CN101536410A - Lan拓扑检测和地址分配 - Google Patents

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Abstract

一种用于自动检测局域网LAN的拓扑的方法、系统、设备和计算机程序产品。LAN可包括在电信节点，例如基站中。LAN包括中央主机以及与LAN连接的其它主机。中央主机向与LAN连接的主机发送拓扑描述符，每个主机向中央主机报告收到的拓扑描述符和其它信息中的至少一个。因此，中央主机可建立描述网络拓扑的拓扑数据库。可以在广播帧中向主机发送拓扑描述符。在收到拓扑描述符之后，主机可例如由拓扑描述符创建一个或更多专用地址，并向可存储地址的中央主机返回地址。

Description

LAN拓扑检测和地址分配
相关专利申请的交叉引用
本申请要求享受2006年6月14日递交的欧洲专利申请No.06115476.1的优先权，其内容以引用方式并入本文。
技术领域
概括地说，本发明涉及局域网、LAN，更具体地，本发明涉及LAN拓扑的检测和/或地址的分配。
背景技术
这个部分旨在提供在权利要求书中限定的本发明的背景或环境。此处的描述可包括能够实行的设想，但未必是先前已经构思或实行了的设想。因此，除非这里有不同的指示，否则在该部分中描述的内容不构成对于本申请的说明书和权利要求书的现有技术，并且不接受通过包含在该部分中而成为现有技术。
从拓扑角度，LAN包括互连的交换机以及与这些交换机连接的主机。
除了经由LAN互连物理上分离的网络元件的典型应用(例如位于一个建筑物中的不同办公室中的网络元件)之外，LAN还可用作将不同设备部分或模块(例如对于电信设备，如基站)互连的设备内部传输技术。随后，这种电信节点使用内部LAN，用于传输控制、管理和用户业务。
在传统网络元件的实现中，电信节点的一般设备结构可包括具有槽的机架(rack)，其中所述槽通过底板互连。在这种结构中，可以通过灵活方式将控制模块和接口模块插入槽中，并且机架中的插件模块的实际数量和类型取决于节点的特定应用。通常，存在一个可能通过冗余中央模块保护的中央模块，负责主管节点的功能，例如管理接口、配置、警报监控等。有时例如切换的业务功能也位于中央模块上。为了这种节点的适当运行，重要的是，中央模块知道实际的槽配置，即，它必须知道哪种类型的模块在哪个槽中。通常，每个槽具有以硬件(例如编码到底板中)实现的标识符，可通过插件模块对其读取，然后模块可将它的槽号码和类型向回报告给中央模块。
此外，每个模块需要一个或更多唯一的协议地址，用于节点内部通信。实际的地址类型取决于所使用的协议，例如，通常使用以太网和IP。这种地址可以从槽标识符(例如通过表查询操作)导出，并且因为槽标识符是唯一的，所以在网络元件中保证地址也是唯一的。
当考虑在没有机架和底板的情况下(例如，通过经由电缆互连不同模块的模块网络元件设计)实现通信节点时，出现了与识别拓扑相关的问题，特别是模块被级联使得模块链或模块树被连接至中央模块的情况。
由于通常用相同的缺省协议地址和标识符来编排链或树中的类似模块，所以对模块分配唯一的地址成为另一个难题。
手动配置那些协议地址和标识符很慢，容易出错，并且需要相当大的工作。
因此，本发明的目标在于提供一种自动的、简单的机制，以解决上面概述的问题和缺点。
在经由任意的LAN互连不同的网络元件时，也可能出现类似的问题。
发明内容
本发明的实施例可包括如任一个所附权利要求中限定的方法、系统、设备、网络元件和计算机程序产品。
本发明的实施例可以例如应用于通信节点或没有带有槽的机架这种类型的电信、通讯(telecom)节点，或通过上述节点使用。本发明的实施例可用于这种通讯节点的通讯节点内部LAN互连元件中。
本发明的实施例还可用于具有机架和槽的电讯节点，例如没有实施或使用基于槽的ID机制的节点。因此，当底板中编码的槽标识符没有使用或不可用时，本发明的实施例还可应用于带有传统底板的节点。
本发明的实施例还可用于任意其它类型的LAN。本发明的实施例例如可用于这样的LAN中，其中几个网络元件经由LAN互连。
中央模块可作为提供标准LAN(例如以太网)接口的闭盒(closed box)来实现，包括中央主机和交换机(例如以太网)。该闭盒在这里被称为中央盒。其它模块，例如线路接口模块、无线模块、各种类型的支持模块等，也可实现为闭盒，并且可具有标准LAN(例如以太网)接口，用于到中央主机的连接。这里，这些模块也被称为主机。当中央盒(central box)提供的LAN接口的数量不足时，可以使用中间(例如以太网)交换机。从网络角度，这种电信节点是LAN，例如以太网LAN。但是这里的中央主机仍旧需要知道设备结构，也就是说，该节点内部LAN的拓扑、主机的类型以及不同主机的ID和协议地址。
本发明的实施例提供了这个任务的解决方案。即使在设备结构使用例如以太网接口的标准接口，并且相同的主机具有相似的缺省标识符和协议地址时，可以确保一些相同中间LAN元件(例如交换机或桥)的情况下它们的唯一性。
尽管不存在具有这种LAN节点(例如基于以太网LAN的节点)的槽标识符，但是提供了这样的机制，用于优选地导出用于节点内部通信的唯一地址、协议地址。
根据本发明的某些实施例，提供了基于VLAN的软件解决方案，用于从中央主机向节点LAN中的所有其它LAN主机，例如以太网主机(例如实现传输或无线功能)，发送拓扑描述符。然后，LAN主机(例如以太网主机)可向回报告收到的拓扑描述符及其主机类型，并且中央主机可基于所有主机的返回信息建立设备视图或拓扑数据库(data base)。在部署了中间交换机时，中央主机还可由返回的描述符推出这一事实。
结果，中央主机具有关于节点LAN的拓扑的完整信息。通过收到的唯一拓扑描述符，连接的主机可选地，也能够创建协议地址(例如以太网MAC地址和IP地址)，其优选地在节点中是唯一的。
可使用网络通信技术，例如以太网和/或VLAN技术，来实现本发明的实施例。优选地，以太网的使用取决于实施方式，但不是强制的。
在本发明的一个实施例中，基于VLAN的软件解决方案用于从中央主机向LAN中的所有其它以太网主机发送拓扑描述符，所述LAN优选地是网络元件(例如电信节点)的内部LAN。基于从主机返回的信息，中央主机能够建立网络元件的设备视图或拓扑数据库。
结合附图以及以下具体描述，本发明的这些和其它优点以及特征，连同其操作的组合及方式将变得明显，其中，在以下描述的附图中，相同的元件具有相同的标号。
附图说明
通过参照附图来描述本发明的实施例，其中：
图1是模块SDH/SONET加/减多路复用器形式的传统基于机架的电信节点的实例；
图2是一种形成移动网络基站BTS的基于以太网的电信节点的实例，其可根据本发明实施例进行配置；
图3是根据本发明一个实施例的节点的LAN配置和对应的拓扑描述符；
图4是根据本发明另一个实施例的节点的LAN配置和对应的拓扑描述符；
图5是根据本发明的一个实施例的基于VLAN的实施方式；
图6是根据本发明的一个实施例的交换机VLAN配置；
图7是根据IEEE 802.1q的VLAN以太网格式；
图8是根据本发明的一个实施例的节点LAN配置和对应的拓扑描述符；
图9是根据本发明一个实施例的基于VLAN的实施方式；
图10是根据本发明一个实施例的交换机VLAN配置；以及
图11是示出根据本发明实施例的方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本发明的各实施例。
图1示出以模块化SDH/SONET加/减多路复用器形式的传统基于机架的电信节点20的实例，其包括多个槽1至17，在槽1中具有中央模块21、槽2中的冗余中央模块22(如果提供了)、槽3至10中的接口模块23(例如E1/T1接口模块)、槽11中的SDH Sonet接口模块、槽12至17为空。在本发明的一个实施例中，优选地，可提供以下特征中的至少一个：LAN拓扑检测(例如以太网LAN的)、以及对LAN(例如VLAN、虚拟LAN)的唯一地址的分配。
通常，地址不必是唯一的，并且可以是例如任何类型的MAC或IP地址(例如单播、多播、广播类型)、UDP或TCP端口号或任何其它类型的协议地址。
在一些优选实施例中，使用节点内部LAN，用以将形成节点功能的节点(主机)元件互连。
本文中使用的缩写具有以下含义。ADM，加/减多路复用器；BTS，基站；IP，互联网协议；LAN，局域网；MAC，介质访问控制；SDH，同步数字系列；TRX，收发器；VLAN，虚拟LAN。
图2示出根据本发明一个实施例的节点30，其中节点30可以是例如移动网络的电信节点(例如基站，BTS)。节点30可以是例如基于以太网的电信节点。节点30包括LAN 31(优选地基于以太网的LAN)和若干主机(优选地包括中央主机33和其它主机)。中央主机33用于控制节点30，并且可以包括在中央盒(central box)32中。中央盒32可包括中央主机33和交换机34。
节点30可包括支持主机35，其提供一些节点支持功能，例如外部警报输入/输出。
LAN 31包括中间交换机36、37、38，其与中央盒32的交换机34连接。中间交换机的数量取决于需要的或计划的节点容量或其它参数，并且可以从0变化到任意数目，在本实施例中为3。交换机34还直接连接至支持主机35和传输接口主机42，所述传输接口主机42向基站控制器BSC、和/或无线网络控制器RNC43提供接口。
中间交换机36至38连接至基站元件(收发器元件39、TRX主机和组合器元件40、组合器主机)。
图2中的支持元件35、TRX元件39和组合器元件40都是LAN 31的主机，例如以太网主机。
在图中所示的实例中，在节点30中内部使用本发明的实施例。优选地，在这种结构中，LAN连接，例如在主机、中间交换机36至38、交换机34、和中央主机33之间的LAN连接，是点对点类型。
可以，但不是必须采用以下的架构限制、规定或需求，并且可以考虑关于本发明实施例提供的解决方案。
优选地，诸如通信节点的节点30的中央盒32包括交换机34作为第一或中央交换机，其可以是以太网交换机。无论如何，另外的中间交换机36至38通常需要连接至中央主机，所以需要至少一个交换机，例如以太网交换机34。因此，有利地但不是必须的，将一个交换机34与中央主机33一起集成到中央盒32中。
然后，主机33可被看作中央主机，例如以太网主机，其连接至中央交换机34。在下文中，中央主机33和交换机34被称为中央盒32。与中央主机33连接的交换机34的对应的交换机端口，可以是固定的，并且不需要改变。
因为应该保持节点30的内部处理(housekeeping)功能尽可能地简单，所以优选地，不管理交换机34和36至38。因而不需要包括以太网交换机的(例如基于SNMP的)管理接口的复杂方案。
同样，为了提供简单的结构或控制，优选地，在运行期间不需要重新配置交换机34、36、37、38。在运行期间不需要访问交换机的管理接口。交换机将通过不需要改变的固定配置来启动。
优选地，所有中间交换机36至38具有相同的配置。主机(例如图2中的支持主机35、TRX主机39、传输接口主机42、组合器主机40)可以是例如非常简单的以太网主机，具体地，它们优选地不需要处理(例如以太网的)VLAN报头。这大大简化了主机的实现。
中央盒32的中央主机33发出拓扑描述符。优选地，拓扑描述符包含在广播帧，例如以太网广播帧中(例如目的MAC地址是十六进制的FF：FF：FF：FF：FF：FF)。因为主机，例如以太网主机(例如图2中的支持盒35、TRX盒39、组合器盒40)将得到特定的拓扑描述符(因为它连接至特定的交换机端口，而不是因为它具有某个MAC地址)，所以广播帧是优选的。在一些实施例中，实现中可在每个节点30(例如BTS)中使用同一组局部管理的MAC地址，因为这样可简化实施方式。然后，附接(attachment)到LAN(例如BTS LAN 31)的点是区分因素，用以确保网络内部唯一的MAC地址。所以它是收到的拓扑信息，主机随后必须用它来导出网络内部唯一的MAC地址。这还意味着，在该点处，在主机接收它们的拓扑描述符时，它们还不具有适当的MAC地址，并且主机仅能接收广播帧(然而根据实施方式，网络(例如以太网)接口可通过一些中间虚拟地址来配置)。
在下文中，将描述一般的过程。中央主机33在LAN(优选地VLAN)内发出或广播帧，例如以太网广播帧，其在有效载荷中包含拓扑描述符。节点LAN中的所有其它主机接收它们的对应的拓扑描述符作为简单非VLAN广播帧(在向目的交换机端口转发帧之前，交换机可根据拓扑ID和目的交换机端口除去VLAN报头)。根据它与LAN的连接，主机将接收未标记(untagged)的帧中的一个或更多的拓扑描述符。
如果主机直接连接至中央盒34，例如传输接口主机42，则它将仅收到未加标签的帧中的一个拓扑描述符，其直接描述与主机(这里为42)连接的交换机34的端口号。
如果在其间存在中间交换机(例如36、37、38)，则主机(例如39或40)将收到未加标签的帧中的两个拓扑描述符：
第一拓扑描述符将描述与中间交换机36、37或38连接的交换机34的端口号。第二拓扑描述符将描述与中央盒32连接的中间交换机36、37或38的端口号，以及与接收主机连接的中间交换机36、37或38的端口号。
图3和4示出这样的结构。图3示例性示出节点30的LAN配置的实例(实例1)以及对应的拓扑描述符。图4示出节点30的LAN配置的另一实例(实例2)以及对应的拓扑描述符。
图3和4的节点配置是各种不同实施例的实例。图2中所示的结构和其它部分同样可应用于图3和4的实例。
在图3和4中，中央盒32的交换机34(X1)以及交换机36(X2)是每个具有6个端口“1”至“6”的交换机。交换机34(X1)的端口6连接至中央主机33，用于与其通信。在图3中，交换机36(X2)的端口6连接至交换机34(X1)的端口1，其中从交换机34(X1)向交换机36(X2)发送在有效载荷区域包含拓扑描述符的以太网广播帧。
在图4中，交换机36(X2)的端口5连接至交换机34(X1)的端口2。经由该连接，从交换机34(X1)向交换机36(X2)发送在有效载荷区域包含拓扑描述符的以太网广播帧。此外，在图4中，交换机34(X1)的端口5连接至交换机37(X3)的端口1。经由该连接，从交换机34(X1)向交换机37(X3)发送在有效载荷区域包含拓扑描述符的以太网广播帧。可选地，以太网主机，例如35、39、40、42，收到未加标签的帧中的它们的对应的拓扑描述符时，例如通过在将拓扑描述符映射到地址的预先定义的表中的查询操作，这确保了节点中的地址的唯一，由该信息创建网络地址，优选地，单播网络地址，例如LAN地址、以太网ID、或以太网介质访问控制MAC地址。如果在节点内部使用IP，可选地，以太网主机(例如35、39、40、42)还可以由该信息创建IP地址。使用已经在产品中设置的其刚创建或已可用的硬编码(hard-coded)MAC地址，以太网主机可向中央主机33返回所接收的拓扑描述符和模块类型信息(可能以像一些协议消息的处理形式)。中央主机33随后从所有连接的主机接收地址、拓扑和模块类型信息，并可建立包括交换机的完整的设备视图。最后，中央主机33精确地知道节点LAN中存在哪些交换机和主机，以及主机具有什么MAC(和可能的IP)地址。
为了检测节点配置(例如主机的增加和移除，或主机故障)中的改变，可周期性地运行过程(例如每几秒)。
基于具有两个6端口交换机34(X1)、36(X2)和四个外部主机(例如以太网主机，如收发器39和组合器40)的简单节点配置实例，图5中说明了本发明的一个实施例的实施细节。
中央主机33发出标记了VLAN的以太网广播帧，其带有(“第一级别”)VLAN标识符1、2、3、4、5，并带有(“第二级别”)VLAN标识符12、13、14、15、16、21、23、24、25、26、...、51、52、53、54、55、56。VLAN标识符对应于拓扑描述符，也就是在这种帧的有效载荷中，主要提供VLAN标识符的副本(可能在不同的二进制编码中)。
交换机34(X1)和交换机36(X2)(在该实例中仅存在一个中间交换机，但是通常可以存在多于一个)具有不同的VLAN配置。交换机34(X1)具有已配置的(“第一序列”(first order))VLAN 1...5，并且两个端口n和6属于每个VLAN n。端口6(具有最大端口号的端口)是与中央主机33连接的端口。配置这些VLAN，使得帧未被标记地离开交换机。所以，与交换机34(X1)连接的每个主机直接地看到单个的普通未标记的广播帧，其包含描述交换机34(X1)的交换机端口n的合适的拓扑描述符(n)。
此外，交换机34(X1)的所有端口还属于(“第二序列”(second order))VLAN 12直到56。这些VLAN被配置，使得帧保持它们的VLAN报头，并仍旧是标记的离开交换机34(X1)(这允许通过中间交换机对它们进行分别处理)。
交换机36(X2)仅知道第二序列VLAN 12直到56。仅36(X2)的两个端口n和m属于每个VLAN nm(n表示第一位，m表示第二位)。VLAN出口(egress)配置是不对称的，从而来自VLAN nm的帧将未被标记地离开端口m，被标记地离开端口n。在图6中示出该VLAN配置。图6中示出的表的列VLAN、未标记的端口出口(Ports Egress)、标记的出口列出了VLAN和交换机34(X1)、36(X2)中的相关端口。
如图2所示的节点LAN31中的以太网主机，将丢弃收到的标记的帧，并且将仅处理未标记的帧：标记的以太网帧通过以太网类型值0x8100来标识。这在图7中描述，图7示出根据IEEE 802.1q的VLAN以太网格式。帧包括字段MAC目的地址、MAC源地址、QTag前缀、类型/长度字段、有效载荷以及填充(padding)，并具有所指出的字节数目。最大的帧尺寸被增加至1522字节。
在IEEE802.1q中规定了帧的QTag前缀的格式。QTAG前缀的控制字段中的标准格式指示符CFI(Canonical Format Indicator)指示有效载荷中路由信息字段RIF(Routing Information Field)的存在。RIF用在与以太网不相关的源路由桥(Sorce-Route Bridging)中。
如上所述，标记的以太网帧通过以太网类型(EtherType)值0x8100来标识。简单的以太网主机(如图2中节点LAN 31中的主机)将其当作未知的以太网类型，并因此丢弃该帧，因为它们没有能够传递该帧的上层应用。然而，未标记的帧具有已知的以太网类型，可能是主要用于这种拓扑检测应用的专有的以太网类型，或者只是拓扑检测应用在IP之上运行时用于IP的熟知的以太网类型。因此，主机将向拓扑检测软件组件仅转发所接收的未标记的帧。
由于使用以太网广播帧，所以在主机还不具有配置的单播以太网MAC地址时(在节点中，单播MAC地址必须是唯一的)，主机可在启动阶段的早期接收这些帧。然后，由于描述符也是唯一的，所以主机甚至可基于收到的拓扑描述符创建节点内部唯一的以太网MAC地址。也可以创建节点内部唯一的IP地址。
在以下段落和表格中，示例性示出如何基于主机接收的拓扑描述符，完成主机中唯一的地址生成的一个实例。
对应于图5(与交换器(X1)的端口1连接的一个第一级别交换机+一个第二级别交换机)的地址查询表的实例如下：
 
拓扑ID MAC地址 IP地址
(1) 00:11:22:33:44:01 192.168.255.1
(2) 00:11:22:33:44:02 192.168.255.2
(3) 00:11:22:33:44:03 192.168.255.3
(4) 00:11:22:33:44:04 192.168.255.4
(5) 00:11:22:33:44:05 192.168.255.5
(1)，(x，1) 00:11:22:33:44:11 192.168.255.11
(1)，(x，2) 00:11:22:33:44:12 192.168.255.12
(1)，(x，3) 00:11:22:33:44:13 192.168.255.13
(1)，(x，4) 00:11:22:33:44:14 192.168.255.14
(1)，(x，5) 00:11:22:33:44:15 192.168.255.15
(1)，(x，6) 00:11:22:33:44:16 192.168.255.16
... ...
(5)，(x，5) 00:11:22:33:44:55 192.168.255.55
(5)，(x，6) 00:11:22:33:44:56 192.168.255.56
在所有主机中对该表预先编写。
作为实例，与X2(36)的端口1连接的收发器主机(39)接收拓扑描述符ID的(1)和(6，1)，其中
-(1)表示它连接至交换机X1的端口1
-(6，1)表示它连接至第二级别交换机(X2)的端口1，并且端口6是X2(36)至X1(34)的上行端口。
所有拓扑信息(即(1)，(6，1))与中央主机33相关，以计算拓扑(即，中央主机需要知道X2如何与X1连接等)。为了地址计算，从X2至X1的上行端口不是相关的，并且通过以上表中的“x”来代替。仅与X2连接的X1的端口以及与收发器主机(39)连接的X2的端口(即(1)，(x，1))是相关的。对于收发器主机(39)，得到以下地址：
MAD地址＝00:11:22:33:44:11
IP地址＝192.168.255.11
组合器(40)直接连接至X1(34)的端口5，因此仅接收拓扑信息(5)。这得到以下地址：
MAD地址＝00:11:22:33:44:05
IP地址＝192.168.255.5
在交换机X1向中间交换机(例如X2)转发第一序列LAN帧时，该广播帧未标记地离开交换机X1。因此，以传统方式向中间交换机X2的所有端口转发该广播，并到达与中间交换机X2连接的所有主机。
交换机34向其每个端口转发所有第二序列的广播帧，并且它们在离开交换机时保持为被标记。然后，在它们在中间交换机X2的端口k进入时，仅进一步处理VLAN nm(其中k＝n或k＝m)，并且中间交换机丢弃所有其它的帧(由于所选择的VLAN配置，进入端口仅属于这些VLAN，并且交换机立即丢弃来自进入端口不属于的VLAN的所有帧)。向它们相应的输出端口转发剩余的帧：如果进入端口(即与中央盒连接的端口)是n，并且出端口(即与诸如收发器主机的以太网主机连接的端口)是m，在有效载荷中具有拓扑描述符(n，m)的未标记的以太网广播帧将离开交换机(在发出该帧之前，中间交换机X2从具有VLAN Id nm的进入帧除去VLAN报头)，并在有效载荷中附加具有VLAN Id mn和拓扑描述符(m，n)的标记帧。然而，由于未知的以太网类型，接收以太网主机将丢弃标记的帧，并且仅拓扑描述符(n，m)北转发给拓扑检测软件组件。
通过中间交换机X2中的该不对称的VLAN配置，可以检测例如中间交换机上行端口(即与中央盒连接的端口)是否为端口号6，以及以太网主机是否连接至端口号1，或者是否是相反方向。
因此，主机(例如以太网主机)可接收一个或两个拓扑描述符(在未标记的帧中，并且仅有它们是相关的并且没有被丢弃)。当接收到第一级别的拓扑描述符时，主机必须准备接收或不接收第二级别的拓扑描述符。
所需的VLAN配置可由目前发展水平的以太网交换机芯片来支持。
主机在一个消息内将所有收到的拓扑ID向回报告给中央主机33。在图5的实例中，接收、生成和/或发送以下报告。
与X2(36)的端口1连接的收发器主机(39)接收(1)，(6，1)，并且其向回报告“(1)，(6，1)”。因此，中央主机知道：
-存在交换机X2，并且主机连接至X2(x，1)的端口1
-X2的端口6连接至X1(6，x)的端口1。
与X1(34)的端口5连接的组合器主机(40)仅接收拓扑ID(5)；其向回报告“(5)”。所以，中央主机知道组合器主机直接连接至X1的端口5。
在以上所述的示例性实施例中，使用6端口交换机。当然，拓扑检测算法不限于这种交换机，并且算法可以用于具有更多或更少端口的交换机。如果交换机具有多于10个的端口，则使用该设想中的不同的编号系统(number system)，例如在16端口交换机的情况下的十六进制系统，来命名端口可能更容易和更清楚。同样也不需要所有交换机具有相同数目的端口。
在下文中，描述了中间交换机(例如36)中具有的专用上行端口的简化方案。在一些应用中，在中间交换机36(X2)中具有固定的上行端口是可接受的。然后，拓扑检测算法不需要检测上行端口，并且可采用略微不复杂的算法。在图8、9中示出该算法，并且在图10中示出交换机的对应VLAN配置。
这里，不需要不对称的VLAN。在本发明的该实施例中，对于第二级别的VLAN，思想是以类似矩阵的方式组织VLAN。在交换机X1中使用矩阵，在交换机X2中使用其转置矩阵。
在这种情况下，与外部交换机盒连接的主机所接收的第一级别的拓扑描述符是冗余的，并且还包括在第二级别的拓扑描述符中，即，这样的主机将接收描述符(n)和(n，m)。在这种情况下，主机仅将第二级别的拓扑描述符返回给中央模块是足够的。
图8示出对于这种简化的情况，节点LAN配置和对应的拓扑描述符。图9示例性示出基于VLAN的实现，图10是对于这种简化情况的交换机VLAN配置。在图8、9和10中，交换机36(X2)的端口6是专用的上行端口。可任意地选择交换机34(X1)的端口1。
如图9所示，为了简化的原因，拓扑描述符(n)对应于VLAN Id n，拓扑描述符(n，m)对应于VLAN Id nm。
基于主机的响应，其包括接收的拓扑描述符和主机类型，中央主机33得知并记住用(1，1)、(1，5)、和(2)应答的主机是收发器，用(5)应答的主机是组合器。
图10在列VLAN中示出，交换机34(X1)的VLAN矩阵以及交换机36(X2)中的该VLAN矩阵的转置矩阵。
图11示例性示出根据本发明的方法实施例的流程图。在步骤S1，中央主机对于与LAN连接的所有主机以标记的帧广播拓扑描述符和其它信息(例如地址)。
在步骤S2，LAN过滤帧，优选地，使用以下功能中的一个或更多、或所有：
·基于标记和LAN端口的关系移除标记，
·在标记帧的情况下转发至选择的端口，
·在未标记帧的情况下广播。
根据步骤S3，仅专用于某个主机的帧到达该主机。
如步骤S4所示，仅未标记的帧被主机处理，标记的帧被忽略。
在步骤S5，主机基于接收的拓扑描述符计算地址，或者地址包含在接收的帧中。
在步骤S6，主机应答中央主机：例如，拓扑描述符、地址、主机类型、其它信息。
在步骤S7，中央主机基于从主机接收的应答消息计算LAN拓扑，并存储地址。
可完全基于软件来实现根据本发明的该实施例提出的方法，从而不需要额外的硬件。本发明实施例可通过以太网或其它类型的基于LAN的电信节点或者在其中使用。
如先前所述，所提出的方法和设备还适用于创建节点内部唯一的协议地址，例如以太网MAC地址和IP地址。尽管参考以太网作为优选实施例描述了本方法，但是本发明的实施例还可使用其它协议或LAN类型，例如，根据IEEE 802.1q的支持VLAN的2层协议。
本发明的实施例能够基于例如以太网架构，确定具有内部LAN的网络拓扑和网络元件的特征，用于内部网络元件控制、网络管理等目的。“中央盒”可包括交换机(例如以太网交换机)，并且是在网络拓扑中具有中央位置、并被配置为获得拓扑结构的网络元件。中央盒包括中央主机，它向与中央盒直接连接，或经由中间交换机(例如以太网交换机)连接的其它主机，广播特定的“拓扑描述符”(TD)。基于其接收的特定TD，这样的主机能够创建在网络元件中唯一的地址(例如IP和/或以太网MAC)。然后，主机将它们接收的TD，和所有相关的主机类型信息，向回发送给中央主机。在接收到所有TD和主机类型信息之后，中央主机可分析网络元件的内部以太网拓扑。因此，本发明的实施例还提供“拓扑检测应用”。
本发明的实施例可包括基于拓扑给出用于元件的地址(例如MAC/IP地址)、和/或返回元件类型标识的特征。根据各实施例，使用了拓扑描述符。优选地，在实现本发明的实施例时，提供拓扑描述符以及通过使用拓扑描述符向元件给出地址号。
优选地，本发明的实施例包括以下步骤、设备或功能中至少一个或多个的任意组合。
1.)广播步骤或功能：中央主机广播拓扑描述符，用于与LAN连接的所有主机；
2.)过滤步骤或功能：LAN过滤包含拓扑描述符的帧，从而仅专用于某个主机的帧到达该主机(根据拓扑中主机的位置)。
在实现中，优选地在交换机中完成该过滤。至少可提供以下子步骤中的一些用于过滤处理。
2a)过滤基于从中央主机接收的标记帧中的标记；
2b)从专用于与某个交换机端口连接的潜在主机的被过滤的帧移除标记；
2c)向所有端口广播所接收的非标记的帧；
2d)可选的：可存在几个过滤层次(交换机层次)，以扩大LAN和增加可连接的主机的数量；
2d.1)向交换机端口转发以更低层次级别上的主机(即更远离中央主机)为目标的标记的帧，而不去除标记；
2d.2)更低级别的交换机接收标记的帧，然后基于标记过滤；
2d.3)更低级别的交换机从专用于与交换机端口中的一个直接连接的潜在主机的过滤的帧移除标记。
2e)可选的：使用交换机的固定上行端口来简化实现。
3.)主机接收专用的帧——仅非标记的帧被主机处理，标记的帧被忽略。
4.)可选的：主机基于接收的拓扑描述符计算地址(优选地唯一地址)＝>接收的拓扑描述符对于这个LAN中的每个主机是唯一的。应注意，根据如何生成唯一地址，可能需要主机中的一些预先编写的查询表。作为替代，还可通过将接收的拓扑描述符附加到前缀来生成地址。作为另一替代，还可将地址包含在帧中。
5.)主机应答中央主机。
应答消息包含由主机接收的所有拓扑描述符(对于在交换机具有固定上行端口的简化机制，不是收到的拓扑描述符中编码的所有信息都需要包括在应答消息中。但是，在简化的实现中，将所有接收的拓扑描述符向回报告给中央主机也是可行的)。
可选地，以下信息也可由主机返回，包括a)主机类型和/或b)计算的地址。
6.)中央主机基于从主机接收的应答消息计算LAN拓扑。
在本发明的一个实施例中，可使用VLAN来标记。还可以不使用VLAN，选择其它标记技术来实现标记。选择VLAN用于标记技术提供了以下优点，即可在实现中使用可用的商业标准组件。
VLAN并没有包括在由主机执行的地址生成过程中。VLAN标记的帧被主机忽略，因此主机不需要使用VLAN用于地址生成。
节点内部实现也可以用于本发明的实施例。
以通常的方法步骤环境描述了本发明，在一个实施例中，其可通过程序产品(包括由网络环境中的计算机执行的计算机可执行指令，例如程序代码)来实现。通常，程序模块包括执行指定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。计算机可执行指令、相关的数据结构、以及程序模块代表用于执行这里公开的方法的步骤的程序代码实例。这种可执行指令的特定序列或相关的数据结构代表用于实现这些步骤中描述的功能的对应动作的实例。
本发明的软件和web实现，可使用具有这样的基于规则的逻辑和其它逻辑的标准编程技术来完成，其中所述逻辑用于完成各种数据库搜索步骤、关联步骤、比较步骤和确定步骤。应注意，这里和权利要求中使用的词语“组件”和“模块”，旨在包括使用一行或更多行的软件代码、和/或硬件实现、和/或用于接收手动输入的设备的实现。
为了示例和说明的目的，已经给出了本发明实施例的以上描述。其并非意在无遗漏地或将本发明限制在所公开的具体形式中，根据以上教导或从本发明的实践所能够获得的修改和变型是可行的。选择和描述这些实施例，以便说明本发明的原理及其实际应用，从而达到本领域普通技术人员能够在各种实施例中使用，以及适合于特定的使用需要的各种修改。

Claims (37)

1.一种用于检测局域网的网络拓扑的方法，所述局域网包括中央主机和至少一个其它主机，所述方法包括：
从所述中央主机向所述至少一个其它主机发送拓扑描述符；
在所述至少一个其它主机接收发送的拓扑描述符；
所述至少一个其它主机中的每一个向所述中央主机报告接收到的拓扑描述符；
所述中央主机基于报告的收到的拓扑描述符建立描述所述网络拓扑的拓扑数据库。
2.如权利要求1的方法，包括以下特征中的至少一个，
从所述中央主机向所述至少一个其它主机广播所述拓扑描述符；
在广播帧中发送所述拓扑描述符；
在所述广播帧的有效载荷中发送所述拓扑描述符；
在未标记的广播帧中发送所述拓扑描述符。
3.如权利要求1或2的方法，其中所述至少一个其它主机和所述中央主机是经由所述局域网互连的网络元件。
4.如权利要求1至3中任一个的方法，其中所述至少一个其它主机和所述中央主机是基于局域网的网络元件的内部元件。
5.如权利要求4的方法，其中所述内部元件中的至少一个是交换机，所述内部元件之间的连接是点对点类型的连接。
6.如权利要求1至5中任一个的方法，其中在帧中发送所述拓扑描述符，其中所述方法还包括：过滤包含所述拓扑描述符的所述发送的帧。
7.如权利要求6的方法，其中以这样的方式过滤包含所述拓扑描述符的所述发送的帧，仅专用于某个主机的帧到达该主机，或由该主机处理。
8.如权利要求6的方法，其中所述过滤基于接收自所述中央主机的帧中的标记。
9.如权利要求8的方法，其中，从专用于与某个端口连接的潜在主机的被过滤的帧移除所述标记。
10.如权利要求8的方法，其中：
向至少一个交换机的所有端口广播收到的非标记帧；
使用多个过滤层次来扩大所述局域网和增加可连接的主机数量；
向所述交换机的端口转发以更低层次级别上的主机为目标的标记的帧，而不去除所述标记；
更低级别上的交换机接收标记的帧，并基于所述标记过滤它们；以及
更低级别上的交换机从专用于与所述交换机的某个端口连接的潜在主机的被过滤的帧移除标记。
11.如权利要求1至10中任一个的方法，其中接收专用帧的主机适于检查收到的帧是否被标记，并仅处理未标记的帧，忽略标记的帧。
12.如权利要求1至11中任一个的方法，其中所述至少一个主机基于收到的拓扑描述符计算至少一个唯一的地址。
13.如权利要求1至12中任一个的方法，其中所述至少一个其它主机包括预先编写的查询表，用于执行以下内容中的至少一个：计算一个或更多地址，通过将收到的拓扑描述符附加到前缀来生成一个或更多地址。
14.如权利要求1至13中任一个的方法，其中所述专用帧包含至少一个地址，所述至少一个主机从所述至少一个地址选择其主机地址。
15.如权利要求1至14中任一个的方法，其中所述至少一个其它主机向所述中央主机的报告消息包含具有以下内容中至少一个的信息：
由所述至少一个其它主机接收的所有拓扑描述符；
主机类型；以及
所述至少一个其它主机的至少一个计算出的地址。
16.如权利要求1至15中任一个的方法，其中所述局域网包括提供在所述中央主机和所述至少一个其它主机之间的至少一个中间交换机，其中所述中央主机由报告的描述符检测所述至少一个中间交换机的存在。
17.如权利要求1至16中任一个的方法，其中所述局域网包括提供在所述中央主机和所述至少一个其它主机之间的至少一个中间交换机，所述至少一个中间交换机具有固定的上行端口，用于与所述中央主机通信。
18.如权利要求1至17中任一个的方法，其中使用与所述至少一个其它主机连接的端口的端口号，来生成用于标识所述局域网中的所述至少一个其它主机的标识符。
19.如权利要求1至18中任一个的方法，其中所述中央主机基于所述拓扑和所述拓扑描述符中的至少一个，向所述至少一个其它主机分配地址。
20.如权利要求1至19中任一个的方法，其中，在与所述至少一个其它主机和所述中央主机连接的虚拟局域网中提供中间交换机，所述中央主机具有交换机，其中，在包括所述中央主机的中央盒的交换机中使用矩阵，并在所述中间交换机中使用其转置矩阵。
21.如权利要求1至20中任一个的方法，其中所述局域网包括以太网局域网、虚拟局域网中的至少一个，其中所述至少一个其它主机是以太网主机。
22.一种用于检测节点拓扑的系统，包括：
具有中央主机的局域网；以及
与所述局域网连接的至少一个其它主机，其中
所述局域网的所述中央主机被配置为，向与所述局域网连接的所述至少一个其它主机发送拓扑描述符；
所述至少一个其它主机被配置为，向所述中央主机报告收到的拓扑描述符和/或其它信息；以及
所述局域网的所述中央主机被配置为，基于所报告的信息建立描述所述网络拓扑的拓扑数据库。
23.如权利要求22的系统，其中所述至少一个其它主机被配置为向所述中央主机发送报告消息，所述报告消息包含以下内容中的至少一个：
收到的拓扑描述符；
由所述主机接收的所有拓扑描述符；
主机类型；以及
属于所述至少一个其它主机的至少一个地址。
24.如权利要求22或23的系统，其中所述局域网包括提供在所述中央主机和所述至少一个其它主机之间的至少一个中间交换机，所述至少一个中间交换机具有固定的上行端口，用于与所述中央主机通信。
25.如权利要求22至24中任一个的系统，其中所述系统被配置为向所述至少一个其它主机分配至少一个地址，其中，在收到拓扑描述符之后，所述至少一个其它主机被配置为创建至少一个地址，并向所述中央主机返回至少一个创建的地址，其中所述中央主机存储所述至少一个创建的地址。
26.如权利要求22至25中任一个的系统，其中所述系统被配置为向所述至少一个其它主机分配至少一个地址，其中，所述中央主机适于创建至少一个地址用于所述至少一个其它主机，并向所述至少一个其它主机分配至少一个创建的地址。
27.如权利要求22至26中任一个的系统，其中所述节点选自通信节点、电信节点和基站中的一个。
28.一种局域网中的主机，被配置为，
在接收到来自所述局域网的中央主机的一个或更多拓扑描述符时，向所述中央主机发送报告消息，所述报告消息包含以下内容中的至少一个：
收到的拓扑描述符；
由所述主机接收的所有拓扑描述符；
主机类型；以及
属于所述主机的至少一个计算的地址。
29.如权利要求28的主机，其中所述主机适于忽略标记的帧并仅评估未标记的帧。
30.如权利要求28或29的主机，其中所述主机被配置为创建至少一个地址，并向所述中央主机返回至少一个创建的地址。
31.如权利要求30的主机，其中由所述主机创建的至少一个地址包括介质访问控制地址和互联网协议地址中的至少一个。
32.如权利要求30的主机，其中所述主机被配置为通过使用查询操作来创建所述至少一个地址，所述查询操作用于在将拓扑描述符映射到地址的预先定义的表中进行查询。
33.如权利要求30的主机，其中所述主机被配置为，基于与所述主机连接的端口的端口号来创建用于标识所述局域网中的所述主机的标识符。
34.一种局域网中的中央主机，被配置为，
向与所述局域网连接的其它主机发送拓扑描述符，并从所述其它主机中的每一个接收以下内容中的至少一个：
各个其它主机的主机类型；
由各个其它主机接收的拓扑描述符；
由各个其它主机接收的所有拓扑描述符；
属于各个其它主机中的每一个的至少一个地址；
其中所述中央主机被配置为基于收到的信息建立描述所述网络拓扑的拓扑数据库。
35.如权利要求34的中央主机，其中所述中央主机还被配置为，以广播帧和广播帧的有效载荷之一发送所述拓扑描述符。
36.如权利要求34的中央主机，其中所述中央主机还被配置为向所述主机提供至少一个地址。
37.一种计算机程序产品，被配置在计算机可读介质中，包括用于执行权利要求1或任一个从属方法权利要求的处理的计算机代码。
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