CN101808045B - 防止多生成树协议中老信息报文循环的方法及交换设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在MSTP的复杂环境中，当网络发生变化时既能快速切断老的失效BPDU报文在网络中的循环传递，又能保证报文中其它实例能得到继续处理的方法，以及实现该方法的交换设备。本发明就现有的老信息报文循环过程进行改进，当端口接收到的域内BPDU报文中某个实例信息更优，而报文中携带的该实例的域根为该交换设备自己，则交换设备主动设置该端口不参与该实例的根端口选择。从而有效阻止了失效老报文的循环传递，又不会对循环报文进行完全丢弃，只是让报文中某个实例的信息不参与根端口选择，避免了因为完全丢弃而出现的端口状态冲突检测或其它实例信息丢弃等错误状态。本发明名称为防止多生成树协议中老信息报文循环的方法及交换设备。

Description

防止多生成树协议中老信息报文循环的方法及交换设备

技术领域

本发明涉及交换设备中生成树协议的收敛技术，适用于MSTP(Multi Spanning TreeProtocal，多生成树协议)。

背景技术

生成树协议是二层交换机中基本的协议，也是使用最频繁的协议之一。其主要功能是保证网络中不会出现环路，同时提供冗余备份链路。但是在网络环境和配置交复杂时，由于协议本身的局限性，收敛速度有时会很慢，并且随着环境的复杂度越大，拓扑变化时网络振荡时间也越大。有些环境中老的根信息会在拓扑中残留，导致各设备间不能快速收敛直到老信息失效，而老信息失效的时间在STP（生成树协议）、RSTP（快速生成树协议）和MSTP的域间中依靠messageage字段，当messageage值大于等于maxage时报文被丢弃；在MSTP域内依靠remainhop字段，当递减到0就会被丢弃。

MSTP是IEEE 802.1s中定义的一种新型生成树协议。STP、RSTP是基于端口的，MSTP是基于实例的。与STP/RSTP相比，MSTP中引入了“实例”（Instance）和“域”(Region)“的概念。所谓“实例”就是多个VLAN的一个集合，这种通过多个VLAN捆绑到一个实例中去的方法可以节省通信开销和资源占用率。MSTP各个实例拓扑的计算是独立的，在这些实例上就可以实现负载均衡。使用的时候，可以把多个相同拓扑结构的VLAN映射到某一个实例中，这些VLAN在端口上的转发状态将取决于对应实例在MSTP里的转发状态。所谓“域”，由域名(Configuration Name)、修订级别(Revision Level)、格式选择器(Configuration IdentifierFormat Selector)、VLAN与实例的映射关系(mapping of VIDs to spanning trees)，其中域名、格式选择器和修订级别在BPDU（Bridge Protocal Data Unit，网桥协议数据单元）报文中都有相关字段，而VLAN与实例的映射关系在BPDU报文中表现摘要信息(ConfigurationDigest)，该摘要是根据映射关系计算得到的一个16字节签名。只有上述四者都一样且相互连接的交换机才认为在同一个域内。每个域内所有交换机都有相同的MST(多生成树)域配置。缺省时，域名就是交换机的桥MAC地址，修订级别等于0，格式选择器等于0，所有的VLAN都映射到实例0上。MSTP的实例0具有特殊的作用，称为CIST（Common Internal SpanningTree，公共与内部生成树），其它的实例称为MSTI（Multiple Spanning Tree Instance，多生成树实例）。CIST由通过STP/RSTP计算得到的单生成树和MSTP计算得到的域组成，是为了保证在所有桥接的局域网是简单的和全连接的。与STP和RSTP相比，MSTP中引入了总根和域根的概念。总根是一个全局概念，对于所有互连的运行STP/RSTP/MSTP的交换机只能有一个总根，也即是CIST的根；而域根是一个局部概念，是相对于某个域的某个实例而言的。所有相连的设备，总根只有一个，而每个域所包含的域根数目与实例个数相关。

下面就举一个MSTP中老信息循环导致拓扑无法快速收敛的典型情况，拓扑如图1所示。

设备A的端口0/2和设备B1的端口0/2的速率为1000M，其它端口的速率都是100M。设备A在一个单独的域内，为总根；设备B1、B2、B3在一个域内，设备B1为域根。稳定情况下，域内设备B1的端口0/2、设备B2的端口0/3和设备B3的端口0/1为根端口（Root Port，图用R表示），设备B2的端口0/1和设备B3的端口0/3为替换端口（Alternate Port，图用A表示），其它端口均为指定端口（Designated Port，图用D表示）。此处，根端口为非总根的交换设备收到最优的BPDU配置信息的端口，即为交换设备转发信息到总根时提供最小路径开销的端口。指定端口为连接到对端交换设备，从该对端交换设备转发来自域内的信息至总根时，提供最小路径开销的端口。替换端口为当前根端口到总根提供的一条替代路径。根端口和指定端口处于转发（FORWARDING）状态，替换端口总是处于丢弃（DISCARDING）状态。

当设备B1的端口0/2断开之后，会出现这样的情况：设备B1以自己为总根和域根,向设备B2和设备B3发送新的信息，如图2中的new报文。

设备B2收到设备B1新的信息后，将报文信息与本地端口0/1上的信息比较后发现0/1端口上的信息更优（因为端口0/1上的总根为设备A），因此设备B2的端口0/1由替换端口切换为根端口，端口0/3由根端口切换为指定端口，端口0/2保持指定端口角色不变。同时会向设备B1和设备B3发送总根为A，域根为自己的新的BPDU，如图3中的new(2)报文。

设备B3收到设备B1新的信息后，将报文信息与端口0/2和端口0/3上的信息重新比较，发现端口0/2上的信息更优（此时端口0/2上的仍是老信息以A为总根），因此设备B3的端口0/2由替换端口切换为根端口，设备B3的端口0/1由根端口切换为指定端口，端口0/3保持为替换端口不变，同时会向设备B1发送总根为设备A，域根仍为设备B1的老的BPDU，如图3所示的old报文。

设备B1收到来自设备B2和B3的信息后，比较发现设备B3的老信息更优，因此设备B1将端口0/1由指定端口切换到根端口，端口0/3保持指定端口不变，同时向设备B2发送总根为设备A，域根为自己的老的BPDU，如图4中old报文。而同时，由于之前设备B2发出的以设备A为总根，设备B2为域根的信息(图3中的new(2)报文)，设备B3的根端口0/2收到后，将本地保存的BPDU信息更新为新的信息，指定端口0/1会向设备B1发送新的以设备A为总根，设备B2为域根的BPDU，如图4中的new(2)报文。

当设备B2收到设备B1发出的老信息，由于比端口0/1上的信息更优（老信息中域根为设备B1，新信息中域根为设备B2），端口0/3由替换端口切换到根端口，端口0/1由根端口替换为指定端口。同时指定端口0/2会立即将此老的BPDU发送给设备B3，如图5中的old报文。而同时，当设备B1的根端口0/1收到来自设备B3的新以设备A为总根，设备B2为域根的BPDU，将本地保存的BPDU信息替换为新信息。同时从指定端口0/3向设备B2发送此新的信息，如图5中的new(2)报文。

当设备B2的根端口0/3收到新的BPDU报文，由于报文中总根为设备A，域根为设备B2，但是该报文由设备B2本身发起，并且经过了设备B3和B1，域内路径消耗为400000，即设备B3上端口0/2的路径消耗和设备B1上端口0/1的路径消耗之和。而设备B2上端口0/1端口优先级的域内路径消耗为0，因此重新选择端口0/1为根端口，同时对于端口0/3，其端口优先级和指定优先级的总根都为设备A，外部路径消耗都为0，域根也都为设备B2，但是端口优先级的域内路径消耗为400000，指定优先级的域内路径消耗为0，比端口优先级更优，因此设备B2的端口0/3由根端口切换到指定端口，端口0/2保持为指定端口。同时向设备B1和B3发送新的以设备A为总根，设备B2为路径消耗且域内路径消耗为0的新的BPDU，如图6中的new(3)报文。

而同时，设备B3的根端口会收到之前设备B2发出的以设备A为总根，设备B1为域根的老的BPDU信息，将本地保存的BPDU信息替换为老的信息，同时向设备B1发送改老BPDU信息，如图6中的old报文。

可以看到，图6的状态与图3的状态完全一致，不同的是设备B3向设备B1发送的老BPDU报文中，域内路径消耗由于每经过一台设备递增，remainhop也会递增，此时的old报文由于已经经过了设备B1→设备B2→设备B3→设备B1→设备B2→设备B3的过程，其中第一个设备B1发出时域内路径消耗为0，remainhop为20，因此此时B1重新收到的BPDU中,域内路径消耗应该为100000，即5个100M端口的路径消耗之和，remainhop为15。这几个状态会不断循环，老BPDU信息也会不断传递，直到报文中remainhop为0被丢弃，新的正确的拓扑收敛才会开始。

在这个过程中，由于设备B1、B2、B3上的根端口不停有新的信息收到，同时会收到来自对端指定端口的转发协商标志(PROPOSING)，而根端口收到该标志后会由将本设备的指定端口重新设置为丢弃状态，同时会向下游发送转发协商标志，因此导致端口会不停的在转发状态和丢弃状态之间切换，虽然生成树协议本身的算法不会导致环路的产生，但是网络仍会一直动荡直到无效的老报文信息被丢弃。

公开号为CN101232508的中国专利申请，公开了一种加速多生成树协议网络拓扑收敛的方法及设备，通过检测报文来源与总根信息、外部路径开销、域根信息来判断该报文是否为无效的老根信息，丢弃检测出的老根信息，以避免了无效的老根信息在域内转发。上述方法虽然能加速多域环境下MSTP网络拓扑的收敛，但是完全丢弃报文会引起报文中其它实例被错误丢弃等状况。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，提供一种在MSTP的复杂环境中，当网络发生变化时既能快速切断老的失效BPDU报文在网络中的循环传递，又能保证报文中其它实例能得到继续处理的方法，以及实现该方法的交换设备。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，防止多生成树协议中老信息报文循环的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、交换设备对当前端口接收到的域内多生成树协议的BPDU报文中的各个实例进行优先级判断，是否存在所述BPDU报文中某个实例相比本地更优，如是，进入步骤b；如否，进入步骤d；

b、交换设备判断所述BPDU报文中携带的该实例的域根是否为所述交换设备本身，如是步骤c；如否，进入步骤d；

c、交换设备设置当前端口不参与该实例根端口选择，进入步骤d；

d、继续对域内多生成树协议的BPDU报文进行接收状态机的处理。

通过对多生成树协议中老信息报文循环的分析，老的报文信息循环的根源是设备B1的端口0/1收到无效报文后仍然会选择为根端口，从而导致了报文的后续循环。这里的无效报文是针对单个实例来定义的。从这点出发，本发明就现有的老信息报文循环过程进行改进，当端口接收到的域内BPDU报文中某个实例信息更优，而报文中携带的该实例的域根为该交换设备自己，则交换设备主动设置该端口不参与该实例的根端口选择。从而有效阻止了失效老报文的循环传递，又不会对循环报文进行完全丢弃，只是让报文中某个实例的信息不参与根端口选择，避免了因为完全丢弃而出现的端口状态冲突检测或其它实例信息丢弃等错误状态。

具体的，所述BPDU报文中包括MSTI、CIST实例。

进一步的，交换设备通过比较BPDU报文中CIST实例与本地的总根信息、外部路径消耗、CIST域根、CIST实例内部路径消耗、CIST实例指定端口信息来进行对CIST实例的优先级判断；通过比较BPDU报文中MSTI与本地的MSTI域根、MSTI内部路径消耗、MSTI指定桥优先级和指定端口优先级来进行对该MSTI的优先级判断。

对应上述方法的防止多生成树协议中老信息报文循环的交换设备，包括实例优先级比较模块、域根比较模块、端口设置模块、接收状态机处理模块；

实例优先级比较模块用于，对当前端口接收到的域内多生成树协议的BPDU报文中的各个实例进行优先级判断，是否存在所述BPDU报文中某个实例相比本地更优，如是，将BPDU报文送入域根比较模块处理；如否，将BPDU报文送入接收状态机处理模块；

域根比较模块用于，判断BPDU报文中携带的该实例的域根是否为域根比较模块所在的交换设备本身，如是，将BPDU报文送入端口设置模块处理；如否，将BPDU报文送入接收状态机处理模块；

端口设置模块用于，设置当前端口不参与该实例根端口选择后，将BPDU报文送入接收状态机处理模块；

接收状态机处理模块用于，继续对域内多生成树协议的BPDU报文进行接收状态机的处理。

具体的，实例优先级比较模块包括MSTI优先级比较模块、CIST实例优先级比较模块。

CIST实例优先级比较模块用于，通过比较BPDU报文中CIST实例与本地的总根信息、外部路径消耗、CIST域根、CIST实例内部路径消耗、CIST实例指定端口信息来进行对CIST实例的优先级判断，当BPDU报文中CIST实例相比本地更优，则将BPDU报文送入域根比较模块处理；否则，将BPDU报文送入接收状态机处理模块。MSTI优先级比较模块用于，通过比较BPDU报文中MSTI与本地的MSTI域根、MSTI内部路径消耗、MSTI指定桥优先级和指定端口优先级来进行对该MSTI实例的优先级判断，当BPDU报文中MSTI相比本地更优，则将BPDU报文送入域根比较模块处理；否则，将BPDU报文送入接收状态机处理模块。

本发明的有益效果是，提高网络拓扑的收敛速度,同时不会完全丢弃报文中携带的其它实例信息。在如今广泛使用生成树协议的交换设备中，能有效阻止失效老报文的循环传递，减少了拓扑变化时的振荡次数，同时能够按照正常流程根据提取报文中其它实例信息等。在测试环境中以前40秒左右的收敛时间能够快速降低到正常的3到4秒左右。

附图说明

图1为现有多生成树协议中老信息报文循环示意图一；

图2为现有多生成树协议中老信息报文循环示意图二；

图3为现有多生成树协议中老信息报文循环示意图三；

图4为现有多生成树协议中老信息报文循环示意图四；

图5为现有多生成树协议中老信息报文循环示意图五；

图6为现有多生成树协议中老信息报文循环示意图六；

图7为实施例交换设备结构示意图；

图8为实施例流程图；

图9为实施例防止多生成树协议中老信息报文循环示意图。

具体实施方式

BPDU报文中包括一个CIST实例、多个MSTI。如图7所示，交换设备包括实例优先级比较模块、域根比较模块、端口设置模块、接收状态机处理模块；其中实例优先级比较模块包括MSTI优先级比较模块、CIST实例优先级比较模块。具体处理步骤如图8所示：

步骤701:交换设备接收到BPDU报文;

步骤702:CIST实例优先级比较模块进行CIST实例的信息处理，判断BPDU报文信息是否更优，如果更优且来自域内进入步骤703；否则将BPDU报文送入正常处理流程，进入步骤705；判断CIST信息是否更优，主要是与本地比较总根信息、外部路径消耗、CIST域根、内部路径消耗、指定端口信息进行比较；

步骤703:交换设备的域根比较模块判断报文中携带的CIST域根是否为交换设备自己，是则认为此接收端口不能进行根端口选择，进入到步骤704；否则走正常处理流程，进入步骤705；

步骤704:端口设置模块设置该端口不参与CIST根端口角色处理的标志，同时进入步骤705；

步骤705:接收状态机处理模块继续对报文进行CIST接收状态机的其它处理；

步骤706:CIST信息处理完成，判断报文是否来自域内，如果是并且还有其它实例信息，进入到其它的实例信息（MSTI）处理过程，即步骤707；否则如果来自域外，或者是没有其它实例信息，报文处理完成；

步骤707:MSTI优先级比较模块比较报文中第一个MSTI信息，如果该实例比本地信息更优，进入步骤708；否则走正常处理流程，进入步骤7010；判断MSTI信息是否更优，主要是与本地比较该实例域根信息、该实例内部路径消耗、该实例指定桥优先级和指定端口优先级进行比较；

步骤708:交换设备的域根比较模块判断报文中携带的MSTI域根是否为自己，如果是自己，则认为该端口不能参与该实例根端口选择，进入步骤709；否则走正常处理流程，进入步骤7010；

步骤709:端口设置模块设置该端口不参与该MSTI根端口角色处理的标志，同时继续进入步骤7010；

步骤7010:接收状态机处理模块继续对报文进行MSTI接收状态机的其它处理；

步骤7011:第一个MSTI处理完成，继续处理报文中携带的其它MSTI信息，所有MSTI按照第一个MSTI的处理方式进行，都遍历完之后该报文处理流程完成。

在MSTP的多实例情况下，各实例的处理方式都基本一致，在技术背景中描述的例子适用于CIST和其它MSTI。因此还是以图1的拓扑为例。

如图9所示，当设备B1的端口0/2连接断了之后，按照现有协议流程会进行到图3所示的情况，即设备B2以自己为域根向设备B1的端口0/3发送报文，而设备B3仍然向B1的端口0/1发送老的BPDU报文。

当B1的端口0/1收到以A为总根、自己为域根的老的BPDU时，按照本发明所描述的方法，不会参与到根端口的选择中，因此会选择端口0/3为新的根端口，而端口0/1由指定端口转换为替换端口，同时进入到阻塞状态。如图8所示。设备B1的端口0/1上有效阻止了老的无效报文的循环，收到第一个老报文时就能稳定拓扑状态。

Claims (6)

1.防止多生成树协议中老信息报文循环的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、交换设备对当前端口接收到的域内多生成树协议的网桥协议数据单元（BPDU）报文中的各个实例进行优先级判断，是否存在所述BPDU报文中某个实例相比本地更优，如是，进入步骤b；如否，进入步骤d；

b、交换设备判断所述BPDU报文中携带的该实例的域根是否为所述交换设备本身，如是，进入步骤c；如否，进入步骤d；

c、交换设备设置当前端口不参与该实例根端口选择，进入步骤d；

d、继续对域内多生成树协议的BPDU报文进行接收状态机的处理。

2.如权利要求1所述防止多生成树协议中老信息报文循环的方法，其特征在于，所述BPDU报文中包括多生成树实例（MSTI）和公共与内部生成树（CIST）实例。

3.如权利要求2所述防止多生成树协议中老信息报文循环的方法，其特征在于，交换设备通过比较BPDU报文中CIST实例与本地的总根信息、外部路径消耗、CIST域根、CIST实例内部路径消耗和CIST实例指定端口信息来进行对CIST实例的优先级判断。

4.如权利要求2所述防止多生成树协议中老信息报文循环的方法，其特征在于，交换设备通过比较BPDU报文中MSTI与本地的MSTI域根、MSTI内部路径消耗、MSTI指定桥优先级和指定端口优先级来进行对该MSTI的优先级判断。

5.防止多生成树协议中老信息报文循环的交换设备，其特征在于，包括实例优先级比较模块、域根比较模块、端口设置模块和接收状态机处理模块；

所述实例优先级比较模块用于，对当前端口接收到的域内多生成树协议的网桥协议数据单元（BPDU）报文中的各个实例进行优先级判断，是否存在所述BPDU报文中某个实例相比本地更优，如是，将BPDU报文送入域根比较模块处理；如否，将BPDU报文送入接收状态机处理模块；

所述域根比较模块用于，判断BPDU报文中携带的该实例的域根是否为域根比较模块所在的交换设备本身，如是，将BPDU报文送入端口设置模块处理；如否，将BPDU报文送入接收状态机处理模块；

所述端口设置模块用于，设置当前端口不参与该实例根端口选择后，将BPDU报文送入接收状态机处理模块；

所述接收状态机处理模块用于，继续对域内多生成树协议的BPDU报文进行接收状态机的处理。

6.如权利要求5所述防止多生成树协议中老信息报文循环的交换设备，其特征在于，所述实例优先级比较模块包括多生成树实例（MSTI）优先级比较模块和公共与内部生成树（CIST）实例优先级比较模块；

所述CIST实例优先级比较模块用于，通过比较BPDU报文中CIST实例与本地的总根信息、外部路径消耗、CIST域根、CIST实例内部路径消耗和CIST实例指定端口信息来进行对CIST实例的优先级判断，当BPDU报文中CIST实例相比本地更优，则将BPDU报文送入域根比较模块处理；否则，将BPDU报文送入接收状态机处理模块；

所述MSTI优先级比较模块用于，通过比较BPDU报文中MSTI与本地的MSTI域根、MSTI内部路径消耗、MSTI指定桥优先级和指定端口优先级来进行对该MSTI的优先级判断，当BPDU报文中MSTI相比本地更优，则将BPDU报文送入域根比较模块处理；否则，将BPDU报文送入接收状态机处理模块。

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