CN100411387C - 基于弹性分组数据环网的双归属网络支持方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于RPR的双归属网络支持方法，其中：在RPR设备中设置组MAC地址转发表，该表包含双归属网络组MAC地址项和至少两个下一跳RPR节点MAC地址项；当需要对目的MAC地址为组MAC地址的数据包进行转发时，基于该数据包的源信息进行转发。此外，当主路由器和备份路由器都正常工作时，上环RPR节点设备使用入物理端口来确定向哪个目的RPR节点转发数据包。当某个路由器不能正常工作时，上环RPR节点设备根据预设的顺序来确定向哪个目的RPR节点转发数据包。

Description

基于弹性分组数据环网的双归属网络支持方法

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，具体地说，涉及一种基于弹性分组数据环网的双归属网络支持方法。

背景技术

随着宽带价值链及宽带业务运营模式的逐渐建立，宽带业务正逐渐成为各运营商拓展业务领域、增加收入、增强竞争力的焦点。适应宽带业务的城域网设备在应用中占据越来越重要的位置。

传统城域网的解决方案主要是SDH(Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系)或以太网方式，这两种方案都各有明显的优缺点：

SDH环网的优点是高可靠性，能满足用户的通信要求；能够提供保护和快速恢复机制；但是，其点到点、电路交换的设计目标也为它带来了诸多缺点：1、带宽在节点间点到点的链路中固定分配并保留；2、带宽不能根据网络中流量的实际情况而改变，不利于带宽的高效利用；3、广播和组播报文将分成多个单播完成，浪费带宽；4、通常为实现保护机制，50％的带宽将保留，未能提供灵活的选择机制。

以太网技术具有成本低、简洁、易扩展、以及便于IP包的传输和处理等特点，但它在规模、端到端业务建立、质量保证、可靠性等方面还存在不少需要克服的问题。

RPR(Resilient Packet Ring，弹性分组数据环)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技术使得运营商在城域网内以低成本提供电信级的服务成为可能，在提供类似SDH级网络可靠性的同时降低了传送费用。RPR有别于传统以太网最吸引人的特点是具有电信级的可靠性，使其不局限于处理面向数据的业务传送需求，同时可以形成处理多业务传送的综合传输解决方案。可以这样说，RPR是IP技术与光网络技术直接融合的产物，它源于客户对IP业务发展的需求，顺应最新的技术潮流，为IP城域网的建设带来了一套低成本、高品质的解决方案。

与SDH拓扑结构类似，RPR为互逆双环拓扑结构。不同的是，RPR的双环都能够传送数据。靠近外部的环称为外环，靠近内部的称为内环。RPR外环的数据传送方向为顺时针方向，内环的数据传送方向为逆时针方向。外环和内环都传送数据包和控制包，内环的控制包携带外环数据包的控制信息，反之亦然。

RPR网络的节点与环配合，可完成各种数据操作。常用的基本数据操作包括：

上载(insert)：节点设备把从其他接口转发过来的报文插入到RPR环的数据流中，其是节点业务首次承载到RPR环网上的操作动作。

下载(copy)：节点设备从RPR环的数据流中接收数据，交给节点上层作相应处理；对应该RPR节点是该业务的目的节点情况。

路过(transit)：将途经本节点的数据流继续转发到下一个节点；对应该RPR节点不是该业务的目的节点情况。

剔除(strip)：使途径本节点的数据不再往下一个环节点转发。对应该节点是业务的目的节点，或者节点业务的TTL(Time To Live)到期的情况。

RPR环可以自动发现环上有几个节点，节点的MAC地址及节点之间的位置关系如何，也即具有自动进行拓扑发现的功能。

RPR自动拓朴发现由拓扑发现控制报文完成。节点周期地在外环上发送拓扑报文，携带自己的节点标识(Mac地址，又称源节点信息)和自己的节点信息域(包括节点Mac地址、环标识、Wrap标识等)，环上其它节点在收到这个拓扑发现报文后，将自己的节点信息追加到报文的后面，并传递给下一个节点。当这个报文回到源节点时，节点将顺序提取所有的节点信息，形成拓扑信息表。

在拓扑报文传送过程中，如果碰到环回节点，拓扑报文需要在内环绕行，并回到外环，在回到外环之前，沿途节点不能追加节点信息到拓扑报文中，只能转发，并减少控制TTL域。新拓扑是节点业务路径选择的主要/重要依据，如果拓扑有更新，去往环节点的最优路径可能会有所变化，节点需要调整业务选环，以保证环上带宽得到最佳利用。为了防止拓扑由于某些原因发生突变，RPR规定，只有连续收到两份完全一样而和目前拓扑不一致的拓扑表后，拓扑表才能被更新。拓扑发现一般周期发生，周期可以调整。也可以按需发生，比如人工命令、倒换动作等。

VRRP协议(Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由冗余协议)是一种容错协议，它与CISCO公司的私有协议HSRP(Hot Standby RedundencyProtocol)实现相同的功能。它的作用是确保主机路由的下一跳路由器坏掉时，主机仍能正常通信。如图1所示，通常，我们的网络上主机设置一条缺省路由(10.100.10.1)，该路由的下一跳指向主机所在网段内的一个路由器Router1，这样，主机发出的目的地址不在本网段的报文将被通过缺省路由发往路由器Router 1，从而实现了主机与外部网络的通信。当路由器Router 1坏掉时，本网段内所有以Router 1为缺省路由下一跳的主机将断掉与外部的通信。

VRRP就是为解决上述问题而提出的，它为具有多播或广播能力的局域网(如以太网)设计。如图2所示，VRRP将局域网的一组路由器，包括一个MASTER(主路由器)和若干个BACKUP(备份路由器)组织成一个虚拟的路由器，称之为一个备份组。这个虚拟的路由器拥有自己的IP地址10.100.10.1(这个IP地址可以和备份组内的某个路由器的接口地址相同)，备份组内的路由器也有自己的IP地址(MASTER的IP地址为10.100.10.2，BACKUP的IP地址为10.100.10.3)。局域网内的主机仅仅知道这个虚拟路由器的IP地址10.100.10.1，而并不知道具体的MASTER路由器的IP地址10.100.10.2以及BACKUP路由器的IP地址10.100.10.3，他们将自己的缺省路由设置为该虚拟路由器的IP地址10.100.10.1。于是，网络内的主机就通过这个虚拟的路由器来与其他网络进行通信。

每个VRRP备份组都有一个MAC地址，当收到ARP(Address ResolutionProtocol，地址解析协议)请求虚拟IP地址的MAC地址时，设备将回应虚拟的MAC地址。这个MAC地址是协议指定的，格式为：00-00-5e-00-01-{group-number}。而对于这个虚拟路由器备份组则需要进行如下工作：

1)根据优先级的大小挑选MASTER，优先级最大的为MASTER，若优先级相同，则比较接口的主IP地址，主IP地址大的就成为MASTER，由它提供实际的路由服务。

2)其它路由器作为BACKUP，随时监测MASTER的状态。当MASTER正常工作时，MASTER会每隔一段时间发送一个ADVERTISEMENT报文，以通知组内的BACKUP路由器MASTER处于正常工作状态。当组内的BACKUP长时间没有接收到来自MASTER的报文，则将自己转为MASTER。当组内有多台BACKUP时，将有可能产生多个MASTER。这时每一个MASTER就会比较ADVERTISEMENT报文中的优先级和自己本地的优先级，如果本地的优先级小于ADVERTISEMENT中的优先级，则将自己的状态转为BACKUP，否则保持自己的状态不变。通过这样一个过程，就会将优先级最大的路由器选成新的MASTER，完成VRRP的备份功能。

RFC 2338中规定的VRRP协议是在HSRP协议的基础上制定出来的。考虑到要尽量减少由提供冗余功能给网络带来的额外负载，VRRP简化了HSRP提供的机制，仅由担任MASTER的路由器发送报文，而且报文也只有ADVERTSEMENT一种。并且VRRP还支持将真实接口IP地址设置为虚拟IP地址的做法，实际上这也是通常的做法，在这种情况下，称这台路由器为IP address owner(IP地址拥有者)。

在实际的VRRP组网应用中，除了上面的冗余备份方式之外，图3的负载平衡方式也经常采用。

如图3所示，PC1，PC2配置网关为10.11.110.1，PC3，PC4配置网关为10.11.110.2。同时在L3A和L3B上面同时配置两个备份组，虚拟IP地址分别为两个网关地址，通过配置优先级保证A和B各为组1和2的Master。在这种网络中，如果一台L3设备故障，另一台可接替工作；同时，两台设备平均分配网络负载。

但是目前的RPR解决方案，不能解决在RPR网络中实现例如VRRP技术的双归属网络的问题。如图4所示，最下面的四台主机：PC1、PC2、PC3和PC4与最上面的两台路由器R1和R2组成一个VRRP双归属网络，两台路由器R1和R2互为备份。两者共用一个虚拟MAC和一个虚拟IP地址。PC1、PC2、PC3和PC4通过一个二层交换机S1后，出两个物理接口1和2与一个RPR设备相连，通过RPR环连到两台VRRP路由器R1和R2。由于两台路由器共用一个单播MAC地址，一个相同的单播目的MAC地址不可能同时属于两个RPR节点，所以现有技术没有办法解决这类双归属与RPR共存的问题。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种基于RPR的双归属网络支持方法，其中：在RPR设备中设置组MAC地址转发表，该表包含双归属网络组MAC地址项和至少两个下一跳RPR节点MAC地址项；当需要对目的MAC地址为组MAC地址的数据包进行转发时，基于该数据包的源信息进行转发。

此外，当主路由器和备份路由器都正常工作时，上环RPR节点设备使用入物理端口来确定向哪个目的RPR节点转发数据包。当某个路由器不能正常工作时，上环RPR节点设备根据预设的顺序来确定向哪个目的RPR节点转发数据包。

此外，所述组MAC地址转发表由人工配置生成，也可以通过自动学习生成。所述双归属网络所采用的路由冗余协议可以是VRRP协议或HSRP协议之一。

本发明的特点和优点是：提供了RPR与VRRP/HSRP的混合组网能力，解决了在实际应用中的RPR与VRRP/HSRP等双归属技术的混合组网问题，有效提供组网能力，满足用户的需求。

附图说明

图1是描述普通单归属网络的示意图；

图2是描述VRRP组网的示意图；

图3是描述VRRP组网应用中的负载平衡方式的示意图；

图4是描述基于RPR的双归属网络的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进行详细的说明。

本发明的完整技术方案包含对虚拟MAC地址的处理及双归属业务转发两个环节。

1、对VRRP虚拟MAC地址的处理

前面介绍过，VRRP/HSRP路由器的MAC地址是VRRP/HSRP协议指定的，它的格式为00-00-5e-00-01-{group-number}。由于RPR技术原理上需要每个RPR节点有自己的独有地址，不能与其它节点相同或冲突。而VRRP技术却是要求两个RPR节点共同使用一个VRRP组地址，因此RPR环节点处理需要对这种特殊的VRRP组MAC地址能够进行特殊的处理，才能适应网络的要求。

图4中的组网方式对于RPR来说，是一个远程转发(Remote Forwarding)模式。在图4中的VRRP与RPR组网中，遇到的问题是一个远程主机MAC地址可能对应两个RPR节点下面的两台设备。所以对同一个远程主机MAC地址(此处对应VRRP的虚拟MAC地址)会得到两个RPR的下一跳节点地址。而现有技术中的RPR MAC不能支持这种情况。

解决这个问题的方法是在RPR设备中构造组MAC地址转发表，使其针对格式为00-00-5e-00-01-{group-number}的组MAC地址，支持两个或多个下一跳RPR节点地址。这个组MAC地址表可以是静态配置的，也可以是动态学习的。在静态配置的情况下，该表是由人工配置得到的，在动态学习的情况下，该表是根据VRRP组地址从哪个RPR节点发出来，而动态学习得到的。例如表1中的VRRP组地址1(00005e0001-{group1})，是从RPR节点A和B发出来的，设备就自动学习到这个对应关系，形成下面的表格。

表1

2、双归属业务转发

对于这种特殊的虚拟MAC地址支持两个或者多个下一跳RPR节点地址以后，那么在转发时如何选择到哪个目的节点呢？这个问题可以通过源转发来解决。使用系统侧S1的入物理端口来决定向哪个目的RPR节点进行转发，例如，可以设定从左边的入物理接口1上环的数据包向A节点转发，从右边的入物理接口2上环的数据包向B节点转发。正常情况下，入物理端口决定了去哪个VRRP路由器，特殊情况下如果一个路由器出了故障，则可以根据事先配置好的顺序选择其它节点进行转发。比方说，如果只有两个下一跳，那么一个出了故障之后，就只能选择另外一个作为下一跳目的RPR节点进行转发。

Claims (6)

1. 一种基于RPR的双归属网络支持方法，其特征在于：

在RPR设备中设置组MAC地址转发表，该表包含双归属网络组MAC地址项和至少两个下一跳RPR节点MAC地址项；

当需要对目的MAC地址为组MAC地址的数据包进行转发时，基于该数据包的源信息进行转发。

2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：当主路由器和备份路由器都正常工作时，上环RPR节点设备使用入物理端口来确定向哪个目的RPR节点转发数据包。

3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：当某个路由器不能正常工作时，上环RPR节点设备根据预设的顺序来确定向哪个目的RPR节点转发数据包。

4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述组MAC地址转发表由人工配置生成。

5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述组MAC地址转发表通过自动学习生成。

6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述双归属网络所采用的路由冗余协议是VRRP协议或HSRP协议之一。

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