CN102299845B - 多链路透明互联多播帧传输方法和系统 - Google Patents

多链路透明互联多播帧传输方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多链路透明互联多播帧传输方法和系统，通过链路状态协议认知TRILL网络的拓扑，生成分布树；根据收到的组播侦听协议报文和RB的路由转发表信息产生组播TRILL转发表；当RB收到VLAN的广播帧或多播帧时，RB封装数据帧为TRILL数据帧到TRILL网络中；当检测到故障时，改变通道状态，让TRILL数据包平滑切换转发。采用本发明的技术方案，有效的保证多播报文在TRILL网络中的传输，充分使用带宽和有效防止广播风暴，很好地支持了服务器之间迅猛增加的横向流量，保证二层网络的平滑扩展，有效的层次化MAC地址，为虚拟化的数据中心业务扩展提供保障。

Description

多链路透明互联多播帧传输方法和系统
技术领域
本发明涉及数据中心网络中的数据传输的技术领域，尤其涉及一种多链路透明互联多播帧传输方法和系统。
背景技术
今天的大部分数据中心网络是遵循标准的层次化理念建设的，分为接入层和汇聚/核心层，接入层和汇聚层之间为二层链路，三层网关设在汇聚或核心层，所有的二层链路上都运行生成树协议STP(spanning tree protocol)，当任意两点间有一条以上路径可达时，STP会阻塞多余的路径，以保证两点间只有一条路径可达，从而防止环路的产生。这种模式在过去很长一段时间被大规模采用，因为其部署起来非常简单，接入层设备不需要复杂的配置，大部分的网络策略只要在汇聚层集中部署就能分发到全网。但随着数据中心的规模不断扩张，这种模型逐渐显得力不从心。
未来数据中心内部的横向流量将越来越大，新加入的设备同原有设备之间仍然要运行STP，如果两台服务器之间只有一条链路可行，其余的万兆交换机端口全被阻塞，不但是投资的极大浪费，也无法支持业务的快速扩展；其次，当交叉链路数量增加时，二层网络的设计会变得非常复杂，哪条链路该保留哪条链路该阻断，并且还要考虑三层网关设在何处，这就失去二层网络配置简单的优势；最后，传统的二层MAC地址没有层次化的概念，这很容易导致边缘设备的MAC地址空间耗尽，特别是在虚拟化的数据中心内，虚拟机的MAC地址数量可能以千计。
发明内容
本发明目的是提供一种多链路透明互联多播帧传输方法和系统，为数据中心的业务扩展和虚拟化提供保障。
本发明通过以下方案实现上述目的：
一种多链路透明互联多播帧传输方法，包括以下步骤：
(1)每个交换机RB通过运行自己的链路状态协议认知TRILL网络的拓扑，产生分布树，并为每一个VLAN生成一棵分发树；
(2)使用最短路径树算法生成从该RB到达TRILL网络里的各个RB的路由转发表，当边缘RB收到组播侦听协议报文，将所述的报文复制到CPU，生成组播TRILL转发表；
(3)当一台边缘RB收到某一个VLAN的广播帧或多播帧时，RB向自己的其它普通VLAN口分发所述的数据帧，并封装所述的数据帧为TRILL数据帧到TRILL网络中，同时引入TTL字段；
(4)在TRILL网络中，当RB有多个出端口链路，每条链路两两互为备份，当RB端口检测到下游设备故障时，节点设备产生快速中断，使其切换到备用隧道链路。
一种多链路透明互联多播帧传输方法，在步骤(1)中产生的分布树中，根据每个RB的优先级计算出树根，通告到分布树中的所有RB。
一种多链路透明互联多播帧传输方法，在步骤(2)中组播侦听协议报文上CPU后，根据报文的VLAN、组播MAC和RB的路由转发表信息，生成组播TRILL转发表。
一种多链路透明互联多播帧传输方法，在步骤(3)中封装TRILL数据帧的目的：RB为所述的VLAN分发树的根桥，通过根桥找出本RB所有邻居设备RB；将TRILL数据帧扩散到与所述的VLAN相关的其它所有RB设备上。
一种多链路透明互联多播帧传输方法，在步骤(4)产生的快速中断中，通过设置信号量的方式告诉端口故障事件通知模块，通过改变选择器的状态，将端口故障链路的数据报切换到其它备份的通道上。
一种多链路透明互联多播帧传输系统包括：用户端设备、边缘交换机RB以及中间交换机RB，所述边缘交换机和所述中间交换机在TRILL网络中，所述用户端设备通过局域网连接所述边缘交换机，其中，
(1)每个RB通过运行自己的链路状态协议认知TRILL网络的拓扑，产生分布树，并为每一个VLAN生成一棵分发树；
(2)使用最短路径树算法生成从该RB到达TRILL网络里的各个RB的路由转发表，当边缘RB收到组播侦听协议报文，将所述的报文复制到CPU，生成组播TRILL转发表；
(3)当一台边缘RB收到某一个VLAN的广播帧或多播帧时，RB向自己的其它普通VLAN口分发所述的数据帧，并封装所述的数据帧为TRILL数据帧到TRILL网络中，同时引入TTL字段；
(4)在TRILL网络中，当RB有多个出端口链路，每条链路两两互为备份，当RB端口检测到下游设备故障时，节点设备产生快速中断，使其切换到备用隧道链路。
一种多链路透明互联多播帧传输系统，在步骤(1)中产生的分布树中，根据每个RB的优先级计算出树根，通告到分布树中的所有RB。
一种多链路透明互联多播帧传输系统，在步骤(2)中组播侦听协议报文上CPU后，根据报文的VLAN、组播MAC和RB的路由转发表信息，生成组播TRILL转发表。
一种多链路透明互联多播帧传输系统，在步骤(3)中封装TRILL数据帧的目的：RB为所述的VLAN分发树的根桥，通过根桥找出本RB所有邻居设备RB；将TRILL数据帧扩散到与所述的VLAN相关的其它所有RB设备上。
一种多链路透明互联多播帧传输系统，在步骤(4)产生的快速中断中，通过设置信号量的方式告诉端口故障事件通知模块，通过改变选择器的状态，将端口故障链路的数据报切换到其它备份的通道上。
本发明所述方法和系统，在多链路透明互联时，通过链路状态协议认知TRILL网络的拓扑，生成分布树；根据收到的组播侦听协议报文和RB的路由转发表信息产生组播TRILL转发表，有效的保证多播报文在TRILL网络中的传输；当检测到端口故障时，触发快速中断，改变通道选择器，快速切换通道选择状态，让TRILL数据包无间隙平滑切换到正常通道上，减少了隧道的丢报。充分使用带宽和有效防止广播风暴，很好地支持了服务器之间迅猛增加的横向流量，保证二层网络的平滑扩展，有效的层次化MAC地址，为虚拟化的数据中心业务扩展提供保障。
附图说明
下面根据实施例和附图对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明TRILL网络物理链路连接结构示意图；
图2是本发明生成TRILL网络组播转发表流程图；
图3是本发明多链接透明互联数据报文转发流程示意图；
图4是本发明链路故障TRILL数据自动平滑切换处理流程图。
具体实施方式
如图1所示，给出了四台分交换机TRILL网络连接结构示意图：每台交换机使用RB代替，图1中PC1、PC2和PC3为用户端设备，PC1连接到局域网LAN1，PC2连接到局域网LAN2，PC3连接到局域网LAN3，边缘交换机RB1为TRILL网络边缘设备，中间交换机RB3为TRILL网络传输设备；RB1的端口A连接到交换机RB3，端口B连接到边缘交换机RB2；RB2和RB3连接到TRILL网络边缘设备RB4，其中RB2既可以当边缘设备使用，也可以当传输设备。
边缘交换机RB1上的端口A和端口B为TRILL网络中两条通路，从端口A和端口B连接出去的链路除了传输RB1产生的流量外，同时互相备份。
每个RB通过运行自己的链路状态协议认知TRILL网络的拓扑，产生分布树，并为每一个VLAN生成一棵分发树；在产生的分布树中，根据每个RB的优先级计算出树根，通告到分布树中的所有RB。
生成TRILL网络组播转发表流程如图2所示，使用最短路径树算法生成从该RB到达TRILL网络里的各个RB的路由转发表，当RB1接收组播侦听协议报文后；复制该报文到CPU，RB1先分析该帧，是希望接收某个特定组播组的信息，根据VLAN找到该组播对应的分发树，从报文中提取VLAN和组播DMAC下发组播MAC转发表，根据原始帧的VLAN选择的分发树的树根Nickname，计算出当前RB1在以Nickname为树根的分发树上的所有邻居RB2和RB3，根据邻居RB2和RB3的信息下发TRILL封装转发表。
当一台边缘RB收到某一个VLAN的广播帧或多播帧时，RB向自己的其它普通VLAN口分发该数据帧，并封装该数据帧为TRILL数据帧到TRILL网络中，同时引入TTL字段；在封装TRILL数据帧的目的是RB为该VLAN分发树的根桥，通过根桥找出本RB所有邻居设备RB；将该TRILL数据帧扩散到与该VLAN相关的其它所有RB设备上。
当RB1接收组播数据报文时；多链接透明互联数据报文转发流程如图3所示，根据VLAN和DMAC查找组播MAC表：
如果找到，则基于VLAN和DMAC多播转发表对应的同VLAN出口信息，把原始数据帧拷贝发送给每个非分发树出口；根据多播找到对应的分发树的树根Nickname，以及该多播组对应本地在该分发树树上的邻居RB2和RB3，找到邻居对应的出口A和出口B信息，然后封装TRILL报文转发出去；
如果以VLAN和DMAC为索引的表项没有找到，则基于VLAN对应的多播转发表；根据多播找到对应的分发树的树根Nickname，以及该多播组对应本地在该分发树树上的邻居RB2和RB3，找到邻居对应的出口A和出口B信息，然后封装TRILL报文转发出去。
如果PCI和PC2进行通信，当RB2设备出现故障或者人为插拔重启等原因时，RB1上TRILL数据自动平滑切换处理流程如图4所示；RB1的通过接收端口信号来判断端口link状态信息；打开端口扫描后，获得端口link状态信息，将需要逻辑扫描的端口添加到端口扫描位图中，添加进端口扫描位图的端口将响应端口的link状态变化中断，当添加进端口扫描位图的端口产生link状态改变的时候，就会产生中断；
RB1通过快速链路检测功能，检测到端口B为DOWN；
RB1产生快速中断，在中断中将DOWN的主端口B信息写入队列中，释放计数信号量触发任务执行；RB1通过获取信号量方式告诉链路故障模块快速处理任务，该任务切换CPU控制的选择器的状态；
如果能获取信号量，就从队列中读取TRILL网络通道切换信息，将到达RB2的TRILL流量全部切换到出口A对应的通道上，封装TRILL数据报转发到RB3上。
本发明的一种多链路透明互联多播帧传输方法和系统，可以实现两点间多条路径同时转发流量；类似IP网络的平滑扩展；快速收敛；防止广播风暴；保持原有二层网络配置的简洁性。

Claims (7)

1.一种多链路透明互联多播帧传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)每个交换机RB通过运行自己的链路状态协议认知TRILL网络的拓扑，产生分发树，并为每一个VLAN生成一棵分发树，其中，在产生的分发树中，根据每个RB的优先级计算出树根，通告到分发树中的所有RB；
(2)使用最短路径树算法生成从该RB到达TRILL网络里的各个RB的路由转发表，当边缘RB收到组播侦听协议报文，将所述的报文复制到CPU，生成组播TRILL转发表；
(3)当一台边缘RB收到某一个VLAN的广播帧或多播帧时，RB向自己的其它普通VLAN口分发所述的广播帧或多播帧，并封装所述的广播帧或多播帧为TRILL数据帧到TRILL网络中，同时引入TTL字段，其中，封装TRILL数据帧的目的：RB为所述的VLAN分发树的根桥，通过根桥找出本RB所有邻居设备RB；将TRILL数据帧扩散到与所述的VLAN相关的其它所有RB设备上；
当边缘交换机RB接收到组播数据报文时，根据VLAN和DMAC查找组播MAC表：
如果找到，则基于VLAN和DMAC多播转发表对应的同VLAN出口信息，把原始数据帧拷贝发送给每个非分发树出口；根据多播找到对应的分发树的树根Nickname，以及该多播对应本地在该分发树树上的邻居边缘交换机RB和中间交换机RB，找到邻居对应的出口A和出口B信息，然后封装TRILL报文转发出去；
如果以VLAN和DMAC为索引的表项没有找到，则基于VLAN对应的多播转发表；根据多播找到对应的分发树的树根Nickname，以及该多播对应本地在该分发树上的邻居边缘RB和中间RB，找到邻居对应的出口A和出口B信息，然后封装TRILL报文转发出去；
(4)在TRILL网络中，当RB有多个出端口链路，每条链路两两互为备份，当RB端口检测到下游设备故障时，节点设备产生快速中断，使其切换到备用隧道链路。
2.根据权利要求1所述的多链路透明互联多播帧传输方法，其特征在于：在所述步骤(2)中组播侦听协议报文复制到CPU后，根据报文的VLAN、组播MAC和RB的路由转发表信息，生成组播TRILL转发表。
3.根据权利要求1所述的多链路透明互联多播帧传输方法，其特征在于：在所述步骤(4)产生的快速中断中，通过设置信号量的方式通知端口故障事件通知模块，通过改变选择器的状态，将端口故障链路的数据报文切换到其它备份的通道上。
4.一种多链路透明互联多播帧传输系统，其特征在于，包括：用户端设备、边缘交换机RB以及中间交换机RB，所述边缘交换机和所述中间交换机在TRILL网络中，所述用户端设备通过局域网连接所述边缘交换机，其中，
(1)每个RB通过运行自己的链路状态协议认知TRILL网络的拓扑，产生分发树，并为每一个VLAN生成一棵分发树，其中，在产生的分发树中，根据每个RB的优先级计算出树根，通告到分发树中的所有RB；
(2)使用最短路径树算法生成从该RB到达TRILL网络里的各个RB的路由转发表，当边缘RB收到组播侦听协议报文，将所述的报文复制到CPU，生成组播TRILL转发表；
(3)当一台边缘RB收到某一个VLAN的广播帧或多播帧时，RB向自己的其它普通VLAN口分发所述的广播帧或多播帧，并封装所述的广播帧或多播帧为TRILL数据帧到TRILL网络中，同时引入TTL字段，其中，封装TRILL数据帧的目的：RB为所述的VLAN分发树的根桥，通过根桥找出本RB所有邻居设备RB；将TRILL数据帧扩散到与所述的VLAN相关的其它所有RB设备上；
当边缘交换机RB接收到组播数据报文时，根据VLAN和DMAC查找组播MAC表：
如果找到，则基于VLAN和DMAC多播转发表对应的同VLAN出口信息，把原始数据帧拷贝发送给每个非分发树出口；根据多播找到对应的分发树的树根Nickname，以及该多播对应本地在该分发树树上的邻居边缘交换机RB和中间交换机RB，找到邻居对应的出口A和出口B信息，然后封装TRILL报文转发出去；
如果以VLAN和DMAC为索引的表项没有找到，则基于VLAN对应的多播转发表；根据多播找到对应的分发树的树根Nickname，以及该多播对应本地在该分发树上的邻居边缘RB和中间RB，找到邻居对应的出口A和出口B信息，然后封装TRILL报文转发出去；
(4)在TRILL网络中，当RB有多个出端口链路，每条链路两两互为备份，当RB端口检测到下游设备故障时，节点设备产生快速中断，使其切换到备用隧道链路。
5.根据权利要求4所述的多链路透明互联多播帧传输系统，其特征在于：
所述边缘交换机RB为TRILL网络边缘设备，所述中间交换机RB为TRILL网络传输设备。
6.根据权利要求4或5所述的多链路透明互联多播帧传输系统，其特征在于：在所述步骤(2)中组播侦听协议报文复制到CPU后，根据报文的VLAN、组播MAC和RB的路由转发表信息，生成组播TRILL转发表。
7.根据权利要求6所述的多链路透明互联多播帧传输系统，其特征在于：在所述步骤(4)产生的快速中断中，通过设置信号量的方式通知端口故障事件通知模块，通过改变选择器的状态，将端口故障链路的数据报文切换到其它备份的通道上。
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