CN101102236A - 探测环路的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种探测环路的方法，包括以下步骤：对VLAN内MAC飘移次数进行统计，并记录该VLAN内每次MAC飘移所涉及的端口；在预置的时间段内，当所述VLAN内MAC飘移次数大于或等于预置的次数门限值时，向所记录的各端口发送所述VLAN的环路检测报文。应用本发明，可以减少网络上的环路检测报文数量，减轻系统负担。与上述方法相对应，本发明还公开了一种探测环路的装置。

Description

探测环路的方法及装置

技术领域

本发明涉及通信系统环路检测技术领域，尤其涉及一种探测环路的方法及装置。

背景技术

在局域网或城域网中，经常会出现环形组网的情况，有些是为了冗余备份以提高网络的可靠性，有些则是由于网络规划混乱或其他原因导致的意外环路。由于环路的存在，网络拥塞程度不断加剧，它不仅使报文无法到达正确的目的端口，甚至有可能导致网络被迫丢弃用于更新路由信息的报文，致使路由寻径变得更加不稳定，延长了报文在网络中的驻留时间，甚至会造成可怕的广播风暴，严重影响正常业务。

为了解决网络环路问题，出现了多种环路阻塞协议，例如STP(SpanningTree Protocol，生成树协议)等，并都采用如下机制：周期性地发送环路检测报文，根据接收到的环路检测报文分析是否存在环路，最后通过一定算法或通过人工干预阻断或阻塞冗余链路。

参见图1，交换机SW的port3下面接入的交换机A、B和C构成环路，由此产生广播风暴，大量报文会从port3涌入SW。而接入环路的端口一般为汇聚(trunk)端口，会trunk很多个VLAN(Virtual Local Area Network，虚拟局域网)，那么，按照现有环路检测机制，port3会向自身所接入的所有VLAN都发送环路检测报文，每一个VLAN都发送环路检测报文，会导致网络资源大量浪费，CPU不堪重负。究其原因，现有方案在发送环路检测报文时是没有针对性的，致使大量环路检测报文充斥网络。实际上，一般仅局部(例如某个VLAN)存在环路，这种全面发送环路检测报文的方式是一种资源浪费，因此，在发送环路检测报文之前，进行一定的预判断是非常有必要的。

现有公开的有关环路检测的专利文献中，都是从发送环路检测报文基础上提出的环路检测方案，对于发送环路检测报文之前如何进行必要的预判断则没有涉及。例如，申请号200610125496.0、名为《一种自适应快速环路检测和环路阻断的方法及装置》的专利，以及申请号200610081085.6、名为《一种检测环路的方法及装置》的专利。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种探测环路的方法及装置，以解决现有方案没有针对性地大量发送环路检测报文致使系统开销加大的问题。

为此，本发明实施例采用如下技术方案：

一种探测环路的方法，包括步骤：对VLAN内MAC(Media AccessController，媒介接入控制)飘移次数进行统计，并记录该VLAN内每次MAC飘移所涉及的端口；在预置的时间段内，当所述VLAN内MAC飘移次数大于或等于预置的次数门限值时，向所记录的各端口发送所述VLAN的环路检测报文。

其中，交换机在端口i接收到报文后，以该报文的SMAC(Source MAC，源MAC)和VLAN标识为索引查找MAC地址列表，若匹配表项的端口x并非端口i，则确定发生了一次MAC飘移；其中，MAC飘移涉及的端口是指端口i和端口x。

优选地，向所记录的各端口发送所述VLAN的环路检测报文之后，上述方法还包括，判断是否存在接收到自身环路检测报文的端口，若是，确定该端口为环路所在端口，并对环路所在端口进行阻塞。

上述方法还包括：再次向环路所在端口发送所述VLAN的环路检测报文，并判断该端口是否接收到自身的环路检测报文，如果没有收到，则确定所述环路已经消除，并重新启用该端口。

对所记录的各端口在MAC飘移中出现的频率进行统计，优先向出现频率高的端口发送所述VLAN的环路检测报文。

一种探测环路的装置，包括：阈值单元，用于保存预置的时间段值以及次数门限值；统计单元，用于对VLAN内MAC飘移次数进行统计；记录单元，用于记录VLAN内每次MAC飘移所涉及的端口；判断单元，用于判断在所述时间段内，统计所述VLAN内的MAC飘移次数是否大于或等于所述次数门限值，若是，发出环路检测指示；检测单元，用于在所述判断单元发出所述环路检测指示时，向所述记录单元所记录的各端口发送所述VLAN的环路检测报文。

所述统计单元包括：索引子单元，用于利用端口i接收到的报文的SMAC和VLAN标识为索引查找已存在的MAC地址列表，获得匹配表项；比较子单元，用于比较匹配表项的端口x是否为端口i，若否，则确定发生了一次MAC飘移；计数器，当所述比较子单元确定发生了一次MAC飘移时，增加计数器值。

上述装置还包括：确定单元，用于判断是否存在接收到自身的环路检测报文的端口，若是，则确定该端口为环路所在端口；阻塞单元，用于阻塞所述确定单元确定的环路所在端口。

所述检测单元再次向所述环路所在端口发送所述VLAN的环路检测报文；所述装置还包括：消除单元，用于判断环路所在端口是否接收到自身的环路检测报文，若没有，则确定该端口所在环路已经消除；启用单元，用于启用所述消除单元所确定的环路已消除的端口。

上述装置还包括：频率单元，用于统计所述记录单元所记录的各端口在MAC飘移中出现的频率；所述检测单元，根据所述频率单元的统计结果，优先向出现频率高的端口发送所述VLAN的环路检测报文。

对于上述技术方案的技术效果分析如下：

本发明在发送环路检测报文之前，进行有针对性地判断，具体而言，是在各VLAN内，通过监控MAC飘移来初步明确哪些端口可能属于环路上的端口，在这些端口上仅向发生MAC飘移频率达到预设条件的VLAN发送和接收环路检测报文，对于端口上的其余VLAN，则不进行环路检测报文的发送和接收，从而减少了网络上的环路检测报文数量，减轻了系统信令开销。

附图说明

图1为环形组网示意图；

图2为本发明方法实施例一流程图；

图3为本发明方法实施例二流程图；

图4为本发明装置结构示意图。

具体实施方式

本发明提出一种探测环路的方法，在此基础上进行的环路检测，会更加有针对性。

本领域技术人员都了解，环路存在的VLAN中，交换机上学习到的MAC会在不同端口中频繁切换，环路这种特性称之为“MAC飘移”。

下面以实例对MAC飘移进行说明。

参见图1，为一个环形组网示意图。其中，交换机SW端口port3下所连接的交换机A、B和C构成环网，设置交换机SW、A、B和C各端口都接入了VLAN1。现假设PC1要访问PC3，也即PC1向SW的port1端口发送目的地址为PC3的报文，port1接收到报文后，SW对PC1进行MAC学习，也即在MAC地址列表中学习到“port1-PC1的MAC地址-VLAN1”的表项，然后通过port3将报文转发出去。此后，该报文在交换机A、B和C组成的环网中会不断转发，其中包括又由交换机A上传给SW的port3的情况，当port3接收到报文后，SW又进行了一次MAC学习，也即将MAC地址表中记录PC1的MAC地址的原表项“port1-PC1的MAC地址-VLAN1”更新为“port3-PC1的MAC地址-VLAN1”。由此，交换机SW学习到的PC1的MAC地址在端口port1和port3之间切换，即是上面提到的“MAC飘移”。

本发明正是利用环网中同一VLAN内MAC飘移的特点，通过监控MAC飘移，仅在MAC飘移所涉及的端口上针对该VLAN进行环路检测报文的发送和接收，对于端口上其余VLAN则不需要进行发送和接收，以图1为例，仅在上述port1和port3上针对VLAN1发送和接收环路检测报文，对于port2、port4和port5，以及port1和port3其余VLAN，则可以排除存在环路的可能性，由此，可以减少系统上存在的环路检测报文的数量，减轻系统的负担。

下面结合附图，对本发明提供的探测环路的方法和装置进行详细说明。

首先介绍本发明方法实施例一：

参见图2，为实施例一流程图，包括：

步骤201：对某VLAN内的MAC飘移情况进行监控；

如前已述，MAC飘移就是指相同MAC被学习到不同的端口。

本领域技术人员都了解，在某端口接收到一个报文后，都需要首先查找MAC地址列表，以此判断是否需要进行MAC学习，也即：如果原MAC地址列表中存在该报文的“源MAC-接收该报文端口-VLAN”的表项，则不需要学习该MAC，否则，需要学习该MAC。

那么，就可以在判断是否需要进行MAC学习时，判断是否发生了MAC飘移。具体是，某端口在接收到报文后，查找MAC地址列表是否需要学习该报文的源MAC，如果在MAC地址列表中查找到该MAC对应的表项、并且该表项中的端口并不是当前接收到报文的端口时，则确定该VLAN存在MAC飘移。显而易见，当确定出现MAC飘移时，是需要对该MAC重新学习的。

步骤202：设置一个计数器，对该VLAN内发生的MAC飘移的次数进行统计；

步骤203：记录每次MAC飘移所涉及的端口，对于重复的端口只记录一次即可；

例如，经过对MAC飘移的监控，获知原MAC地址列表中该MAC对应port3，而当前接收报文的端口为port1，那么，这次MAC飘移涉及的端口就为port1和port3。

步骤204：在预置的时间段内，判断MAC飘移次数是否达到预置的次数门限值，若是，执行步骤205，否则，执行步骤206；

步骤205：初步确定存在环路，并且该环路与MAC飘移所涉及的端口连接，因此，在步骤203所记录的各端口发送该VLAN的环路检测报文，从而进行更为准确的环路检测；

“该VLAN的环路检测报文”，就是指环路检测报文仅在该VLAN范围内传播。

步骤206：当达到预置时间时，对步骤202的计数器清零，并且删除步骤203中的端口记录，然后，返回执行步骤201。

与现有技术不加判断即发送大量环路检测报文不同，本发明通过监控某VLAN内的MAC飘移，从而明确存在环路的端口，并且仅在这些端口上向该VLAN发送环路检测报文，更加有针对性。因此，避免了大量的环路检测报文充斥网络而增加网络负担的问题，减少了不必要的环路检测报文对带宽的占用。而且，本发明仅在更新MAC地址列表时进行相应记录和判断即可，实现简单。

在利用本发明确定环路发生的端口后，可以根据用户设定策略进行告警、阻塞环路VLAN报文等处理动作来避免环路对网络其他部分产生影响。

下面介绍本发明方法实施例二：

在实施例一的基础上，对本发明提供的方法进一步详细阐述。

参见图3，为本实施例流程图。包括：

步骤301：建立判断策略；

如前已述，实施本发明需要预置一些门限值，包括为每一个VLAN设置时间段和MAC飘移次数门限值，例如，在实际操作中，如果每秒钟发生了60次MAC飘移，则认为探测到环路。

并且，需要为每一个VLAN设置一个计数器，以此对MAC飘移次数进行统计，而且，还需要设置一个计时器。

另外，需要为每一个VLAN建立一个pre_detect_ports表，来记录MAC飘移涉及到的端口。

步骤302：启动计时器，开始计时；

如下步骤303-步骤307中，如果计时器超过预置的时间段，则对计数器清0，并清空pre_detect_ports表，然后重新返回步骤302。

步骤303：当某端口i接收到报文后，按照“SMAC+VLAN”为索引(key)，对MAC地址列表进行查找；

步骤304：是否查找到，若是，执行步骤305；否则，返回执行步骤303；

步骤305：判断匹配表项中端口(假设为端口x)是否为端口i，如果是，则返回执行步骤303，否则，执行步骤306；

步骤306：计数器加1，并将端口x和端口i填加到pre_detect_ports表中；

步骤307：判断计数器值是否等于或大于预置的次数门限值，若是，执行步骤308，否则，返回执行步骤303；

步骤308：向pre_detect_ports表中的各端口发送该VLAN的环路检测报文。

需要说明的是，本发明重点在于对MAC飘移次数进行统计并对所涉及的端口进行记录，实施例一已经表明实施本发明的各步骤，对于具体实施方式可有多种，实施例二仅给出一个例子而已，但并不限于此例。

此外，在步骤301建立判断策略中，还可以建立一个detect_ports表，来记录最终检测到的存在环路的端口。

此时，在图3步骤基础上，进一步执行以下步骤：

pre_detect_ports表中的各端口(也即发送环路检测报文的各端口)，判断是否接收到环路检测报文，若是，告警，并基于环路VLAN阻塞该端口和删除MAC，基于环路VLAN阻塞端口是为了防止环路上大量报文从该端口上涌入，影响正常业务；基于环路VLAN删除MAC是为了消除环路造成的MAC地址学习错误的问题。并将该端口填加到detect_ports表中，以作后续环路消除时重新启用端口的参考。

当环路消除时，可重新启动被阻塞的端口。可通过以下步骤判断环路是否消除：

周期性地向detect_ports表中的各端口(也即之前被阻塞的各端口)发送环路检测报文，各端口判断是否接收到自身发送的报文，如果接收到，则确定仍存在环路，如果没有接收到，则确定环路已消除，将该端口从detect_ports表中删除并将其在本VLAN的状态由阻塞改变为正常转发。

以图1组网为例，现假设当前SW的MAC地址列表为表1形式。

                        表1

MAC	端口	VLAN ID
			...	...	...
...	...	...

此时，仍假设PC1要访问PC3。

SW的port1接收到PC1的报文后，首先以“PC1_MAC+VLAN1”为key查找如表1所示的MAC地址列表，假设匹配上“PC1_MAC-port3-VLAN1”的表项，那么就可判断出匹配表项中的port3并非接收报文的port1，则确定该PC1_MAC在port1和port3之间发生过飘移，因此，将port1和port3填加到如表2所示的pre_detect_ports表中。

                            表2

端口
	port1
port3
	......

在更新表2的同时，对计数器值加1。

后续检测到MAC飘移时都对表2进行不断填加，但是，重复的端口只记录一次即可。例如，后续MAC飘移若也涉及到port3，则不重复记录。

当在预置时间段内，计数器值超过预置的次数门限值时，则初步确定存在环路，并且范围局限在表2所记录的端口中，然后可向表2所记录的各端口中的VLAN1发送环路检测报文，进一步明确环路所在。

下面介绍本发明方法实施例三：

在上述两个实施例中，对于MAC飘移涉及的端口只是单纯的记录，而且不重复记录。实际上，连接环路的端口被监测到的次数是明显多于没有连接环路的端口的。仍以图1环网为例，假设port1-port5都接入了VLAN1，那么，在port3连接环路而其余端口均没有连接环路时，每次出现MAC飘移均会涉及到port3，例如之前的PC1_MAC在port1和port3之间的飘移，同理，如果PC2_MAC飘移也是会在port2和port3之间飘移，其余PC的MAC的飘移也都会涉及到port3，因此，可以明确的是，存在环路的端口被监测到MAC飘移的概率(次数)明显高于没有环路的端口。

那么，就可以利用这一特点，进一步缩小环路所在端口的范围。具体而言，是对各端口被监测到MAC飘移的次数进行统计和比较，从而确定出现概率高的端口，为最有可能出现环路的端口，从而更有针对性地在这个(些)端口上发送环路监测报文。

此时，相当于在如表2所示的pre_detect_ports表中增加一列，来记载各端口所出现的MAC飘移次数。

仍以图1为例，当对50次MAC飘移进行的监测结果表明，各端口次数统计结果示例如表3。

                       表3

port1	13
		port2	10
port3	50
		port4	18
port5	9

显然，port3次数最多，可初步判定该端口存在环路。

此时，可以仅在port3上对VLAN1发送环路检测报文，以更快检测到环路，而且，更重要的是，进一步减少了环路检测报文的数量，减轻了系统负担。

如果通过在port3上发送VLAN1的环路检测报文后，确定该端口不存在环路时，则可以进一步对次高端口port4进行检测。依次类推。

可见，实施例三在发送环路检测报文时，是优先考虑向出现MAC飘移频率高的端口发送环路检测报文。

上述是以存在一个环路端口为例，对于存在多个环路端口，这些环路端口的统计次数会高于其余端口，原理类似。

现假设port3和port6都存在环路，当对各端口出现MAC飘移频率进行统计后，port3和port6的次数会高于其余端口，假设port3次数最高。那么，按照实施例三的思路，一种处理方式是，首先对port3进行环路检测，在明确port3确实连接环路后，会阻塞port3，那么此时，可以不继续对次高port6继续检测，原因在于，本发明的探测环路方法会不断被启动，当下一次启动时，由于port3已被阻塞，会仅存一个环路端口port6，就会检测到port6存在环路的问题，自然会对其进行处理，依次类推。另一种处理方式是，为了保险起见，可以在对飘移次数最多的端口检测之后，再对次高的端口检测，依此类推；更为准确的，如实施例一和实施例二，向所有pre_detect_ports所记录的端口进行环路检测。

由此，不难分析，按照端口出现频率来分次检测的第一种方式，由于每次都仅向当前MAC飘移频率最高的端口发送报文，会占用更少的资源；而多个端口同时检测的第二种方式比较彻底，但是由于向多个端口发送环路检测报文，因此相对占用多一些资源。在实际应用中，可以根据实际需求灵活设置。

与上述方法相对应，本发明还提供一种探测环路的装置，该装置存在于交换机等交换设备上，用于对环路进行预判断，从而可以更加有针对性地进行环路检测和消除。

参见图4，为本发明优选实施例所提供装置的结构示意图，其中的MAC地址列表是交换机自身预先生成并存储的，而端口集表示各端口的集合。

实际上，为了确定向哪些端口的哪个VLAN发送环路检测报文，只需阈值单元401、统计单元402、记录单元403、判断单元404以及检测单元405即可。其中，阈值单元401用于保存预置的时间段值以及次数门限值；统计单元402用于对VLAN内MAC飘移次数进行统计；记录单元403用于记录VLAN内每次MAC飘移所涉及的端口；判断单元404用于判断在所述时间段内，统计该VLAN内的MAC飘移次数是否大于或等于所述次数门限值，若是，发出环路检测指示；检测单元405用于在判断单元404发出所述环路检测指示时，向记录单元403所记录的各端口发送该VLAN的环路检测报文。

统计单元402用于对MAC飘移次数进行统计的具体实现方式可以有多种，例如，可以在判断是否需要学习MAC时进行统计。此时，统计单元402包括索引子单元4021、比较子单元4022和计数器4023。索引子单元4021用于利用端口i接收到的报文的SMAC和VLAN标识为索引查找已存在的MAC地址列表，获得匹配表项；比较子单元4022用于比较匹配表项的端口x是否为端口i，若否，则确定发生了一次MAC飘移；计数器4023用于在比较子单元4022确定发生了一次MAC飘移时，增加计数器值。

另外，在对初步确定的端口上发送环路检测报文之后，可以明确这些端口中的哪一个(些)存在环路。此时，本发明所提供装置还包括确定单元406和阻塞单元407。其中，确定单元406用于判断是否存在接收到自身的环路检测报文的端口，若是，则确定该端口为环路所在端口；阻塞单元407用于阻塞确定单元406确定的环路所在端口。

而且，在最终明确哪些端口存在环路后，在一段时间后，还可以进一步判断环路是否消除，若是，可以重新启动被阻塞的端口。此时，检测单元405再次向环路所在端口发送VLAN内的环路检测报文，而且，本发明所提供装置还包括消除单元408和启用单元409。其中，消除单元408用于判断环路所在端口是否接收到自身的环路检测报文，若没有，则确定该端口所在环路已经消除；启用单元409用于启用消除单元408所确定的环路已消除的端口。

优选地，还可以对记录单元403所记录的端口所出现的频率进行统计，经常出现MAC飘移的端口，存在环路的可能性最大。此时，本发明所提供装置还包括频率单元410，用于统计记录单元403所记录的各端口在MAC飘移中出现的频率；相应地，检测单元405会根据频率单元410的统计结果，优先向出现频率高的端口发送所述VLAN的环路检测报文。

本发明所提供装置的具体实现细节与方法实施例类似，在此不再赘述。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1、一种探测环路的方法，其特征在于，包括：

对VLAN内MAC飘移次数进行统计，并记录该VLAN内每次MAC飘移所涉及的端口；

在预置的时间段内，当所述VLAN内MAC飘移次数大于或等于预置的次数门限值时，向所记录的各端口发送所述VLAN的环路检测报文。

2、根据权利要求1所述方法，其特征在于，交换机在端口i接收到报文后，以该报文的SMAC和VLAN标识为索引查找MAC地址列表，若匹配表项的端口x并非端口i，则确定发生了一次MAC飘移；其中，MAC飘移涉及的端口是指端口i和端口x。

3、根据权利要求2所述方法，其特征在于，向所记录的各端口发送所述VLAN的环路检测报文之后，还包括，判断是否存在接收到自身环路检测报文的端口，若是，确定该端口为环路所在端口，并对环路所在端口进行阻塞。

4、根据权利要求3所述方法，其特征在于，还包括：再次向环路所在端口发送所述VLAN的环路检测报文，并判断该端口是否接收到自身的环路检测报文，如果没有收到，则确定所述环路已经消除，并重新启用该端口。

5、根据权利要求1至4任一项所述方法，其特征在于，对所记录的各端口在MAC飘移中出现的频率进行统计，优先向出现频率高的端口发送所述VLAN的环路检测报文。

6、一种探测环路的装置，其特征在于，包括：

阈值单元，用于保存预置的时间段值以及次数门限值；

统计单元，用于对VLAN内MAC飘移次数进行统计；

记录单元，用于记录VLAN内每次MAC飘移所涉及的端口；

判断单元，用于判断在所述时间段内，统计所述VLAN内的MAC飘移次数是否大于或等于所述次数门限值，若是，发出环路检测指示；

检测单元，用于在所述判断单元发出所述环路检测指示时，向所述记录单元所记录的各端口发送所述VLAN的环路检测报文。

7、根据权利要求6所述装置，其特征在于，所述统计单元包括：

索引子单元，用于利用端口i接收到的报文的SMAC和VLAN标识为索引查找已存在的MAC地址列表，获得匹配表项；

比较子单元，用于比较匹配表项的端口x是否为端口i，若否，则确定发生了一次MAC飘移；

计数器，当所述比较子单元确定发生了一次MAC飘移时，增加计数器值。

8、根据权利要求7所述装置，其特征在于，还包括：

确定单元，用于判断是否存在接收到自身的环路检测报文的端口，若是，则确定该端口为环路所在端口；

阻塞单元，用于阻塞所述确定单元确定的环路所在端口。

9、根据权利要求8所述装置，其特征在于，所述检测单元再次向所述环路所在端口发送所述VLAN的环路检测报文；所述装置还包括：

消除单元，用于判断环路所在端口是否接收到自身的环路检测报文，若没有，则确定该端口所在环路已经消除；

启用单元，用于启用所述消除单元所确定的环路已消除的端口。

10、根据权利要求6至9任一项所述装置，其特征在于，还包括：

频率单元，用于统计所述记录单元所记录的各端口在MAC飘移中出现的频率；

所述检测单元，根据所述频率单元的统计结果，优先向出现频率高的端口发送所述VLAN的环路检测报文。

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