CN101834830B - 一种以太环网的区域地址刷新方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以太环网的区域地址刷新方法，包括：拥有新的阻塞端口的节点沿其完好端口向外发送带有地址刷新信息的协议报文，并刷新阻塞端口关联的目的MAC地址，同时将该报文中的{NODE_ID，BPR}记录在另一环上端口；当拥有阻塞数据报文的完好端口的节点收到协议报文时，该节点打开其阻塞数据报文的完好端口，将协议报文中RF字段的值取反后再转发出去；其它节点收到时则将其直接转发；上述各节点在转发协议报文的同时还拷贝一份供本节点分析处理，根据其中的{NODE_ID，BPR}及RF字段的值来判断是否刷新本地的地址转发表。采用本发明，可减少以太环网上由于链路倒换刷新地址而引起的数据广播风暴，大大提高了网络性能。

Description

一种以太环网的区域地址刷新方法

技术领域

本发明涉及数据通信领域，更具体地涉及一种以太环网保护技术的区域地址刷新方法。

背景技术

在以太网的实际应用中，广泛采用了各种保护技术，实现主用路径和备用路径之间的冗余备份。当主用路径和备用路径都为完好时，阻塞备用路径的保护数据转发功能，网络之间的保护数据在主用路径上传输；当主用路径发生故障时，打开备用路径的保护数据转发功能，网络之间的保护数据切换到备用路径上传输，实现网络正常状态下防止保护数据被重复接收和形成广播风暴，在网络的主用路径出现故障时启用备用路径传输保护数据，提高以太网的抗故障能力，并且满足切换时的收敛时间小于50ms的高实时性要求。

例如以太环网保护技术，如图1所示，节点A至F都为具有以太网交换功能的节点，网络M和节点B相连接，网络N和节点D相连接。网络M和网络N之间进行通信。网络M和网络N之间有2条物理路径，即：网络N<->节点D<->节点C<->节点B<->网络M，网络N<->节点D<->节点E<->节点F<->节点A<->节点B<->网络M。

在应用以太网环保护技术时，一般定义了环保护链路和控制节点，即：在以太环网无故障的情况下，环上对数据报文进行阻塞防止环路形成的链路为环保护链路，通过对这段环保护链路的操作，可以进行环网的主用路径和保护路径的切换。拥有环保护链路的节点，这里称为控制节点(或者称为主节点)。如图2a所示，环网包含的节点有A、B、C、D、E和F，包含的链路有<A，B>、<B，C>、<C，D>、<D，E>、<E，F>和<F，A>链路。节点A为控制节点，与它的e端口直连链路<F，A>为环保护链路。

当环上链路完好时，控制节点阻塞与环保护链路相连端口的数据报文转发功能，网络中无环路产生，防止了由于网络环路引起的“广播风暴”。如图2a所示，控制节点A阻塞了e端口的保护数据转发功能，网络M和N的通信路径为：网络M<->节点B<->节点C<->节点D<->网络N。

当链路发生故障时，控制节点放开与环保护链路相连端口的数据报文转发功能，从而保障了业务的连通。如图2b所示，环上的<B，C>链路发生了故障，控制节点A放开了端口e的数据报文转发功能，网络M和N新的通信路径为：网络M<->节点B<->节点A<->节点F<->节点E<->节点D<->网络N。

在以太环网中，每个环网上的节点连接着大量的子网，维护着一个庞大的地址转发表。如图3所示，环上的链路<A，F>是环保护链路，节点A是控制节点。环上各个以太网交换节点连接了10000个子网，每个交换节点维护了一个庞大的单级地址转发表，每个转发表包含的转发条目最大可以达到5×10¹⁰个。当网络拓扑发生变化时(如链路发生故障引起的链路倒换)，环上的各个节点将刷新地址转发表，各个节点的地址转发表的全部刷新不仅加重了各个节点的地址学习任务，而且大大增加了以太环网上广播风暴的规模，对网络性能带来了极大的危害。

实际上，在网络拓扑发生变化时，全部刷新环上节点的地址转发表是完全没有必要的。如图4a所示，在无故障的情况下，子网B0和子网E0之间的通信路径为：B0<->B<->C<->D<->E<->E0。换句话说，环上节点B、C和D是通过它们的w端口学习到子网E0的MAC地址，节点E、D和C是通过它们的e端口学习到子网B0的MAC地址。当环网上的链路发生故障时，环网要发生链路倒换，如图4b所示，当环上的链路<C，D>发生故障时，节点C阻塞w端口的数据报文转发，并周期性地沿e端口发送SF1报文(故障告警1报文)，节点E阻塞e端口的数据报文转发，并周期性地沿w端口发送SF2报文(故障告警2报文)，控制节点A打开e端口的数据转发功能。此时，节点B和C应该删除它们在w端口上学习的子网E0的MAC地址，而节点D不必删除它在w端口上学习的子网E0的MAC地址。节点E和D应该删除它们在e端口上学习的子网B0的MAC地址，而节点C不必删除它在e端口上学习的子网B0的MAC地址。

如果对该现象做进一步的总结，可以用故障点和RPL链路的两个端点将环网分成两个区域，区域1包含节点A、B和节点C，区域2包含节点D、E和节点F。在环网无故障的情况下，区域1上的节点仅仅能从它们的w端口学习到区域2上的节点或它们相连的子网的MAC地址，而不能从它们的e端口学习到区域2上的节点或它们相连的子网的MAC地址。因此，当链路<C，D>发生故障时，节点C发出的SF1报文只要刷新区域1上的节点的w端口关联的MAC。同样，区域2上的节点仅仅能从它们的e端口学习到区域1上的节点或它们相连的子网的MAC地址，而不能从它们的w端口学习到区域2上的节点或它们相连的子网的MAC地址。因此，当链路<C，D>发生故障时，节点D发出的SF2报文只要刷新区域2上的节点的e端口关联的MAC。

从上面的分析可以看出，当环网的拓扑发生变化时，传统的以太环网的地址刷新方案会引起大规模的数据广播风暴。因此，设计一种基于区域的地址刷新方案来减少数据广播风暴的影响，对提升以太环网的性能是非常有意义的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种以太环网的区域地址刷新方法，避免在以太环网的拓扑发生变化时所有的节点全部刷新地址转发表，提高网络性能。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下解决方案：

一种以太环网的区域地址刷新方法，包括：

在所述以太环网的拓扑发生变化时，拥有新的阻塞端口的节点沿其完好端口向外周期性地发送带有地址刷新信息的协议报文，并刷新本地的地址转发表中与阻塞端口关联的目的MAC地址，同时将该协议报文中的{NODE_ID，BPR}记录在所述拥有新的阻塞端口的节点的另一没有阻塞的环上端口中；

在所述协议报文的传输过程中，所述拥有新的阻塞端口的节点发送的协议报文中RF字段的初始值置为0，当拥有阻塞数据报文的完好端口的节点收到所述协议报文时，该节点打开其阻塞数据报文的完好端口，将所述协议报文中RF字段的值取反后再转发出去；当其它节点收到所述协议报文时，该节点将其直接转发；

在所述协议报文的传输过程中，所述各个节点在将所述协议报文转发的同时还拷贝一份供本节点分析处理：如果本节点上接收该协议报文的端口保存的{NODE_ID，BPR}与该协议报文中的{NODE_ID，BPR}不一致，就将接收该协议报文的端口上保存的{NODE_ID，BPR}替换为协议报文中的{NODE_ID，BPR}；如果本节点的另一个环上端口保存的{NODE_ID，BPR}也与协议报文中的{NODE_ID，BPR}不一致，那么该节点根据协议报文中RF字段的值来刷新本地的地址转发表；

其中，所述RF字段用于指示节点是刷新地址转发表中接收协议报文的端口关联的目的MAC地址还是刷新另一个环上端口关联的目的MAC地址；所述NODE_ID用于表示拥有新的阻塞端口的节点号；所述BPR表示节点号为NODE_ID的节点的相邻两链路的阻塞状态。

上述方法中，所述节点根据协议报文中RF字段的值来刷新本地的地址转发表的方法为：如果协议报文中的RF字段是0，该节点刷新本地的地址转发表中接收该协议报文的端口关联的目的MAC地址；如果RF字段是1，该节点刷新本地的地址转发表中与非接收该协议报文的另一个环上端口关联的目的MAC地址。

上述方法中，所述协议报文中的MAC地址为01-19-A7-00-00-00或[01-19-A7-00-00-F0，01-19-A7-00-00-FF]的MAC地址中的任一个。

上述方法还包括：所述拥有阻塞数据报文转发的完好的环上端口的节点若是首次收到所述协议报文，则在将该协议报文转发的同时启动定时器，待该定时器超时后，该节点不再更改之后所接收到的协议报文中RF字段的值，直接将其转发。

上述方法中，所述定时器的最大时长设置在[10ms，50ms]区间内。

本发明具有以下有益效果：

采用本发明，可以减少以太环网上由于链路倒换刷新地址而引起的数据广播风暴，大大提高了网络性能。

附图说明

图1为以太多环网的拓扑图；

图2a为以太多环网中链路完好时的通信路径拓扑图；

图2b为以太多环网中链路故障时的通信路径拓扑图；

图3为以太多环网组网示意图；

图4a为无故障情况下子网B0和E0之间的通信路径示意图；

图4b为故障情况下子网B0和E0之间的通信路径示意图；

图5为本发明的方法流程图；

图6a、6b为本发明的实例一的示意图；

图7a、7b为本发明的实例二的示意图。

具体实施方式

本发明的核心思想为：若以太环网的拓扑发生变化，环网上会出现新的阻塞端口，这些端口和这次拓扑发生变化之前以太环网的阻塞端口将环网划分为多个区域，这些区域上的节点仅仅刷新在以太环网的拓扑发生变化之前学习其它区域的节点或用户的MAC地址的端口关联的MAC地址。具体实现方法为：

1)新的阻塞端口(即，由打开变为阻塞)的节点沿完好端口向外周期性地发送带有地址刷新信息的协议报文(RF字段值为0)，并刷新本地的地址转发表中与阻塞端口关联的MAC地址，同时将所发送协议报文中的{NODE_ID，BPR}记录在另一个没有阻塞的环上端口中。协议报文的MAC地址是特殊的组播地址XX(XX是ITU-T G.8032为R-APS协议报文预留的01-19-A7-00-00-00或[01-19-A7-00-00-F0，01-19-A7-00-00-FF]的MAC地址中的一个)。

2)在上述协议报文的传输过程中，如果拥有阻塞数据报文的完好的环上端口的节点收到MAC地址是XX的报文，则该节点打开阻塞数据报文的完好的环上端口，截住所述协议报文，将此协议报文中的RF字段置为1，然后从另一个环上端口转发出去；同时，该节点启动RFT(Revert Flush Timer)定时器。该定时器的最大时长在[10ms，50ms]区间内。当RFT超时后，该节点对MAC地址是XX的报文不再截获，同时也不更改RF字段的值，直接将其转发。如果其它节点(不拥有阻塞数据报文的完好端口)收到上述协议报文，该节点将此协议报文直接从另一个环上完好端口转发。

在上述步骤2中还包括，在协议报文的传输过程中，各个节点在将协议报文转发出去的同时会拷贝一份供本节点分析，具体分析处理方法为：如果接收该协议报文的环上端口保存的{NODE_ID，BPR}与该协议报文中的{NODE_ID，BPR}不一致，就将接收该协议报文的端口上保存的{NODE_ID，BPR}替换为协议报文中的{NODE_ID，BPR}；如果本节点的另一个环上端口保存的{NODE_ID，BPR}也与协议报文中的{NODE_ID，BPR}不一致，那么该节点根据协议报文中RF字段的值来刷新本地的地址转发表。如果协议报文中的RF字段是0，该节点刷新本地的地址转发表中与接收该报文端口相关联的目的MAC地址；如果RF字段是1，该节点刷新本地的地址转发表中与非接收该协议报文的另一个环上端口关联的目的MAC地址。

其中，协议报文中的RF字段和{NODE_ID，BPR}的含义如下：

RF字段：用来指示节点是刷新地址转发表中接收协议报文的端口关联的目的MAC地址还是刷新另一个环上端口关联的目的MAC地址。本例中，0表示刷新地址转发表中接收协议报文的端口关联的目的MAC地址，1表示刷新地址转发表中另一个环上端口关联的目的MAC地址。

{NODE_ID，BPR}：NODE_ID是发生故障的节点号；BPR表示节点号为NODE_ID的相邻两链路的阻塞状态，0表示节点号为NODE_ID的0号环上链路阻塞，1表示节点号为NODE_ID的1号环上链路阻塞。

为了详细说明本发明的方案，进一步阐述如下(如图5所示)：

步骤501，网络拓扑发生变化，网络产生新的阻塞端口。

步骤502，新的阻塞端口相邻的节点刷新阻塞端口关联的MAC地址，并沿完好端口向外周期性地发送带有地址刷新信息并且RF的默认值为0的协议报文(协议报文的组播地址XX采用ITU-T G.8032为协议报文预留的组播地址)，并刷新与故障端口关联的MAC地址，并且将报文中的{NODE_ID，BPR}记录在另一个没有阻塞的环上端口中。

步骤503，以太环网的节点接收到协议报文，判断该节点是否含有阻塞数据报文的完好端口，如果没有，转入步骤504，否则，转入步骤505。

步骤504，该节点将收到协议报文直接从另一个完好的环上端口转发，并拷贝一份给该节点分析。然后转入步骤509。

步骤505，如果该协议报文的MAC地址是XX，转入步骤506，否则直接转发并拷贝一份给该节点分析，转入步骤509。

步骤506，判定RFT(Revert Flush Timer)定时器的状态，分3种情况处理：情况1，RFT没有启动，转入步骤507。情况2，RFT正在运行，转入步骤508。情况3，RFT超时，转入步骤509。

步骤507，启动RFT定时器，同时，该节点将RF字段修改为1，然后将修改后的协议报文发送出去，并复制一份，转入步骤509。

步骤508，该节点将RF字段修改为1，然后将修改后的协议报文发送出去，并复制一份，转入步骤509。

步骤509，如果该报文携带地址刷新信息，转入步骤510。

步骤510，如果接收该报文的环上端口保存的{NODE_ID，BPR}与该报文中的{NODE_ID，BPR}不一致，转入步骤511

步骤511，该节点将报文中的{NODE_ID，BPR}替换接收该报文的端口上保存的{NODE_ID，BPR}。

步骤512，如果非接收该报文的另一个环上端口保存的{NODE_ID，BPR}与该报文中的{NODE_ID，BPR}不一致，转入步骤513。

步骤513，如果RF=0，转入步骤514，否则转入步骤515

步骤514，该节点刷新转发表中与接收该协议报文的端口关联的目的MAC地址。

步骤515，该节点刷新转发表中与非接收该协议报文的另一个环上端口关联的目的MAC地址。

实施例一，图6a和6b是本发明在环网发生故障情况下的一个具体实施例：

如图6a所示，环网包含的节点有A、B、C、D、E和F，包含的链路有<A，B>、<B，C>、<C，D>、<D，E>、<E，F>和<F，A>链路。节点A为控制节点，与它的e端口直连链路<F，A>为环保护链路，节点A的e端口在正常情况下阻塞数据报文的转发。

如图6b所示，环网的链路<C，D>发生了故障，节点C刷新w端口关联的MAC地址，并沿e端口周期性地发送SF1报文(MAC地址是XX)，SF1报文带有地址刷新信息，并且RF字段值为0。节点D刷新e端口关联的MAC地址，并沿w端口周期性地发送SF2报文(MAC地址是XX)，SF2报文带有地址刷新信息，并且RF字段值为0。

当节点A首次收到SF1(MAC地址是XX)报文时，由于节点A含有一个阻塞数据报文的完好端口e，节点A打开e端口的数据报文的转发功能，同时启动RFT定时器，并将SF1报文中的RF字段置为1，然后转发出去。由于节点A打开e端口，节点A也能收到SF2报文，同样将SF2报文中的RF字段置为1，然后转发出去。当RFT定时器超时后，节点A不再截住SF1和SF2报文，直接转发出去，并拷贝一份给节点A分析。

环上的所有节点收到SF1报文后，如果它们的w端口保存的{NODE_ID，BPR}与报文中的{NODE_ID，BPR}不一致，将报文中的{NODE_ID，BPR}替换w端口保存的{NODE_ID，BPR}。如果报文中的{NODE_ID，BPR}与e端口保存的{NODE_ID，BPR}不一致，这些节点才开始检查RF字段，如果为0，刷新它们的w端口关联的MAC地址，否则刷新它们的e端口关联的MAC地址。

环上的所有节点收到SF2报文后，如果它们的e端口保存的{NODE_ID，BPR}与报文中的{NODE_ID，BPR}不一致，将报文中的{NODE_ID，BPR}替换e端口保存的{NODE_ID，BPR}。如果报文中的{NODE_ID，BPR}与w端口保存的{NODE_ID，BPR}不一致，这些节点才开始检查RF字段，如果为0，刷新它们的e端口关联的MAC地址，否则刷新它们的w端口关联的MAC地址。

实施例二，图7a和7b是本发明在环网故障恢复情况下的一个具体实施例：

如图7a所示，当环网的链路<C，D>的故障消失，节点C沿着它的两个完好的端口向外周期性地发送NR(NODE C)(无请求报文)报文，节点D沿着它的两个完好的端口向外周期性地发送NR(NODE D)报文，节点D收到节点C发送来NR(NODE C)报文，发现报文中的NODE C比自己的节点号大，节点D打开自身的e端口的数据报文的转发功能，并且停止发送NR(NODE D)报文。节点A收到节点C或节点D发送来的无请求报文，启动WTR定时器(Wait Timer)。

如图7b所示，当WTR定时器超时后，节点A阻塞e端口，刷新它的e端口关联的MAC地址，沿e端口周期性地向外发送NR(RB)1报文，沿w端口周期性地向外发送NR(RB)2报文，通知环上的其它节点环保护链路已经阻塞数据报文，这些报文带有地址刷新信息，并且RF字段被置为0。同时节点A将NR(RB)1报文的{NODE_ID，BPR}记录在w端口中，NR(RB)2报文的{NODE_ID，BPR}记录在e端口中。

当节点C首次收到NR(RB)2(MAC地址是XX)报文时，由于节点C含有一个阻塞数据报文的完好端口w，节点C打开w端口的数据报文的转发功能，同时启动RFT定时器，并将NR(RB)2报文中的RF字段置为1，然后转发出去。由于节点C打开w端口，节点C也能收到NR(RB)1报文，同样将NR(RB)1报文中的RF字段置为1，然后转发出去。当RFT定时器超时后，节点C不再截住NR(RB)2和NR(RB)1报文，直接转发出去，并拷贝一份给节点C分析。

环上的所有节点收到NR(RB)1报文后，如果它们的w端口保存的{NODE_ID，BPR}与报文中的{NODE_ID，BPR}不一致，将报文中的{NODE_ID，BPR}替换w端口保存的{NODE_ID，BPR}。如果报文中的{NODE_ID，BPR}与e端口保存的{NODE_ID，BPR}不一致，这些节点才开始检查RF字段，如果为0，刷新它们的w端口关联的MAC地址，否则刷新它们的e端口关联的MAC地址。

环上的所有节点收到NR(RB)2报文后，如果它们的e端口保存的{NODE_ID，BPR}与报文中的{NODE_ID，BPR}不一致，将报文中的{NODE_ID，BPR}替换e端口保存的{NODE_ID，BPR}。如果报文中的{NODE_ID，BPR}与w端口保存的{NODE_ID，BPR}不一致，这些节点才开始检查RF字段，如果为0，刷新它们的e端口关联的MAC地址，否则刷新它们的w端口关联的MAC地址。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种以太环网的区域地址刷新方法，其特征在于，该方法包括：

在所述以太环网的拓扑发生变化时，拥有新的阻塞端口的节点沿其完好端口向外周期性地发送带有地址刷新信息的协议报文，并刷新本地的地址转发表中与阻塞端口关联的目的MAC地址，同时将该协议报文中的｛NODE_ID，BPR｝记录在所述拥有新的阻塞端口的节点的另一没有阻塞的环上端口中；

在所述协议报文的传输过程中，所述拥有新的阻塞端口的节点发送的协议报文中RF字段的初始值置为0，当拥有阻塞数据报文的完好端口的节点收到所述协议报文时，该节点打开其阻塞数据报文的完好端口，将所述协议报文中RF字段的值取反后再转发出去；当其它节点收到所述协议报文时，该节点将其直接转发；

在所述协议报文的传输过程中，所述各个节点在将所述协议报文转发的同时还拷贝一份供本节点分析处理：如果本节点上接收该协议报文的端口保存的｛NODE_ID，BPR｝与该协议报文中的｛NODE_ID，BPR｝不一致，就将接收该协议报文的端口上保存的｛NODE_ID，BPR｝替换为协议报文中的｛NODE_ID，BPR｝；如果本节点的另一个环上端口保存的｛NODE_ID，BPR｝也与协议报文中的｛NODE_ID，BPR｝不一致，那么该节点根据协议报文中RF字段的值来刷新本地的地址转发表；

所述节点根据协议报文中RF字段的值来刷新本地的地址转发表的方法为：如果协议报文中的RF字段是0，该节点刷新本地的地址转发表中接收该协议报文的端口关联的目的MAC地址；如果RF字段是1，该节点刷新本地的地址转发表中与非接收该协议报文的另一个环上端口关联的目的MAC地址；

其中，所述RF字段用于指示节点是刷新地址转发表中接收协议报文的端口关联的目的MAC地址还是刷新另一个环上端口关联的目的MAC地址；所述NODE_ID用于表示拥有新的阻塞端口的节点号；所述BPR表示节点号为NODE_ID的节点的相邻两链路的阻塞状态。

2.如权利要求1所述的以太环网的区域地址刷新方法，其特征在于，所述协议报文中的MAC地址为01-19-A7-00-00-00或［01-19-A7-00-00-F0，01-19-A7-00-00-FF］的MAC地址中的任一个。

3.如权利要求1所述的以太环网的区域地址刷新方法，其特征在于，所述方法还包括：所述拥有阻塞数据报文转发的完好的环上端口的节点若是首次收到所述协议报文，则在将该协议报文转发的同时启动定时器，待该定时器超时后，该节点不再更改之后所接收到的协议报文中RF字段的值，直接将其转发。

4.如权利要求3所述的以太环网的区域地址刷新方法，其特征在于，所述定时器的最大时长设置在［10ms，50ms］区间内。