CN102209034B

CN102209034B - 一种二层路径最大传输单元发现方法和节点

Info

Publication number: CN102209034B
Application number: CN201110135332.7A
Authority: CN
Inventors: 李洪涛; 吴涛; 于海燕
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2011-05-24
Publication date: 2018-02-16
Anticipated expiration: 2031-05-24
Also published as: WO2012159461A1; CN102209034A

Abstract

本发明提供一种二层路径最大传输单元发现方法，包括：源节点发送到目标媒体接入控制(MAC)的链路跟踪消息报文，建立二层PMTU，其初始值为源节点出接口MTU值；中间节点接收到链路跟踪消息报文时，转发报文，返回链路跟踪回复报文给源节点，携带出接口MTU值；源节点接收到各中间节点返回的链路跟踪回复报文时，根据其中携带的出接口MTU值确定所述源节点到所述目标MAC的二层PMTU。本发明还提供一种节点。本发明对以太网OAM协议进行了有效的补充，提高了以太运营网络的可靠性和可维护性。

Description

一种二层路径最大传输单元发现方法和节点

技术领域

本发明涉及数据通信领域，特别涉及二层路径最大传输单元(Path MaximumTransmission Unit，PMTU)的发现方法和节点。

背景技术

在网络设备上，每一个接口都有一个最大传输单元(Maximum TransmissionUnit，MTU)，也就是报文从该接口发出去的时候，如果报文长度大于该接口的MTU，报文就会发送失败。在网络中进行报文转发的时候，总会有一些报文因为长度大于转发出接口的MTU，导致报文丢弃，转发失败。本来这个问题在二层转发的时表现不明显，现在随着技术的进步，网络上可以传输的数据单元越来越大，特别是在一些采用新的硬件技术的网络节点和采用老的硬件技术的网络节点混接的环境中，就表现的比较突出了。比如老的以太网络，最大可以传输1526个字节的报文，现在可以传输9k大小的报文。

针对这种问题，目前在IP层提出了PMTU的概念。所谓PMTU，就是IP数据包从源端发出时，数据包的长度必须小于整个路径的MTU，这样报文经过中间节点的时就不用分片，提高了网络设备的报文转发效率。PMTU的实现原理如附图1所示，报文从源节点发出时，按照路由的MTU分片(路由默认MTU值就是出接口的MTU)，在中间节点转发时，如果发现出接口MTU比报文长度小，则丢弃报文，并向源节点发送一个包过大的ICMP(互联网控制报文协议)差错报文，携带出接口的MTU值。源节点收到包过大报文后，如果不存在一条目的地址的主机路由，用发包的目的地址创建一条主机路由，路由的MTU值就是报文中携带的MTU值；存在这样一条路由，就直接修改路由的MTU值。经过几轮交互，就可以学习到了整个路径的最小MTU，即PMTU，下一次再发报文时，就会根据PMTU进行分片，保证了中间节点尽量不分片，以提高报文转发效率。

二层的转发环境比较复杂，传输链路有多种，有以太、POS(Packet over SONET/SDH，同步光纤网/同步数字体系上的分组数据包)、ATM(Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式)等，POS链路、ATM链路传输其实对于接口MTU不敏感，因此本发明主要适用于以太链路。以太链路中源节点如果按照老硬件的1526的MTU发包，而实际链路支持更大的MTU传输，则浪费了硬件带宽，降低了实际的数据转发效率；如果按照新的MTU传输，有可能导致二层报文转发因为MTU问题而丢包。

目前问题主要如附图2所示，报文传输过程中，如果经过二层交换环境，如L2VPN(Layer 2Virtual Private Network，二层虚拟专用网络)隧道等，因为这些设备不会处理其透传的报文，所以源节点发出去的三层IP报文，在进行L2VPN隧道转发的时候，如果报文长度大于出接口的MTU，对于IPv4报文就不能分片继续转发，也不能触发路径MTU学习；对于IPv6报文也不能触发路径MTU学习；对于二层协议报文，报文也转发不了。报文就会被丢弃，也不会给源节点回应任何差错报文。该情形下，报文不停的被丢弃，导致实际转发不通，但源节点感知不到这一点，还在源源不断的发送报文，网络故障比较难定位。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种二层PMTU发现方法和节点，避免报文二层转发过程中因为出接口MTU太小丢包。

为了解决上述问题，本发明提供了一种二层路径最大传输单元发现方法，包括：

源节点发送到目标媒体接入控制(MAC)的链路跟踪消息报文，建立所述源节点到所述目标MAC的二层路径最大传输单元(PMTU)，其初始值为源节点出接口最大传输单元(MTU)值；

中间节点接收到所述链路跟踪消息报文时，转发所述链路跟踪消息报文，返回链路跟踪回复报文给所述源节点，所述链路跟踪回复报文中携带出接口MTU值；

所述源节点接收到各中间节点返回的链路跟踪回复报文时，根据所述链路跟踪回复报文中携带的出接口MTU值确定所述源节点到所述目标MAC的二层PMTU。

进一步的，上述方法还可具有以下特点，通过如下方式携带所述出接口MTU值：所述链路跟踪回复报文增加一MTU选项，通过所述MTU选项携带所述出接口MTU值，所述MTU选项为类型长度数据(TLV)结构。

进一步的，上述方法还可具有以下特点，所述源节点根据所述链路跟踪回复报文中携带的出接口MTU值确定所述源节点到所述目标MAC的二层PMTU包括：

所述源节点接收到所述中间节点返回的链路跟踪回复报文后，取出所述链路跟踪回复报文中的MTU值，查找对应的二层PMTU，当所述取出的MTU值小于所述二层PMTU时，用所述取出的MTU值替换所述二层PMTU，否则不处理。

进一步的，上述方法还可具有以下特点，所述方法还包括，所述目标MAC对应的节点接收到中间节点转发的链路跟踪消息报文时，返回链路跟踪回复报文给所述源节点，所述链路跟踪回复报文中携带的MTU值为一指定值，该指定值不同于正常MTU值，所述源节点接收到所述链路跟踪回复报文时，如果所述链路跟踪回复报文中携带的MTU值为所述指定值，则忽略该链路跟踪回复报文。

进一步的，上述方法还可具有以下特点，所述源节点使用MAC转发表的一新增MAC条目记录所述二层PMTU，并根据所述MAC转发表的老化机制老化所述二层PMTU。

进一步的，上述方法还可具有以下特点，所述源节点发送IP报文时，将所述二层PMTU转换为三层PMTU后，根据所述三层PMTU进行组包发送；

所述将二层PMTU转换为三层PMTU包括：

根据所述IP报文的目的地址查找转发路由，找到出接口和下一跳，根据所述出接口和下一跳查找地址解析协议条目，取出地址解析条目保存的下一跳MAC地址，根据该下一跳MAC地址查找对应的二层PMTU，将查找到的二层PMTU减去二层数据帧封装长度，作为三层PMTU。

本发明还提供一种节点，包括：以太操作管理维护模块、MAC管理模块和收发包模块，其中：

所述以太操作管理维护模块用于：在所述节点作为源节点时，产生发送到目标媒体接入控制(MAC)的链路跟踪消息报文，发送给收发包模块；以及，处理收发包模块接收到的链路跟踪回复报文，取出所述链路跟踪回复报文中携带的出接口MTU值，发送给MAC管理模块；

所述MAC管理模块用于：建立所述源节点到所述目标MAC的二层路径最大传输单元(PMTU)，其初始值为源节点出接口最大传输单元(MTU)值；以及，根据从所述以太操作管理维护模块接收到的各出接口MTU值确定所述节点到所述目标MAC的二层路径最大传输单元(PMTU)；

所述收发包模块用于：将待发送的链路跟踪消息报文进行封装后发送，以及，接收中间节点返回的链路跟踪回复报文，进行解封装后发送给所述以太操作管理维护模块。

进一步的，上述节点还可具有以下特点，所述MAC管理模块是用于：

根据所述链路跟踪回复报文中的MTU值，查找对应的二层PMTU，当所述链路跟踪回复报文中的MTU值小于所述二层PMTU时，用所述链路跟踪回复报文中的MTU值替换所述二层PMTU，否则不处理。

进一步的，上述节点还可具有以下特点，所述MAC管理模块还用于使用MAC转发表的一新增MAC条目记录所述二层PMTU，并根据所述MAC转发表的老化机制老化所述二层PMTU。

进一步的，上述节点还可具有以下特点，所述MAC管理模块还用于：根据如下方式将所述将二层PMTU转换为三层PMTU：

根据所述IP报文的目的地址查找转发路由，找到出接口和下一跳，根据所述出接口和下一跳查找地址解析协议条目，取出地址解析条目保存的下一跳MAC地址，根据该下一跳MAC地址查找对应的二层PMTU，将查找到的二层PMTU减去二层数据帧封装长度，作为三层PMTU；

所述收发包模块用于：根据所述二层PMTU转换得到的所述三层PMTU进行组包发送IP报文。

进一步的，上述节点还可具有以下特点，所述收发包模块还用于：当所述节点为中间节点时，接收到链路跟踪消息报文时，转发所述链路跟踪消息报文，返回链路跟踪回复报文给源节点，所述链路跟踪回复报文中携带出接口的MTU值。

本发明对以太网OAM协议进行了有效的补充，提高了以太运营网络的可靠性和可维护性，保证了中间节点不管是二层交换环境还是三层交换环境，都不丢包。

附图说明

图1是路径MTU发现原理图；

图2是目前二层转发存在问题示意图；

图3是本发明方法示意图；

图4是源节点收到LTR报文处理流程图；

图5是MTU选项图；

图6是经过二层环境的IP报文发送流程图；

图7是本发明节点结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。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任意组合。

本发明借助于以太OAM(Operation Administration and Maintenance，操作管理维护)中LTM(Linktrace Message，链路跟踪消息)报文和LTR(Linktrace Reply，链路跟踪回复)报文实现。

本发明提供一种二层路径最大传输单元发现方法，包括：

源节点发送到目标媒体接入控制(MAC)的链路跟踪消息报文，建立所述源节点到所述目标MAC的二层PMTU，其初始值为所述源节点出接口MTU值；

其中，所述链路跟踪回复报文增加一MTU选项，通过所述MTU选项携带所述出接口MTU值，所述MTU选项为类型长度数据(TLV)结构。MTU选项一个格式如附图5所示，1个字节的类型，2个字节的长度，后边的5个字节保存数据(MTU值)，为了对齐，第4个字节保留。

其中，所述源节点根据所述链路跟踪回复报文中携带的出接口MTU值确定所述源节点到所述目标MAC的二层PMTU包括：

所述源节点接收到所述中间节点返回的链路跟踪回复报文后，取出所述链路跟踪回复报文中的MTU值，查找对应的二层PMTU，当所述取出的MTU值小于所述二层PMTU，则用所述取出的MTU值替换所述二层PMTU，否则不处理。

其中，所述方法还包括，所述目标MAC对应的节点接收到中间节点转发的链路跟踪消息报文时，返回链路跟踪回复报文给所述源节点，所述链路跟踪回复报文中携带MTU值为一指定值，该指定值不同于正常MTU值，所述源节点接收到所述链路跟踪回复报文时，如果所述链路跟踪回复报文中携带的MTU值为所述指定值，则忽略该链路跟踪回复报文。

其中，所述源节点使用MAC转发表的一新增MAC条目记录所述二层PMTU，考虑到二层MTU和物理性能关系比较紧密，二层PMTU不单独老化，把二层PMTU作为MAC转发表的一个属性，同MAC条目一起老化。MTU选项采用TLV(Type、Length、Value，类型、长度、数值)结构，类型从目前以太OAM的TLV保留类型取一个，比如为8，可以根据需要取其他保留值。可以在用户界面显示通过MAC转发表二层PMTU。当然，如果需要，二层PMTU也可以单独老化。

其中，所述源节点发送二层协议报文时，根据所述二层PMTU进行组包发送；所述源节点发送IP报文时，将所述二层PMTU转换为三层PMTU后，根据所述三层PMTU进行组包发送。

其中，所述将二层PMTU转换为三层PMTU包括：

下面通过一具体实施例进一步说明本发明。

本发明提供的二层PMTU发现方法包括以下步骤：

步骤一：源节点配置以太OAM命令，发送针对目标MAC的LTM报文，建立到目标MAC的二层PMTU，该二层PMTU的初始值为源节点出接口MTU值。其中，该二层PMTU作为MAC转发表的一个MAC条目。

LTM报文携带有TTL值、目标MAC等信息。

步骤二：中间节点在转发LTM报文的同时，返回一个携带新定义的MTU选项的LTR报文，该MTU选项中携带出接口的MTU值。

步骤三：源节点收到LTR报文，解析报文，取出目标MAC和MTU。

步骤四：源节点根据解析LTR报文的结果，找到MAC转发表中对应的MAC条目，比较返回LTR报文里面的MTU值和MAC条目里面的二层PMTU值，如果LTR报文中的MTU大于等于MAC条目的二层PMTU，则不做处理；如果小于MAC条目的二层PMTU，则用LTR报文中的MTU替换掉MAC条目的二层PMTU，作为新的二层PMTU结果。

步骤五：源节点发送二层协议报文时，根据二层PMTU大小组包发送；发送IP报文时，先根据二层PMTU的值产生一条三层PMTU，然后根据三层PMTU分片发送IP报文。

如图3所示，包括：

源节点针对要学习的MAC，发送LTM报文。LTM报文携带有TTL值、目标MAC等信息。MAC转发表中新增一个MAC条目记录二层PMTU，默认值为出接口的MTU，在后续如果进行了二层PMTU学习，则记录学习到的PMTU值。

报文到了第一个转发节点，TTL减一，转发节点继续根据目标MAC转发报文，同时给源节点回一个LTR报文，TTL值等于转发报文的TTL值，目标MAC是LTM报文中携带的源MAC，报文还要携带一个出接口的MTU选项，记录出接口的MTU值(对于二层VPN隧道，该出接口MTU是隧道出接口的MTU，也就是物理出接口MTU减去外层以太二层头长度)，后续其他转发节点处理和第一个类似。

目标MAC所在节点返回的LTR报文中携带MTU选项里面的MTU值为指定值，该指定值不同于正常MTU值，比如0或者0xffffffff等，表示该值无意义，源节点收到后忽略它。目标MAC所在节点返回的LTR报文中也可以不携带MTU选项；或者，携带一指示信息，指示该LTR消息是目标节点返回的LTR消息。

源节点收到LTR报文后，解析出LTR报文的MTU选项内容，根据LTR报文的源MAC等信息查找MAC转发表，判断LTR报文中的MTU是否小于MAC转发表中的MAC条目已有的MTU，小于则替换掉已有的MTU，大于等于不处理；如附图4所示。经过这样一个报文交互过程，源节点就学习到了目标MAC的二层PMTU。

学习到二层PMTU以后，发送报文时，对于二层协议报文，根据目标MAC信息查找MAC转发表，按照查到的二层PMTU的大小进行发包；对于IP报文，需要先把二层PMTU转换为三层PMTU，然后再根据三层PMTU分片发送。二层PMTU到三层PMTU的转换方法如下：先根据IP报文的目的地址查找转发路由，找到出接口和下一跳，根据这两个信息查找ARP(地址解析协议)条目，找到ARP条目，取出ARP条目保存的下一跳MAC地址，然后用该MAC去查找MAC转发表，取出二层PMTU的值，减去二层数据帧封装长度，作为三层PMTU，并把该PMTU记录在转发路由条目。

二层PMTU学习的源节点和目标节点都必须是具有三层功能才能支持二层PMTU到三层PMTU的转换。如果IP报文发送需要经过二层交换环境，可以先在二层环境中进行二层PMTU学习，然后再学习的源节点把二层PMTU转换为三层PMTU再使用。

如附图6所示，IP报文经过二层交换环境，如果IP报文从二层PMTU学习源节点R1发包，直接根据转换后的三层PMTU分片发包；从二层PMTU学习源节点前面的三层设备R0发包，报文根据R0的出接口分片，到了R1，查找路由信息，找到二层PMTU转换的三层PMTU信息，发现报文长度大于三层PMTU，则R1向R0回一个包过大报文，报文携带这个三层PMTU的MTU信息，R0收到这个报文后，根据报文携带的MTU信息产生一条PMTU路由，再次发包就按照这个PMTU发包，这里其实把整个二层PMTU学习链路当作了一个三层转发节点。

本发明还提供一种节点，如图7所示，包括：以太操作管理维护模块、MAC管理模块和收发包模块，其中：

所述收发包模块用于：将待发送的链路跟踪消息报文进行封装后发送，以及，接收中间节点返回的链路跟踪回复报文，进行解封装后发送给以太操作管理维护模块。

其中，所述MAC管理模块是用于：

根据所述链路跟踪回复报文中的MTU值，查找对应的二层PMTU，当所述链路跟踪回复报文中的MTU值小于所述二层PMTU，则用所述链路跟踪回复报文中的MTU值替换所述二层PMTU，否则不处理。

其中，所述MAC管理模块还用于使用MAC转发表的一新增MAC条目记录所述二层PMTU，并根据所述MAC转发表的老化机制老化所述二层PMTU。

其中，所述MAC管理模块还用于：根据如下方式将所述将二层PMTU转换为三层PMTU：

其中，所述收发包模块还用于：当所述节点为中间节点时，接收到链路跟踪消息报文时，转发所述链路跟踪消息报文，返回链路跟踪回复报文给源节点，所述链路跟踪回复报文中携带出接口的MTU值。

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，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。

Claims

1.一种二层路径最大传输单元发现方法，其特征在于，包括：

所述源节点接收到各中间节点返回的链路跟踪回复报文时，根据所述链路跟踪回复报文中携带的出接口MTU值确定所述源节点到所述目标MAC的二层PMTU；

所述源节点发送IP报文时，将所述二层PMTU转换为三层PMTU后，根据所述三层PMTU进行组包发送；

所述将二层PMTU转换为三层PMTU包括：

所述目标MAC对应的节点接收到中间节点转发的链路跟踪消息报文时，返回链路跟踪回复报文给所述源节点，所述链路跟踪回复报文中携带的MTU值为一指定值，该指定值不同于正常MTU值，所述源节点接收到所述链路跟踪回复报文时，如果所述链路跟踪回复报文中携带的MTU值为所述指定值，则忽略该链路跟踪回复报文。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过如下方式携带所述出接口MTU值：所述链路跟踪回复报文增加一MTU选项，通过所述MTU选项携带所述出接口MTU值，所述MTU选项为类型长度数据(TLV)结构。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述源节点根据所述链路跟踪回复报文中携带的出接口MTU值确定所述源节点到所述目标MAC的二层PMTU包括：

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述源节点使用MAC转发表的一新增MAC条目记录所述二层PMTU，并根据所述MAC转发表的老化机制老化所述二层PMTU。

5.一种节点，其特征在于，包括：以太操作管理维护模块、MAC管理模块和收发包模块，其中：

所述收发包模块用于：将待发送的链路跟踪消息报文进行封装后发送，以及，接收中间节点返回的链路跟踪回复报文，进行解封装后发送给所述以太操作管理维护模块；

所述MAC管理模块还用于：根据如下方式将所述二层PMTU转换为三层PMTU：

根据IP报文的目的地址查找转发路由，找到出接口和下一跳，根据所述出接口和下一跳查找地址解析协议条目，取出地址解析条目保存的下一跳MAC地址，根据该下一跳MAC地址查找对应的二层PMTU，将查找到的二层PMTU减去二层数据帧封装长度，作为三层PMTU；

6.如权利要求5所述的节点，其特征在于，所述MAC管理模块是用于：

7.如权利要求5所述的节点，其特征在于，所述MAC管理模块还用于使用MAC转发表的一新增MAC条目记录所述二层PMTU，并根据所述MAC转发表的老化机制老化所述二层PMTU。

8.如权利要求5至7任一所述的节点，其特征在于，所述收发包模块还用于：当所述节点为中间节点时，接收到链路跟踪消息报文时，转发所述链路跟踪消息报文，返回链路跟踪回复报文给源节点，所述链路跟踪回复报文中携带出接口的MTU值。