CN101005498A - 实现多生成树协议自动802.1q汇聚的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

描述了在包括多个端口并支持多生成树协议(MSTP)的桥中执行自动汇聚形成的系统和方法。在一个实施例中，该方法包括：确定所述端口中的哪些端口包括MSTP汇聚端口；形成针对每个多生成树实例(MSTI)的MSTP汇聚组，该MSTP汇聚组包括属于所述MSTI的虚拟局域网(VLAN)组；以及，对于所述MSTP汇聚端口中的每一个，确定所述MSTP汇聚端口的状态是否为汇聚激活，如果是，则将正在所述MSTP汇聚端口上转发的MSTI的MSTP汇聚组中的所有VLAN添加为所述MSTP汇聚端口的标记成员。

Description

实现多生成树协议自动802.1Q汇聚的系统和方法
技术领域
本发明一般涉及多生成树(MST)协议。具体地，但不作为任何限制，本发明针对一种结合MST协议实现自动IEEE 802.1Q汇聚(trunk)形成的系统和方法。
背景技术
IEEE 802.1s所定义的MST协议(MSTP)将快速生成树协议(RSTP)和虚拟局域网(VLAN)技术二者的最好方面结合了起来。在MSTP中，可以将若干VLAN映射到单一生成树实例，这里称作MST实例(MSTI)，并且每个生成树实例独立于其他生成树实例。每个MSTI由一个区域中本地有意义的MSTI号码来识别；MSTI不跨越MST区域。这种方式为数据业务量提供了多个转发路经，支持了负载平衡，并减少了支持大量VLAN所需的生成树实例的数目。
在IEEE 802.1s所定义的MST协议(MSTP)中，所存在的问题是，在确定生成树的激活(转发)拓扑时不考虑IEEE 802.1Q标记所产生的实际VLAN拓扑。因此，在手动配置VLAN中，其中逻辑VLAN拓扑不同于激活生成树拓扑，对这样一些VLAN会丧失连通性，其中在生成树上阻塞所有这些可能连接交换机之间的路由的VLAN。
可以利用同一MST区域中两个桥之间的两个冗余链路的例子来示范这种可能的连通性丧失。VLAN可仅被分配给链路中的一个，而其所属于的MSTI可能已将该链路指定为对于该MSTI为阻塞而不是转发。结果，即使存在有效的物理链路，针对该VLAN以及可能额外VLAN的连通性也会丧失。为了正确配置该网络，VLAN应当被分配给两个链路，从而尽管链路中的一个处于阻塞，VLAN仍然具有转发链路。这个简单的例子可以在很多VLAN以及复杂的多的物理拓扑上进行扩展，但是最根本的问题仍然很明显，并且，对简单及完整解决方案的需要确实也更加明显。
部分克服该问题的一种方法是使用通用属性注册协议(GARP)VLAN注册协议(GVRP)来确定VLAN拓扑，因为GVRP仅使用生成树的转发路径来定义VLAN拓扑。尽管如果应用适当GVRP可以防止该问题，但其无论如何也不是完整的解决方案。具体来说，GVRP受到扩展、安全以及资源分配等方面的缺陷的影响。GVRP由管理进行配置从而也不提供针对所关注问题的足够保护。GVRP所呈现的一种额外问题在于动态VLAN学习可以导致网络的重新收敛。
另一种部分解决方案是使用这样一个系统，其中当不是所有映射到生成树实例上的VLAN被分配给一个端口时，对于该特定的生成树实例，无限路径代价被自动分配给给定端口。以这种方式，当确定拓扑时只有分配有所有VLAN的链路才会被生成树所关注。这是通过特定算法自动完成的。这种解决方案也产生了额外的问题。具体来说，无论何时VLAN拓扑改变，路径代价可能改变，这将进而使生成树拓扑发生改变，而这是不希望的。此外，这种解决方案不能提供针对错误配置的防护，因为很多情形导致没有端口受到关注。此外，在很多尝试使用这种解决方案的情形中，配置是很难的。
又一种部分解决方案是根据在某特定端口上是否存在映射到特定MSTI上的VLAN，对MSTP桥协议数据单元(BPDU)中的MST实例(MSTI)信息进行过滤。这之所以可行是因为MSTI将仅在具有相关VLAN的好端口上汇集以进行转发；然而，这种解决方案与IEEE标准不相兼容。还存在将端口配置为汇聚端口的可能性，从而允许在该系统中手动创建的所有VLAN能够在该端口上进行配置。这种解决方案的缺陷在于它不是全部地基于MSTP。
因此，需要一种系统和方法来在MSTP中以与IEEE 802.1Q相兼容的方式实现自动汇聚形成(ATF)或自动汇聚。
发明内容
一个实施例是一种在包括多个端口并支持多生成树协议(MSTP)的桥中执行自动汇聚形成的方法。该方法包括：确定多个端口中的哪些端口包括MSTP汇聚端口；形成针对每个多生成树实例(MSTI)的MSTP汇聚组，该MSTP汇聚组包括属于该MSTI的虚拟局域网(VLAN)组；以及，对于每个MSTP汇聚端口，确定MSTP汇聚端口的状态是否为汇聚激活，如果是，则将正在MSTP汇聚端口上转发的MSTI的MSTP汇聚组中的所有VLAN添加为MSTP汇聚端口的标记的成员。
另一实施例是一种在支持多生成树协议(MSTP)的桥中执行自动汇聚的方法。该方法包括：响应于该桥的初始化，识别多个端口中哪些端口包括MSTP汇聚端口；以及，对于每个MSTP汇聚端口，对于该汇聚端口正在转发的每个多生成树实例(MSTI)，将属于该MSTI的虚拟局域网(VLAN)添加为MSTP汇聚端口的标记的成员。
又一实施例是一种执行自动汇聚形成的桥。该桥包括多个端口；多生成树协议(MSTP)逻辑；以及自动汇聚形成逻辑，用于确定所述的多个端口中哪些端口包括MSTP汇聚端口；形成针对每个多生成树实例(MSTI)的MSTP汇聚组，该MSTP汇聚组包括属于该MSTI的虚拟局域网(VLAN)组；对于每个MSTP汇聚端口，确定MSTP汇聚端口的状态是否为汇聚激活，如果是，则将正在MSTP汇聚端口上转发的MSTI的MSTP汇聚组中的所有VLAN添加为MSTP汇聚端口的标记的成员。
再一实施例是一种在包括多个端口并支持多生成树协议(MSTP)的桥中执行自动汇聚形成的系统。该系统包括：用于确定多个端口中的哪些端口包括MSTP汇聚端口的装置；用于形成针对每个多生成树实例(MSTI)的MSTP汇聚组的装置，该MSTP汇聚组包括属于该MSTI的虚拟局域网(VLAN)组；以及，装置，用于对于每个MSTP汇聚端口，确定MSTP汇聚端口的状态是否为汇聚激活的，如果是，则将正在MSTP汇聚端口上转发的MSTI的MSTP汇聚组中的所有VLAN添加为MSTP汇聚端口的标记的成员。
附图说明
通过参考以下结合附图的详细描述，可以获得对本发明更完整的理解，其中：
图1是可以在其中实现一个实施例的网络的系统框图；
图2是示出实施例一个方面的图1中一部分网络的系统框图；
图3是示出实施例另一方面的图1中一部分网络的系统框图；
图4是示出实施例又一方面的图1中一部分网络的系统框图；
图5是示出实施例再一方面的图1中一部分网络的系统框图；
图6是用于实现实施例的桥的框图；
图7是根据一个实施例的图6中自动汇聚形成逻辑的操作流程图。
具体实施方式
现在参考各种如何可以最佳地实现和使用本发明的例子来描述本发明的实施例。在整个描述中和附图的几个视图中使用相同的参考数字以指示相同或相应的部分，其中各种元件并不必然按比例绘制。
在一个实施例中，MSTP ATF，或自动汇聚，旨在帮助解决MSTP的现存问题，其中现存MSTI的结果STP拓扑从由静态VLAN技术所定义的可能转发路径偏离。如前所述，IEEE 802.1s定义的MSTP没有将802.1Q VLAN拓扑结合在其转发决策中。
此处所描写的实施例将通过对同一MST区域中桥之间的链路上的VLAN拓扑配置进行控制来帮助解决这种问题。桥必须在同一区域中，因为除了公共和内部生成树(CIST)之外，STP拓扑没有被链接。CIST是MSTP的默认生成树实例；也就是说，所有非特定MSTI的成员的VLAN都是CIST的成员。可以认识到，对于多个区域中每一个区域公共的VLAN可以映射到每个区域中不同的MSTI。结果，如果尝试使用此处描述的实施例的话，则VLAN有效地改变了区域之间的含义，并且穿过区域交界互相面对的两个桥可以向互相面对的端口分配不同的VLAN。此外，从MSTP桥穿过交界链路的桥甚至不是运行MSTP并且因此没有多实例的概念。
在操作中，如下文中将要详细描述的，桥包含的ATF逻辑的一个实施例利用802.1Q VLAN标签来识别和配置支持ATF的桥的端口，以确保VLAN的连通性和它们在MST区域中的业务量。ATF逻辑识别与同一区域中其他MSTP交换机相面对的端口。然后，根据配置参数，在逐MSTI的基础上向端口分配合适的VLAN标签。ATF逻辑识别为有效的每个链路将处于同一区域中桥之间；因此，该链路的两端将具有匹配的动态VLAN分配。这产生了平坦VLAN拓扑，结合这，MSTP可以形成任何STP拓扑而不丧失连通性。如将要描述的，ATF逻辑对配置和动态生成树状态做出反应，以确保MSTP汇聚端口是有效的，并且确保它们具有所有需要的标签。
以此方式，ATF逻辑基于可能的生成树拓扑并通过对与每个链路相关联的各种STP端口状态(例如“转发”、“阻塞”)进行解释而创建一个或多个VLAN拓扑。ATF逻辑有效地实现针对层2网络设计的“VLAN配置跟随STP”的概念。如前所述，尽管单独的GVRP作为对由本实施例所解决的问题的完整解决方案在许多方面存在缺陷，但其可与实施例相结合用于配置边界和区域间交界链路。
如此处所用，这样的端口是“汇聚激活”的：满足ATF逻辑在该端口添加标签的标准并且其被配置为激活或启用了自动端口选择；当端口不符合那些标准时该端口是“汇聚非激活”。当端口被配置为对于ATF启用时该端口是“汇聚启用”；当汇聚激活的所有前述标准得到满足时汇聚启用端口变为汇聚激活。MSTP“汇聚组”是桥上映射到MSTI上的一个或多个VLAN组。通过将一组VLAN映射到汇聚启用的MSTI实例来定义汇聚组。对于待激活的本实施例，必须满足下列配置条件：(1)必须启用STP操作；以及(2)必须将STP协议设置为MSTP。
图1是在其中可以实现ATF的示例实施例的网络100的框图。网络100包括六个桥B1-B6以及例如个人计算机的四个终端用户装置P1-P4。桥B1-B6配置成两个区域R1和R2。特别地，桥B1-B4包括区域R1，桥B5和B6包括区域R2。多个物理链路L1-L4将各种桥B1-B6和终端用户装置P1-P4互连起来。将ATF实施例的规则应用到网络100，从而可以得出以下陈述。第一，连接终端用户装置P1-P4以及桥B1、B2、B5和B6的链路L1-L4连接至那些桥的边界端口，因此这些链路L1-L4对于汇聚激活状态是不符合条件的。此外，链路L5和L6跨越区域交界，因此链路L5和L6对于汇聚激活状态也是不符合条件的。
当在桥B1-B6中的每个桥上启用ATF逻辑时，由该ATF逻辑所采取的动作将取决于管理员所希望的配置。通常，无论使用自动端口检测还是端口被手动配置为汇聚，结果对于保存连通性来说都是相同的。具体来说，链路L7-L12所连接的所有端口应当为汇聚启用；因此，启用的MSTI将把它们分配的VLAN作为标签添加至这些端口。此外，链路L13和L14所连接的端口应当为汇聚启用。区域间链路L5和L6将需要静态地配置有待跨越区域R1、R2进行共享的VLAN。在CIST拓扑中的改变使得链路L5和L6中的一个阻塞的情况下，则这些VLAN应当被添加至两个链路。链路L1-L4连接的边界端口应当配置为管理边界或移动，或者静态配置可以使用。ATF逻辑将把它们识别为边界端口并且不向其分配动态标签。
如果GVRP和ATF在网络100中是激活的，则由ATF逻辑将GVRP学习的VLAN自动分配到所有的汇聚激活端口上(如果它们被映射到汇聚启用MSTI的话)，因为它们被GVRP接收到，而同时公告仍将传播。GVRP在必要时将把标签添加至区域间端口和边界端口。GVRP将考虑ATF标签分配静态分配，因为它们不受离开(Leave)或所有离开(LeaveAll)型事件的影响。
现在将注意力集中在桥B5并参考图2，如前所述，桥B5和B6配置在同一区域中(区域R2)；桥B3处于另一区域中(区域R1)。桥B5和B6配置有两个MSTI，包括MSTI1和MSTI2。
为示例的目的而作如下假设。在桥B5和B6上配置的VLAN是1、10和20。MST设置在B5和B6上相同并且VLAN至MSTI的映射如下：
CIST：  VLAN 1，2-9，11-19，21-4095
MSTI1：VLAN 10
MSTI2：VLAN 20
桥B6是MSTI1的区域根；桥B5是MSTI2的区域根。CIST汇聚被禁用。所有的端口都是默认VLAN1。桥B3处于另一区域(即区域R1)中，并且终端用户装置P3是没有在其上运行特殊协议的PC。
下面结合图2来描述根据一个实施例的初始化和汇聚端口选择。基于上述假设，最先，所有端口都被看作是交界端口和(取决于实现的STP的潜在版本)非边界端口。每个端口可以静态地配置为汇聚启用或该桥可以使用自动端口选择来动态地确定MSTP汇聚端口。
现在将考虑链路L5。首先，对该链路连接的端口进行初始化。接下来，该端口从桥B3接收MSTP BPDU。该BPDU具有不同的区域编码；因此，该端口保持交界端口。即使为该端口启用了ATF，该端口保持汇聚非激活并且没有添加标签。
现在转至链路L3，对该链路连接的端口进行初始化。因为链路L3连接至不产生BPDU的终端用户装置P3，所以接收不到BPDU。当经过若干时间段之后，该端口被确定为边界端口。需要认识到，边界检测方法对于不同的MSTP版本(例如802.1 Q 2005相对于802.1S)可以不同。即使该端口被配置为汇聚启用，其也将没有标签添加。
接下来转到链路L13，对该链路连接的端口进行初始化，并且该端口从桥B6接收MSTP BPDU。该BPDU对应于同一STP版本和区域，指示链路L13互连单个区域中的桥，因此该端口被指定为非交界。ATF逻辑将该端口配置为汇聚激活，并且将VLAN 10和20标记到该端口。对于链路L14和该链路L14连接的端口来说发生同样的过程。结果，同一区域中的桥之间的链路标记有激活实例的成员的VLAN。
如前所述，ATF的实施例的特征是其响应网络(如网络100)中变化的方式。一种这样的变化是VLAN的创建。现在参考图3并且保留针对图2所做的假设，为示例的目的，将假设在桥B5和B6上新创建VLAN(VLAN11)。默认地，该VLAN分配给汇聚禁用的CIST，因此与该CIST相结合没有采取任何动作。VLAN11映射到B5和B6上的MSTI1。ATF逻辑被告知VLAM映射改变，在此时该ATF逻辑扫描汇聚激活端口并将VLAN 11作为标签添加至还不存在该VLAN的端口。该过程导致链路L13和L14连接的端口被识别为汇聚激活并且不将VLAN 11作为缺省或标记的VLAN；因此，ATF逻辑利用VLAN 11标记那些端口。
接下来，将要解决涉及在分配有桥的MST区域中的改变的网络改变。现在参考图4并保留参考图2所做的假设，为了示例的目的，假设网络100已经历了将桥B6从区域R2移除的配置上的改变。在下文中，桥B5在链路L13和L14上接收具有不匹配区域信息的BPDU；结果，链路L13和L14连接的端口被指定为交界端口。然后ATF逻辑从链路L13和L14去除VLAN10和VLAN20标签。
接下来，将要解决涉及在分配有桥的MST区域中的改变的另一网络改变。现在参考图5并保留参考图2所做的假设，为了示例的目的，假设桥B3被管理员改变以将其带入区域R2。桥B5从桥B3接收BPDU，结果是链路L5连接的端口被指定为非交界。ATF逻辑被告知并且VLAN10和VLAN20标记到链路L5连接的端口上。
需要认识到，多种动作可以使得端口变为汇聚激活或汇聚非激活。这些动作包括，例如，桥区域改变、相邻装置上的协议改变、网络中的新链路、本地桥上的监管改变或者相邻装置上的STP禁用。
图6是用于执行此处所描述实施例的教导的桥600的框图。如图6所示，桥600包括一组命令行接口(CLI)以及简单网络管理协议(SNMP)模块，它们集中地描述为管理和CLI单元602，其使得用户能够对桥600进行配置。桥600进一步包括：系统监控单元(SMU)604，包括用于监控桥600物理状态(例如链路上、链路下等等)的逻辑；层2(L2)过滤数据库606，其具体体现了IEEE 802.1D规范中描述的桥600的逻辑实体，并且包括用于桥600的MAC地址数据库和VLAN成员表。
MSTP核心逻辑610包括所有这样的逻辑，其用于执行MSTP，如一个或两个IEEE标准(802.1s和802.1Q)所描述的。具体来说，逻辑610包括用于在桥600的各种端口上执行转发和阻塞、BPDU处理和传输、以及执行MSTP所需的其他功能的所有逻辑。ATF逻辑612包括核心逻辑，其用于执行ATF的功能，包括监控STP状态以及通过向L2过滤数据库606告知VLAN成员资格来设置和创建汇聚。最后，图6中网络接口614所代表的一个或多个网络接口包括用于桥600的硬件和驱动，以及用于控制分组插入与接收和用于执行STP转发和阻塞机制的端口。
图7是示出了根据实施例的ATF逻辑的操作流程图。首先，确定每个桥上的一个或多个端口为MSTP汇聚端口(框700)。在此处所描述的实施例中，MSTP汇聚端口仅利用MSTP来确定其VLAN成员。接下来，必须通过形成属于每个实例的VLAN组来考虑VLAN-MSTI映射。这些VLAN组中的每一个包括MSTP汇聚组(框702)。仅在桥的静态数据库中具有条目的VLAN才被考虑MSTP汇聚组中的成员资格。
此时，考虑MSTP汇聚端口中的第一个的生成树状态(框704)，并且确定该端口是否为汇聚激活(框706)。如果是，则将正在该端口上转发的MSTI的MSTP汇聚组中的所有VLAN添加为该端口的802.1Q标记的成员(框708)。结果，正在端口上转发的MSTI的重要VLAN的成员资格是成员，从而在冗余链路的情况下，针对桥之间公共VLAN确保了两个桥之间的连通性。
如果确定所考虑的MSTP汇聚端口不是汇聚激活，或者确定所考虑的MSTP汇聚端口是汇聚激活，则在添加了标签之后，确定是否有更多MSTP汇聚端口待考虑(框710)。如果是，则考虑下一MSTP汇聚端口的生成树状态(框712)。否则，执行终止(框714)。
无论何时端口转移到为任何MSTI进行转发，触发图7所示的ATF逻辑。因此，拓扑改变将不会对VLAN的连通性产生负面影响。当是MSTP汇聚端口的端口从转发转到阻塞时，希望将ATF逻辑所添加的标签移除；然而，这对于本实施例来说不是至关重要的。在任何事件中，在此情况下未能移除该标签将不会导致任何网络不稳定性，因为该端口是阻塞端口。
为安全目的，可以不由ATF逻辑自动添加某些VLAN。此外，重要的是具有每MSTI的控制，通过这，MSTI和属于这些MSTI的VLAN实际上用作汇聚。桥的管理员可能需要严格的控制，通过这，VLAN被自动汇聚。可以在下列中看到进一步的管理控制，即指定为MSTP汇聚端口的端口可以从手动802.1Q标签配置中得到约束。
相信本发明的操作和构建从上述详细描述中变得显而易见。尽管所示的和所描述的本发明的示例实施例以优选为特征，但应当理解的是，在不偏离随后权利要求所给出的本发明的范围的情况下，可以在其中做出各种改动和修改。

Claims (10)

1.一种在包括多个端口并支持多生成树协议(MSTP)的桥中执行自动汇聚形成的方法，该方法包括：
确定所述端口中的哪些端口包括MSTP汇聚端口；
形成针对每个多生成树实例(MSTI)的MSTP汇聚组，该MSTP汇聚组包括属于所述MSTI的虚拟局域网(VLAN)组；以及，
对于所述MSTP汇聚端口中的每一个，确定所述MSTP汇聚端口的状态是否为汇聚激活，如果是，则将正在所述MSTP汇聚端口上转发的MSTI的MSTP汇聚组中的所有VLAN添加为所述MSTP汇聚端口的标记的成员。
2.根据权利要求1所述的方法，其中每个所述MSTP汇聚端口的VLAN成员资格由所述桥的MSTP逻辑来确定。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述确定所述MSTP汇聚端口的状态是否为汇聚激活包括确定该端口是否为边界端口，如果是，则确定所述MSTP汇聚端口状态不是汇聚激活。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述确定所述MSTP汇聚端口的状态是否为汇聚激活包括确定该端口是否为交界端口，如果是，则确定所述MSTP汇聚端口状态不是汇聚激活。
5.根据权利要求1所述的方法，其中响应于MSTP汇聚端口转到为任何MSTI进行转发而触发所述确定的开始。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括，响应于MSTP汇聚端口对于MSTI从转发转到为阻塞，将作为所述MSTP汇聚端口的标记成员的、正在所述MSTP汇聚端口上阻塞的MSTI的MSTP汇聚组中的所有VLAN移除。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括，向对于任何MSTI不进行转发的MSTP汇聚端口分配高路径代价。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括，对于每个VLAN，确定是否防止该VLAN被自动添加至MSTP汇聚组，如果是，则阻止该VLAN在形成期间被自动添加至MSTP汇聚组。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括，限制该MSTP汇聚端口被手动配置。
10.一种在包括多个端口并支持多生成树协议(MSTP)的桥中执行自动汇聚的方法，该方法包括：
响应于所述桥的初始化，识别所述多个端口中哪些端口包括MSTP汇聚端口；以及，
对于每个MSTP汇聚端口，对于该汇聚端口正在转发的每个多生成树实例(MSTI)，将属于该MSTI的虚拟局域网(VLAN)添加为所述MSTP汇聚端口的标记成员。
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