CN101827113B - 生成树协议中端口角色选择方法以及交换设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能防止多链路备份环境下生成树协议中端口角色被错误选择的端口角色选择方法，以及实现该方法的交换设备。当端口为非根端口的接收类型端口，且该端口所在链路备份端口组有其它成员端口，且端口的指定优先级向量比端口优先级向量更优时，对该端口角色进行选择还需判断：当该端口的端口优先级向量中根桥ID、根路径消耗与其它成员端口的端口优先级向量中根桥ID、根路径消耗相比，均相等，则按照标准生成树协议选择该端口为指定端口；否则，当端口为生成树端口，选择该端口为禁用端口；当端口为快速生成树端口或者多生成树端口，选择该端口为替换端口。通过正确选择端口角色，有效阻止了失效老报文的循环传递。
Description
技术领域
本发明涉及交换设备中生成树协议的收敛技术，适用于生成树协议(STP，Spanning TreeProtoal)、快速生成树协议(RSTP，Rapid Spanning Tree Protocal)和多生成树协议(MSTP，Multi Spanning Tree Protocal)。
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较复杂时，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。在实际测试中我们发现，在两台生成树设备之间的多链路备份环境下，拓扑的变化可能会导致某些端口选择错误的端口角色而使报文在备份链路之间循环，直到报文老化才能停止拓扑的振荡。
下面就以RSTP环境为例来详细说明老信息在备份链路之间循环传递导致拓扑无法快速收敛的过程，拓扑如图1所示。
图中设备A3为根，设备A1的端口0/1和端口0/2都是指定端口，端口0/3为根端口，设备A1通过其端口0/3与根设备A3相连，设备A2的端口0/1为根端口，0/2为替换端口，所有链路都是1000M，A1和A2之间采用链路备份。
当根设备A3与设备A1之间的链路断开时，设备A1会以自己为新的根，其端口0/1先发送新的以自己为根的BPDU(Bridge Protocal Data Unit，网桥协议数据单元)报文，如图2所示，设备A2的0/1端先收到以该新的报文，触发新一轮的端口角色选择，由于端口0/2此时还没有收到新的报文，仍保存以A3为根的老信息，因此转换为根端口，而端口0/1所在链路上，设备A2的端口0/1以设备A3为指定根，而设备A1的0/1以自己为指定根，在此链路上设备A2的端口0/1更优，也就是设备A2的指定优先级高于端口优先级(对于接收类型端口，端口优先级来自于消息优先级)因此根据生成树协议标准算法，设备A2的0/1端口转换为指定端口，而端口0/2转换为根端口，同时向设备A1发送老的BPDU报文，报文中message参数加一，根路径消耗也增加1000M链路的路径消耗，如图3所示。
而可能设备A1的端口0/1在收到老报文之前，端口0/2才将新的以自己为根的BPDU报文发送出来，当设备A1的端口0/1收到老报文时认为收到了新的更优的信息，转换为根端口，更新本设备的根信息为老的无效的BPDU信息，同时将老信息的message参数加一，从指定端口0/2发送出去。如图4所示。
设备A2的端口0/2收到以设备A1为根的新的BPDU报文时，更新本地设备的根信息，同时从端口0/1发送携带该新信息的BPDU报文，而设备A1收到后发现报文信息以自己为根并且对方为指定端口，同时根路径消耗又不为0，认为报文无效不进行处理，从而终止了新报文的循环。
而设备A2的端口0/2又会马上收到以设备A3为根的老的BPDU报文，又更新本地设备的根信息为设备A3，同时从端口0/1发送老的BPDU报文，message参数加一，根路径消耗也相应增加。如图5所示。
在老BPDU报文无效之前，设备A1和设备A2的端口角色一直保持为图5中的状态，直到message参数增加到大于等于maxage参数值，新的根选择才重新开始。在这个过程中指定端口会由于生成树协议中的握手机制(对于STP没有握手，而是转发定时器重启)而处于DISCARD(丢弃)状态，导致设备A1和设备A2之间的通讯中断。
以上环境只涉及到生成树协议基本算法，因此STP、RSTP和MSTP在同样环境下都存在类似问题。
STP有3种端口角色：根端口(Root Port)、指定端口(Designated Port)、禁用端口(Disabled Port)。RSTP和MSTP中存在有5种端口角色，分别是根端口(Root Port)、指定端口(Designated Port)、替换端口(Alternate Port)、备份端口(Backup Port)、禁用端口(Disabled Port)。标准生成树协议中端口角色的确定为：
(1)如果端口处于禁用状态，那么这个端口就是禁用端口；
(2)如果端口的端口优先级向量超时，那么这个端口是指定端口；优先级向量由根桥ID、根路径消耗、指定桥ID、指定端口、本地端口5项组成；
(3)如果端口的端口优先级向量来自于网桥的根端口或者网桥自身，那么这个端口是指定端口；
(4)如果端口的端口优先级向量来自于接收到的BPDU，且根优先级向量来自于该端口的端口优先级向量，那么这个端口是根端口；
(5)如果端口的端口优先级向量来自于接收到的BPDU，且根优先级向量不是来自于该端口的端口优先级向量，且端口的指定优先级向量优于端口优先级向量，那么这个端口是指定端口；
(6)如果端口的端口优先级向量来自于接收到的BPDU，且根优先级向量不是来自于该端口的端口优先级向量，且端口的指定优先级向量不优于端口优先级向量；当BPDU是其它网桥发来的，那么这个端口是替换端口；当BPDU是本网桥的其它端口发来的，那么这个端口是备份端口；
按照上述标准生成树协议的角色确定方法，选择为备份端口或替换端口的在STP中都选择为禁用端口。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，为有效阻止失效老报文循环传递提供一种能防止多链路备份环境下生成树协议中端口角色被错误选择的端口角色选择方法，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，生成树协议中端口角色选择方法，当端口为非根端口的接收类型端口，且该端口所在链路备份端口组有其它成员端口，且端口的指定优先级向量比端口优先级向量更优时，对该端口角色进行选择还需判断：
当该端口的端口优先级向量中根桥ID、根路径消耗与其它成员端口的端口优先级向量中根桥ID、根路径消耗相比，均相等，则按照标准生成树协议选择该端口为指定端口；
否则，当端口为生成树端口，选择该端口为禁用端口；当端口为快速生成树端口或者多生成树端口，选择该端口为替换端口。
经过对失效老报文循环传递的分析看出，老的报文信息循环的根源是与同一台设备相连的接收端口组中，第一个接收到更新消息的端口与该接收端口组中其它还没有来得及收到更新消息的成员接收端口的老信息进行比较，从而错误地被选择为了指定端口，造成了老报文循环。
因此，本发明将与同一台设备相连的所有接收端口看作为同一类端口，这里称为链路备份端口组，同一个链路备份端口组中的端口共同特征可以通过组中端口的端口优先级向量中的指定桥信息(指定桥ID)都相等反映出来。因此，可具体规定端口优先级向量中指定桥ID相等的端口，并且为接收类型的端口，属于同一个链路备份端口组。具体的，接收类型端口为端口优先级向量来自于接收到的BPDU的端口，即为对端信息比本端口信息更优的端口。指定优先级向量来自于交换设备根优先级向量，端口优先级向量来自于新接收的BPDU报文中携带的消息优先级向量。
这同一个链路备份端口组中，我们认为所有成员端口的根信息(根桥ID)和根路径消耗都应该相等，也就是，针对快速生成树协议或者多生成树协议，不可能出现有的端口为根端口或替换端口，而有的端口为指定端口；针对生成树协议，不可能出现有的端口为根端口或禁用端口，而有的端口为指定端口。因此在选择角色时，对于按照标准生成树协议应该选择为指定端口角色的接收端口，如果该端口有其它成员端口，且与链路备份端口组中其它所有成员的根桥ID和根路径消耗都一致(表示所有成员端口的信息都得到了更新)才选择为指定端口；否则，如端口为快速生成树或多生成树端口，选择为替换端口，如端口为生成树端口，选择为禁用端口。由于多生成树协议中涉及到多实例情况，每个实例生成树相当于一个快速生成树，这里的根和根路径消耗信息对于多生成树中的cist(实例0)来说为cist域根和cist内部根路径消耗，对于其它msti实例则为具体实例的域根和根内部路径消耗信息。
交换设备，包括端口、标准端口角色选择模块，还包括条件判断模块、比较模块、特殊端口角色选择模块；
所述端口用于，接收、发送BPDU报文；
所述标准端口角色选择模块用于，根据标准生成树协议对端口进行端口角色选择；
所述条件判断模块用于，端口收到BPDU报文时，判断端口是否完全满足：端口为非根端口的接收类型端口，且端口所在链路备份端口组有其它成员端口，且端口的指定优先级向量比端口优先级向量更优；如否，触发标准端口角色选择模块；如是，触发比较模块；
所述比较模块用于，比较端口的端口优先级向量中根桥ID、根路径消耗与其它成员端口的端口优先级向量中根桥ID、根路径消耗是否相等，如是，触发触发标准端口角色选择模块；如否，触发特殊端口角色选择模块；
所述特殊端口角色选择模块用于，当端口为生成树端口，选择该端口为禁用端口；当端口为快速生成树端口或者多生成树端口，选择该端口为替换端口。
具体的，所述链路备份端口组由与同一台设备相连的所有接收端口组成。同一链路备份端口组中所有成员端口的端口优先级向量中的指定桥信息均相等。当端口为多生成树端口，比较模块用于，比较端口的端口优先级向量中域根桥ID、域根路径消耗与其它成员端口的端口优先级向量中域根桥ID、域根路径消耗是否相等。
本发明的有益效果是，在如今广泛使用生成树协议的交换设备中，通过正确选择端口角色，有效阻止了失效老报文的循环传递，减少了拓扑变化时的振荡次数，与现有技术相比，在测试环境中以前10秒左右的收敛时间能够快速降低到正常的3到4秒左右，提高了多链路备份生成树应用环境下的拓扑变化收敛速度。
附图说明
图1为老BPDU报文循环的拓扑流程图一。
图2为老BPDU报文循环的拓扑流程图二。
图3为老BPDU报文循环的拓扑流程图三。
图4为老BPDU报文循环的拓扑流程图四。
图5为老BPDU报文循环的拓扑流程图五。
图6为本发明交换设备示意图。
图7为本发明数据处理流程图。
图8为执行本发明过程中老BPDU报文终止的示意图。
具体实施方式
如图6所示，交换设备，包括多个端口(端口1…端口n)、标准端口角色选择模块、条件判断模块、比较模块、特殊端口角色选择模块；
端口用于，接收、发送BPDU报文；
标准端口角色选择模块用于，根据标准生成树协议对端口进行端口角色选择；
条件判断模块用于，端口收到BPDU报文时，判断端口是否完全满足三个条件：条件一、端口为非根端口的接收类型端口；条件二、端口所在链路备份端口组有其它成员端口；条件三、端口的指定优先级向量比端口优先级向量更优；如否，触发标准端口角色选择模块；如是，触发比较模块；
比较模块用于，比较端口的端口优先级向量中根桥ID、根路径消耗与其它成员端口的端口优先级向量中根桥ID、根路径消耗是否相等，如是，触发触发标准端口角色选择模块；如否，触发特殊端口角色选择模块；
特殊端口角色选择模块用于，当端口为生成树端口，选择该端口为禁用端口；当端口为快速生成树端口或者多生成树端口，选择该端口为替换端口。
下面结合附图7给出交换设备的具体处理步骤：
步骤601：新的报文信息触发交换设备中所有端口角色的选择，开始某一个具体端口的角色更新过程；
步骤602：条件判断模块判断该端口是否为非根端口的接收端口，且端口上指定优先级向量比端口优先级向量更优，如是，则进入步骤604；否则，触发标准端口角色选择模块，进入步骤603；
步骤603：标准端口角色选择模块使用标准生成树协议对端口进行端口角色选择；
步骤604：条件判断模块判断该端口是否存在其它链路备份端口组成员端口，即是否有其他端口与本端口的端口优先级向量中的指定桥相等，如果有这样的端口是，触发比较模块，进入步骤605；否则说明根端口不在此链路备份端口组中，触发标准端口角色选择模块，进入步骤607；
步骤605：比较模块检查该端口的端口优先级向量中的根桥ID和根路径消耗信息与组中其它成员的端口优先级向量中的根桥ID和根路径消耗信息，如果与所有其它成员端口的都相等，则表示所有成员端口的信息都得到了更新，触发标准端口角色选择模块，进入步骤607；否则与任何一个其它成员端口的根桥ID或者根路径消耗信息不相等，则暂时不选择为指定端口，触发特殊端口角色选择模块，进入步骤606；
对于多生成树协议，每个实例的生成树相当于一个快速生成树，因此这里的角色选择在多生成树中就是单独的某个实例的端口角色选择，信息的比较也是在单独的实例中，如cist实例中角色更新时，比较端口在cist中的根桥ID和内部根路径消耗，在其它msti实例中则是比较该实例的根桥ID和根路径消耗；
步骤606：针对RSTP端口，特殊端口角色选择模块选择端口角色为替换端口；针对MSTP端口，特殊端口角色选择模块选择选择具体实例的端口角色为替换端口；针对STP端口，特殊端口角色选择模块选择端口角色为禁用端口；
步骤607：触发标准端口角色选择模块选择端口为指定端口；在多生成树中则是选择具体实例的端口角色为指定端口。
如图2所示，当设备A3与设备A1的链路断开时，设备A1的端口0/1先发送以自己为根的BPDU报文，设备A2的端口0/1收到后，会触发新一轮的端口角色更新。根据生成树协议算法，由于此时端口0/2上的信息最优，因此选择为根端口，在端口0/1选择角色时，由于端口0/1的端口优先级来自于消息优先级，即根为设备A1，根路径消耗为0，而端口0/1的指定优先级为本设备新的根优先级一致，即根仍为A3，根路径消耗为设备A3与设备A1的链路路径消耗加上设备A1与设备A2的端口0/2相连的链路路径消耗之和。而设备A3的桥信息比设备A1更优，也就是端口0/1的指定优先级更优于端口优先级。
如果是按照标准的协议，这个时候应该选择端口0/1为指定端口角色，从而造成了上面描述的老BPDU报文循环的过程。而根据本发明所改进的算法，此时将端口0/1选择为替换端口角色，替换端口不会发送BPDU报文，也就在这里终止了老BPDU报文的循环。如图8所示。
当设备A2的端口0/2接受到来自对端的新的以自己为根的BPDU报文时，又会触发新一轮的端口角色选择，此时重新比较后发现端口0/1的端口优先级更优，由替换端口转换为新的根端口，而端口0/2由根端口转换为替换端口。拓扑回到如图1所示的稳定状态。
Claims (6)
1.生成树协议中端口角色选择方法，其特征在于，当端口为非根端口的接收类型端口，且该端口所在链路备份端口组有其它成员端口，且该端口的指定优先级向量比端口优先级向量更优时，对该端口角色进行选择时还需判断：
当该端口的端口优先级向量中根桥ID、根路径消耗与其它成员端口的端口优先级向量中根桥ID、根路径消耗相比均相等，则按照标准生成树协议选择该端口为指定端口；
否则，当端口为生成树端口，选择该端口为禁用端口；当端口为快速生成树端口或者多生成树端口，选择该端口为替换端口；
其中，所述链路备份端口组由与同一台设备相连的所有接收端口组成，同一链路备份端口组中所有成员端口的端口优先级向量中的指定桥ID均相等。
2.如权利要求1所述生成树协议中端口角色选择方法，其特征在于，接收类型端口为端口优先级向量来自于接收到的网桥协议数据单元BPDU的端口。
3.如权利要求1所述生成树协议中端口角色选择方法，其特征在于，当端口为多生成树端口，所述根桥ID、根路径消耗分别为实例的域根桥ID、实例的域根路径消耗。
4.如权利要求1所述生成树协议中端口角色选择方法，其特征在于，所述指定优先级向量来自于交换设备根优先级向量，所述端口优先级向量来自于新接收的BPDU报文中携带的消息优先级向量。
5.交换设备，包括端口、标准端口角色选择模块，其特征在于，还包括条件判断模块、比较模块、特殊端口角色选择模块；
所述端口用于，接收、发送BPDU报文；
所述标准端口角色选择模块用于，根据标准生成树协议对端口进行端口角色选择；
所述条件判断模块用于，端口接收到BPDU报文时，判断端口是否完全满足:端口为非根端口的接收类型端口，且端口所在链路备份端口组有其它成员端口，且端口的指定优先级向量比端口优先级向量更优；如否，触发标准端口角色选择模块；如是，触发比较模块；所述链路备份端口组由与同一台设备相连的所有接收端口组成，同一链路备份端口组中所有成员端口的端口优先级向量中的指定桥ID均相等；
所述比较模块用于，比较端口的端口优先级向量中根桥ID、根路径消耗与其它成员端口的端口优先级向量中根桥ID、根路径消耗是否相等，如是，触发标准端口角色选择模块；如否，触发特殊端口角色选择模块；
所述特殊端口角色选择模块用于，当端口为生成树端口，选择该端口为禁用端口；当端口为快速生成树端口或者多生成树端口，选择该端口为替换端口。
6.如权利要求5所述交换设备，其特征在于，当端口为多生成树端口，所述比较模块用于，比较端口的端口优先级向量中域根桥ID、域根路径消耗与其它成员端口的端口优先级向量中域根桥ID、域根路径消耗是否相等。
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