CN100490418C

CN100490418C - 一种基于虚拟局域网的数据交换方法及设备

Info

Publication number: CN100490418C
Application number: CNB2007100056242A
Authority: CN
Inventors: 王建兵; 谢建平; 张雪江; 沈宁国
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2007-03-06
Filing date: 2007-03-06
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2027-03-06
Also published as: CN101022392A

Abstract

本发明实施方式提供了一种基于虚拟局域网的数据交换方法及设备，具体来说就是通过建立VLAN信息和端口信息的映射转发表，再根据接收数据报文的目的VLAN信息查找VLAN转发表，依据目的VLAN和端口的映射信息情况，指导数据报文的转发。本发明的实施方式可以避免交换设备进行大量MAC地址学习，减少了交换设备处理的工作量，且利用的转发信息较少，有效的压缩了设备消耗的资源，降低了设备投入的成本。

Description

一种基于虚拟局域网的数据交换方法及设备

技术领域

本发明涉及网络通信领域，尤其涉及一种基于虚拟局域网的数据交换方法及设备。

背景技术

随着以太网业务的蓬勃发展，城域以太网网络的建设需求也逐渐增加。通常根据网络的承载方式的不同，城域以太网分为多协议标签交换MPLS传送网络和以太网传送网络，通常的以太网传送网络构建模型如图1所示。在图1中，网络客户终端设备CPE接入到交换设备UPE上，为保证网络的可靠性，UPE形成了一个环形网络，在环形网络上运行某种以太网的冗余链路协议，比如快速生成树协议RSTP或快速环网保护协议RRPP等。一般业务通过UPE承载后会传送到多业务边缘MSE上，由MSE来处理各种业务，在一般情况下，UPE采用二层交换功能将接收到的以太网数据报文逐跳交换到相邻的设备上，所述的二层交换功能是基于媒体访问控制MAC或者MAC+VLAN(虚拟局域网)的学习来完成的，具体的方案有两种：

1)动态的MAC地址学习

一般UPE的转发表是通过MAC地址学习来生成的，其流程如图2所示，具体为：

步骤11：交换设备UPE收到数据报文：

步骤12：根据收到数据报文的目的MAC地址信息查找UPE生成的转发表，找寻对应的VLAN信息和端口信息；

步骤13：如查到，则将数据报文从目的MAC地址对应的端口转发：

步骤14：如查不到，则UPE就在目的VLAN内将该数据报文广播转发；

同时，UPE在转发过程中，会根据收到的数据报文进行源MAC地址的动态学习，更新到UPE转发表中；

以上所述的UPE生成的转发表通常如下表所示(不同厂家不同类型的UPE的转发表不完全一样)：

主机	VLAN	端口	其他相关信息
主机	VLAN	端口	其他相关信息	MAC1	10	端口1	……
MAC2	10	端口2	……	MAC1	10	端口1	……
MAC2	10	端口2	……	MAC3	20	端口2	……
……	……	……	……	MAC3	20	端口2	……

这个表的数据会随着报文的转发动态刷新，当某个表项长时间没有报文转发时，UPE会将之老化掉，回收表项资源，而且通常设备也支持表项的静态配置。

2)静态的VLAN信息交换

针对某VLAN报文固定从某端口入、另一端口出的应用，为了避免用户报文转发的地址不断变化而产生对UPE的影响，可以不进行MAC地址的学习，而只基于VLAN信息的交换。VLAN的交换是静态配置的，可以称之为“V-Switch”功能，所述静态配置的VLAN交换表如下表所示：

入VLAN	入端口	出VLAN	出端口	其他相关信息
入VLAN	入端口	出VLAN	出端口	其他相关信息	10	端口1	10	端口2	……
20	端口1	200	端口2	……	10	端口1	10	端口2	……
20	端口1	200	端口2	……	30	端口2	300	端口3	……
……	……	……	……	……	30	端口2	300	端口3	……

利用该功能进行报文转发的流程如图3所示，具体为：

步骤21：交换设备UPE收到数据报文，

步骤22：根据数据报文的VLAN信息和入端口信息，查找VLAN交换表，得到出端口和出VLAN信息；

步骤23：改写数据报文头，另外如果出VLAN和入VLAN不一致的话，需要修改出VLAN信息后，将其从出端口转发。

从现有的实现数据报文转发的技术方案来看，由于方案1中UPE要学习所有的MAC地址，则每个UPE必须学习整个环上的各UPE用户的MAC地址，而且在MAC地址频繁变化时还需要UPE不断的刷新UPE生成的转发表，对UPE的处理能力要求较高、处理工作量也较大；方案2中UPE虽然不需要学习MAC地址，但需要在每个UPE上下发配置，当有大量的VLAN信息时，配置的工作量大，容易产生配置冲突且不易排查，而且当网络的拓扑结构变化比如增加UPE时，需要重新修改配置，使得业务中断的时间延长。

发明内容

鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明实施方式提供一种基于虚拟局域网的数据交换方法及设备，利用该方法及设备可以减少交换设备处理的工作量，并压缩了设备消耗的资源，降低了设备投入的成本。

本发明的实施方式是通过以下技术方案实现的：

一种基于虚拟局域网的数据交换方法，其设置有虚拟局域网VLAN转发表，所述的VLAN转发表中设置的表项是入VLAN和入端口，所述入VLAN和入端口之间相互映射；其中，所述VLAN转发表通过动态学习来设置，所述动态学习为根据接收到的数据报文的源VLAN信息和入端口信息更新VLAN转发表；

所述方法包括步骤：

A：接收数据报文；

B：根据数据报文的目的VLAN信息，查找所述VLAN转发表的入VLAN以判断是否有与之相对应的入端口，如果查到和该目的VLAN相对应的入端口，则将所述数据报文从该入端口进行转发；否则，确定该数据报文的入端口，并将该数据报文从非入端口广播转发。

本发明实施方式还提供了一种基于虚拟局域网的数据交换设备，它包括：

接收模块：用于接收数据报文；

管理模块：用于对VLAN转发表进行维护的管理操作；所述的VLAN转发表中设置的表项是入VLAN和入端口，所述入VLAN和入端口之间相互映射；其中，所述VLAN转发表通过动态学习来设置，所述动态学习为根据接收到的数据报文的源VLAN信息和入端口信息更新VLAN转发表；

发送模块：用于根据数据报文的目的VLAN信息查找所述VLAN转发表的入VLAN以判断是否有与之相对应的入端口，如果查到和该目的VLAN相对应的入端口，则将所述数据报文从该入端口进行转发；否则，确定该数据报文的入端口，并将该数据报文从非入端口广播转发。

由上述本发明实施方式提供的技术方案可以看出，本发明实施方式可以避免交换设备进行大量MAC地址学习，减少了交换设备处理的工作量，且利用的转发信息较少，有效的压缩了设备消耗的资源，降低了设备投入的成本。

附图说明

图1为现有技术中以太网传送网络构建模型示意图；

图2为现有技术中基于动态MAC地址学习的数据报文转发流程图；

图3为现有技术中基于静态VLAN1信息交换的数据报文转发流程图；

图4为本发明实施方式中数据报文转发方法的流程图；

图5为本发明实施方式中VLAN转发表的动态学习过程流程图；

图6为网络拓扑改变后的以太网传送网络构建模型示意图；

图7为本发明实施方式中交换设备的结构框图。

具体实施方式

本发明实施方式提供了一种基于虚拟局域网的数据交换方法及设备。

在基于虚拟局城网的以太网传送网络中，某VLAN数据报文是固定从交换设备的某端口入、另一端口出的。针对这一应用，本发明实施方式能够在不学习MAC地址，只通过建立VLAN信息和端口信息映射表的基础上，来指导数据报文的转发。具体来说就是在接收到数据报文后，根据数据报文的目的VLAN信息，查找建立的VLAN转发表，如果查到目的VLAN和端口的映射信息，则将该数据报文从目的VLAN对应的端口转发，另外，若VLAN转发表中的出VLAN和目的VLAN不一致，则需要将数据报文的VLAN信息修改后再进行转发；如果没有查到目的VLAN和端口的映射信息，则确定该数据报文的入端口，然后将该数据报文从非入端口进行广播转发。以上所述的VLAN转发表由于只建立VLAN信息和端口信息的映射，相对于现有技术方案来说，避免了设备保留大量的MAC地址信息，且VLAN转发表利用的转发信息较少，有效的压缩了设备消耗的资源，降低了设备投入的成本，并且所述的VLAN转发表还可以通过动态学习来进行设置，进而消除了大量VLAN静态配置时的工作量。

为更好的描述本发明的实施方式，现结合附图对本发明的具体实施方式进行说明：

本发明实施方式所述方法的数据报文转发流程如图4所示，在图4中：

步骤31：收到以太网发送的数据报文。

步骤32：根据数据报文的目的VLAN信息，查找生成的VLAN转发表，如果查到目的VLAN和端口的映射信息，则执行步骤33；否则，执行步骤34。

其中所述的VLAN转发表中设置有VLAN和端口的映射信息，包括入VLAN和入端口的映射信息；或入VLAN、出VLAN和入端口的映射信息；或根据需要设置有其他的相关信息。

其过程是用数据报文的目的VLAN查找VLAN转发表中的入VLAN，看是否有与之匹配的入端口，如果能够查到，则该入端口就是与目的VLAN相匹配的转发端口，同时，若目的VLAN信息与VLAN转发表中的出VLAN不相符，则需要将数据报文的目的VLAN信息进行相应的修改，然后再执行下面的步骤。

步骤33：将该数据报文从与目的VLAN对应的端口进行转发。

步骤34：确定该数据报文的入端口，并将该数据报文从非入端口广播转发。

以上所述的VLAN转发表可以通过动态学习进行设置或通过静态配置得到，动态学习的过程如图5所示，包括：

步骤41：接收以太网发送的数据报文。

步骤42：动态学习接收到数据报文的源VLAN信息和入端口信息；或接收到数据报文的源VLAN信息、入端口信息，以及对应的出VLAN信息，其中对应的出VLAN信息是根据网络拓扑结构，与入VLAN信息是配置匹配的。

步骤43：将学习到的映射信息更新到VLAN转发表中。

以上的学习过程还可以在UPE的MAC地址学习过程中完成，但在MAC地址学习过程中不关心MAC地址信息(MAC学习功能可关闭)，而只关心VLAN信息。

另外，对VLAN转发表还可以进行超时老化的处理操作，具体来说就是当某个表项长时间没有报文转发时，可以将该表项老化掉，回收表项资源；还可以对VLAN转发表进行拓扑更新触发表项删除的处理操作，具体来说就是当网络拓扑发生改变时，如图6所示，根据冗余协议，VLAN转发表中的相应表项会清空，然后VLAN转发表会重新通过以上所述的动态学习过程进行设置。

本发明实施方式还提供了一种基于虚拟局域网的数据交换设备，其结构框图如图7所示。

图7中的数据交换设备包括接收模块、管理模块和发送模块，其中的接收模块用于接收数据报文；管理模块用于对VLAN转发表进行维护的管理操作，具体来说就是将生成的VLAN转发表在管理模块中进行整理、修改的管理操作；发送模块用于根据数据报文的目的VLAN信息查找VLAN转发表，依据目的VLAN和端口的映射信息情况，对数据报文进行转发，具体来说就是当查找到目的VLAN和端口的映射信息时，发送模块将该数据报文从与目的VLAN对应的端口进行转发，否则发送模块会并将该数据报文从非入端口广播转发

管理模块中的VLAN转发表中包括入VLAN和入端口的映射信息；或入VLAN、出VLAN和入端口的映射信息；或根据需要设置有其他的相关信息

管理模块还可以对VLAN转发表进行动态学习更新的管理操作，所述的动态学习过程如上所述；并且还可以对VLAN转发表进行静态配置的操作。

管理模块还可以对VLAN转发表进行超时老化、拓扑更新触发表项删除的管理操作，所述的超时老化指的是当某个表项长时间没有报文转发时，管理模块可以将该表项老化掉，回收表项资源；而拓扑更新触发表项删除指的是当网络拓扑发生改变时，管理模块可以根据冗余协议清空VLAN转发表中的相应表项，然后按照以上所述的动态学习过程对VLAN转发表重新进行更新设置。

为更好的描述本发明实施方式，现结合具体的实施例对其技术方案作进一步说明：

实施例1：以图1所示的以太网传送网络为例，在初始情况下，交换设备UPE5的VLAN转发表为空，VLAN转发表如下：

入VLAN	入端口	出VLAN	其他相关信息
入VLAN	入端口	出VLAN	其他相关信息

UPE5收到以太网发送的数据报文，该数据报文的入VLAN ID信息为5，入端口为1，根据目的VLAN查找转发表为空，则将该数据报文从非入端口1进行广播转发。

同时，UPE5根据学习到的入VLAN信息和入端口信息，以及根据网络拓扑结构与入VLAN信息配置匹配的出VLAN信息，将VLAN转发表进行更新如下：

入VLAN	入端口	出VLAN	其他相关信息
入VLAN	入端口	出VLAN	其他相关信息	5	端口1	15
				5	端口1	15

表中的出VLAN信息在一般情况下是不需要修改的，也可以根据配置在学习时记录出VLAN信息到转发表，以便后续在目的\/LAN和出VLAN信息不一致的情况下，可以直接改写VLAN信息。

实施例2：在实施例1中的数据报文被广播转发之后，UPE5收到目的主机回复的数据报文，此时根据与回复报文目的VLAN对应的入VLAN查找上述的转发表，得到了相应的VLAN和端口的映射信息，即上表中的VLAN5和端口1，再将回复数据报文的目的VLAN从15修改成5之后，从对应的端口1转发。

综上所述，利用本发明实施方式所提供的方法和设备，可以避免交换设备进行大量MAC地址学习，避免了设备保留大量的MAC地址信息，且设备利用的转发信息较少，有效的压缩了设备消耗的资源，降低了设备投入的成本，同时，所述的VLAN转发表还可以通过动态学习来进行设置，进而消除了大量VLAN静态配置时的工作量。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施方式揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1、一种基于虚拟局域网的数据交换方法，其特征在于，设置有虚拟局域网VLAN转发表，所述的VLAN转发表中设置的表项是入VLAN和入端口，所述入VLAN和入端口之间相互映射；其中，所述VLAN转发表通过动态学习来设置，所述动态学习为根据接收到的数据报文的源VLAN信息和入端口信息更新VLAN转发表；

所述方法包括步骤：

A：接收数据报文；

2、如权利要求1所述的基于虚拟局域网的数据交换方法，其特征在于，所述的VLAN转发表中还设置出VLAN表项，所述VLAN转发表中的入VLAN、入端口和出VLAN之间相互映射。

3、如权利要求2所述的基于虚拟局域网的数据交换方法，其特征在于，步骤B所述的将所述数据报文从该入端口进行转发进一步包括：若查找到的VLAN转发表中的出VLAN和数据报文的目的VLAN不一致，则根据查找到的出VLAN改写数据报文的目的VLAN信息，并按照查找到的VLAN转发表中所对应的入端口转发数据报文。

4、如权利要求1-3中任意一项所述的基于虚拟局域网的数据交换方法，其特征在于，对所述的VLAN转发表进行超时老化处理。

5、如权利要求1-3中任意一项所述的基于虚拟局域网的数据交换方法，其特征在于，根据网络拓扑更新，对所述的VLAN转发表进行表项删除的处理。

6、一种基于虚拟局域网的数据交换设备，其特征在于，包括：

接收模块：用于接收数据报文；

7、如权利要求6所述的基于虚拟局域网的数据交换设备，其特征在于，所述管理模块中的VLAN转发表中还设置出VLAN表项，所述VLAN转发表中的入VLAN、入端口和出VLAN之间相互映射。

8、如权利要求6所述的基于虚拟局域网的数据交换设备，其特征在于，所述的管理模块用于对VLAN转发表进行超时老化、拓扑更新触发表项删除的管理操作。