CN100581126C - 转换器及网络故障恢复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及转换器及故障恢复方法。接收FDB刷新帧的转换器(10-3)，刷新FDB后，对多点传送组参加询问消息(QRY1)进行泛搜索。终端(20-2)将组参加消息(RP1)返回转换器(10-3)。转换器(10-1、10-4、10-3)接收RP1，分别执行IGMP/MLD窥探。

Description

转换器及网络故障恢复方法
技术领域
本发明涉及转换器及故障恢复方法，特别涉及适用于包括对应于多点传送的环形网络的网络中的最佳转换器及网络故障恢复方法。
背景技术
下面，采用图1至图5，对本发明背景技术的L(层)2环协议进行说明。此处，图1是说明正常时的环形网络的框图。图2是说明发生故障之后的环形网络的框图。图3是说明故障持续，重新开始通信时的环形网络的框图。图4是说明故障恢复后的环形网络的框图。图5是说明链路切断恢复的环形网络框图。
在图1中，环形网络100由4台转换器10和连接转换器间的链路(线路)30构成。环形网络100的主节点即转换器10-1，定期从端口40-12送出正常检查帧(图中表示为HC)。形成环的转换器10将该正常检查帧顺时针传输给相邻的其他转换器10，最终由转换器10-1的端口40-14接收。此处，转换器10-1的端口40-14为了防止发生循环而处于BLK(Block)状态，只能接收正常检查帧。BLK状态的端口40除了接收正常检查帧之外，处于不能收发的状态(图中用●表示)。转换器10-1的端口40-12处于FWD(Forward)状态，是可以收发的状态(图中用○表示)。将主节点以外的转换器10-2～10-4称为转接节点。形成转接节点的环的2个图中未示出的端口都处于FWD状态。
作为主节点的转换器10-1，根据接收到本身发出的正常检查帧，掌握环形网络100是健全的状况。反之，根据在预定时间内未接收到正常检查帧(延迟)，掌握环形网络100上有故障的情况。
在此，转换器10-3上连接的终端20-3、与连接在转换器10-1上的终端20-1及终端20-2之间的通信，通过转换器10-2而形成数据帧(图中表示为DF31及DF32)。
在图2中，假设在转换器10-3和转换器10-2之间的链路30-23上发生了故障。DF31及DF32不能通过链路30-23，从而不能通信。另外，转换器10-1定期发出的正常检查帧也不能通过链路30-23，从而不能通信。
在图3中，转换器10-1根据在预定时间内接收不到正常检查帧，来掌握环形网络100中有故障的情况。检测出故障的转换器10-1将处于BLK状态的端口40-14转移到FWD状态。转换器10-1从其端口40-12、40-14向两个方向发送FDB刷新帧(FF1、FF2)。接收FDB刷新帧的转换器10-2～10-4，对分别保持的FDB(Forwarding Data Base)的相应条目(entry)进行刷新(清除)。转换器10-1也对保持的FDB的内容进行刷新(清除)。
由于刷新了FDB的相应条目，所以转换器10-3上连接的终端20-3、与连接在转换器10-1上的终端20-1及终端20-2之间的通信，通过在转换器10-3及转换器10-4被进行泛搜索(flooding)，到达转换器10-1，从而重新开始。转换器10-3及转换器10-4，学习该新的通信路径(终端20-3→转换器10-3→转换器10-4→转换器10-1→终端20-1及终端20-2)，记录在FDB中。其结果，转换器10-3及转换器10-4的泛搜索结束。
转换器10-1定期发出的正常检查帧持续不能通信。另外，即使在转换器10-3和转换器10-1之间形成新的路径，在转换器10-2和转换器10-1之间也跟原来一样，所以转换器10-1的端口40-12持续FWD状态。
在图4中，当链路30-23的故障恢复时，转换器10-1接收转换器10-1定期发出的正常检查帧，检测环形网络100的恢复。
在图5中，检测出环形网络100的恢复的转换器10-1，从其端口40-12、40-14向两个方向发送FDB刷新帧。转换器10-1使处于FWD状态的端口40-14转移到BLK状态。接收FDB刷新帧的转换器10-2～10-4，对分别保持的FDB的相应条目进行刷新(清除)。转换器10-1也对保持的FDB内容进行刷新(清除)。
由于刷新了FDB，所以转换器10-3上连接的终端20-3、与连接在转换器10-1上的终端20-1及终端20-2间的通信，通过在转换器10-1～转换器10-4上进行泛搜索，并到达转换器10-1的端口40-12，从而重新开始。此外，也到达转换器10-1的端口40-14，但是由于端口40-14处于BLK状态，所以不能接收。转换器10-1～转换器10-3，学习该通信路径(终端20-3→转换器10-3→转换器10-2→转换器10-1→终端20-1及终端20-2)，记录在FDB中。其结果，转换器10-1～转换器10-4的泛搜索结束。
下面，参照图6至图9，说明IGMP(Internet Group ManagementProtocol)/MLD(Multicast Listener Discovery)窥探(snooping)。此处，IGMP是IPv4的多点传送路径控制协议，MLD是IPv6的多点传送路径控制协议。另外，所谓窥探是指L2参照L3的协议。此处，图6及图8是说明窥探前后的FDB的图。图7及图9是说明IGMP/MLD窥探的网络框图。
在图6中，转换器的FDB70由目的地MAC地址71和输出端口72构成。在FDB70中可以登录多个条目。但是，该FDB70由于是在窥探之前，所以目的地MAC地址71和输出端口72都未登录(图中用“-”表示)。
在图7中，在网络200中，使服务器50、路由器60和转换器10-11以该顺序配置成直线形状。另外，在转换器10-11的端口40-1上连接终端20-11，在转换器10-11的端口40-2上连接终端20-12。路由器60将组参加询问消息(Query Frame，图中表示为QRY1)向下游发送。转换器10-11由于此时的FDB70(图6)是空白，所以进行泛搜索，将QRY1传输给终端20-11及终端20-12。此处，只有终端20-12将对QRY1的组参加消息(Report，图中表示为RP1)发送给路由器60。转换器10-11接收RP1。转换器10-11将存放在接收的RP1中的多点传送组的MAC地址(MAC MG1)写入FDB70和目的地MAC地址71中，而在输出端口72中写入接收到RP1的端口号(设为40-2)。图8是窥探后的FDB70。
在图9中，按照图8的FDB70，将服务器50输出、且经过路由器60接收的发给多点传送组(目的地MAC地址：MAC MG1)的数据帧(图中表示为MDF1)只发送给其端口40-2。
在特开2004-147172号公报中，记载了使构成环的层2网络的故障产生的切换时间缩短的环切换方法。
若组合实施上述的故障恢复的环形网络和IGMP/MLD窥探，则在环形网络上发生故障时，节点在下一个接收者搜索消息到来之前持续泛搜索，造成长时间增加不必要的通信量、降低安全性。
发明内容
上述课题可以通过如下的转换器解决，该转换器包括：包传输处理部，存储接收到的帧，从上述帧中抽出标题信息，发送给包类别判断部，从包目的地判断部接收输出端口，从该输出端口发送所存储的帧；上述包类别判断部，根据上述标题信息判断上述帧的类别，从上述标题信息抽出目的地MAC地址，发送给包目的地判断部；数据库，将目的地MAC地址和输出端口间对应起来；及上述包目的地判断部，利用从上述包类别判断部接收的上述目的地MAC地址，从上述数据库确定输出端口，发送给上述包传输处理部。上述转换器还包括生成接收者搜索消息的生成部；在检测出下游的网络故障时，上述转换器对上述数据库的条目进行刷新，上述生成部生成接收者搜索消息，并由上述包传输处理部将上述接收者搜索消息发送给上述下游的网络。
还可以通过以下转换器解决，该转换器在上游端连接服务器，并构成下游端的环形网络的节点，上述目的地MAC地址是表示多点传送的地址。
还可以通过以下网络的故障恢复方法解决，该网络的故障恢复方法将第1转换器、第2转换器和第3转换器连接成环形状，将上述第1转换器上所连接的服务器提供的服务提供给上述多个转换器的某一个上所连接的终端，其特征在于，包括：上述多个转换器中的某一个检测相互连接的故障的步骤；检测出上述故障的转换器向双方向发送数据库刷新帧的步骤；上述多个转换器对数据库的条目进行刷新的步骤；以及上述第1转换器对上述第2转换器和第3转换器发送接收者搜索消息的步骤。
附图说明
图1是说明正常时的环形网络的框图。
图2是说明发生故障之后的环形网络的框图。
图3是说明故障持续、重新开始通信时的环形网络的框图。
图4是说明故障恢复后的环形网络的框图。
图5是说明链路切断恢复的环形网络的框图。
图6是说明窥探前的FDB的图。
图7是说明IGMP/MLD窥探的网络框图。
图8是说明窥探后的FDB的图。
图9是说明IGMP/MLD窥探的网络框图。
图10是说明正常时使用IGMD/MLD窥探的环形网络的框图。
图11是说明窥探结束的各转换器的FDB的图。
图12是说明发生故障后使用IGMD/MLD窥探的环形网络的框图。
图13是说明刷新的各转换器的FDB的图。
图14是说明各终端接收期间的时序图。
图15是说明主节点检测出发生故障后的动作的网络框图。
图16是说明连接路由器的转换器的动作的网络框图。
图17是执行各转换器的IGMP/MLD窥探后的FDB。
图18是说明DFMG1的发送的网络框图。
图19是说明网络的各转换器的动作的流程图。
图20是说明各终端接收期间的时序图。
图21是转换器的切能框图。
图22是说明连接了路由器的转换器的动作的流程图。
图23是说明转换器的动作的流程图。
具体实施方式
下面，利用实施例，参照附图来说明本发明的实施方式。相同的构成要素上标注相同参照号，其说明不予重复。
首先，对于在形成环的转换器上使用IGMP/MLD窥探时的课题，利用图10至图14进行说明。此处，图10是说明正常时使用IGMD/MLD窥探的环形网络的框图。图11是说明窥探结束的各转换器的FDB的图。图12是说明发生故障后使用IGMD/MLD窥探的环形网络的框图。图13是说明刷新的各转换器的FDB的图。图14是说明各终端的接收期间的时序图。
在图10中，网络300包括4台转换器10、连接转换器间的链路30、与转换器10-3相连接的路由器60、及连接在路由器60上的服务器50。网络300的主节点即转换器10-1，定期从端口40-12送出正常检查帧。形成环的转换器10，将该正常检查帧顺时针传输给相邻的其他转换器10，最终由转换器10-1的端口40-14接收。此处，转换器10-1的端口40-14为了防止发生循环而处于BLK状态，只能接收正常检查帧。
作为主节点的转换器10-1，根据接收到本身发出的正常检查帧，掌握环形网络100是健全的的情况。反之，根据在预定时间内未接收到正常检查帧，掌握环形网络100上有故障的情况。
在网络300中，服务器50对多点传送组1(MG1)发送多点传送帧(DFMG1)。但是接收多点传送帧(DFMG1)的只是在转换器10-1上所连接的终端20-2。这时，转换器10-1～10-3窥探完毕。
在图11中，(a)是转换器10-1的FDB70-1，目的地MAC地址为MAC MG1的帧，传输给连接终端20-2的端口40-2。同样，(b)是转换器10-2的FDB70-2，目的地MAC地址为MAC MG1的帧，传输给连接终端10-1的端口40-21。(c)是转换器10-3的FDB70-3，目的地MAC地址为MAC MG1的帧，传输给连接终端10-2的端40-32。此外，(d)是转换器10-4的FDB，是空白状态。
在图12中，假设在转换器10-3和转换器10-2之间的链路30-23上发生了故障。DFMG1不能通过链路30-23，从而不可能通信。另外，转换器10-1定期发出的正常检查帧，也不能通过链路30-23，从而不可能通信。转换器10-1根据在预定时间内接收不到正常检查帧，掌握环形网络100中有故障的情况。检测出故障的转换器10-1，使处于BLK状态的端口40-14转移到FWD状态。转换器10-1从其端口40-12、40-14向两个方向发送FDB刷新帧(图中为FF1及FF2)。接收FDB刷新帧的转换器10-2～10-4对分别保持的FDB的相应条目进行刷新(清除)。转换器10-1也对保持的FDB的内容进行刷新(清除)。下面，用图13对该状态进行说明。
在图13中，(a)是转换器10-1的FDB70-1，为空白状态。同样，(b)是转换器10-2的FDB70-2，为空白状态。(c)是转换器10-3的FDB70-3，为空白状态。(d)是转换器10-4的FDB，没有变化仍为空白状态。
返回图12，由于各节点(转换器)的FDB  被刷新，转换器10-1至转换器10-4都进行泛搜索，所以DFMG1到达终端20-1、20-2、20-4及20-5。该状态一直持续到各转换器执行IGMP/MLD窥探。而且，执行IGMP/MLD窥探的定时是路由器60将组参加询问消息向下游发送，而终端20是发送了组参加消息的时间，所以上述状态有可能长时间继续，通信量增加，安全性上也是问题。
图14从左至右表示时间经过，是说明自上依次用箭头说明终端20-5的DFMG1接收期间、终端20-4的DFMG1接收期间、终端20-2的DFMG1接收期间、终端20-1的DFMG1接收期间的图。在发生故障前只有终端20-2可以接收DFMG1。假设TIME为链路30-23的故障发生时刻、TIME2为各转换器10的FDB的刷新时刻、TIME3为路由器60的QRY1发送时刻、TIME4为终端20-2的RP1返回时刻、TIME5为各转换器10的IGMP/MLD窥探时刻。从TIME1到TIME2期间，哪一个终端都不能接收DFMG1。但是，从TIME2到TIME5期间，哪个终端都能接收DFMG1。返回到正常是在TIME5以后。
(实施例)
下面参照图15到图23，说明实施例。此处，图15是说明主节点检测出发生故障后的动作的网络框图。图16是说明连接路由器的转换器的动作的网络框图。图17是执行各转换器的IGMP/MLD窥探后的FDB。图18是说明DFMG1的发送的网络框图。图19是说明网络的各转换器的动作的流程图。图20是说明各终端的接收期间的时序图。图21是转换器的切能框图。图22是说明连接了路由器的转换器的动作的流程图。图23是说明转换器的动作的流程图。
在图15中，作为主节点的转换器10-1，根据正常检查帧(HC)在预定时间内不返回，检测出环的故障。检测出环的故障的转换器10-1，将端口40-2的状态从BLK变更为FWD，对相邻转换器10-2发送FDB刷新帧(FF1)，对相邻转换器10-4发送FDB刷新帧(FF2)。转换器10-4对转换器10-3发送FDB刷新帧(FF2)
在图16中，转换器10-3预先初始设定为在上游有路由器。接收到FDB刷新帧(FF2)的转换器10-3，对FDB刷新后，对多点传送组参加询问消息(QRY1)进行泛搜索。QRT1在转换器10-4、10-1、10-2上也进行泛搜索，到达终端20-1、20-2、20-4、20-5。在终端20当中，连接在转换器10-1上的终端20-2，将组参加消息(RP1)返回转换器10-3。转换器10-1、10-4、10-3接收RP1，分别执行IGMP/MLD窥探。
在图17中，(a)是转换器10-1的FDB70-1，目的地MAC地址为MAC MG1的帧，传输给连接终端20-2的端口40-2。同样，(b)是转换器10-2的FDB70-2，是空白状态。(c)是转换器10-3的FDB70-3，目的地MAC地址为MAC MG1的帧，传输给连接终端10-4的端口40-34。此外，(d)是转换器10-4的FDB，目的地MAC地址为MAC MG1的帧，传输给连接终端10-1的端口40-41。
在图18中，当各转换器的FDB70是图17的状态时，服务器50对多点传送组1(MG1)发送多点传送帧(DFMG1)。接收多点传送帧(DFMG1)的只是连接在转换器10-1上的终端20-2。这时由于在链路30-23上有故障，所以不经过转换器10-2而经过转换器10-4。
利用图19，再次说明构成网络300的设备和终端的动作。在图19中，根据作为主节点的转换器延迟了HC的接收的情况，检测出环的故障(S11)。主节点的转换器，变更环端口的接收发送状态(S 12)，向双方向发送FDB刷新帧(S13)。接收到FDB刷新帧的各转换器，对FDB进行刷新(S14)。主节点的转换器也对FDB进行刷新(S15)。接收到FDB刷新帧的多点传送发送上游转换器，向下游发送接收者搜索消息(QRY1)(S16)。接收到QRY1的希望参加的终端20将RP1发送给多点传送发送上游转换器(S17)。RP1的发送路径转换器10通过IGMP/MLD窥探，在FDB上生成条目(S18)。当在步骤15没有希望参加时，路由器60停止发送。
下面参照图20说明实施例的效果。图20从左至右表示时间经过，是自上依次用箭头说明终端20-5的DFMG1接收期间、终端20-4的DFMG1接收期间、终端20-2的DFMG1接收期间、终端20-1的DFMG1接收期间的图。在发生故障前只有终端20-2可以接收DFMG1。假设TIME1为链路30-23的故障发生时刻、TIME2为各转换器10的FDB的刷新时刻、TIME3为转换器10-3的QRY1发送时刻、TIME4为终端20-2的RP1返回时刻、TIME5为各转换器10的IGMP/MLD窥探时刻。
对比图20和图14可以看出，各转换器10的FDB刷新时刻(TIME2)和转换器10-3的QRY1发送时刻(TIME3)极其接近，根据本实施例，具有无论哪个终端都能接收DFMG1的、从TIME2到TIME5的期间极其短的效果。
在图21中，转换器10包括：具有与n条线路(链路)相连接的n个端口40的包传输处理部80判断接收的包的类别的包类别判断部90根据包类别判断部90的判断结果，参照FDB70，对包传输处理部80指示包传输目的地的包目的地判断部110；FDB70；根据包类别判断部90的判断结果，更新FDB70的FDB管理部120；根据包类别判断部90的判断结果，生成询问并传输给包传输处理部80的QRY生成部130；以及对装置全体进行管理的装置管理部140。
QRY生成部130包括未图示的n级寄存器。结果，QRY生成部130对每个接收到FDM刷新的端口40选择询问生成的启动/禁止。另外，FDB管理部120当接收到FDM刷新时，对FDB70进行刷新。FDB管理部120在接收到RP1时，在FDB70中记录目的地MAC地址和接收到RP1的端口号。
下面参照图22及图23，说明图21的转换器10的动作。在图22中，包传输处理部80从线路接收FDB刷新帧(S201)。包传输处理部80对帧进行存储，从帧中抽出标题信息，通过装置内线路C1发送给包类别判断部90(S202)。包类别判断部90根据标题信息判断帧的类别。这时，由于帧类别是FDB刷新帧，所以通过装置内线路C2通知给QRY生成部130。包类别判断部90还通过装置内线路C7通知给FDB管理部120(S203)。FDB管理部120通过装置内线路C8删除FDB的内容(S204)。
在步骤203以后，包类别判断部90从标题信息抽出目的地MAC地址，通过装置内线路C4通知给包目的地判断部110(S205)。包目的地判断部110以目的地MAC地址为检索关键字检索FDB70，确定(经过装置内线路C5)输出端口(S206)。包目的地判断部110通过装置内线路C6，对包传输处理部80通知输出端口(S207)。包传输处理部80将所存储的FDB刷新帧从输出端口输出(S208)，结束FDB刷新帧传输处理。
在步骤203之后，QRY生成部130通过装置内线路C3对包传输处理部80通知QRY帧信息、输出端口、及发送指示(S209)。包传输处理部80从输出端口输出从QRY生成部130通知的QRY帧信息(S210)，结束QRY发送处理。
在图23中，包传输处理部80从线路接收通常帧(S301)。包传输处理部80对帧进行存储，从帧中抽出标题信息，通过装置内线路C1发送给包类别判断部90(S302)。包类别判断部90根据标题信息，判断帧的类别(S303)。这时，由于帧类别是通常帧，所以不向QRY生成部130、FDB管理部120通知。包类别判断部90从标题信息抽出目的地MAC地址，通过装置内线路C4通知给包目的地判断部110(S304)。包目的地判断部110以目的地MAC地址为检索关键字检索FDB70，决定(经过装置内线路C5)输出端口(S305)。包目的地判断部110通过装置内线路C6，对包传输处理部80通知输出端口(S306)。包传输处理部80将所存储的通常帧从输出端口输出(S307)，结束通常帧传输处理。
在上述的实施例中，连接服务器50的提供服务用转换器(上游转换器)是环形网络的转接节点，但是也可以是主节点。这时提供服务用转换器对环的故障不是接收FDB刷新帧，而是通过正常检查帧的延迟来进行检测。
根据本实施例，将实施故障恢复的环形网络和IGMP/MLD窥探进行组合，也可以使不必要的通信量限制在短时间内，安全性的降低也可控制在最小限度。

Claims (8)

1、一种转换器，其特征在于，包括：包传输处理部，存储接收到的帧，从上述帧中抽出标题信息，发送给包类别判断部，从包目的地判断部接收输出端口，从该输出端口发送所存储的帧；上述包类别判断部，根据上述标题信息判断上述帧的类别，从上述标题信息抽出目的地MAC地址，发送给包目的地判断部；数据库，将目的地MAC地址和输出端口间对应起来；及上述包目的地判断部，利用从上述包类别判断部接收的上述目的地MAC地址，从上述数据库确定输出端口，发送给上述包传输处理部，
上述转换器还包括生成接收者搜索消息的生成部；
在检测出下游的网络故障时，上述转换器对上述数据库的条目进行刷新，上述生成部生成接收者搜索消息，并由上述包传输处理部将上述接收者搜索消息发送给上述下游的网络。
2、如权利要求1所述的转换器，该转换器在上游端连接服务器，并构成下游端的环形网络的节点，上述目的地MAC地址是表示多点传送的地址。
3、如权利要求1所述的转换器，其特征在于，
上述故障的检测是基于数据库刷新帧的接收来进行的。
4、如权利要求1所述的转换器，其特征在于，
上述故障的检测是基于正常检查帧的延迟来进行的。
5、如权利要求2所述的转换器，其特征在于：
上述故障的检测是基于数据库刷新帧的接收来进行的。
6、如权利要求2所述的转换器，其特征在于：
上述故障的检测是基于正常检查帧的延迟来进行的。
7、一种网络的故障恢复方法，将第1转换器、第2转换器和第3转换器连接成环形状，将上述第1转换器上所连接的服务器提供的服务提供给上述多个转换器的某一个上所连接的终端，其特征在于，包括：
上述多个转换器中的某一个检测相互连接的故障的步骤；
检测出上述故障的转换器向双方向发送数据库刷新帧的步骤；
上述多个转换器对数据库的条目进行刷新的步骤；以及
上述第1转换器对上述第2转换器和第3转换器发送接收者搜索消息的步骤。
8、如权利要求7所述的网络故障恢复方法，其特征在于：
上述故障的检测是基于正常检查帧的延迟来进行的。
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