CN102075438B - 单播数据帧传输方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单播数据帧传输方法及装置，上述方法包括：对单播数据帧进行TRILL封装，在TRILL头中添加路径映射信息和/或路径映射策略，并传输封装后的单播数据帧；在传输过程中，解析TRILL头，根据路径映射信息通过第一预定算法完成转发路径映射，或者直接根据路径映射策略完成转发路径映射；使用映射后获取的转发路径封装并转发上述单播数据帧。通过本发明提供的技术方案，解决了带宽浪费及报文乱序甚至重传的问题，进而达到了可以在多条路径之间映射转发路径和分担网络负荷，提高网络带宽利用率的效果。

Description

单播数据帧传输方法及装置
技术领域
本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种单播数据帧传输方法及装置。
背景技术
TRILL(TransparentInterconnectionoverLotsofLinks，多链接透明互连)是IETF(互联网工程任务组)推荐的连接层(L2)网络标准，用于解决大型数据中心中STP(SpanningTreeprotocol，生成树协议)的不足。在L2网络中，STP通过阻塞冗余链路来避免环路，但同时也造成了冗余链路带宽的浪费(被阻塞)。TRILL通过将IS-IS(IntermediateSystemtoIntermediateSystem)路由协议引入L2网络，解决了L2环路问题，同时保留了L2多路径(或称为ECMP，EquivalentCostMultiplePath，等代价多路径)。
在TRILL网络中，运行TRILL协议的设备称为路由网桥(RBridge)。在TRILL网络的入口，负责将端系统(EndSystem)的单播数据帧封装成TRILL格式(即在原始数据帧前面添加TRILL头和外部帧头，封装后的数据帧称为TRILL数据帧)并注入TRILL网络的路由网桥称为Ingress；而在TRILL网络的出口，负责将TRILL数据帧解封为原始数据帧并转发给端系统的路由网桥称为Egress。除了Ingress和Egress外，其他路由网桥负责将TRILL单播数据帧从Ingress一跳一跳地传送到Egress，称为传输路由网桥。
在TRILL网络中，通过交换拓扑信息路由网桥可以学习到域内L2网络拓扑结构，并计算出到达任何路由网桥的L2路径，其中也包括到达同一个路由网桥的多条等代价路径(即ECMP路径)。多路径提高了网络的冗余度和可靠性，也为网络带宽利用率的提高奠定了基础。但TRILL协议并没有给出传输路由网桥应该如何在多条路径中选择转发路径。而对现有的其他L2转发技术来说，因为不存在同一VLAN(VirtualLocalAreaNetwork，虚拟局域网)内的多路径，也就不存如何在多路径之间选择路径的问题。
按照TRILL协议，传输路由网桥收到TRILL单播数据帧后，会去掉外部帧头并解析TRILL头获取Egress信息，然后根据Egress查找ECMP转发表，获取转发路径上的下一个路由网桥，重新封装外部帧头后转发给下一个路由网桥。即传输路由网桥只根据TRILL头中的Egress信息查找ECMP转发路径，难以在多路径之间实现负载分担。
如图1所示的网络，A，B，...，E是路由网桥，H1，H2，...，H7为端系统，N1，N2和N3为以太网，Net1和Net2分别为TRILL网络中的某些子网集合。假设H1向H6发送单播数据帧，H3向H7发送单播数据帧，这两种数据帧到达A后，A会对它们进行TRILL封装(其中Egress为E)，然后将封装后的数据帧转发给B。作为传输路由网桥，B收到这些TRILL数据帧后会解析TRILL头，获悉Egress为E，查找ECMP转发表获取到达E的转发路径。在遇到两条可用转发路径，又没有其他辅助信息的情况下，B对这些报文的转发方式共有三种：1、将这些数据帧转发给C；2、将这些数据帧转发给D；3、或者将一部分数据帧C，另一部分转发给D。前两种情况会闲置另一条可用路径，造成带宽浪费；第三中情况，可能会引起报文乱序甚至重传。比如H1发送的前一批数据帧经过C-＞Net1-＞E到达H6，而后续的一批数据帧经过D-＞Net2-＞E到达H6。在Net2的网络延迟时间大于Net1的情况下，后面的数据帧先达到H6的情况，造成报文乱序甚至重传(Net2和Net1之间网络延迟时间之差足够大，先达到的报文会被丢弃并引起重传)。数据中心业务量庞大，频繁的乱序和重传会严重影响网络质量。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种单播数据帧传输方法及装置，以至少解决上述问题之一。
根据本发明的一个方面，提供了一种单播数据帧传输方法，包括：对单播数据帧进行TRILL封装，在TRILL头中添加路径映射信息和/或路径映射策略，并传输封装后的单播数据帧；在传输过程中，解析TRILL头，根据路径映射信息通过第一预定算法完成转发路径映射，或者直接根据路径映射策略完成转发路径映射；使用映射后获取的转发路径封装并转发上述单播数据帧。
根据本发明的另一方面，提供了一种单播数据帧传输装置，包括：封装传输模块，用于对单播数据帧进行多链接透明互连TRILL封装，在TRILL头中添加路径映射信息和/或路径映射策略，并传输封装后的单播数据帧；TRILL解析模块，用于在传输过程中，解析TRILL头，根据路径映射信息通过第一预定算法完成转发路径映射，或者直接根据路径映射策略完成转发路径映射；封装转发模块，用于使用映射后获取的转发路径封装并转发单播数据帧。
通过本发明，采用在TRILL头中添加路径映射信息和/或路径映射策略，并相应的增强传输路由网桥对单播TRILL数据帧解析流程的方案，解决了带宽浪费及报文乱序甚至重传的问题，进而达到了可以在多条路径之间映射转发路径和分担网络负荷，提高网络带宽利用率的效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是TRILL网络中多路径拓扑结构示意图；
图2是根据本发明实施例的单播数据帧传输方法的流程图；
图3是根据本发明实施例的TRILL头封装格式示意图；
图4是根据本发明优选实施例的单播数据帧传输方法的流程图；
图5是根据本发明实例的单播数据帧在Ingress上的转发路径处理流程图；
图6是根据本发明实例的单播数据帧在传输路由网桥上的路径映射流程图；
图7是根据本发明实施例的单播数据帧传输装置的流程图；
图8是根据本发明优选实施例的单播数据帧传输装置的流程图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
图2是根据本发明实施例的单播数据帧传输方法的流程图。如图2所示，根据本发明实施例的单播数据帧传输方法包括：
步骤S202，对单播数据帧进行TRILL封装，在TRILL头中添加路径映射信息和/或路径映射策略，并传输封装后的单播数据帧；
步骤S204，在传输过程中，解析TRILL头，根据路径映射信息通过第一预定算法完成转发路径映射，或者直接根据路径映射策略完成转发路径映射；
步骤S206，使用映射后获取的转发路径封装并转发上述单播数据帧。
上述方法通过在TRILL头的中添加路径映射信息和/或路径映射策略，并相应的增强了传输路由网桥对单播TRILL数据帧(即TRILL封装后的单播数据帧)解析流程，解决了由于转发路径不确定所造成的带宽浪费及报文乱序甚至重传的问题，实现了在多条路径之间映射转发路径和分担网络负荷，提高了网络带宽利用率的效果。在具体实施过程中，可以根据具体需要选择是使用路径映射信息配合相应算法来完成映射，还是直接根据路径映射策略来完成映射。
优选地，如图3所示，上述路径映射信息和/或路径映射策略可以添加在TRILL头的options字段中，以TLV(TLV是一种编码方式，TLV分别代表Type、Length、Value，即类型、长度、值)格式封装为具有非必遵(no-critical，或者说非强制性)属性的逐跳选项。
出于扩展性的考虑，本发明中优先将上述路径映射信息和/或路径映射策略添加在TRILL头的options字段中，以TLV格式封装为具有非必遵属性的逐跳选项。
优选地，上述路径映射信息可以包括以下至少之一：单播数据帧的目的MAC、单播数据帧的源MAC、使用特定算法对单播数据帧的目的MAC和/或所述单播数据帧的源MAC进行运算后获取的数值、接收单播数据帧的端口标识(PortID)、流标识(FlowID)；上述第一预定算法可以包括：使用路径数对上述路径映射信息取模。
在具体实施过程中，可以根据实际需要，对路径映射信息及第一预定算法进行扩展，以达到不同的目的。
优选地，如图4所示，在步骤S204中，在解析TRILL头之后，如果没有发现路径映射信息和/或路径映射策略，则可以进行以下处理：
步骤S208，继续解析内部帧头，获取路径映射关键信息；
步骤S210，根据TRILL头中的Egress信息查询ECMP转发表，获取到达该Egress的所有可用路径；
步骤S212，通过第二预定算法将上述路径映射关键信息映射到一条可用的路径上；
最后转到步骤S206，使用映射后获取的转发路径封装并转发上述单播数据帧。
上述步骤进一步增强了对TRILL数据帧的解析流程，当在TRILL头中没有发现路径映射信息和/或路径映射策略时，就进一步解析内部帧头，获取路径映射关键信息，完成路径映射，再次增强了传输的可靠性。
需要说明的是根据路径映射信息通过第一预定算法完成转发路径映射过程跟上述过程很相似，区别在于上述过程中是根据路径映射关键信息通过第二预定算法完成的转发路径映射。
优选地，上述路径映射关键信息可以包括以下至少之一：内层源MAC、内层目的MAC、VLAN信息、接收接口PortID；上述第二预定算法可以包括：对内层MAC地址进行哈希(Hash，也称为散列)，并使用路径数对哈希结果取模。
同样的，在具体实施过程中，上述路径映射关键信息及第二预定算法也可以根据实际需要进行扩展。
优选地，如图4所示，步骤S210之后还可以进一步包括：
步骤S214，按照预订规则对上述所有可用路径进行排序，上述预定规则可以包括：按照下一跳MAC地址的递增或递减顺序。
在映射前先对所有可用路径进行整理，根据不同的规则对所有可用路径进行排序，可以大大提高映射的效率，更快的找到所需的路径。而排序规则的制定可以根据实际情况灵活的进行改变。
下面结合实例及图5、图6对上述优选实施例进行详细说明。
本实例中采用使用路径映射信息配合相应算法来完成映射的方案，主要对单播数据帧进行了以下处理：
(1)接收并解析单播数据帧，接收到数据帧后，对数据帧进行解析，对于TRILL单播数据帧，提取Egress信息和路径映射信息(包括从TRILL头的options字段或内层帧头中提取)，对于原始数据帧，提取目的MAC和VLAN信息。
(2)查找ECMP转发表获取转发路径，根据Egress信息或内层帧头的目的MAC和VLAN信息，查找ECMP转发表或MAC表，获取可以到达目的地的所有转发路径。
(3)进行路径映射，利用处理(1)中提取的路径映射信息，完成对处理(2)中获取的转发路径的映射，从中选定一条转发路径。
(4)封装并转发数据帧，利用处理(3)中选取的那条转发路径，完成对处理(1)中接收到的数据帧的封装，然后按选定的转发路径转发数据帧。
具体来说，如图5所示，Ingress对原始数据帧的处理流程主要包括：
步骤S502，接收单播原始数据帧，接收到单播数据帧后，路由网桥对数据帧进行必要的合法性检查，丢弃非法数据帧，进一步处理合法数据帧。
步骤S504，获取帧头信息，解析步骤S502中接收到的合法数据帧，获取帧头中的信息(比如，目的MAC、源MAC、VLAN等)或接收接口的PortID或数据帧所属的数据流的FlowID等可用于路径映射的信息(即路径映射信息)。
步骤S506，查询L2转发表获取转发路径，利用步骤S504中的目的MAC和VLAN信息(或FlowID和VLAN等信息)，查询ECMP转发表，获取所有可用的转发路径。
步骤S508，进行路径映射，利用步骤S504中获取的路径映射信息，采用第一预定算法(比如，对目的MAC哈希后，用可用路径数目对哈希值取模)对可用的转发路径进行映射，选定一条转发路径。
步骤S510，判断是否支持路径映射功能，查询设备功能信息，确定本地(Ingress)是否支持options方式的路径映射功能，如果支持继续步骤S512，否则转至步骤S514。
步骤S512，在TRILL头中添加路径映射信息，按照TLV格式，在TRILL头的options字段增加非强制性(no-critical，即非必遵)的一个或多个逐跳(hop-by-hop)选项，选项中包含步骤S504中的部分(或全部)路径映射信息。
步骤S514，完成TRILL封装和数据帧转发，用步骤S508中选定的转发路径完成原始数据帧的TRILL封装，并按选定的转发路径转发数据帧。
如图6所示，传输路由网桥对单播数据帧的处理流程主要包括：
步骤S602，接收并解析单播TRILL数据帧，接收到TRILL数据帧后，对数据帧进行解析，提取Egress信息和路径映射信息。
步骤S604，查找ECMP转发表获取转发路径，根据Egress信息或内层帧头的目的MAC和VLAN信息，查找ECMP转发表，获取可以到达目的地的所有转发路径。
步骤S606，检查TRILL头的选项域，遍历选项域，获取路径映射相关的选项。
步骤S608，判断是否包含本地支持的路径映射信息，如果包含，继续步骤S610，否则转至步骤S612。
步骤S610，根据TRILL头中指定的信息映射路径，利用TRILL头中指定的某个本地支持的路径映射选项，对步骤S604中的路径进行映射，获取一条转发路径，转至步骤S614。
步骤S612，根据原始帧头信息映射路径，解析原始帧的帧头信息，利用帧头中的信息(比如，目的MAC地址或源MAC地址或VLAN信息)，采用预先定义的映射算法(比如，对目的MAC哈希后，用可用路径数目对哈希值取模)对步骤S604获取的转发路径进行映射，选定一条转发路径。
以背景技术中所举的例子为例，当H6的MAC地址和H7的MAC地址分别做哈希后，只要两者的哈希结果具有不同的奇偶性，B就会将发往H6的播数据帧发送到C(或D)，而将发往H7的数据帧发送到D(或C)，从而实现多路径间的负荷分担。
步骤S614，根据映射的路径完成报文封装与转发，根据路径映射选定的转发路径，完成对TRILL数据帧的重新封装，并按选定的转发路径转发数据帧。
图7是根据本发明实施例的单播数据帧传输装置的流程图。如图7所示，根据本发明实施例的单播数据帧传输装置包括：
封装传输模块702，用于对单播数据帧进行多链接透明互连TRILL封装，在TRILL头中添加路径映射信息和/或路径映射策略，并传输封装后的单播数据帧(即TRILL数据帧)；
TRILL解析模块704，与封装传输模块702相连，用于在传输过程中，解析TRILL头，根据路径映射信息通过第一预定算法完成转发路径映射，或者直接根据路径映射策略完成转发路径映射；
封装转发模块706，与TRILL解析模块704相连，用于使用映射后获取的转发路径封装并转发单播数据帧。
上述装置设置于路由网桥中，在进行单播数据帧传输时，会在TRILL头的中添加路径映射信息和/或路径映射策略，并在传输过程中相应的使用增强了的解析流程对单播TRILL数据帧进行解析，从而解决了由于转发路径不确定所造成的带宽浪费及报文乱序甚至重传的问题，实现了在多条路径之间映射转发路径和分担网络负荷，提高了网络带宽利用率的效果。
优选地，封装传输模块702，还用于将路径映射信息和/或路径映射策略添加在TRILL头的options字段中，并以TLV格式封装为具有非必遵属性的逐跳选项。
出于扩展性的考虑，封装传输模块702会将上述路径映射信息和/或路径映射策略添加在TRILL头的options字段中，以TLV格式封装为具有非必遵属性的逐跳选项。
优选地，上述路径映射信息可以包括以下至少之一：单播数据帧的目的MAC、单播数据帧的源MAC、使用特定算法对单播数据帧的目的MAC和/或所述单播数据帧的源MAC进行运算后获取的数值、接收单播数据帧的端口标识(PortID)、流标识(FlowID)；上述第一预定算法可以包括：使用路径数对上述路径映射信息取模。
在具体实施过程中，可以根据实际需要，对路径映射信息及第一预定算法进行扩展，以达到不同的目的。
优选地，根据本发明实施例的单播数据帧传输装置还可以进一步包括：
内部解析模块708，TRILL解析模块704相连，用于在解析TRILL头之后，没有所述路径映射信息及路径映射策略时，继续解析内部帧头，获取路径映射关键信息；
路径获取模块710，与内部解析模块708相连，用于根据TRILL头中的Egress信息查询ECMP转发表，获取到达该Egress的所有可用路径；
路径映射模块712，与路径获取模块710相连，用于通过第二预定算法将路径映射关键信息映射到一条可用的路径上。
上述模块，可以在在TRILL头中没有发现路径映射信息和/或路径映射策略时，通过进一步解析内部帧头，获取路径映射关键信息，来完成路径映射，进一步增强了传输的可靠性。
需要说明的是，TRILL解析模块704在完成路径映射时，所起的功能与上述模块的很相近，区别仅在于路径映射信息和路径映射关键信息的不同，第一预定算法和第二预定算法的不同，当然，第一预定算法和第二预定算法也可能是同一个算法。
优选地，上述路径映射关键信息可以包括以下至少之一：内层源MAC、内层目的MAC、VLAN信息、接收接口PortID；上述第二预定算法可以包括：对内层MAC地址进行哈希，并使用路径数对哈希结果取模。
同样的，在具体实施过程中，上述路径映射关键信息及第二预定算法也可以根据实际需要进行扩展。
优选地，根据本发明实施例的单播数据帧传输装置还可以进一步包括：
路径排序模块714，与路径获取模块710相连，用于按照预订规则对所有可用路径进行排序，其中，预订规则可以包括：按照下一跳MAC地址的递增或递减顺序。
路径映射模块712在进行路径映射前，可以使用路径排序模块714先对所有可用路径进行整理，根据不同的规则对所有可用路径进行排序，这样可以大大提高路径映射模块712完成映射的效率，更快的找到所需的路径。而排序规则的制定可以根据实际情况灵活的进行改变。
从以上的描述中，可以看出，本发明通过增强传输路由网桥对单播TRILL数据帧解析流程和/或在TRILL头的options字段中添加路径映射信息(或/和策略)的方式，提出了在TRILL网络中解决ECMP多路径之间的路径选择和负荷分担的方法。与现有的L2路径选择技术相比，本发明具有如下优点：1)实现了ECMP多条路径之间的负荷分担；2)实现多路径负荷分担的同时尽量避免了报文乱序、丢报和重传等问题；3)扩展性好，通过在options字段中加入不同的路径映射信息和策略，可以实现不同的路径映射方式和负载分担粒度，比如通过加入FlowID，可将不同的流映射到不同的路径上。此外，本发明中的增强传输路由网桥解析单播TRILL数据帧的流程，只需要路由网桥本地实施，不涉及其他路由网桥，不需要修改TRILL协议，与标准的TRILL协议完全兼容。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单播数据帧传输方法，其特征在于，包括：
对所述单播数据帧进行多链接透明互连TRILL封装，在TRILL头中添加路径映射信息和/或路径映射策略，并传输封装后的所述单播数据帧；
在传输过程中，解析所述TRILL头，根据所述路径映射信息通过第一预定算法完成转发路径映射，或者直接根据所述路径映射策略完成转发路径映射；使用映射后获取的转发路径封装并转发所述单播数据帧；
在解析所述TRILL头之后，如果没有发现所述路径映射信息和/或所述路径映射策略，则继续解析内部帧头，获取路径映射关键信息；根据所述TRILL头中的Egress信息查询等代价多路径ECMP转发表，获取到达该Egress的所有可用路径；通过第二预定算法将所述路径映射关键信息映射到一条可用的路径上；使用映射后获取的转发路径封装并转发所述单播数据帧。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述路径映射信息和/或所述路径映射策略添加在所述在TRILL头的options字段中，以TLV格式封装为具有非必遵属性的逐跳选项。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述路径映射信息包括以下至少之一：所述单播数据帧的目的MAC、所述单播数据帧的源MAC、使用特定算法对所述单播数据帧的目的MAC和/或所述单播数据帧的源MAC进行运算后获取的数值、接收所述单播数据帧的端口标识PortID、流标识FlowID；
所述第一预定算法包括：使用路径数对所述路径映射信息取模。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述路径映射关键信息包括以下至少之一：内层源MAC、内层目的MAC、虚拟局域网VLAN信息、接收接口PortID；
所述第二预定算法包括：对内层MAC地址进行哈希Hash，并使用路径数对哈希结果取模。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述根据所述TRILL头中的Egress信息查询ECMP转发表，获取到达该Egress的所有可用路径之后，还包括：
按照预订规则对所述所有可用路径进行排序，其中，所述预订规则包括：按照下一跳MAC地址的递增或递减顺序。
6.一种单播数据帧传输装置，其特征在于，包括：
封装传输模块，用于对所述单播数据帧进行多链接透明互连TRILL封装，在TRILL头中添加路径映射信息和/或路径映射策略，并传输封装后的所述单播数据帧；
TRILL解析模块，用于在传输过程中，解析所述TRILL头，根据所述路径映射信息通过第一预定算法完成转发路径映射，或者直接根据所述路径映射策略完成转发路径映射；
封装转发模块，用于使用映射后获取的转发路径封装并转发所述单播数据帧；
内部解析模块，用于在解析所述TRILL头之后，没有发现所述路径映射信息及所述路径映射策略时，继续解析内部帧头，获取路径映射关键信息：
路径获取模块，用于根据所述TRILL头中的Egress信息查询等代价多路径ECMP转发表，获取到达该Egress的所有可用路径；
路径映射模块，用于通过第二预定算法将所述路径映射关键信息映射到一条可用的路径上。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述封装传输模块，还用于将所述路径映射信息和/或所述路径映射策略添加在所述在TRILL头的options字段中，并以TLV格式封装为具有非必遵属性的逐跳选项。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，
所述路径映射信息包括以下至少之一：所述单播数据帧的目的MAC、所述单播数据帧的源MAC、使用特定算法对所述单播数据帧的目的MAC和/或所述单播数据帧的源MAC进行运算后获取的数值、接收所述单播数据帧的端口标识PortID、流标识FlowID；
所述第一预定算法包括：使用路径数对所述路径映射信息取模。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述路径映射关键信息包括以下至少之一：内层源MAC、内层目的MAC、虚拟局域网VLAN信息、接收接口PortID；
所述第二预定算法包括：对内层MAC地址进行哈希Hash，并使用路径数对哈希结果取模。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括：
路径排序模块，用于按照预订规则对所述所有可用路径进行排序，其中，所述预订规则包括：按照下一跳MAC地址的递增或递减顺序。
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