CN102158384A - 一种新型的MRing以太网环网保护技术 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型的MRing以太网环网保护技术。MRing以太网环网保护技术用于以太网的链路层协议，自愈收敛速度快，自愈保护时间小于20ms。MRing以太网环网保护技术基于VLAN组播，可以通过优先级和MAC地址选举根节点。形成环网后，根节点堵塞次端口，实现环网保护。当以太网环上的一台交换机无法工作或链路断开时，相关联的节点迅速通知根节点，根节点使次端口处于转发状态，使以太网链能够继续正常工作。如果根节点无法工作，其他节点就会重新选举主节点。如果链路故障排除，环网恢复，根节点就重新堵塞次端口，根节点与故障节点协商传输时间定时，防止临时环路或断链丢包。
Description
技术领域
本发明是一种新型的MRing以太网环网保护技术。MRing是Maiwe Ring的简写。MRing以太网环网保护技术用于以太网的链路层协议，防止以太网环产生广播风暴，自愈收敛速度快，自愈保护时间小于20ms。MRing以太网环网保护技术基于VLAN组播，可以通过优先级和MAC地址选举根节点。形成环网后，根节点堵塞次端口，实现环网保护，防止广播风暴。当以太网环上的一台交换机无法工作或链路断开时，相关联的节点迅速通知根节点，根节点使次端口处于转发状态，使以太网链能够继续正常工作。如果根节点无法工作，其他节点就会重新选举主节点。如果链路故障排除，环网恢复，根节点就重新堵塞次端口，根节点与故障节点协商传输时间定时，防止临时环路或断链丢包。
背景技术
现有的以太网环网保护技术主要采用EAPS或RRPP。
EAPS技术由IETF的RFC3619定义。目前大多数设备厂商的以太环网技术都是以此为基础实现的。EAPS的保护域局限于一个环形组网的范围内，如图1所示。
EAPS以太环网保护技术可以归纳为4项技术的叠加：标准MAC交换+改进的生成树算法+以太故障检测OAM+简单的环网控制协议。通过环网控制协议将物理的环破解成逻辑的链，并利用改进的生成树协议和MAC交换完成保护切换。
在EAPS环内通常会指定一个主节点，其他节点称为传输节点。主节点的两个环路端口一个可指定为主端口，另一个可指定为次端口。在EAPS中，分别设定控制VLAN和业务VLAN，控制VLAN承载EAPS各种控制帧，业务VLAN承载以太数据流量。在这两个VLAN内，EAPS环内始终是执行标准的MAC交换算法。
在正常工作状态下，主节点对业务VLAN启用生成树，通过阻塞主节点的次端口，将物理的环破解成逻辑的链。
主节点检测到故障后，就会执行3个动作完成保护切换：
重新执行生成树算法，打开次端口阻塞状态；清空MAC地址学习表，重新学习拓扑；通过控制VLAN发送以太控制OAM帧，其他中转节点收到OAM帧后，清空本节点的MAC地址表，重新学习拓扑。
在切换完成后，主节点的主端口继续向次端口发送连接性检查，次端口又收到OAM帧时，则表明故障已恢复，主节点再重新执行生成树算法，关断次端口，所有节点再次清空MAC表，重新拓扑学习。
RRPP主要由多个节点构成的环网，其中一个为主节点，其他节点为传输节点，主节点在环上的两个端口分为主端口和从端口，主节点通常周期性从主端口发送环的HELLO报文，环完整的情况主节点就会在从端口上接收到自己发送的HELLO报文，这样主节点认为环网处于完整状态，则立刻阻断从端口保证没有环路；若在一定周期内从端口收不到自己发送的HELLO，则认为环网处于故障状态，主节点会打开从端口使其正常转发。
一旦故障发生时如链路down，故障相邻的节点或端口上会通过中断立刻检测到故障，并立刻向主节点发送Link_down报文，主节点收到该报文则认为环处于故障状态，立刻打开从端口，同时发送报文通知其他传输节点更新转发表，传输节点更新转发表后数据流则切换到正常的链路。
现有以太网环网保护技术存在的弊端：根节点或主节点需要手工指定，网络节点不能自动选举根节点。当故障节点恢复时，存在主节点解环的时间差，在这个时间差内有可能会出现临时环网或链路断路。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有以太网环网保护技术的不足，而提供的一种新型的以太网环网保护技术。我们定名为MRing以太网环网保护技术。
本发明的目的是通过以下技术方案达到的：MRing以太网环网保护技术用于以太网的链路层协议，防止以太网环产生广播风暴，自愈收敛速度快，自愈保护时间小于20ms。MRing以太网环网保护技术基于VLAN组播，可以通过优先级和MAC地址选举根节点。形成环网后，根节点堵塞次端口，实现环网保护，防止广播风暴。当以太网环上的一台交换机无法工作或链路断开时，相关联的节点迅速通知根节点，根节点使次端口处于转发状态，使以太网链能够继续正常工作。如果根节点无法工作，其他节点就会重新选举主节点。如果链路故障排除，环网恢复，根节点就重新堵塞次端口。
其协议报文格式如图2所示。
其内容报文定义如下，
Destination MAC Address：48bits，协议报文的目的MAC。
Source Mac Address：48bits，协议报文的源MAC。
EtherType：8bits，报文封装类型域，0x8100，表示Tagged封装。
PRI：4bits，COS(Class of Service)优先级。
VLAN ID：12bits，报文所在VLAN的ID。
Frame Length：16bits，以太网帧长度。
DSAP/SSAP：16bits，目的服务访问点/源服务访问点。
MRing_LENGTH：16bits，MRing协议数据单元长度。
MRing_VER：16bits，MRing版本信息。
DOMAIN_ID：16bits，报文所属MRing域的ID。
RING_ID：16bits，报文所属MRing环的ID。
SYSTEM_MAC_ADDR：48bits，发送报文节点的桥MAC。
HELLO_TIMER：16bits，发送报文节点使用的Hello定时器的超时时间，单位(s)。
FAIL_TIMER：16bits，发送报文节点使用的Fail定时器的超时时间，单位(s)。
HELLO_SEQ：16bits，Hello报文的序列号。
STATE：节点状态。
Noder Timer：传输节点或主节点状态变化时间戳，单位(ms)。
其目的MAC地址为组播地址，组播包在控制VLAN里面传输。
数据帧里面含有根节点的优先级和MAC地址，可以通过优先级和MAC地址的比较选择优先级最高的MAC地址最低的节点为根节点。形成环网后，根节点堵塞次端口，实现环网保护。如果根节点退出网络，或根节点出现故障，其他节点仍然可以自动选举根节点。
各个节点进行时间同步，当传输节点发生连接变化或根节点接收到通知后，在帧结构Noder Timer项中写入相应节点的时间戳(单位ms)，根节点和故障节点都据此判断故障节点到根节点的传输时间。当故障节点恢复连接时，先处于预转发状态，然后启用一个定时器等待根节点发送完成刷新报文，根节点收到恢复连接报文，也启用一个定时器，根据以前协商的传输时间，使故障节点和根节点一起恢复正常状态，防止了临时环网或断链丢包的问题。
本发明的优点：根节点或主节点不需要手工指定，网络节点可以自动选举根节点，数据帧里面含有根节点的优先级和MAC地址，可以通过优先级和MAC地址的比较选择优先级最高的MAC地址最低的节点为根节点。
当故障节点恢复时，解决了主节点解环的时间差问题，根节点收到故障节点恢复连接报文，启用一个定时器，根据以前协商的传输时间，使故障节点和根节点一起恢复正常状态，防止了临时环网或断链丢包的问题。
附图说明
图1是由4个节点组成的单环网结构，有一个根节点点，3个传输节点：传输节点1，传输节点2，传输节点3。
图2是MRing环网保护协议的报文帧结构。各个报文项定义如下，
Destination MAC Address：48bits，协议报文的目的MAC。
Source Mac Address：48bits，协议报文的源MAC。
EtherType：8bits，报文封装类型域，0x8100，表示Tagged封装。
PRI：4bits，COS(Class of Service)优先级。
VLAN ID：12bits，报文所在VLAN的ID。
Frame Length：16bits，以太网帧长度。
DSAP/SSAP：16bits，目的服务访问点/源服务访问点。
MRing_LENGTH：16bits，MRing协议数据单元长度。
MRing_VER：16bits，MRing版本信息。
DOMAIN_ID：16bits，报文所属MRing域的ID。
RING_ID：16bits，报文所属MRing环的ID。
SYSTEM_MAC_ADDR：48bits，发送报文节点的桥MAC。
HELLO_TIMER：16bits，发送报文节点使用的Hello定时器的超时时间，单位(s)。
FAIL_TIMER：16bits，发送报文节点使用的Fail定时器的超时时间，单位(s)。
HELLO_SEQ：16bits，Hello报文的序列号。
STATE：节点状态。
Noder Timer：传输节点或主节点状态变化时间戳，单位(ms)。
图3是根节点与故障传输节点的传输时间协商过程图，当节点1和节点2之间的网络连接断开时，假设原来根节点与节点1的连接端口堵塞，节点2就会发送连接端口报文到根节点，报文中含有节点2的发送报文时的时间戳，带有时间戳的报文通过节点3传输到根节点，根节点比较收到报文的时间戳与本节点的时间戳，计算出两个节点之间的传输时间。然后根节点发送完成刷新报文，报文中也含有根节点的时间戳，故障节点读到时间戳后，计算出两个节点之间的传输时间。当故障节点恢复连接时，传输节点2先处于预转发状态，然后启用一个定时器等待根节点发送完成刷新报文，根节点收到恢复连接报文，也启用一个定时器，根据以前协商的传输时间，使故障节点和根节点一起恢复正常状态，防止了临时环网或断链丢包的问题。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明MRing以太网环网保护技术的具体实施方式。
基于MRing以太网环网保护技术的设备，可以是二层的交换机，运行此MRing以太网环网保护技术的相关协议或程序代码，能够完成环网保护技术；也可以是三层的交换机运行此MRing以太网环网保护技术的相关协议或程序代码，能够完成环网保护技术；也可以是含有以太网交换技术的其他通信设备，运行此MRing以太网环网保护技术的相关协议或程序代码，能够完成环网保护技术。
参阅图1可知：MRing环网保护技术在正常工作状态下，根节点通过阻塞根节点的次端口，将物理的环解成逻辑的链，防止网络环网引发的广播风暴。
参阅图3可知：各个节点均运行NTP网络时间定时，使各个节点的时钟同步。然后当出现连接故障时，根节点与故障传输节点进行传输时间协商，当节点1和节点2之间的网络连接断开时，假设原来根节点与节点1的连接端口堵塞，节点2就会发送连接端口报文到根节点，报文中含有节点2的发送报文时的时间戳，带有时间戳的报文通过节点3传输到根节点，根节点比较收到报文的时间戳与本节点的时间戳，计算出两个节点之间的传输时间。然后根节点发送完成刷新报文，报文中也含有根节点的时间戳，故障节点读到时间戳后，计算出两个节点之间的传输时间。当故障节点恢复连接时，传输节点2先处于预转发状态，然后启用一个定时器等待根节点发送完成刷新报文，根节点收到恢复连接报文，也启用一个定时器，根据以前协商的传输时间，使故障节点和根节点一起恢复正常状态，防止了临时环网或断链丢包的问题。
Claims (4)
1.一种新型的MRing以太网环网保护技术，其特征在于：MRing以太网环网保护技术用于以太网的链路层协议，防止以太网环产生广播风暴，自愈收敛速度快，自愈保护时间小于20ms；MRing以太网环网保护技术基于VLAN组播，可以通过优先级和MAC地址选举根节点；形成环网后，根节点堵塞次端口，实现环网保护，防止广播风暴；当以太网环上的一台交换机无法工作或链路断开时，相关联的节点迅速通知根节点，根节点使次端口处于转发状态，使以太网链能够继续正常工作；如果根节点无法工作，其他节点就会重新选举主节点；如果链路故障排除，环网恢复，根节点就重新堵塞次端口。
2.根据权利要求1所述的MRing以太网环网保护技术，其特征还在于：其目的MAC地址为组播地址，组播包在控制VLAN里面传输。
3.根据权利要求1、2所述的MRing以太网环网保护技术，其特征还在于：数据帧里面含有根节点的优先级和MAC地址，可以通过优先级和MAC地址的比较选择优先级最高的MAC地址最低的节点为根节点；形成环网后，根节点堵塞次端口，实现环网保护；如果根节点退出网络，或根节点出现故障，其他节点仍然可以自动选举根节点。
4.根据权利要求1、2、3所述的MRing以太网环网保护技术，其特征还在于：各个节点进行时间同步，当传输节点发生连接变化或根节点接收到通知后，在帧结构中写入相应节点的时间戳，单位ms，根节点和故障节点都据此判断故障节点到根节点的传输时间；当故障节点恢复连接时，先处于预转发状态，然后启用一个定时器等待根节点发送完成刷新报文，根节点收到恢复连接报文，也启用一个定时器，根据以前协商的传输时间，使故障节点和根节点一起恢复正常状态，防止了临时环网或断链丢包的问题。
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