CN101873244A - 一种多环路自动保护的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及计算机网络通讯领域，特别是指一种多环路自动保护的方法，它是一种多环路自动保护协议MRPP。MRPP是一个用于以太网环路保护的链路层协议，它在以太网环完整时能够防止数据环路引起的广播风暴，而当以太网环上出现链路故障时能迅速恢复环网的通信通路。本发明通过阻断冗余链路，将环型网络拓扑结构从逻辑上变成一个非环型网络。同时，在端口启用OAM功能，主动检测链路状态，以实现链路故障的快速识别。本发明具有以下优点：1、专用于以太网环型拓扑环境，这样它的配置就更为简单；2、收敛速度快，可达到50毫秒以内的收敛速度；3、收敛速度与环网节点数无关；4、使用OAM功能主动检测链路状态，快速识别链路故障。

Description

一种多环路自动保护的方法
技术领域
本发明涉及计算机网络通讯领域，具体是指一种多环路自动保护的方法。
背景技术
在城域网和企业网构建时，大多采用环网拓扑结构，以提供物理链路备份。这样，当环上的任意一个节点或链路发生故障时，可利用备份链路替代故障链路，网络流量由备份链路传输，保证数据通信不受影响。但是，环状拓扑也会带来诸如广播风暴、重复帧和MAC地址表不稳定等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服背景技术中的不足而提供一种多环路自动保护的方法，它是一种多环路自动保护协议MRPP(Multi-layer ring protectionprotocol)。本发明通过阻断冗余链路，将环型网络拓扑结构从逻辑上变成一个非环型网络。同时，在端口启用OAM(Operation，Administration andMaintenance操作、管理和维护)功能，主动检测链路状态，以实现链路故障的快速识别。
MRPP是一个用于以太网环路保护的链路层协议。它在以太网环完整时能够防止数据环路引起的广播风暴，而当以太网环上出现链路故障时能迅速恢复环网的通信通路。
MRPP将一个物理环型网络视作一个MRPP环，在环网内选择一个主节点，其余设备为传输节点，主节点连入环网的端口分别为主、副端口，MRPP通过协调主节点与传输节点工作，来完成环路的自动保护功能。MRPP节点间的互通使用私有协议报文，设置控制vlan使协议报文在vlan内广播。
一种多环路自动保护的方法，它实现步骤包括：
1、环网正常：
A)、当环网处于健康状态时，为去除网络上的环路，主节点阻塞自己的副端口，同时，通过主端口定期发送Hello报文；
B)、环路上的传输节点收到Hello报文，提取主节点的时钟配置参数，同时，通过硬件转发此协议报文。传输节点对数据报文进行正常的收发；
C)、主节点的副端口定时收到Hello报文，更新本地Fail定时器。通过这样的过程，主节点可获知链路处于正常状态。
在环网正常时，数据报文经过副端口会被直接丢弃，报文由环网中一个节点传输到另一个节点时，只有一条通路，不会形成环路。
2、环网故障
MRPP协议检测链路故障的方法有以下三种：
A)、由连接链路的端口检测：当传输节点的端口监测到Down事件时，它阻塞此端口，不再允许数据报文通过，同时，由另一个正常的端口向主节点发送link-down报文，通知主节点链路出现故障；
B)、使用OAM主动测试链路故障：MRPP协议端口启用OAM功能，相临节点对每条链路都使用以太网OAM中的CC帧进行监视，定期检查端口的丢包率。当端口丢包率过高时，说明链路状态极不稳定，已不能用作活动拓扑来传输数据，此时，设备主动阻塞此端口，不再允许数据报文通过，并向主节点发送link-down报文，通知主节点链路出现故障；
C)、使用定时器监测链路故障：由于Link-down报文在传输过程中可能会丢失，MRPP协议使用一个延时机制来判断链路状态。主节点启用一个Fail定时器，当副端口收到Hello报文时，定时器被更新。若定时器超期，主节点的副端口都没有按时收到Hello报文，说明链路出现故障。
当环网出现故障时，主节点立即打开自己的副端口，启用环网中的备份链路转发数据报文，同时，刷新自己的转发表，设置环网状态为Failed，在主、副端口同时发送ring-down-flush-fdb(环路故障刷新fdb)报文，通知传输节点刷新转发表。
3、环网恢复
A)、当传输节点的端口检测到链路故障恢复时，将连接链路的端口设为pre-forwarding状态，端口仍保持阻塞，不能转发数据vlan报文，但可转发Hello报文，同时启动故障恢复定时器。链路恢复后，Hello报文在网络中能正常传输，这样，主节点的副端口会收到主端口发来的Hello报文，若它在规定时间内能够连续收到两个及以上的Hello报文，则认为环网已恢复。此时，主节点阻塞它的副端口，更新转发表，并从主端口发送ring-up-flush-fdb(环路恢复刷新fdb)报文，环网上节点收到此报文后，刷新自己的转发表，同时放开阻塞的端口；
B)、若ring-up-flush-fdb(环路恢复刷新fdb)报文丢失，传输节点在故障恢复定时器超时后仍未收到ring-up-flush-fdb(环路恢复刷新fdb)报文，它会主动放开阻塞的端口，恢复流量的转发。
4、MRPP域
当主节点阻塞副端口时，网络流量都经过同一条路径传输，浪费了网络其余链路的带宽资源。为解决此问题，引入了MRPP域的概念，一个MRPP域由一组配置了相同域ID、控制VLAN和数据VLAN组的环接的节点设备组成。对于一个环状网络，可配置多个MRPP域，每个域管理自己的逻辑拓扑，为映射到它的VLAN的数据流量提供独立的发送路径，实现不同域间VLAN数据流量的分担。
本发明具有以下优点：
1、专用于以太网环型拓扑环境，这样它的配置就更为简单；
2、收敛速度快，可达到50毫秒以内的收敛速度；
3、收敛速度与环网节点数无关；
4、使用OAM功能主动检测链路状态，快速识别链路故障。
附图说明
图1：为环网处于健康状态实例图。
图2：为环网故障时Down通知状态实例图。
图3：为环网故障时刷新通知状态实例图。
图4：为环网故障恢复状态实例图。
图5：为环网内多MRPP域实例图。
图6：为本发明流程方框图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，多台交换机组成一个MRPP环，所有交换机都配置了MRPP功能。本实施例仅对物理拓扑的单环情况进行说明，多环与此相同。
交换机SWITCH A作为主节点，其端口E1/2为主端口，E1/1为副端口，其它设备为传输节点。
1)在环网处于健康状态时，SWITCH A阻塞端口E1/1，通过端口E1/2发送Hello报文，数据流量经过图1中路径传输；
2)当SWITCH E和SWITCH F间的链路出现故障时，SWITCH E和SWITCHF分别通过其端口E1/2和E1/1向SWITCH A发送link-down报文，同时，阻塞自己的连接故障链路的端口，如图2所示；
3)SWITCH A收到link-down报文，立即打开副端口E1/1，同时，刷新自己的转发表，设置环网状态为Failed，在端口E1/1和E1/2同时发送ring-down-flush-fdb(环路故障刷新fdb)报文，如图3所示；
4)传输节点收到ring-down-flush-fdb(环路故障刷新fdb)报文，刷新自己的转发表。此时，数据流量经过图2和图3中路径传输；
5)当SWITCH E和SWITCH F间的链路恢复时，SWITCH E和SWITCH F分别将端口E1/1和E1/2设为pre-forwarding状态，同时启动故障恢复定时器；
6)当SWITCH A的副端口E1/1连续收到了两个及以上的Hello报文，它认为环网已恢复。SWITCH A阻塞副端口E1/1，更新转发表，并从主端口E1/2发送ring-up-flush-fdb(环路恢复刷新fdb)报文，如图4所示；
7)SWITCH E和SWITCH F收到ring-up-flush-fdb(环路恢复刷新fdb)报文，刷新自己的转发表，同时放开阻塞的端口。数据流量经过图4中路径传输。
MRPP协议报文格式，如表1所示：
0        1        2        3        4         5
12345678 90123456 78901234 56789012 34567890 12345678
+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
|        Destination MAC Address(6 bytes)             |
+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
|        Source MAC Address(6 bytes)                  |
+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
|    EtherType    |PRI | VLAN ID    |  Frame Length   |
+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
|    DSAP/SSAP    | CONTROL|    OUI＝0x00E02B         |
+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
|     0x00bb      |  0x99  |  0x0b  |  MRPP_LENGTH    |
+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
|MRPP_VER|MRPP_TYPE|     RING_ID    |    DOMAIN_ID    |
+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
|                 |   HELLO_TIMER   |    FAIL_TIMER   |
+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
| STATE  | 0x00   |   HELLO_SEQ     |     0x0000      |
+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
|                 RESERVED(0x000000000000)            |
+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
|                 RESERVED(0x000000000000)            |
+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
|                 RESERVED(0x000000000000)            |
+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
|                 RESERVED(0x000000000000)            |
+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
|                 RESERVED(0x000000000000)            |
+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
|                 RESERVED(0x000000000000)            |
+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
|                 RESERVED(0x000000000000)            |
+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
表1 MRPP协议报文格式
a)目的MAC地址：6字节，协议报文目的MAC总是00030f000006
b)源MAC地址：6字节，协议报文的源MAC，时主节点MAC地址
c)EtherType：1字节，报文封装类型，总是0x8100
d)PRI：4比特，优先级3bits，保留1bit
e)VLAN_ID：12比特，报文所在VLAN的ID
f)DSAP/SSAP：2字节，目的服务访问点/源服务访问点，总是0xaaaa
g)CONTROL：1字节，总是0x03
h)OUI：3字节，总是0x00e02b
i)MRPP_LENGTH：2字节，RRPP协议数据单元长度，总是0x40
j)MRPP_VERS：1字节，MRPP版本信息，当前是0x0002，与版本1兼容
k)MRPP_TYPE：1字节，MRPP协议报文类型，未列出值用作保留
HEALTH＝1
RING-UP-FLUSH-FDB＝2
RING-DOWN-FLUSH-FDB＝3
LINK-DOWN＝4
l)RING_ID：2字节，报文所属MRPP环的ID
m)DOMAIN_ID：2字节，报文所属MRPP域的ID
n)HELLO_TIMER：2字节，主节点使用的Hello定时器的超时时间，单位(s)
o)FAIL_TIMER：2字节，主节点使用的Fail定时器的超时时间，单位(s)
p)STATE：1字节，当前环网状态。
IDLE＝0
COMPLETE＝1
FAILED＝2
PRE-FORWARDING＝3
q)HELLO_SEQ：2字节，Hello报文的序列号
在图1所示拓扑中，可设置多个MRPP域，实现流量分担功能。如设置MRPP域1和MRPP域2。对于MRPP域1，交换机SWITCH A作为域内主节点，其端口E1/2为主端口，E1/1为副端口，域内可传输vlan1-10的数据；对于MRPP域2，交换机SWITCH D作为域内主节点，其端口E1/1为主端口，E1/2为副端口，域内可传输vlan11-20的数据。设置所有MRPP端口为TRUNK口，可传输vlan1-20的数据流量。这样，vlan1-10的数据流量经过图中红线所示路径传输，vlan11-20的数据流量经过图中蓝线所示路径传输，如图5所示。
本发明流程方框图，如图6所示。本发明的方法步骤是：
用户通过命令行系统为设备配置MRPP功能，包括：配置MRPP端口，MRPP域，MRPP环和MRPP节点等。
若设备设置为环内主节点，它根据图6左侧流程操作：主节点的主要动作包括：
当环网正常时，它阻塞自己的副端口，定期发送Hello报文；
当通过端口检测，OAM检测或定时器检测方式发现环网故障时，它打开阻塞的副端口，刷新转发表，同时发送ring-down-flush-fdb(环路故障刷新fdb)报文；
当检测到环网恢复时，它阻塞自己的副端口，刷新转发表，同时发送ring-up-flush-fdb(环路恢复刷新fdb)报文。
若设备设置为环内传输节点，它根据图6右侧流程操作：传输节点的主要动作包括：
当环网正常时，它转发主节点发送的Hello报文；
当发现环网故障时，它马上阻塞与故障链路相连的端口，发送link-down报文给主节点，同时刷新自己的转发表；
当环网恢复时，会收到主节点发来的ring-up-flush-fdb(环路恢复刷新fdb)报文，它刷新自己的转发表，同时打开阻塞端口。

Claims (6)

1.一种多环路自动保护的方法，用户通过命令行系统为设备配置MRPP功能，它包括：配置MRPP端口，MRPP域，MRPP环和MRPP节点，其特征在于：该方法步骤包括：
A)、在环网正常时，数据报文经过副端口会被直接丢弃，报文由环网中一个节点传输到另一个节点时，只有一条通路，不会形成环路：
B)、当环网出现故障时，主节点立即打开自己的副端口，启用环网中的备份链路转发数据报文；同时，刷新自己的转发表；设置环网状态为Failed；在主、副端口同时发送ring-down-flush-fdb报文，通知传输节点刷新转发表；
C)、当传输节点的端口检测到链路故障恢复时，将连接链路的端口设为pre-forwarding状态，端口仍保持阻塞，不能转发数据vlan报文，但可转发Hello报文；同时启动故障恢复定时器；链路恢复后，Hello报文在网络中能正常传输，主节点的副端口会收到主端口发来的Hello报文；若它在规定时间内能够连续收到两个及以上的Hello报文，则认为环网已恢复；此时，主节点阻塞它的副端口，更新转发表；并从主端口发送ring-up-flush-fdb报文，环网上节点收到此报文后，刷新自己的转发表；同时放开阻塞的端口；
D)、若ring-up-flush-fdb报文丢失，传输节点在故障恢复定时器超时后仍未收到ring-up-flush-fdb，它会主动放开阻塞的端口，恢复流量的转发。
2.根据权利要求1所述的多环路自动保护的方法，其特征在于：环网正常时，该方法步骤包括：
a)、当环网处于健康状态时，为去除网络上的环路，主节点阻塞自己的副端口，同时，通过主端口定期发送Hello报文；
b)、环路上的传输节点收到Hello报文，提取主节点的时钟配置参数，同时，通过硬件转发此协议报文；传输节点对数据报文进行正常的收发；
c)、主节点的副端口定时收到Hello报文，更新本地Fail定时器；通过这样的过程，主节点可获知链路处于正常状态。
3.根据权利要求1所述的多环路自动保护的方法，其特征在于：环网
故障时，该方法步骤包括：
由连接链路的端口检测：当传输节点的端口监测到Down事件时，它阻塞此端口，不再允许数据报文通过；同时，由另一个正常的端口向主节点发送link-down报文，通知主节点链路出现故障。
4.根据权利要求1所述的多环路自动保护的方法，其特征在于：环网故障时，该方法步骤包括：
使用OAM主动测试链路故障：MRPP协议端口启用OAM功能；相临节点对每条链路都使用以太网OAM中的CC帧进行监视，定期检查端口的丢包率；当端口丢包率过高时，说明链路状态极不稳定，已不能用作活动拓扑来传输数据；此时，设备主动阻塞此端口，不再允许数据报文通过；并向主节点发送link-down报文，通知主节点链路出现故障。
5.根据权利要求1所述的多环路自动保护的方法，其特征在于：环网故障时，该方法步骤包括：
使用定时器监测链路故障：由于Link-down报文在传输过程中可能会丢失，MRPP协议使用一个延时机制来判断链路状态；主节点启用一个Fail定时器，当副端口收到Hello报文时，定时器被更新；若定时器超期，主节点的副端口都没有按时收到Hello报文，说明链路出现故障。
6.根据权利要求1所述的多环路自动保护的方法，其特征在于：环网正常时，该方法步骤包括：
当主节点阻塞副端口时，网络流量都经过同一条路径传输，浪费了网络其余链路的带宽资源，此时引入MRPP域：一个MRPP域由一组配置了相同域ID、控制VLAN和数据VLAN组的环接的节点设备组成；对于一个环状网络，可配置多个MRPP域，每个域管理自己的逻辑拓扑，为映射到它的VLAN的数据流量提供独立的发送路径，实现不同域间VLAN数据流量的分担。
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