CN103973509A - 回路检测的方法及网络装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种回路检测的方法及网络装置，上述方法用于一网络装置，上述方法包括：通过一端口接收一回路检测帧；通过一回路检测单元检测回路检测帧是否由上述网络装置的端口所传送；以及当回路检测帧由上述端口所传送时，通过一帧分析单元分析回路检测帧，以判断上述网络装置是否发生回路；当发生回路时，通过一端口切断单元切断网络装置的端口，其中的回路检测帧为一回路检测协定数据单元帧。本发明的检测方法可广泛的适用于各种网络装置。

Description

回路检测的方法及网络装置

技术领域

本发明涉及一种回路检测(Loop Detection)方法及网络装置，尤其涉及一种通过一回路检测帧（frame）以判断回路是否发生的方法及网络装置。

背景技术

以太网络（Ethernet Network）是目前普遍的区域网络(Local AreaNetwork，LAN)技术，较大型的区域网络中，在桥接器(bridge)，例如交换器(switch)间或其内部可能形成回路(Loop)，使封包在回路上不断被重复转发，占据频宽和装置资源，例如存储器，影响网络传输效能，与装置运作效能。

参阅图1A与图1B，为区域网络中二种回路态样。图1A中，装置10中的端口101所送出的封包14可能会通过交换器（图未显示）经由装置12送回至装置10中的端口101，造成回路。在图1B中，装置10中的端口101所送出的封包14可能会通过交换器（图未显示）经由装置12送回至装置10中的另一端口102，造成回路。

目前主要依据IEEE802.1的扩张树协定(Spanning Tree Protocol，STP)解决回路问题，当回路发生时，回路的某些连接(Link)会被切断，使端口失去功能以切断回路。然而，以硬件实现扩张树协定，所需成本较高。以软体实现扩张树协定，则装置或交换器所配置的运算单元亦须具备相当的程序运算能力。但某些装置或交换器仅配置无程序运算能力的特殊应用电路(Application Specified Integrated Circuit，ASIC)来处理封包，故扩张树协定不完全的适用各式的装置或交换器。

发明内容

鉴于上述问题，本发明揭示一种回路检测的方法，用于一网络装置以检测网络装置是否产生回路。上述回路检测的方法包括：通过一端口接收一回路检测协定数据单元(Loop Detection Protocol Data Unit，LDPDU)帧作为一回路检测帧；通过一回路检测模块检测回路检测帧是否由上述网络装置的端口所传送；当回路检测帧由上述端口所传送时，还分析回路检测帧，以判断网络装置是否发生回路；当回路发生时，通过回路检测模块切断(shut down)传送回路检测帧的端口；当网络装置未发生回路时，则丢弃回路检测帧。

本发明还提出一种网络装置，包括一端口，以及一回路检测模块，回路检测模块还包含一回路检测单元、一帧分析单元以及一端口切断单元。端口耦接于回路检测单元及端口切断单元。帧分析单元耦接于回路检测单元及端口切断单元。端口接收一回路检测协定数据单元帧作为一回路检测帧。回路检测单元检测回路检测帧是否由网络装置的端口所传送。当回路检测帧由上述端口所传送时，帧分析单元分析回路检测帧，并判断网络装置是否发生回路。当发生回路时，端口切断单元切断传送回路检测帧的端口；当未发生回路时，则帧分析单元丢弃回路检测帧。

通过本发明的回路检测方法及网络装置，由于对于硬件要求并不高，只需具有基本网络装置的功能，如本实施例中关于封包的处理、判断与控制等，故可广泛的适用于各种网络装置，无论网络装置是否具有中央的运算单元或其运算能力，均可有效的达到回路检测的效果。

附图说明

图1A～1B为显示于区域中回路形成的示意图。

图2为显示根据本发明一实施例所述的网络装置的功能方块图。

图3为显示根据本发明另一实施例所述的网络装置的功能方块图。

图4A～图4B为显示根据本发明一实施例的回路检测的方法流程图。

上述附图中的附图标记说明如下：

10、12～装置；

14～封包；

101、102～端口；

200、300～网络装置；

210、310～回路检测模块；

220、320～回路检测单元；

230、330～帧分析单元；

240、340～端口切断单元；

250、350～检测封包产生单元；

360～整体状态检测单元；

370～端口状态检测单元；

P0、P1、P2、P3～端口；

P0_Tx、P1_Tx、P2_Tx、P3_Tx～帧传送单元；

P0_Rx、P1_Rx、P2_Rx、P3_Rx～帧接收单元；

S401、S403、S405、S407、S409、S411、S413、S415、S417、S419、S421、S423、S425～步骤。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图，作详细说明。

图2为本发明一实施例的网络装置200的功能方块图。网络装置200可为有线∕无线的交换器(Switch)、路由器、存取点(Access Point，AP)等桥接器(bridge)，或其他具有数据封包传递功能的网络装置，本发明不以此为限。网络装置200包括一回路检测模块210与多个端口P0、P1、P2、P3。其中，回路检测模块210还包括一回路检测单元220、一帧分析单元230、一端口切断单元240，以及一检测封包产生单元250。而多个端口P0、P1、P2、P3等分别包括帧接收单元Rx以及帧传送单元Tx。多个端口P0、P1、P2、P3等分别相耦接于回路检测单元220与端口切断单元240，而帧分析单元230耦接于回路检测单元220、端口切断单元240及检测封包产生单元250。必须注意的是，本发明并不限制端口的数量，单一端口也可应用于此网络装置200，且回路不仅发生于数网络装置间，亦可能发生于单一网络装置的各端口间。

本实施例的回路检测模块210于媒体存取控制层(Medium AccessControl，MAC)以硬件方式实现时，可以是一具有运算能力的中央运算单元，如微处理器、微控器(microcontroller)或现场可编程逻辑门阵列(FiledProgrammable Gate Array，FPGA)等，而回路检测单元220、帧分析单元230、端口切断单元240、检测封包产生单元250的功能可以此中央运算单元配合软件或韧体实现，即上述各单元可由中央运算单元的各功能单元来整体实现，或者，本实施例的回路检测模块210也可以是无程序运算能力的特殊应用电路，只需具有本实施例中关于封包的收发、处理、判断与控制等基本网络装置的功能，本发明不以此为限。

在此实施例中，网络装置200通过产生与传送一回路检测协定数据单元(Loop Detection Protocol Data Unit，LDPDU)帧作为一回路检测帧来检测是否发生回路。表格1为显示根据本发明一实施例的回路检测帧的规格，每一回路检测帧包括下列栏位与各栏位的对应数据的位元组(byte)长度：目的位址(Destination Address，DA)、来源位址(Source Address，SA)、以太网类型(Ethernet Type)、协定识别符(Protocol Identifier，PID)、端口位址、逻辑端口码(Logical Port Number)、检查码(Digest Key)、位元填补(Padding)以及栏位检查序列(Frame Check Sequence，FCS)等栏位，但本发明就各栏位的次序与长度并不以此为限。

其中，目的位址栏位记录回路检测帧的目的位址，此目的位址为目标不明的单播位址(unknown unicast address)。来源位址栏位记录传送此回路检测帧的网络装置的来源位址，其内容为此网络装置的媒体存取控制(MAC)位址。以太网类型栏位表示此回路检测帧的类型。协定识别符栏位的预设值为00-01。端口位址栏位为传送此回路检测帧的端口的MAC位址。逻辑端口码栏位为传送此回路检测帧的端口的端口码。检查码栏位为一组网络装置的检查码，检查码是在网络装置的开机时间内以HMAC-MD5运算所随机产生，

各网络装置产生的检查码均不相同，若回路检测帧的检查码栏位内容与网络装置的检查码相符，可确认回路检测帧为此网络装置所传送。位元填补栏位与栏位检查序列栏位的内容值由网络装置200的制造商所设定。

表格1

图3所示的另一实施例中，网络装置300的回路检测模块310还包括一整体状态检测单元360及一端口状态检测单元370。整体状态检测单元360检测网络装置300是否启用回路检测功能，而端口状态检测单元370检测网络装置300的各端口是否具有且开启传送回路检测帧的功能，即启用网络装置300的回路检测功能后，尚必须开启端口传送回路检测帧的功能，检测封包产生单元350才可以针对个别端口产生回路检测帧并经由其帧传送单元Tx传送，以执行回路检测功能而判断回路是否发生。值得说明的是，前述实施例的网络装置200则预设相关回路检测功能与端口传送功能均有启用的实施态样，其他功能单元的技术内容则类似，后续仅以网络装置300作说明。

表格2为本实施例的整体状态及端口状态的关系。当网络装置300已启用回路检测功能且有端口开启传送回路检测帧的功能时，网络装置300才可执行回路检测的功能。如果网络装置300未启用回路检测功能，或端口不具备或未开启传送回路检测帧的功能，网络装置300均未能执行回路检测的功能。值得注意的是，本实施例的整体状态检测单元360及端口状态检测单元370的技术内容与前述各功能单元类似而不再重述。

但即使本实施例的网络装置300因未开启传送回路检测帧的功能而未执行回路检测功能时，仍可接收与辨识此回路检测帧，仅是不判断是否发生回路，所以网络装置300接收到回路检测帧，仍会判断此回路检测帧的来源，如果回路检测帧来自本网络装置300，即回路检测帧的来源位址(SA)栏位同于网络装置300的媒体存取控制(MAC)位址时，会因为网络装置300目前并未执行回路检测功能，而视为有错误发生，因此丢弃此回路检测帧；或者是当此回路检测帧来自其他网络装置，即回路检测帧的SA栏位不同于此网络装置300的MAC位址，便转送此回路检测帧至其他网络装置。在另一实施例中，已启用回路检测功能且有端口开启传送回路检测帧的网络装置300还可预设于一预设时间间隔，以检测封包产生单元350周期地产生并传送回路检测帧以检测是否发生回路。

表格2

值得注意的是，在虚拟网络环境下，当回路检测帧被转送经过所连接的端口时，都必须贴上标签(Tagging)，否则将无法辨识其隶属于哪一个虚拟网络。另外，所连接的端口也可根据连接端口∕虚拟网络之间的关系来决定此回路检测帧应被贴上标签或移除标签(Untagging)。

表格3为本发明一实施例所述的整体状态，包含是否开启回路检测功能与回路检测帧来源等的关系，以及对于回路检测帧的处理。当网络装置300接收到来自其他网络装置的回路检测帧时，无论回路检测帧是否贴有标签，网络装置300均根据一虚拟区域网络(Virtual Local Area Network，VLAN)规则将此回路检测帧转送，例如送至至相同虚拟区域网络领域中的其他端口。当网络装置300接收到来自本身的回路检测帧，而网络装置300并未执行回路检测功能时，则丢弃此回路检测帧。当网络装置300有执行回路检测时，则再进一步地检查此回路检测帧以判断是否发生回路。若一网络装置不支援本发明的回路检测功能时，即使收到回路检测帧亦无法辨识，仅视为一般数据信号，而不判断内容，便直接转送。

表格3

一端口的帧接收单元Rx接收到回路检测帧后，回路检测单元320比对回路检测帧内的SA栏位是否与网络装置300的MAC位址相同，判断所接收的回路检测帧是否为网络装置300所发送，并从逻辑端口码栏位判定是否由网络装置300的端口P0、P1、P2、P3等其中之一所传送。

当此回路检测帧是由网络装置300的端口P0、P1、P2、P3等其中之一所传送时，帧分析单元330还分析回路检测帧。在另一实施例中，帧分析单元330进一步分析回路检测帧中的以太网类型栏位、端口位址栏位及检查码栏位。当回路检测帧的以太网类型栏位与网络装置300的一配置参考数据符合，且回路检测帧的端口位址栏位与传送此回路检测帧的端口的MAC位址相同，及回路检测帧的检查码栏位与网络装置300产生的检查码相符时，帧分析单元330判定网络装置300发生回路。

当帧分析单元330判定网络装置300发生回路时，端口切断单元340依据使用者的预先设定来执行以下二种动作之一。一是切断(shut down)产生与传送此回路检测帧的端口，包含其帧传送单元Tx与帧接收单元Rx。或另一作法是，维持原状，不对网络装置作任何动作。

于本发明的一实施例中，当网络装置300发生回路后，其检测封包产生单元350还传送一检测封包以通知使用者网络装置300发生回路。在另一实施例，使用者可预先设定回路检测模块210、310事先检查回路检测帧中的目的位址栏位、来源位址栏位及协定识别符栏位，以减少后续回路检测时的运算与处理负担。

在一实施例中，各端口P0、P1、P2、P3的帧接收单元Rx与帧传送单元Tx实现于网络装置300的物理层(Physical Layer)，网络装置300传送的回路检测帧会通过帧传送单元Tx传送至其他网络装置。而来自物理层的帧则通过帧接收单元Rx接收后送至回路检测单元320。且帧接收单元Rx、帧传送单元Tx与回路检测单元320之间连接的总线可为高速总线等连接接口，但本发明不以此为限。

图4A～4B为本发明一实施例的回路检测的方法流程图。当网络装置通过一端口接收到一回路检测协定数据单元帧作为一回路检测帧后，在步骤S401中，整体状态检测单元检测此网络装置是否启用回路检测功能。若网络装置并未启用回路检测功能时（步骤S401的“否”），在步骤S403中，网络装置的回路检测单元还判断此回路检测帧是否为此网络装置自身所发送。若此回路检测帧为此网络装置自身所发送（步骤S403的“是”），在步骤S405中，丢弃此回路检测帧。若回路检测帧为其他网络装置所传送时（步骤S403的“否”），步骤S409中，则根据一虚拟区域网络规则将此回路检测帧转送(flood)至相同虚拟区域网络领域中的其他端口。若网络装置已启用回路检测功能（步骤S401中的“是”），在步骤S407中，网络装置的回路检测单元还判断此回路检测帧是否为此网络装置自身所发送的。若回路检测帧来自其他网络装置（步骤S407的“否”），步骤S409中，则根据一虚拟区域网络规则将此回路检测帧转送(flood)至相同虚拟区域网络领域中的其他端口。若此回路检测帧为此网络装置自身所发送的（步骤S407的“是”），步骤S411中，回路检测单元检测此回路检测帧是否由此网络装置的端口所传送。若此回路检测帧并非由此网络装置的端口所传送时（步骤S411的“否”），步骤S425中，回路检测单元丢弃此回路检测帧。当此回路检测帧是由此网络装置的端口所传送时（步骤S411中的“是”），步骤S413中，端口状态检测单元判断传送此回路检测帧的端口是否具有发送回路检测帧的功能。当此回路检测帧的端口不具有发送回路检测帧的功能时（步骤S413的“否”），在步骤S425中，丢弃此回路检测帧。

当传送此回路检测帧的端口具有发送回路检测帧的功能时（步骤S413的“是”），步骤S415中，端口状态检测单元判断传送此回路检测帧的端口目前是否处于关闭(shut down)状态，即是否开启端口传送回路检测帧的功能。当传送此回路检测帧的端口目前处于关闭状态时（步骤S415的“是”），即使先前端口因为开启传送的功能而可能有回路的状况发生，但端口目前已经关闭而不会造成回路。因此，在步骤S425中，回路检测单元丢弃此回路检测帧。

当传送此回路检测帧的端口目前处于开启状态时（步骤S415的“否”），则执行步骤S417。值得注意的是，本实施例的步骤S413及步骤S415判断端口状态的机制，其次序可任意变换，本发明并不以此为限，且前述实施例的网络装置200则因预设相关功能均有启用，因此在本实施例的回路检测方法中的步骤401、步骤413与步骤415中，即分别直接进行后续其他步骤407、步骤417。

在步骤S417中，帧分析单元分析该回路检测帧的内容，即进一步分析此回路检测帧中的以太网类型栏位、端口位址栏位以及检查码栏位。

当帧分析单元分析以太网类型栏位与此网络装置的一配置参考数据不相符，或端口位址栏位与传送此回路检测帧的端口的MAC位址不相符，或检查码栏位与此网络装置所产生的检查码不相符时，即上述三栏位的比对结果中至少有一不符合时（步骤S417的“否”），在步骤S425中，帧分析单元判定未发生回路，并丢弃此回路检测帧。反之，若上述三栏位的比对结果均相符合时（步骤S417的“是”），步骤S419中，帧分析单元判定发生回路。

当帧分析单元判断发生回路时，在步骤S421中，端口切断单元可依据使用者的预先设定，执行下述两种动作其中的一种：切断产生与传送此回路检测帧的端口的帧传送单元Tx和帧接收单元Rx，或不作任何动作。

步骤S423中，检测封包产生单元还传送一检测封包以通知使用者此网络装置发生回路，其内容可以是回路发生的内容信息，例如发生回路的端口，以及是否切断相关的端口等，本发明不以此为限，以方便使用者决定后续处理。

通过本发明的回路检测方法及网络装置，由于对于硬件要求并不高，只需具有基本网络装置的功能，如本实施例中关于封包的处理、判断与控制等，故可广泛的适用于各种网络装置，无论网络装置是否具有中央的运算单元或其运算能力，均可有效的达到回路检测的效果。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定的范围为准。

Claims (14)

1.一种回路检测的方法，用于一网络装置，其特征在于，上述回路检测的方法包括：

通过一端口接收一回路检测帧；

通过一回路检测模块检测上述回路检测帧是否由上述端口所传送；以及

当上述回路检测帧由上述端口所传送时，通过上述回路检测模块分析上述回路检测帧，以判断上述网络装置是否发生回路；

其中，当发生回路时，通过上述回路检测模块切断传送上述回路检测帧的上述端口；当未发生回路时，上述回路检测模块丢弃上述回路检测帧。

2.根据权利要求1所述的回路检测的方法，其特征在于，上述回路检测的方法还包括，通过上述回路检测模块传送一检测封包以通知一使用者发生回路。

3.根据权利要求1所述的回路检测的方法，其特征在于，上述回路检测的方法还包括通过上述回路检测模块根据一预设时间周期产生上述回路检测帧；以及通过上述端口发送该回路检测帧，其中上述回路检测帧包括：一来源位址栏位；一以太网类型栏位；一端口位址栏位；

一逻辑端口码栏位；以及一检查码栏位；

其中通过上述回路检测模块分析上述回路检测帧的上述以太网类型栏位、上述端口位址栏位以及上述检查码栏位，以判断上述网络装置是否发生回路。

4.根据权利要求3所述的回路检测的方法，其特征在于，其中当上述以太网类型栏位与上述网络装置的一配置参考数据符合，且上述端口位址栏位与上述端口的一媒体存取控制位址相同，及上述检查码栏位与上述网络装置的一检查码相符时，判定上述网络装置发生回路。

5.根据权利要求1所述的回路检测的方法，其特征在于，通过上述回路检测模块检测上述回路检测帧是否由上述端口所传送的步骤中，还包含：

若上述回路检测帧不由上述网络装置所传送时，则通过上述回路检测模块根据一虚拟区域网络规则转送上述回路检测帧；以及

当上述回路检测帧来自上述网络装置，但不为上述端口所传送时，丢弃上述回路检测帧。

6.根据权利要求1的回路检测的方法，其特征在于，上述回路检测的方法还包括：

通过上述回路检测模块判断上述网络装置是否启用一回路检测功能；以及

当上述网络装置未启用上述回路检测功能时，则丢弃上述回路检测帧。

7.根据权利要求1的回路检测的方法，其特征在于，上述回路检测的方法还包括：

通过上述回路检测模块判断上述网络装置的上述端口是否具有一传送上述回路检测帧的功能；

当上述网络装置的上述端口不具有上述功能时，则丢弃上述回路检测帧；以及

当上述网络装置的端口未开启上述功能时，则丢弃上述回路检测帧。

8.一种网络装置，其特征在于，上述网络装置包括：

一端口，接收一回路检测帧；以及

一回路检测模块，包含一回路检测单元、一帧分析单元与一端口切断单元；

其中上述回路检测单元，耦接于上述端口，上述并检测上述回路检测帧是否由上述端口所传送；

上述帧分析单元，耦接于上述回路检测单元，当上述回路检测帧由上述端口所传送时，上述帧分析单元分析上述回路检测帧，并判断上述网络装置是否发生回路；上述端口切断单元，耦接于上述端口及上述帧分析单元，当上述网络装置发生回路时，切断传送上述回路检测帧的端口；当上述网络装置未发生回路时，上述帧分析单元丢弃上述回路检测帧。

9.根据权利要求8所述的网络装置，其特征在于，上述回路检测模块还包括：

一检测封包产生单元，耦接于上述帧分析单元，当回路发生时，上述检测封包产生单元传送一检测封包以通知一使用者。

10.根据权利要求8所述的网络装置，其特征在于，上述网络装置还包括：

一检测封包产生单元，根据一预设时间周期产生上述回路检测帧，以持续检测上述网络装置是否发生回路；其中上述回路检测帧包括：

一目的位址栏位；

一来源位址栏位；

一以太网类型栏位；

一端口位址栏位；

一逻辑端口码栏位；以及

一检查码栏位；

其中由上述帧分析单元分析上述回路检测帧的上述以太网类型栏位、上述端口位址栏位以及上述检查码栏位，以判断上述网络装置是否发生回路。

11.根据权利要求10所述的网络装置，其特征在于，当上述帧分析单元分析上述以太网类型栏位与上述网络装置的一配置参考数据符合，且上述端口位址栏位与上述端口的一媒体存取控制位址相同，及上述检查码栏位与上述网络装置的一检查码相符时，判定上述网络装置发生回路。

12.根据权利要求8所述的网络装置，其特征在于，当上述回路检测帧不由上述网络装置所传送时，上述回路检测单元根据一虚拟区域网络规则转送上述回路检测帧；其中上述回路检测帧来自上述网络装置，但不由上述端口所传送时，则上述回路检测单元丢弃上述回路检测帧。

13.根据权利要求8所述的网络装置，其特征在于，上述回路检测模块还包括：

一整体状态检测单元，用以判断上述网络装置是否启用一回路检测功能；当未启用上述回路检测功能时，上述网络装置丢弃上述回路检测帧。

14.根据权利要求8所述的网络装置，其特征在于，上述回路检测模块还包括：

一端口状态检测单元，判断上述端口是否具有一传送上述回路检测帧的功能；其中当上述端口不具有上述功能时，则上述网络装置丢弃上述回路检测帧；

其中上述端口状态检测单元还判断上述端口是否开启一传送上述回路检测帧的功能；当上述未开启上述功能时，则上述网络装置丢弃上述回路检测帧。