CN100417123C - 弹性分组环地址绑定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及传输网络技术，公开了一种弹性分组环地址绑定方法，使得在不增加额外系统资源消耗的情况下实现RRP环节点MAC地址和IP地址的绑定，并且在RPR环网发生倒换后，拓扑可快速收敛。本发明中，通过扩展RPR协议中的ATD帧，在广播ATD帧的同时携带MAC地址和IP地址绑定的信息，实现所有RPR环节点的MAC地址和IP地址的绑定，该地址绑定信息可供三层以上报文转发使用。
Description
技术领域
本发明涉及传输网络技术，特别涉及传输网络中的弹性分组环技术。
背景技术
随着互联网和宽带接入的日益普及，在愈来愈多的各级骨干传输网中，数据业务已逐渐超过语音业务，成为传输网的主导业务。弹性分组环(Resilient Packet Ring，简称“RPR”)技术是一种在环形结构上优化数据业务传送的新型的媒体访问控制(Medium Access Control，简称“MAC”)层协议，它吸收了以太网(Ethernet)的经济性和同步数字体系(SynchronousOptical Network，简称“SDH”)系统50毫秒(ms)环保护特性，构造了适应以太网数据传输的二层网络，可在现有的光网络上提供具备服务质量(Quality of Service，简称“QoS”)管理和高效率的数据业务传输，是最有效的以太网数据业务传输方式，适合于数据、语音以及视频应用。RPR技术在物理层，例如同步数字系列(Synchronous Digital Hierarchy，简称“SDH”)和数据设备之间增加了一个环路业务管理的层次，通过这个环路业务管理层，能实现空间重用、公平访问、智能倒换、路径优化、统计复用等功能，可以应用在城域网内进行高效带宽利用的传输。
由于通信网络运营商的竞争重点已经从骨干网转向了城域网，建立高效经济的支持多业务的城域传送网已成为各大运营商的共同目标。目前，RPR技术在城域传送网中的应用方式可分为两种，即基于SDH/同步光纤网络(Synchronous Optical Network，简称“SONET”)的内嵌RPR的多业务传输平台(Multi-Service Transport Platform，简称“MSTP”)设备和基于以太网物理层(PHY)的RPR设备，业内也通常称其为内嵌RPR的MSTP设备和纯RPR设备。从网络应用范围来看，内嵌RPR的MSTP适用于建设以时分多路复用(Time Division Multiplexing，简称“TDM”)业务为主数据业务为辅的传统运营商网络，以及在兼容现有SDH网络的前提下提供数据业务传送能力的网络升级改造；而纯RPR设备适用于建设以提供数据分组业务为主的运营商网络，特别是一开始就以新兴数据业务为主导的网络。
目前内嵌RPR的MSTP设备主要实现用户的2层报文直接封装RPR格式报文头，然后上环进行传送，实现业务透传以太网虚拟专线(Ethernet VirtualPrivate Line，简称“EVPL”)或者静态2层虚拟专用网(Layer 2 Virtual PrivateNetworking，简称“L2VPN”)的转发业务模型。
以太网数据承载在内嵌RPR的MSTP设备组网如图1所示。
在如图1所示的网络中，以从路由器1到路由器2的报文转发为例说明报文的转发。路由器1的接入报文在MSTP设备节点(NODE)1接入侧首先进行接入处理，根据MAC地址路由查找上环目的节点，封装RPR头信息，然后进行通用成帧规程(General Framing Procedure，简称“GFP”)/在同步数字体系上的链路接入规程(Link Access Procedure-SDH，简称“LAPS”)/点到点协议(Point to Point Protocol，简称“PPP”)封装，最后再映射成SDH帧结构，经过SDH设备传送到对端后，再将数据包的封装一层层剥离，首先是SDH帧映射成数据报文，对GFP/LAPS/PPP解封装，还原成RPR帧，再去掉RPR帧头信息，把二层数据报文转发给MSTP设备的节点3后，然后转发给接入的路由器2。
其中，图1的RPR环网中节点1到节点3之间转发数据报文经过的协议处理层次如图2所示。从协议的层次来看，数据转发平面只完成基于MAC地址学习或交换功能，或者基于多协议标签交换(Multi-Protocol LabelSwitching，简称“MPLS”)的标签实现透传业务，控制层平面只完成业务的配置功能，以及RPR和链路容量调整方案(Link Capacity Adjusting Scheme，简称“LCAS”)协议功能。
在图1所示的RPR环网中，每一个节点通过维护一份拓朴数据库记录环网中所有节点的信息。这些信息被用于环路选择及拓扑保护，此外这些信息还有助于对网络的管理及维护。这些数据库信息是通过在RPR环网内节点之间广播属性发现(Attribute Discovery，简称“ATD”)帧进行交换信息后，然后形成全环稳定的拓朴数据库。例如，图1中节点1的拓扑数据库如下表所示。
| LocalMAC | Hopcount forringlet0 | Hopcount forringlet1 | Stationpreferences | Stationname | Westneighbor′sMAC | Eastneighbor′sMAC | Westreceivelinkavailability | Eastreceivelinkavailability |
| 23-45-67-78-30-45 | 0 | 0 | JP＝1WP＝1 | NODE1 | 23-45-67-78-30-46 | 23-45-67-78-30-49 | IDLE | IDLE |
| 23-45-67-78-30-46 | 1 | 4 | JP＝1WP＝1 | NODE2 | 23-45-67-78-30-45 | 23-45-67-78-30-47 | IDLE | IDLE |
| 23-45-67-78-30-47 | 2 | 3 | JP＝1WP＝1 | NODE3 | 23-45-67-78-30-46 | 23-45-67-78-30-48 | IDLE | IDLE |
| 23-45-67-78-30-48 | 3 | 2 | JP＝1WP＝1 | NODE4 | 23-45-67-78-30-47 | 23-45-67-78-30-49 | IDLE | IDLE |
| 23-45-67-78-30-49 | 4 | 1 | JP＝1WP＝1 | NODE5 | 23-45-67-78-30-48 | 23-45-67-78-30-45 | IDLE | IDLE |
ATD帧是RPR协议中一种扩展的控制帧，用于传送拓扑信息，其发送频率为1赫兹(Hz)，ATD帧的格式如下表所示。
其中，生存时间(Time To Live，简称“TTL”)字段占用8比特(bit)；紧随TTL字段的8bit是环控制(RingControl)字段；目的节点地址(DestinationAddress，简称“DA”)是一个48bit的目的节点的MAC地址；源节点地址(Source Address，简称“SA”)是一个48bit的源节点的MAC地址；TTLBase字段存储了传送时初始化的TTL时刻值；紧随TTLBase字段的是8bit长的扩展环控制(Extended Ring Control)字段；头部差错控制(Header ErrorControl，简称“HEC”)字段长16bit，是HEC字段之前的头部的循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check，简称“CRC”)码；控制类型(ControlType)和控制版本(ControlVersion)字段各占用1字节(byte)，用于携带该控制帧的相关信息，在ATD帧中，ControlType的值为Topology，即拓扑；32bit的控制数据单元(ControlDataUnit)字段和ControlType、ControlVersion字段共同组成控制净荷(Control Payload)；帧校验序列(Frame Check Sequence，简称“FCS”)字段是一个长32bit的Control Payload的校验序列。
有关RPR的详细说明，具体可以参见电子和电气工程师协会(Instituteof Electrical and Electronics Engineers，简称“IEEE”)802.17协议。
由于RPR环网本身是一种二层链路层的网络，拓扑数据库中没有标识节点网间互联协议(Internet Protocol，简称“IP”)地址和网段信息，这样，就无法直接实现三层协议以上的报文，例如传输控制协议/网际互连协议协议(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，简称“TCP/IP”)协议、路由协议、MPLS协议的报文转发。为了实现三层协议以上的报文的转发，就需要为RPR环上的节点配置相应的IP地址，以使其对三层以上的设备，如路由器等可见，并且需要获取RPR环上节点的MAC地址和IP地址的对应关系。
现有技术方案通过地址解析协议(Address Resolution Protocol，简称“ARP”)动态获取RPR环上各个节点配置的与其MAC地址对应的IP地址，从而实现RPR环网上节点的MAC地址和IP地址的绑定。
为RPR环网上节点配置了IP地址后，内嵌RPR的MSTP设备组网如图3所示。
以上图3中的节点1与节点3之间通讯为例。其中，节点1的MAC地址为23-45-67-78-30-45(记为MAC1)，IP地址为192.9.2.15(记为IP1)；节点3的MAC地址为23-45-67-78-30-47(记为MAC3)，IP地址为192.9.2.25(记为IP3)；每个节点都保存在本身的MAC地址和IP地址的对应关系。如果节点1下的路由器1想访问节点3下的路由器3，节点1必须要获得节点3的IP3地址，这就需要通过ARP协议实现。下面以Ping命令的过程为例说明ARP协议建立的过程：首先节点1通过Ping命令查找节点3，ARP请求中的目的MAC地址为全F，目的IP地址为即IP3，源MAC为MAC1，源IP为IP1；接着，这个ARP请求报文通过RPR环网广播功能在RPR环网上广播；接着，节点3收到该报文并比较目的IP地址为本身的地址后，把[MAC1，IP1]对记录在本地ARP表项中，并通知RPR模块更新相关信息(包括RPR报文封装头信息)；最后，节点3发送ARP响应，源MAC为MAC3，源IP为IP3，目的MAC为MAC1，目的IP为IP1，节点1收到该ARP响应报文后，把[MAC3，IP3]对记录在本地ARP表项中，并通知RPR节点更新信息。
在实际应用中，上述方案存在以下问题：现有技术方案实现复杂，需要额外的网络带宽和RPR处理资源，并且在RPR环网发生倒换后，拓扑收敛速度慢。
造成这种情况的主要原因在于，现有技术方案需要在ARP协议与RPR协议之间进行通讯，ARP协议在学习到MAC和IP的对应关系后需要通知RPR协议，再由RPR协议根据拓朴数据库的内容，更新ARP邻接表的RPR封装信息，这样增加了协议复杂度，实现比较复杂，同时，RPR环的节点学习MAC和IP的对应关系时还需要一定的带宽资源进行节点间通讯，需要损耗额外的链路带宽，此外，由于现有技术方案是动态建立和学习的过程，因此在RPR环网发生倒换后，拓扑收敛速度慢，还需要一些RPR附加处理资源。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种弹性分组环地址绑定方法，使得在不增加额外系统资源消耗的情况下实现RRP环节点MAC地址和IP地址的绑定，并且在RPR环网发生倒换后，拓扑可快速收敛。
为实现上述目的，本发明提供了一种弹性分组环地址绑定方法，包含以下步骤：
A为所述弹性分组环的每一个节点配置媒体访问控制地址和网间互联协议地址；
B在所述弹性分组环的拓扑发现过程中，各节点广播属性发现帧，其中携带媒体访问控制地址和网间互联协议地址的绑定关系；
C各节点对收到的所述属性发现帧进行解析，获取所述绑定关系并据此更新保存在本地的所述弹性分组环的拓扑信息。
其中，所述各节点获取的所述绑定关系是该节点配置的媒体访问控制地址和网间互联协议地址对。
此外，所述方法还包含以下步骤：
D所述节点在所述拓扑信息稳定后依据所述拓扑信息建立全环静态地址解析协议邻接表；
E根据所述静态地址解析协议邻接表转发三层以上报文。
此外，所述静态地址解析协议邻接表包括用地址解析协议链接表的形式。
此外，所述静态地址解析协议邻接表的索引值为下一跳或目的网间互联协议地址。
此外，所述步骤E还包含以下子步骤：
E1所述节点查找转发表获取该报文下一跳信息；
E2以所述下一跳信息作为索引查找所述静态地址解析协议邻接表并获取下一跳的媒体访问控制地址；
E3依据下一跳的媒体访问控制地址封装所述报文的弹性分组环头信息并进行转发。
此外，所述步骤E1中，所述下一跳信息包括网间互联协议地址或隧道标签。
此外，所述节点为内嵌弹性分组环协议的多业务传输平台。
通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的主要区别在于，通过扩展RPR协议中的ATD帧，在广播ATD帧的同时携带MAC地址和IP地址绑定的信息，实现所有RPR环节点的MAC地址和IP地址的绑定，该地址绑定信息可供三层以上报文转发使用。
这种技术方案上的区别，带来了较为明显的有益效果，即首先，由于本发明方案通过扩充现有的ATD帧实现MAC地址和IP地址的绑定，因此不需要ARP协议和RPR协议之间的交互，大大简化了MAC地址和IP地址绑定的实现；第二，由于本发明方案不需要额外的带宽资源进行节点间通讯，节约了系统的带宽资源，增加了系统的吞吐量；第三，由于ATD帧的广播频率为1Hz，这样即使在RPR环网拓扑改变，发生倒换时，环网上所有节点仍然可以很快的获取其它节点的MAC地址和IP地址绑定信息并更新拓扑，收敛速度大大提高，增加了系统的持续运行时的稳定性。
议处理层次示意图；
图3是为RPR环网上节点配置了IP地址后，内嵌RPR的MSTP设备组网示意图；
图4是根据本发明的较佳实施例的在RPR上绑定MAC地址和IP地址的方法的流程；
图5是在ATD帧中，承载节点的MAC地址和IP地址的Control Payload内容示意图；
图6是在本发明的第一较佳实施例中根据静态ARP邻接表转发三层以上报文的具体流程；
图7是在本发明第一较佳实施例中，节点1与节点3之间支持的协议层次示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
本发明方案通过扩充现有的RPR协议，在广播属性发现(AttributeDiscovery，简称“ATD”)帧中携带本节点的MAC地址和IP地址的对应关系，在传送拓扑信息的同时实现了RPR环节点MAC地址和IP地址的绑定。由于直接通过ATD帧的扩展实现RPR环节点的MAC地址和IP地址的绑定，因此不需要消耗任何额外的资源，并且由于用ATD帧实现的开销小并且每秒广播一次，因此各节点形成全网稳定地拓扑数据库的速度很快。
根据本发明的较佳实施例的在RPR上绑定MAC地址和IP地址的方法的流程如图4所示。
首先进入步骤400，配置RPR节点的MAC地址和IP地址。本领域的的普通技术人员知道，由于现行RPR协议只配置了一个识别RPR节点的MAC地址，是RPR环网一个局部标识，没有给RPR环网上每个RPR节点分配IP地址，MAC地址与三层IP地址没有直接的联系，为了融合IP/MPLS报文承载在RPR链路层上传输，需要给每个RPR节点分配一个IP地址。考虑到RPR是一个双向环网，虽然有内外环两个端口，但对用户来说，是等同的，因此在本发明的第一较佳实施例中，把两个内外环接口MAC和IP地址，归一化成节点的MAC和IP地址，同时环上各节点分配的IP地址要满足在同一个网段内。在本发明的第一较佳实施例中，为各RPR节点分配了IP地址后的组网示意图如图3所示。
接着进入步骤410，启动RPR节点的RPR协议。其中，PRR协议中包含了拓扑发现等控制协议。
接着进入步骤420，RPR节点广播携带MAC地址和IP地址绑定关系的ATD帧。在本发明的第一较佳实施例中，通过扩展ATD帧，在广播ATD帧的中携带了本RPR节点的MAC地址和IP地址的绑定关系，也即本节点MAC地址和IP地址的对应关系，这样就可以通过广播将本节点的MAC地址和IP地址绑定关系通知RPR环上其它节点，并且不需要协议见的信息交互，不需要额外的网络带宽，同时由于ATD帧广播的频率较快，因此即使RPR环网的拓扑改变，也能很快达到拓扑数据库的收敛。其中，ATD帧是用于拓扑发现的，在本发明的第一较佳实施例中，使用ATD帧中的ControlDataUnit字段即作为用于存放MAC地址和IP地址对，即存放本RPR节点的MAC地址和IP地址的绑定关系。其中，在ATD帧中，承载节点的MAC地址和IP地址的Control Payload内容如图5所示。其中，标签类型长度值(Type LenthValue，简称“TLV”)中存储了MAC地址和IP地址对。
接着进入步骤430，RPR节点根据ATD更新拓扑数据库并记录所有节点MAC地址和IP地址对应关系。在本发明的第一较佳实施例中，RPR节点接收到一个在RPR环广播的ATD帧，通过解析ATD帧控制净荷获取发送该ATD帧的RPR节点的MAC地址和IP地址绑定关系并将其记录在拓扑数据库中。其中，与现有技术的拓扑数据库相比，本发明方案的拓扑数据库还增加了与MAC地址存在绑定关系的IP地址一栏。
接着进入步骤440，判断拓扑信息是否稳定，如果是则进入步骤450，否则返回步骤420。其中，拓扑信息是否稳定可以根据拓扑数据库是否再变化进行判断，当启动RPR协议或者RPR环网拓扑改变后，经过一段时间后，RPR环上所有节点都重新发送了其MAC地址和IP地址绑定信息的ATD帧，RPR环上所有节点都完成了拓扑数据库的更新，如果拓扑数据库中的信息在一定时间内不再改变则可以认为拓扑信息已经稳定。例如，在本发明的第一较佳实施例中，拓扑信息稳定之后，节点1的拓扑数据库如下表。
| localMAC | LocalIP | Hopcountforringlet0 | Hopcountforringlet1 | Stationpreferences | Stationname | Westneighbor′sMAC | Eastneighbor′sMAC | Westreceivelinkavailability | Eastreceivelinkavailability |
| 23-45-67-78-30-45 | 129.9.2.15/24 | 0 | 0 | JP＝1WP＝1 | NODE1 | 23-45-67-78-30-46 | 23-45-67-78-30-49 | IDLE | IDLE |
| 23-45-67-78-30-46 | 129.9.2.23/24 | 1 | 4 | JP＝1WP＝1 | NODE2 | 23-45-67-78-30-45 | 23-45-67-78-30-47 | IDLE | IDLE |
| 23-45-67-78-30-47 | 129.9.2.25/24 | 2 | 3 | JP＝1WP＝1 | NODE3 | 23-45-67-78-30-46 | 23-45-67-78-30-48 | IDLE | IDLE |
| 23-45-67-78-30-48 | 129.9.2.28/24 | 3 | 2 | JP＝1WP＝1 | NODE4 | 23-45-67-78-30-47 | 23-45-67-78-30-49 | IDLE | IDLE |
| 23-45-67-78-30-49 | 129.9.2.30/24 | 4 | 1 | JP＝1WP＝1 | NODE5 | 23-45-67-78-30-48 | 23-45-67-78-30-45 | IDLE | IDLE |
如果在步骤450中，节点根据拓扑数据库建立全环静态APR邻接表。其中，由于RPR环最多有255个节点，因此RPR环上的节点最多支持255个静态ARP邻接表。其中，用于查找ARP邻接表的索引值(KEY值)以及表项基本内容如下表，即KEY值为下一跳/目的IP地址。
| KEY |
| 32Bit |
| Next IP/Dst IP |
其中，ARP邻接表的组成如下表。本领域的普通技术人员可以看出，ARP邻接表的内容即为不包含ControlDataUnit和FCS字段的ATD帧。
最后进入步骤460，根据静态ARP邻接表转发三层以上报文。在本发明的第一较佳实施例中，由于已经实现了所有RPR节点MAC地址和IP地址的绑定，可以根据接收到的三层以上报文获取下一跳信息，例如下一跳IP地址，然后以下一跳信息为索引值，通过查找ARP邻接表获取下一跳的MAC地址，从而实现RPR环上的三层以上报文转发。
在本发明的第一较佳实施例中，步骤460根据静态ARP邻接表转发三层以上报文的具体流程如图6所示。
首先进入步骤600，RPR环节点根据报文查找路由转发表或标签转发表获取该报文下一跳信息。其中，该报文为三层以上报文，可以为MPLS/IP报文，其下一跳信息可以为IP地址，也可以为隧道(Tunnel)标签。
接着进入步骤610，查找ARP链接表获取下一跳的RPR环节点MAC地址。其中，由于之前已经实现了RPR节点IP地址和MAC地址的绑定，因此以IP地址作为索引值即可以通过查找获取下一跳的MAC地址。
最后进入步骤620，将RPR头信息封装到报文上进行转发。在本发明的第一较佳实施例中，把包括下一跳MAC地址在内的RPR头信息封装到报文上，转发到RPR环网其他节点，从而实现三层以上的报文转发功能。
本领域的普通技术人员理解，通过使用本发明方案绑定RPR节点的IP地址和MAC地址，即可以实现RPR环网中三层以上业务互通。在本发明第一较佳实施例中，节点1的报文发送给节点3后，节点3剥离RPR报文头后，根据报文的IP地址或TUNNEL标签进行路由查找或标签查找，然后根据出接口转发给下游的路由器。其中，节点1与节点3之间支持的协议层次如图7所示。
虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (8)
1. 一种弹性分组环地址绑定方法，其特征在于，包含以下步骤：
A为所述弹性分组环的每一个节点配置媒体访问控制地址和网间互联协议地址；
B在所述弹性分组环的拓扑发现过程中，各节点广播属性发现帧，其中携带媒体访问控制地址和网间互联协议地址的绑定关系；
C各节点对收到的所述属性发现帧进行解析，获取所述绑定关系并据此更新保存在本地的所述弹性分组环的拓扑信息。
2. 根据权利要求1所述的弹性分组环地址绑定方法，其特征在于，所述各节点获取的所述绑定关系是该节点配置的媒体访问控制地址和网间互联协议地址对。
3. 根据权利要求1所述的弹性分组环地址绑定方法，其特征在于，所述方法还包含以下步骤：
D所述节点在所述拓扑信息稳定后依据所述拓扑信息建立全环静态地址解析协议邻接表；
E根据所述静态地址解析协议邻接表转发三层以上报文。
4. 根据权利要求3所述的弹性分组环地址绑定方法，其特征在于，所述静态地址解析协议邻接表包括用地址解析协议链接表的形式。
5. 根据权利要求3所述的弹性分组环地址绑定方法，其特征在于，所述静态地址解析协议邻接表的索引值为下一跳或目的网间互联协议地址。
6. 根据权利要求3所述的弹性分组环地址绑定方法，其特征在于，所述步骤E还包含以下子步骤：
E1所述节点查找转发表获取该报文下一跳信息；
E2以所述下一跳信息作为索引查找所述静态地址解析协议邻接表并获取下一跳的媒体访问控制地址；
E3依据下一跳的媒体访问控制地址封装所述报文的弹性分组环头信息并进行转发。
7. 根据权利要求6所述的弹性分组环地址绑定方法，其特征在于，所述步骤E1中，所述下一跳信息包括网间互联协议地址或隧道标签。
8. 根据权利要求1所述的弹性分组环地址绑定方法，其特征在于，所述节点为内嵌弹性分组环协议的多业务传输平台。
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| CN1878114A (zh) | 2006-12-13 |
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