLAN标识，这样交换机L2SwitchB所支持的VLAN标识除了满足本交换机的需求，还要扩充支持交换机L2SwitchA和L2SwitchC所支持的VLAN标识，这样交换机L2SwitchB所需的VLAN标识数目就比较大，可能超过芯片所支持的VLAN标识个数。

本发明采用VLAN透明传输的方法，即把交换机未知VLAN的数据帧直接透明传输到级联交换机，以解决组网方式下VLAN标识个数不足的问题。对于透明传输数据帧的端口通过查询透明传输转发端口表得到。

对于VLAN透明传输转发端口表的设置，有两种设置方式：

基于端口可配，即每个端口都有一个缺省的VLAN透明传输转发端口表，各个端口可根据具体情况可配，这种方式比较灵活，但消耗较多的存储资源。透明传输转发端口表如下所示，该表项由软件根据实际组网组网情况来配置：

源端口号	转发端口列表
		端口1	需要转发的目的端口号
---------	-----------
		端口27	需要转发的目的端口号

全局可配置，即只有一个缺省转发端口列表，无论从哪个端口进入的数据帧，都按照该转发列表转发，此时VLAN透明传输转发端口包含级联口、上行口或者网管口。这种配置需要的存储单元比较小，但灵活性不够。

VLAN透明传输模式定义如下：对从某端口接收到的带VLAN标签的数据帧，如果其数据帧中的VLAN标识在VLAN列表中没有记录(即为未知VLAN数据帧)，转发时将采用直通方式，而不进行“MAC地址+VLAN标识”查找目的端口的过程。

下面以交换机L2SwitchB从交换机L3Switch接收到数据帧为例说明其处理过程，参阅图3：

步骤10：交换机L2SwitchB接收到带VLAN标签的数据帧，并从该数据帧中得到VLAN标识。数据帧是由交换机L3Switch从端口P2或端口P3发送来的。

步骤20：交换机L2SwitchB查询VLAN表项中是否包含所得到的VLAN标识，如果包含，则说明支持该VLAN标识，转步骤30；否则转步骤40。

步骤30：根据数据帧中的目的MAC地址和VLAN标识查询转发端口表，获得目的端口，如端口PU，并从该目的端口转发数据帧。

步骤40：查询透明传输转发端口表，获得指定的透明传输端口，如端口P1和P4，并从端口透明传输数据帧。

一般情况下，如果同一级有多个级联的交换机，则通过广播方式透明传输数据帧，如交换机L2SwitchB通过端口P1和端口P4将数据帧透明传输到交换机L2SwitchA和L2SwitchC。

如果作为级联设备中的最底层交换机，收到包含不支持的虚拟局域网标识(VLAN ID)的数据帧时，丢弃该数据帧。如：交换机L2SwitchB通过端口P4将数据帧透明传输到交换机L2SwitchC后，该交换不支持数据帧中的VLAN标识，则将该数据帧丢弃。

本发明通过可配置的透明传输转发端口表，将包含不支持的VLAN标识的数据帧直接转发到特定端口，从实现扩展VLAN数据，因此可以说VLAN透明传输模式是普通VLAN模式的扩展。

Claims (7)

1.一种在交换设备中扩充虚拟局域网数目的方法，其特征在于，包括步骤：

交换设备从端口接收的数据帧中得到虚拟局域网标识VLAN ID，所述数据帧是指包含虚拟局域网标识VIAN ID的数据帧；

交换设备判断是否支持所述虚拟局域网标识VLAN ID；如果支持，则从所述数据帧中得到目的地址，并根据该目的地址和所述虚拟局域网标识VLAN ID从转发端口表中确定目的端口，以及从该目的端口转发所述数据帧；否则透明传输所述数据帧。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用广播方式透明传输数据帧。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，透明传输数据帧包括步骤：

从透明传输转发端口表中确定透明传输端口；

从所述透明传输端口转发数据帧。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，交换设备的每一端口配置有一个透明传输端口表。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，交换设备的所有端口配置一个透明传输端口表。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述透明传输端口至少包括级联端口、上行口和网管端口之一。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当级联交换设备中的最底层交换设备接收到包含不支持的虚拟局域网标识VLAN ID的数据帧时，丢弃该数据帧。

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