CN102111341B

CN102111341B - 构造交换网络生成树的方法和装置

Info

Publication number: CN102111341B
Application number: CN2011100802140A
Authority: CN
Inventors: 周万
Original assignee: Hangzhou H3C Technologies Co Ltd
Current assignee: New H3C Technologies Co Ltd
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2031-03-31
Also published as: CN102111341A

Abstract

本发明提出构造交换网络生成树的方法和装置，其中方法包括：控制器接收各域内网桥通过控制通道传递的拓扑信息和物理状态信息，根据所述信息进行快速生成树协议(RSTP)计算，通过控制通道将计算结果发给各域内网桥；其中，所述域内网桥为不具有进行RSTP协议计算能力的网桥。本发明能够提高网络部署能力，并加快收敛速度。

Description

构造交换网络生成树的方法和装置

技术领域

本发明涉及快速生成树协议(RSTP，Rapid Spanning Tree Protocol)技术领域，尤其涉及构造交换网络生成树的方法和装置。

背景技术

RSTP协议的最主要的应用是为了避免局域网中的网络环路，解决成环网络的广播风暴问题。RSTP协议中定义了根桥(Root Bridge)、根端口(Root Port)、指定端口(Designated Port)、可选端口(Alternate Port)、备份端口(Backup Port)、路径开销(Path Cost)等概念，目的在于将所有网桥(即网络中的设备)构造成一棵生成树，从而达到裁剪冗余环路的目的。要实现这些功能，网桥之间必须要进行一些信息的交流，相互之间发送RSTP消息。

下面简单介绍RSTP协议的工作过程。

首先进行根桥的选举，在网络中选举优先级最高的网桥为根桥，根桥是生成树的根。根桥的所有端口都是指定端口，指定端口进入转发状态；指定端口负责向下游转发数据。接下来，其他网桥各自选择一条路径开销最小的路径作为到根桥的路径，相应端口的角色就成为根端口；对于其他端口，如果该端口的对端桥到根桥的路径开销大于本网桥到根桥的路径开销，则该端口为指定端口，否则为可选端口。可选端口提供了一条到根桥的备份链路。如果一个网桥的两个端口之间存在连接，则根据端口的编号进行选择，将其中一个端口设置为指定端口，另一个端口设置为备份端口。根端口和指定端口的状态为转发状态，可选端口和备份端口的状态为阻塞状态。通过上述过程，就构造出一棵生成树，避免了网络环路。

从以上对于RSTP协议的介绍可以看出，现有的构造生成树的方法需要在每台网络设备上运行多个RSTP实例，这对网络设备的CPU及内存性能要求很高；然而，网络设备CPU及内存性能又非常有限，因此会影响网络的组网部署能力。并且，由于每个网络设备之间都要交互RSTP报文，这使得网络收敛速度慢。

发明内容

本发明提供了一种构造交换网络生成树的方法，能够提高网络部署能力，并加快收敛速度。

本发明还提供了一种构造交换网络生成树的控制器和域内网桥，能够提高网络部署能力，并加快收敛速度。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种构造交换网络生成树的方法，该方法应用于包括控制器和多个域内网桥的二层交换网络，包括：

控制器接收各域内网桥通过控制通道传递的拓扑信息和物理状态信息，所述控制器根据所述拓扑信息和物理状态信息按照下述步骤进行RSTP计算：

A、计算出域内网络的根桥；

B、在域内以根桥为中心计算最短路径优先(SPF)树；

C、对于各域内网桥的每个域内端口，分别计算各域内端口的端口角色，所述端口角色包括根端口、指定端口、可选端口和备份端口；

所述控制器通过控制通道将计算结果发给各域内网桥：对于计算结果为可选端口和备份端口的，控制器通知对应的域内网桥将所述域内端口迁移到阻塞状态；对于计算结果为根端口和指定端口的，控制器通知对应的域内网桥将对应的域内端口迁移到转发状态；

其中，所述域内网桥为不具有进行RSTP协议计算能力的网桥，所述域内端口为对端连接域内网桥的端口。

一种控制器，应用于包括控制器和多个域内网桥的二层交换网络，包括：

信息接收模块，用于接收各域内网桥通过控制通道传递的拓扑信息和物理状态信息；

计算模块，用于根据信息接收模块接收的信息进行RSTP协议计算，包括：计算出域内网络的根桥；在域内以根桥为中心计算SPF树；对于各域内网桥的每个域内端口，分别计算各域内端口的端口角色，所述端口角色包括根端口、指定端口、可选端口和备份端口；

迁移控制模块，用于通过控制通道将所述计算模块的计算结果发送给各域内网桥：对于计算结果为可选端口和备份端口的，通知对应的域内网桥将所述域内端口迁移到阻塞状态；对于计算结果为根端口和指定端口的，通知对应的域内网桥将对应的域内端口迁移到转发状态；

一种域内网桥，应用于包括控制器和多个域内网桥的二层交换网络，包括：

信息上报模块，用于通过控制通道向控制器传递拓扑信息和物理状态信息，以供控制器根据所述传递的信息进行RSTP协议计算并得出各域内网桥的域内端口的端口角色；

迁移模块，用于通过控制通道接收控制器发送的迁移域内端口状态的指示，并按照所述指示迁移域内端口状态，所述指示是控制器根据所述计算得出的端口角色做出的：对于计算结果为可选端口和备份端口的，按照控制器的指示将所述域内端口迁移到阻塞状态；对于计算结果为根端口和指定端口的，按照控制器的指示将所述域内端口迁移到转发状态；

可见，本发明采用控制器对网络中集中控制，可以使网络便于管理和控制，降低对网络设备CPU和内存等的要求，提高网络部署能力；并且，由于域内网桥之间不需要交互RSTP报文，可以加快二层网络的收敛速度。

附图说明

图1为本发明提出的构造交换网络生成树的方法流程图；

图2为实施例一应用的二层交换网络结构示意图；

图3为实施例一构造的生成树示意图；

图4为本发明提出的构造交换网络生成树的控制器结构示意图；

图5为本发明提出的构造交换网络生成树的域内网桥结构示意图。

具体实施方式

本发明提出一种构造交换网络生成树的方法，如图1为本发明提出的构造交换网络生成树的方法流程图，该方法包括：

步骤101：控制器接收各域内网桥通过控制通道传递的拓扑信息和物理状态信息；

步骤102：控制器根据所述拓扑信息和物理状态信息按照下述步骤进行RSTP计算：A、计算出域内网络的根桥；B、在域内以根桥为中心计算SPF树；C、对于各域内网桥的每个域内端口，分别计算各域内端口的端口角色，所述端口角色包括根端口、指定端口、可选端口和备份端口；

步骤103：控制器通过控制通道将计算结果发给各域内网桥：对于计算结果为可选端口和备份端口的，控制器通知对应的域内网桥将域内端口迁移到阻塞状态；对于计算结果为根端口和指定端口的，控制器通知对应的域内网桥将对应的域内端口迁移到转发状态；

其中，域内网桥为不具有进行RSTP协议计算能力的网桥，域内端口为对端连接域内网桥的端口。

这里，二层交换网络的拓扑信息是由控制器计算得出的；控制器通过收集二层交换网络中各个设备的MAC地址、接口MAC地址、接口索引等信息，并根据这些信息计算构造出整网的拓扑信息。

如果域内网桥连接有域外网桥，控制器通过控制通道接收域外网桥发送的RSTP协议报文，该RSTP协议报文由域外网桥先发送给与它直连的域内网桥，域内网桥再通过自身与控制器之间的控制通道发送给控制器；

控制器根据RSTP协议对该协议报文进行处理，并且将需要发送给域外网桥的RSTP协议报文先通过控制通道发送给与该域外网桥直连的域内网桥，域内网桥再发送给域外网桥；

控制器对于各域内网桥的每个域外端口，分别计算各域外端口的端口角色，所述端口角色包括根端口、指定端口、可选端口和备份端口；

控制器通过控制通道将计算结果发给各域内网桥：对于计算结果为可选端口和备份端口的，控制器通知对应的域内网桥将所述域外端口迁移到阻塞状态；对于计算结果为根端口和指定端口的，控制器通知对应的域内网桥将对应的域外端口迁移到转发状态；

其中，域外网桥为具有进行RSTP协议计算能力的网桥，域外端口为对端连接域外网桥的端口。

上述方法可以进一步包括：当域内网桥监测到域内链路发生变化时，通过控制通道通知控制器，触发控制器重新根据RSTP协议进行计算。

上述控制通道为在域内网桥与控制器之间设置的通道。控制通道是通过配置控制虚拟局域网(VLAN)来实现的，通过配置所述控制VLAN的虚接口和IP地址，并且在虚接口与控制器之间建立传输控制协议(TCP)连接，从而实现网桥与控制器之间的控制通道；所述控制VLAN在域外链路端口上阻塞。

以下举具体的实施例详细介绍。

实施例一：

如图2为实施例一应用的二层交换网络结构示意图，该网络包括控制器、桥1、桥2、桥3、桥4和桥5，控制器上运行RSTP进程。通过预先的配置，将桥1、桥2、桥3和桥4设置为域内网桥，将桥5设置为域外网桥；域内网桥之间的链路为域内链路，其余链路为域外链路(为描述清楚，图1中用虚线表示域外链路)，域内网桥上连接域内链路的端口为域内链路端口、连接域外链路的端口为域外链路端口；域内链路不传输RSTP报文，域外链路正常传输RSTP报文。域内网桥与控制器之间存在控制通道(图中未示出)，通过配置控制VLAN来实现控制通道，该VLAN在边缘链路端口上永远阻塞，配置该VLAN的虚接口以及IP地址来实现与控制器的TCP连接通道。可以配置RRPP或者独立的PVST实例机制来实现该VLAN的防止环路。

本实施例包括以下步骤：

步骤1：桥1、桥2、桥3和桥4将拓扑信息和自身的物理状态信息通过控制通道通知控制器，控制器进行RSTP的计算。

步骤2：控制器选举域内网桥中优先级最高的为域内根桥(Region RootBridge)，假定桥3的优先级最高，则选定桥3为域内根桥。之后，以域内根桥为根，计算域内的子生成树，域外链路端口不在计算的范围内。

步骤3：控制器遍历所有域内网桥的域内链路端口，根据RSTP协议的规定设置各个域内链路端口的性质，这里，设置端口性质的方法与现有技术相同，包括：

如果域内链路端口所属的域内网桥到域内根桥(本实施例中为桥1)的路径开销小于所述域内链路端口的对端网桥到域内根桥的路径开销，则设置所述域内链路端口为指定端口；否则，设置所述域内链路端口为根端口；

例如，如图2所示，端口23的对端桥为桥4，端口23所属的域内网桥为桥2，桥2到桥1的路径开销大于桥4到桥1的路径开销，则设置端口23为指定端口(图2中用“D”表示指定端口)；并且，将端口23的对端端口(即端口41)设置为根端口(图2中用“R”表示指定端口)。

如果所述域内链路端口的对端桥是本桥，且所述域内链路端口的编号小于对端端口的编号，则设置所述域内链路端口为指定端口；否则，设置所述域内链路端口为备份端口；

例如，在图2中，桥4的端口43的对端桥是桥4，端口43的编号小于端口44，故设置端口43为指定端口，设置端口44为备份端口(图2中用“B”表示备份端口)

如果所述域内链路端口的对端桥到域内根桥的路径开销大于所述域内链路端口所属的域内网桥到域内根桥的路径开销，则设置所述域内链路端口为指定端口；否则，设置所述域内链路端口为可选端口。

例如，在图2中，桥2的端口22的对端桥为桥3，桥3到桥1的路径开销大于桥2到桥1的路径开销，则设置端口22为指定端口，设置端口32为可选端口(图2中用“A”表示备份端口)。

步骤4：当设置完所有域内网桥的域内链路端口角色之后，将可选端口和备份端口迁移到阻塞态，将根端口和指定端口迁移到转发态。具体方式为：针对要迁移至阻塞态的端口，控制器通过控制通道向各个域内网桥发送命令，要求删除该端口对应的MAC地址；之后，控制器通过控制通道向各个域内网桥发送命令，要求将相应端口迁移至转发态。

至此，控制器构造出域内的子生成树。这里需要注意的是，子生成树构造完成之后，暂不发送拓扑变化消息，而是等待后续整个网络中的生成树构造完成之后才发送。

步骤5：控制器遍历所有域内网桥的域外链路端口，根据RSTP协议的规定设置所述各个域外链路端口的性质。这里，设置端口性质的具体方式可以为：

遍历所有域内网桥的域外链路端口，对于每个域外链路端口：

计算域外链路端口收到的优先级向量，根据其收到的优先级向量计算该计算域外链路端口到总根桥的优先级向量，所述总根桥为整个网络中所有桥组成的生成树的树根；

比较所有到总根桥的优先级向量，当到总根桥的优先级向量最优时，设置对应的域外链路端口为根端口；

当到总根桥的优先级向量不是最优时，如果对应的域外链路端口到总根桥的路径开销小于对端桥到总根桥的路径开销，则设置该域外链路端口为指定端口，如果大于对端网桥到总根桥的路径开销，则设置该域外链路端口为可选端口；如果等于对端网桥到总根桥的路径开销，则设置该域外链路端口为备份端口。

例如，在图2中，桥5为总根桥，设置桥2的端口21为根端口，设置桥1的端口13为可选端口。

在本步骤中，在设置域外链路端口的性质时，将整个域假想为一个节点，每一个域外链路端口都是这个假想节点的端口，因此，端口21既是桥2的根端口、也是整个域的域根端口(Region Root Port)，端口13既是桥1的可选端口、也是整个域的域可选端口(Region Alternate Port)。

步骤6：当设置完所有域内网桥的域外链路端口角色之后，将可选端口和备份端口迁移到阻塞态，将根端口和指定端口迁移到转发态，构造出整个网络新的生成树。具体方式为：首先，针对要迁移至阻塞态的端口，控制器通过控制通道向各个域内网桥发送命令，要求删除该端口对应的MAC地址；之后，针对指定端口，需要向下游发送同步消息(Proposal消息)、并在接收到下游反馈的同步同意消息(Agree消息)后才能迁移到转发态；针对根端口，如果其他最近是根端口的边缘链路端口被阻塞，则该根端口可以迁移至转发态，并生成拓扑变化消息。

步骤7：当域外链路收到所述拓扑变化消息时，连接所述域外链路的域内网桥通过控制通道将拓扑变化消息通知控制器，控制器向所有域内网桥发送MAC更新消息，并确定其他域外链路，在其他域外链路发送的RSTP报文中携带拓扑变化标记。

当域外链路收到所述Proposal消息时，连接所述域外链路的域内网桥通过控制通道将Proposal消息通知控制器，控制器确定其他域外链路的端口，如果其他域外链路的端口为指定端口，则通过控制通道向该端口所属的桥发送阻塞该端口的命令，之后通知该端口向上游反馈Agree消息，并向下游发送Proposal消息。这是为了避免网络中出现临时环路，与现有的处理方式类似。

本发明还提出一种控制器，应用于包括该控制器和多个域内网桥的二层交换网络，如图4为该控制器的结构示意图，包括：

信息接收模块401，用于接收各域内网桥通过控制通道传递的拓扑信息和物理状态信息；

计算模块402，用于根据信息接收模块401接收的信息进行RSTP协议计算，包括：计算出域内网络的根桥；在域内以根桥为中心计算SPF树；对于各域内网桥的每个域内端口，分别计算各域内端口的端口角色，所述端口角色包括根端口、指定端口、可选端口和备份端口；

迁移控制模块403，用于通过控制通道将所述计算模块402的计算结果发送给各域内网桥：对于计算结果为可选端口和备份端口的，通知对应的域内网桥将所述域内端口迁移到阻塞状态；对于计算结果为根端口和指定端口的，通知对应的域内网桥将对应的域内端口迁移到转发状态；

上述控制器可以进一步包括：

报文接收模块404，用于通过控制通道接收域外网桥发送的RSTP协议报文，该RSTP协议报文由域外网桥先发送给与它直连的域内网桥，再由域内网桥通过自身与控制器之间的控制通道发送给控制器；

报文处理模块405，用于根据RSTP协议对报文接收模块404接收的RSTP协议报文进行处理，并且将需要发送给域外网桥的RSTP协议报文先通过控制通道发送给与该域外网桥直连的域内网桥，再由域内网桥发送给域外网桥；

所述计算模块402还用于，对于各域内网桥的每个域外端口，分别计算各域外端口的端口角色，所述端口角色包括根端口、指定端口、可选端口和备份端口；

所述迁移控制模块403还用于，通过控制通道将所述计算模块402的计算结果发给各域内网桥：对于计算结果为可选端口和备份端口的，通知对应的域内网桥将所述域外端口迁移到阻塞状态；对于计算结果为根端口和指定端口的，通知对应的域内网桥将对应的域外端口迁移到转发状态；

其中，所述域外网桥为具有进行RSTP协议计算能力的网桥，所述域外端口为对端连接域外网桥的端口。

上述控制器可以进一步包括：

启动模块406，用于通过控制通道接收域内网桥监测到域内链路发生变化的通知，指示所述计算模块402重新根据RSTP协议进行计算。

本发明还提出一种域内网桥，应用于包括该控制器和多个域内网桥的二层交换网络，如图5为该域内网桥的结构示意图，包括：

信息上报模块501，用于通过控制通道向控制器传递拓扑信息和物理状态信息，以供控制器根据所述传递的信息进行RSTP协议计算并得出各域内网桥的域内端口的端口角色；

迁移模块502，用于通过控制通道接收控制器发送的迁移域内端口状态的指示，并按照所述指示迁移域内端口状态，所述指示是控制器根据所述计算得出的端口角色做出的：对于计算结果为可选端口和备份端口的，按照控制器的指示将所述域内端口迁移到阻塞状态；对于计算结果为根端口和指定端口的，按照控制器的指示将所述域内端口迁移到转发状态；

上述域内网桥还可以包括：

报文转发模块503，用于接收域外网桥发送的RSTP协议报文，将所述RSTP协议报文通过自身与控制器之间的控制通道发送给控制器；还用于接收控制器通过控制通道发送的RSTP协议报文，将所述RSTP协议报文转发给域外网桥；

所述迁移模块502还可以用于，通过控制通道接收控制器发送的迁移域外端口状态的指示，并按照所述指示迁移域外端口状态：对于计算结果为可选端口和备份端口的，按照控制器的指示将所述域外端口迁移到阻塞状态；对于计算结果为根端口和指定端口的，按照控制器的指示将所述域外端口迁移到转发状态；

上述域内网桥可以进一步包括：

触发模块504，用于监测到域内链路发生变化时，通过控制通道通知控制器，触发控制器重新根据RSTP协议进行计算。

综上可见，本发明提出的构造交换网络生成树的方法和装置，采用控制器对网络中集中控制，可以使网络便于管理和控制，降低对网络设备CPU和内存等的要求，提高网络部署能力；并且，由于域内网桥之间不需要交互RSTP报文，可以加快二层网络的收敛速度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims

1.一种构造交换网络生成树的方法，该方法应用于包括控制器和多个域内网桥的二层交换网络，其特征在于，所述方法包括：

控制器接收各域内网桥通过控制通道传递的拓扑信息和物理状态信息，所述控制器根据所述拓扑信息和物理状态信息按照下述步骤进行快速生成树协议RSTP计算：

A、计算出域内网络的根桥；

B、在域内以根桥为中心计算最短路径优先SPF树；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述域内网桥连接有域外网桥，控制器通过所述控制通道接收域外网桥发送的RSTP协议报文，该RSTP协议报文由域外网桥先发送给与它直连的域内网桥，域内网桥再通过自身与控制器之间的控制通道发送给控制器；

所述控制器根据RSTP协议对该协议报文进行处理，并且将需要发送给域外网桥的RSTP协议报文先通过控制通道发送给与该域外网桥直连的域内网桥，域内网桥再发送给域外网桥；

所述控制器对于各域内网桥的每个域外端口，分别计算各域外端口的端口角色，所述端口角色包括根端口、指定端口、可选端口和备份端口；

所述控制器通过控制通道将计算结果发给各域内网桥：对于计算结果为可选端口和备份端口的，控制器通知对应的域内网桥将所述域外端口迁移到阻塞状态；对于计算结果为根端口和指定端口的，控制器通知对应的域内网桥将对应的域外端口迁移到转发状态；

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

当域内网桥监测到域内链路发生变化时，通过控制通道通知控制器，触发控制器重新根据RSTP进行计算。

4.一种控制器，应用于包括控制器和多个域内网桥的二层交换网络，其特征在于，所述控制器包括：

5.根据权利要求4所述的控制器，其特征在于，所述控制器进一步包括：

报文接收模块，用于通过控制通道接收域外网桥发送的RSTP协议报文，该RSTP协议报文由域外网桥先发送给与它直连的域内网桥，再由域内网桥通过自身与控制器之间的控制通道发送给控制器；

报文处理模块，用于根据RSTP协议对报文接收模块接收的RSTP协议报文进行处理，并且将需要发送给域外网桥的RSTP协议报文先通过控制通道发送给与该域外网桥直连的域内网桥，再由域内网桥发送给域外网桥；

所述计算模块还用于，对于各域内网桥的每个域外端口，分别计算各域外端口的端口角色，所述端口角色包括根端口、指定端口、可选端口和备份端口；

所述迁移控制模块还用于，通过控制通道将所述计算模块的计算结果发给各域内网桥：对于计算结果为可选端口和备份端口的，通知对应的域内网桥将所述域外端口迁移到阻塞状态；对于计算结果为根端口和指定端口的，通知对应的域内网桥将对应的域外端口迁移到转发状态；

6.根据权利要求4所述的控制器，其特征在于，所述控制器进一步包括：

启动模块，用于通过控制通道接收域内网桥监测到域内链路发生变化的通知，指示所述计算模块重新根据RSTP协议进行计算。

7.一种域内网桥，应用于包括控制器和多个域内网桥的二层交换网络，其特征在于，所述域内网桥包括：

8.根据权利要求7所述的域内网桥，其特征在于，所述域内网桥还包括：

报文转发模块，用于接收域外网桥发送的RSTP协议报文，将所述RSTP协议报文通过自身与控制器之间的控制通道发送给控制器；还用于接收控制器通过控制通道发送的RSTP协议报文，将所述RSTP协议报文转发给域外网桥；

所述迁移模块还用于，通过控制通道接收控制器发送的迁移域外端口状态的指示，并按照所述指示迁移域外端口状态：对于计算结果为可选端口和备份端口的，按照控制器的指示将所述域外端口迁移到阻塞状态；对于计算结果为根端口和指定端口的，按照控制器的指示将所述域外端口迁移到转发状态；

9.根据权利要求7所述的域内网桥，其特征在于，所述域内网桥进一步包括：

触发模块，用于监测到域内链路发生变化时，通过控制通道通知控制器，触发控制器重新根据RSTP协议进行计算。