CN101663862B - 用于动态学习终端设备mac地址的边缘路由器和方法 - Google Patents

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Abstract

在此描述了一种边缘路由器(宽带远程接入服务器)和一种方法，其用于获得终端设备(用户端设备)的媒体接入控制(MAC)地址。一旦边缘路由器获得了终端设备的MAC地址，其就能够使用以太网操作、管理和维护(OAM)工具来对终端设备进行故障排除。

Description

用于动态学习终端设备MAC地址的边缘路由器和方法
相关申请 
本专利申请主张2007年4月26提交的美国临时专利申请No.60/914,225，通过引用将其内容结合于此。 
技术领域
本发明涉及用于获得终端设备(例如，用户端设备)的媒体接入控制(MAC)地址的边缘路由器(例如，BRAS)和方法。 
背景技术
在此定义下述缩写，至少一些缩写在下文与现有技术和本发明相关联的描述中被引用。 
ATM   异步传输模式 
BRAS  宽带远程接入服务器 
BTV   广播电视 
CC    连通性检查 
DA    目的地地址 
DSL   数字用户线 
DSLAM 数字用户线接入多路复用器 
IEEE  电子电气工程师协会 
IP    网际协议 
IPTV  网际协议电视 
LB    环回 
LBR   环回应答 
LT    线路终端(DSLAM的用户侧) 
NT    网络终端(DSLAM的网络侧) 
MAC    媒体接入控制 
MEP    维护终端点 
OAM    操作、管理和维护 
OLT    光线路终端 
ONT    光网络终端 
PON    无源光网络 
RGW    住宅网关 
SA     源地址 
TV     电视 
VCI    虚拟连接标识符 
VPI    虚拟管道标识符 
参考图1和图2(现有技术)，分别为具有基于以太网的DSL聚合(例如，参考DSL Forum TR-101)的传统接入网100的两个框图。传统接入网100(例如，IPTV网络100)包括连接到边缘路由器104(例如，具有端口105的BRAS 104)的地区网102，边缘路由器104连接到一个或多个聚合节点106(具有端口106a和106b)。聚合节点106通过以太网接入网108连接到多个接入节点110(例如，DSLAM110，每个DSLAM 110包括一个具有NT面向外部端口113a和NT面向内部端口113b的NT卡113和一个具有LT面向内部端口115a和LT面向外部端口115b的LT卡115)。DSLAM 110连接到多个CPE 112(RGW 112)，CPE 112依次与多个用户114相关联，通常一个用户114与一个CPE 112相关联。在一种应用中，BRAS 104经由聚合节点106、以太网接入网108、DSLAM 110和CPE 112向下发送以太网级(第二级)BTV业务118(多个TV频道118)到用户114。传统接入网100的基本体系结构和功能性对本领域技术人员来说是公知的，但是对于这种类型体系结构的更多细节可以参考2006年4月的DSL Forum TR-101基于以太网的DSL聚合(在此通过引用包含其内容)。 
传统接入网100典型地实现连通性故障管理方案(EthCFM或 EthOAM)，其在2007年2月8日的题为“Virtual Bridged Local AreaNetworks-Amendment 5：Connectivity Fault Management”的IEEE802.1ag/D8标准中已经公开(在此通过引用包含其内容)。在一种应用中，BRAS 104可以使用这一标准来发送以太网OAM环回消息以测试特定CPE 112’的连通性。然而，在BRAS 104可以发送该环回消息以测试特定CPE 112’的连通性之前，它需要知道该特定CPE 112’的MAC地址。遗憾的是，该标准假定该BRAS 104先验地已知所有CPE 112的MAC地址。过去，操作员通过确保每个CPE 112中预配置了MEP 116(具有唯一的MEP-id)来使得BRAS 104能够学习CPE112的MAC地址。随后，操作员将BRAS 104预配置为具有关于每个CPE 112中的MEP 116的知识。其后，BRAS 104使用包含关于CPE的MEP 116的信息的带内802.1ag CC消息来学习CPE 112的相应MAC地址。该方法存在两个问题：1)其在具有上千个CPE 112的接入网100中是不可升级的(即，BRAS 104不能仅发送一个CC消息以学习一个特定CPE 112’的MAC地址)；2)由于电脑黑客能够生成具有错误MEP-id的CC消息并且照这样BRAS 104将获得错误的MAC地址并随后将其链接到该CPE的MEP，因此存在安全性问题。因此，已经存在并且仍然存在解决与传统接入网100相关联的这一缺陷以及其他缺陷的需要。本发明能够满足这一需要和其他需要。 
美国专利No.6,195,705公开了一种中央单元，其人工地配置并且处理网络中的所有MAC和IP地址的知识，以便该中央单元能够对来自节点的针对其他节点的IP或MAC地址的任意请求进行响应。 
发明内容
独立权利要求1和9分别描述了一种方法和一种边缘路由器。在一个方面，本发明提供了一种能够由边缘路由器(例如BRAS)实现以获得终端设备(例如CPE)的MAC地址的方法。该方法包括步骤：(a)获得虚拟MAC地址，其代表接入节点(例如，DSLAM、ONT-OLT)中的桥端口，所述终端设备(例如，CPE)位于该桥端口之后；(b)发送第一连通性故障管理消息，所述第一连通性故障管理消息的目的地地址被设置为所述虚拟MAC地址，其中所述接入节点接收所述第一连通性故障管理消息并随后发送第二连通性故障管理消息，所 述第二连通性故障管理消息的目的地地址被设置为朝向所述终端设备的多播MAC地址；以及(c)从所述终端设备接收第三连通性故障管理消息，其中所述第三连通性故障消息的源地址被设置为所述终端设备的MAC地址。 
在另一个方面，本发明提供了一种边缘路由器(例如，BRAS)，其具有处理器，该处理器从存储器取回指令并处理这些指令以实现下述步骤：(a)获得虚拟MAC地址，其代表接入节点(例如，DSLAM、ONT-OLT)中的桥端口，所述终端设备(例如，CPE)位于该桥端口之后；(b)发送第一连通性故障管理消息，所述第一连通性故障管理消息的目的地地址被设置为所述虚拟MAC地址，其中所述接入节点接收所述第一连通性故障管理消息并随后发送第二连通性故障管理消息，所述第二连通性故障管理消息的目的地地址被设置为朝向所述终端设备的多播MAC地址；以及(c)从所述终端设备接收第三连通性故障管理消息，其中所述第三连通性故障消息的源地址被设置为所述终端设备的MAC地址。 
在又一个方面，本发明提供了一种用于获得作为还包括边缘路由器和多个接入节点的接入系统的一部分的边缘设备的MAC地址的方法，其中该方法包括步骤：(a)在边缘路由器处获得虚拟MAC地址，其中虚拟MAC地址代表接入节点之一中的桥端口，所述终端设备位于该桥端口之后；(b)从所述边缘路由器朝着所述终端设备发送单播环回消息，该消息的目的地地址被设置为所述虚拟MAC地址；(c)在接入节点处接收该单播环回消息；(d)在未识别出该虚拟MAC地址的所有接入节点处丢弃该单播环回消息；(e)从识别出该虚拟MAC地址的一个接入节点发送多播环回消息，其中该一个接入节点具有该终端设备位于其后的桥端口，并且其中该多播环回消息的目的地地址设置为多播MAC地址；(f)在终端设备处接收该多播环回消息；(g)从该终端设备发送单播环回应答消息，其中该单播环回应答消息的源地址设置为终端设备的MAC地址；以及(h)在边缘路由器处接收该单播环回应答消息，以便边缘路由器能够从接收到的单播环回应答消 息中获得终端设备的MAC地址。 
本发明的其他方面将部分地在具体描述、附图和所附的任意权利要求中阐明，并且部分地可以从具体描述中导出或可以通过本发明的实践而理解。应当理解，前述的概括描述和下文的具体描述都仅仅是示例性和解释性的，并非将本发明限定为所公开的这些内容。 
附图说明
通过结合附图来参考下文的具体描述，将获得对本发明的更全面理解。 
图1和图2(现有技术)是用于帮助解释本发明所解决的问题的传统接入网(例如，IPTV网络)的两个示图； 
图3和图4是具有实现根据本发明的用于获得特定终端设备(例如CPE)的MAC地址的方法的边缘路由器(例如BRAS)的接入网(具有基于以太网的DSL聚合)的两个示图； 
图5是示出根据本发明的用于获得特定终端设备(例如CPE)的MAC地址的方法的基本步骤的流程图； 
图6是用于帮助解释如何根据本发明的第一实施方式来实现该方法的示例性接入网的示图； 
图7是示出了根据本发明的针对图6所示接入网而讨论的示例性单播环回消息的帧格式的示图； 
图8是示出了根据本发明的针对图6所示接入网而讨论的示例性多播环回消息的帧格式的示图；以及 
图9是示出了根据本发明的针对图6所示接入网而讨论的示例性单播环回应答消息的帧格式的示图。 
具体实施方式
参考图3和图4，分别为具有实现根据本发明的用于获得特定终端设备312(例如CPE 112)的MAC地址的方法350的边缘路由器304(例如BRAS 304)的接入网300(具有基于以太网的DSL聚合) 的两个框图。接入网300(例如，IPTV网络300)包括连接到边缘路由器304(例如，具有端口305的BRAS 304)的地区网302，边缘路由器304连接到一个或多个聚合节点306(具有端口306a和306b)。聚合节点306通过以太网接入网308连接到多个接入节点310(例如，DSLAM 310，每个DSLAM 310包括一个具有NT面向外部端口313a和NT面向内部端口313b的NT卡313和一个具有LT面向内部端口315a和LT面向外部端口315b的LT卡315)。DSLAM 310连接到多个CPE 312(RGW 312)，CPE 312依次与多个用户314相关联，通常一个用户314与一个CPE 312相关联。在一种应用中，BRAS 304经由聚合节点306、以太网接入网308、DSLAM 310和CPE 312向下发送以太网级(第二级)BTV业务318(多个TV频道318)到用户314。 
在本发明中，BRAS 304具有处理器320，其从存储器322取回指令，并处理这些指令以实现MAC地址学习方法350(参考图5的流程图)。在一种实施方式中，BRAS 304实现方法350，以通过获得代表DSLAM 310’中的桥端口315b’的虚拟MAC地址324来学习特定CPE 312’的MAC地址，其中特定CPE 312’位于该桥端口之后(参见步骤502)。例如，BRAS 304可以被预配置存储与特定CPE 312’相关联的虚拟MAC地址324。备选地，BRAS 304可以使用接入网300(特定地为DSLAM 310’)的已知层级来计算与特定CPE 312’相对应的虚拟MAC地址324(下文将更详细地讨论该方案)。 
其后，BRAS 304输出第一连通性故障管理消息326，该消息的目的地地址设置为虚拟MAC地址324(步骤504)。BRAS 304在整个接入网300中对第一连通性故障管理消息326进行泛洪，因为虚拟MAC地址324在接入网300内部是未知的(参见图4)。每个DSLAM310接收第一连通性故障管理消息326并且除了识别出该虚拟MAC地址324的一个DSLAM 310’(因为它具有特定CPE 312’位于其后的端口315b’)之外，所有的DSLAM 310都丢弃该第一连通性故障管理消息326。该DSLAM 310’发送第二连通性故障管理消息328，该 消息的目的地地址设置为朝向CPE 312’的多播MAC 330。CPE 312’接收该第二连通性故障管理消息328并且随后发送第三连通性故障管理消息332，该消息的源地址设置为该CPE的MAC地址334并且目的地地址设置为BRAS的MAC地址336。最后，BRAS 304接收该第三连通性故障管理消息332并从中获得特定CPE 312’的MAC地址334(步骤506)。一旦BRAS 304具有CPE的MAC地址334，其就能够使用以太网OAM工具对CPE 312’进行故障排除。 
参考图6，其为用于帮助解释如何根据本发明的第一实施方式来实现MAC地址学习方法的接入网300a的框图。实现MAC地址学习方法350的该特定实施方式的步骤如下： 
1.BRAS 304获得代表DSLAM 310’之一中的桥端口315b’(特定CPE 312’位于其后)的虚拟MAC地址324。在这种情况下，假定BRAS304想要获得该特定CPE 312’的MAC地址334。BRAS 304能够通过被预配置为存储所有CPE 312的虚拟MAC地址324来获得该虚拟MAC地址324。备选地，BRAS 304能够通过使用DSLAM 310’的已知层级来计算与该特定CPE 312’相关联的虚拟MAC地址324来获得该虚拟MAC地址324。例如，BRAS 304可以通过使用DSLAM 310’的识别号和与CPE 312’位于其后的有关桥端口315b’相关联的架-板-槽-端口标识来使用DSLAM 310’的已知层级来计算该虚拟MAC地址324。如果需要，虚拟MAC地址324可以是代表特定CPE 312’位于相应DSLAM 310’的端口315b’的对等侧的任意唯一MAC地址。 
2.BRAS 304发送单播环回消息602，该消息的目的地地址设置为朝向CPE 312’的虚拟MAC地址324。在整个接入网300a中对单播环回消息602进行泛洪，因为该虚拟MAC地址324在接入网300a中是未知的。图7是示出了DA设置为该虚拟MAC地址324的示例性单播环回消息602的帧格式的示图。 
3.DSLAM 310接收该单播环回消息602。 
4.未识别出该单播环回消息602中的虚拟MAC地址324的DSLAM 310丢弃该单播环回消息602。在本例中，有两个DSLAM 310 丢弃了该单播环回消息602(参见图6中所示的最上面和最下面的DSLAM 310)。 
5.随后，识别出该接收到的单播环回消息602中的虚拟MAC地址324的一个DSLAM 310’用作输出多播环回消息604，该消息的目的地地址设置为朝向CPE 312’的多播MAC 330。该一个DSLAM 310’能够识别出该虚拟MAC地址324是因为它具有该特定CPE 312’位于其后的特定桥端口315b’。图8是示出了DA设置为该多播MAC 330的示例性多播环回消息604的帧格式的示图。 
6.CPE 312’接收该多播环回消息604。 
7.CPE 312’发送单播环回应答消息606，该消息的源地址设置为该CPE的MAC地址334并且目的地地址设置为BRAS的MAC地址336。图9是示出了SA设置为CPE的MAC地址334且DA设置为BRAS的MAC地址336的示例性单播环回应答消息606的帧格式的示图。 
8.BRAS 304接收仅一个单播环回应答消息606并从该消息中能够获得CPE 312’的MAC地址334。一旦BRAS 304具有CPE的MAC地址334，其就能够使用以太网OAM工具对CPE 312’进行故障排除。 
注意1：本发明也能够在基于PON模型的接入网中实现，在这种情况下，DSLAM 310将被OLT和ONT所替代。 
注意2：在2006年5月的题为“OAM Functions and Mechanisms forEthernet Based Networks”的ITU-T Recommendation Y.1731(在此通过引用包含其内容)中更详细地描述了LB消息602(除了虚拟MAC地址324)、LB消息604(除了多播MAC 330)和LBR消息606(除了SA设置为CPE的MAC地址334且DA设置为BRAS的MAC地址336)。 
从上文中，应当理解到本发明涉及用于获得特定终端设备312(例如用户端设备312)的MAC地址334的边缘路由器304(例如BRAS304)和方法350。基本思想是每个用户桥端口315b(DSLAM 310上的LT端口)得到代表连接到该特定用户桥端口315b的CPE 312的虚 拟MAC地址324。基于包含标识DSLAM 310’的DSLAM-id和该DSLAM 310’内的特定端口315b’(特定CPE 312连接于其后)的架-板-槽-端口(并且在ATM应用中可能是vpi/vci)的物理位置的位模式来定义虚拟MAC地址324。备选地，虚拟MAC地址324可以是协商一致来代表特定CPE 312’的任意MAC地址。然后，BRAS 304发送在接入网300a中泛洪的单播环回消息602(具有虚拟MAC地址324)。然后接收该单播环回消息602并识别出该虚拟MAC地址324的特定DSLAM 310’将一个多播环回消息604转发给CPE 312’。CPE312’然后发送包含朝向BRAS 304的真实CPE MAC地址334的多播环回应答消息606。通过寻址特定CPE 312’并从该特定CPE 312’接收仅一个应答，不存在升级性问题，因为只有一个应答被发送给BRAS304；并且不存在安全性问题，因为寻址到正确的CPE 312’且只有该被寻址的CPE 312’能够应答BRAS 304。这有效地解决了与现有技术关联的前述问题。 
尽管已经在附图中示出并在前面的具体描述中描述了本发明的一个实施方式，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施方式，而是能够进行多种重新安排、修改和替换。 

Claims (14)

1.一种由边缘路由器(304)实现的用于获得终端设备(312’)的媒体接入控制MAC地址(334)的方法(350)，所述方法包括下述步骤：
获得(502)虚拟MAC地址(324)，其代表接入节点(310’)中的桥端口(324)，所述终端设备位于该桥端口之后，所述方法的特征还在于：
发送(504)第一连通性故障管理消息(326)，所述第一连通性故障管理消息的目的地地址被设置为所述虚拟MAC地址(324)，其中所述接入节点接收所述第一连通性故障管理消息并随后发送第二连通性故障管理消息(328)，所述第二连通性故障管理消息的目的地地址被设置为朝向所述终端设备的多播MAC地址(330)；以及
从所述终端设备接收(506)第三连通性故障管理消息(332)，其中所述第三连通性故障消息的源地址被设置为所述终端设备的MAC地址。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述获得步骤还包括将边缘路由器预配置为存储虚拟MAC地址，所述虚拟MAC地址代表接入节点中的桥端口，所述终端设备位于所述桥端口之后。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述获得步骤还包括使用所述接入节点的已知层级来计算虚拟MAC地址，所述虚拟MAC地址代表接入节点中的桥端口，所述终端设备位于所述桥端口之后。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述虚拟MAC地址由接入节点的识别号码和在该接入节点中的桥端口的物理位置定义。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述桥端口的物理位置用架-板-槽-端口标识来代表。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述终端设备是用户端设备。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述接入节点包括：
数字用户线接入多路复用器；或者
光线路终端-光网络终端。
8.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述第一连通性故障管理消息是单播环回消息(602)；
所述第二连通性故障管理消息是多播环回消息(604)；以及
所述第三连通性故障管理消息是单播环回应答消息(606)。
9.一种由边缘路由器(304)实现的用于获得终端设备(312’)的媒体接入控制MAC地址(334)的装置，包括：
用于获得(502)虚拟媒体接入控制MAC地址(324)的模块，所述虚拟媒体接入控制MAC地址代表接入节点(310’)中的桥端口(315b’)，终端设备(312’)位于该桥端口之后；
用于发送(504)第一连通性故障管理消息(326)的模块，所述第一连通性故障管理消息的目的地地址被设置为虚拟MAC地址(324)，其中所述接入节点接收所述第一连通性故障管理消息并随后发送第二连通性故障管理消息(328)，所述第二连通性故障管理消息的目的地地址被设置为朝向所述终端设备的多播MAC地址(330)；以及
用于从所述终端设备接收(506)第三连通性故障管理消息(332)的模块，其中所述第三连通性故障消息的源地址被设置为所述终端设备的MAC地址。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述用于获得(502)虚拟媒体接入控制MAC地址(324)的模块还包括：用于存储虚拟MAC地址的模块，所述虚拟MAC地址代表接入节点中的桥端口，所述终端设备位于所述桥端口之后。
11.根据权利要求9所述的装置，其中所述用于获得(502)虚拟媒体接入控制MAC地址(324)的模块还包括：用于通过使用所述接入节点的已知层级来计算虚拟MAC地址来的模块，所述虚拟MAC地址代表接入节点中的桥端口，所述终端设备位于所述桥端口之后。
12.根据权利要求9所述的装置，其中所述虚拟MAC地址由接入节点的识别号码和在该接入节点中的桥端口的物理位置定义。
13.根据权利要求12所述的装置，其中所述桥端口的所述物理位置用架-板-槽-端口标识来代表。
14.根据权利要求9所述的装置，其中：
所述第一连通性故障管理消息是单播环回消息(602)；
所述第二连通性故障管理消息是多播环回消息(604)；以及
所述第三连通性故障管理消息是单播环回应答消息(606)。
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