CN104219115B - 一种使以太网环协议与生成树协议能够异构混合组网的方法和系统 - Google Patents
一种使以太网环协议与生成树协议能够异构混合组网的方法和系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种使以太网环协议与生成树协议能够异构混合组网的方法和系统,包括步骤：(1)通过设置生成树协议节点的桥优先级属性将生成树拓扑的根节点固定在耦合拓扑的共享链路上；(2)专用环网协议上的所有非共享节点开启对生成树协议报文的透传；(3)专用环网协议上的所有节点从被自身主动阻断的端口收到生成树协议BPDU做丢弃处理；(4)共享链路上的节点从两个环网端口中任意一个端口收到生成树协议BPDU视为从同一端口收到。本发明的系统包括相互连接的交换芯片和CPU，本发明的优点是实现了耦合多环混合组网、环与星形网络混合组网、多归宿混合组网等多种形式的复杂组网模式。
Description
技术领域
本发明涉及一种使以太网环协议与生成树协议能够异构混合组网的方法和系统,属于网络技术领域。
背景技术
目前，传统的以太环网是由一组IEEE 802.1兼容的以太网节点组成的环形拓扑，每个节点通过基于802.3媒体访问控制(MAC)的环端口与其他两个节点相连，而以太网MAC可以由其他服务层技术承载，所有节点间能够直接或者间接通信。单独的以太网环(以下简称单环)其物理拓扑是一种环形冗余网络拓扑，为了避免形成广播风暴，以太网环的逻辑工作网络拓扑实际为链型，也即单环拓扑的生成树。同时，以太网环之间也可以互联构成多环拓扑，其互连方式如下：通过一个共享节点互联；由两个或多个共享节点互联；环形网络拓扑在层次化组网、节省线路资源、提供灵活快速的保护、简化组网拓扑和简化网络管理等方面具有线形和星形方式不具有的优点，但是，它必须给数据通道提供快速的故障恢复能力，其中最关键的就是小于50ms的保护倒换能力，因环形拓扑在工作时必须消除冗余链路，即使逻辑拓扑为链型(或称开环)，所以需要环网中的节点运行专用环网协议来实现，其中已经标准化的协议有ITU-T的G.8032、IEC的IEC 62439 MRP等，但在实际应用中各设备制造商对标准协议实现的互通性并不好，而且很多设备制造商还在使用自己私有的以太网环协议，所以当使用多家设备制造商的设备构成复杂环网拓扑(如多环)时，往往存在兼容性的问题。
除了专用环网协议，IEEE 802.1D、802.1s、802.1w定义的生成树协议也可以用来构建环网，生成树协议的构建冗余网络的优势是：各厂商之间兼容性好、设备支持极为普及、支持的冗余拓扑类型、冗余链路的数目不受限制；但生成树协议的劣势是保护倒换能力不好，其倒换性能与网络规模相关，网络规模越大，生成树的倒换性能越低。
目前，专用环网协议不能与生成树协议直接混合组网，这很大程度上限制了工程实施的灵活性，特别是工程中需要多环拓扑时，例如一个双环拓扑，两个环共享了一条链路，通常称为耦合环，环网是一种网络拓扑形态，其中环网1(以下简称RING 1)运行专用环网协议，而环网2(以下简称RING 2)则希望使用生成树协议组环；而RING 2还可以是更复杂的非环型冗余拓扑形态。而本发明能够实现耦合多环混合组网、环与星形网络混合组网、多归宿混合组网等多种形式的复杂组网模式，经检索在传统的现有技术中未发现能够解决此类问题的专利技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够克服上述技术问题的使以太网环协议与生成树协议能够异构混合组网的方法和系统，本发明公开的方法能够解决专用环网协议与生成树协议的混合组网问题，特别是本发明能够解决专用环网协议构成的网络拓扑与生成树协议构成的网络拓扑存在共享链路情况时的混合组网。
本发明所述使以太网环协议与生成树协议能够异构混合组网的方法包括以下步骤：
(1)通过设置生成树协议节点的桥优先级属性，将生成树拓扑的根节点固定在耦合拓扑的共享链路上；
(2)专用环网协议上的所有非共享节点开启对生成树协议报文的透传，即从某环网端口接收到的生成树BPDU(桥接协议数据单元，Bridge Protocol Data Unit)报文不处理而是原样从配对的另一个环网端口转发出去；
(3)专用环网协议上的所有节点(经常是主节点)从被自身主动阻断的端口收到生成树协议BPDU做丢弃处理；
(4)共享链路上的节点从两个环网端口中任意一个端口收到生成树协议BPDU，视为从同一端口收到，送交生成树协议处理之前将接收端口号、报文中的端口ID、端口开销归一化为相同值，这两个环网端口叫做耦合配对端口，其目的是当共享链路故障引起专用环网协议发生倒换保护时，不影响生成树协议的计算，因为此时共享链路上的节点仍然可通过另一个环网端口与生成树根节点通信，这保证了共享链路的阻断状态只能通过专用环网协议控制，避免了生成树协议和专用环网协议同时控制造成的错误。
本发明的使以太网环协议与生成树协议能够异构混合组网的系统是典型的以太网交换机硬件系统，包括相互连接的交换芯片(网桥芯片)和CPU，其中CPU是执行生成树协议、环网协议的主体，CPU依据协议的运算结果执行对交换芯片的控制(即端口的阻塞/转发状态控制)。
本发明的优点是：(1)实现了专用环网协议与生成树协议的异构混合组网；(2)本发明只有在定义耦合配对端口方面需要设备特殊实现，但此改动不需要对生成树协议以及专用环网协议本身进行任何改动；(3)本发明的异构混合组网可以实现耦合多环混合组网、环与星形网络混合组网、多归宿混合组网等多种形式的复杂组网模式。
附图说明
图1是耦合多环拓扑中存在一条共享链路和两个共享节点的结构示意图；
图2是耦合多环拓扑中存在两条共享链路和三个共享节点的结构示意图；
图3是本发明的耦合或异构实现方案的结构示意图；
图4是本发明的多宿实现方案(Multi Homing)的结构示意图；
图5是本发明所述系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
本发明的一种使以太网环协议与生成树协议能够异构混合组网的方法包括以下步骤：
(1)通过设置生成树协议节点的桥优先级属性，将生成树拓扑的根节点固定在耦合拓扑的共享链路上；
(2)专用环网协议上的所有非共享节点开启对生成树协议报文的透传，即从某环网端口接收到的生成树BPDU报文不处理而是原样从配对的另一个环网端口转发出去；
(3)专用环网协议上的所有节点(经常是主节点)从被自身主动阻断的端口收到生成树协议BPDU做丢弃处理；
(4)共享链路上的节点从两个环网端口中任意一个端口收到生成树协议BPDU，视为从同一端口收到，送交生成树协议处理之前将接收端口号、报文中的端口ID、端口开销归一化为相同值，这两个环网端口叫做耦合配对端口。
如图1和图2所示，本发明的一种使以太网环协议与生成树协议能够异构混合组网的方法能够解决如图1所示的耦合环拓扑中存在一条共享链路和两个共享节点以及如图2所示耦合环拓扑中存在两条共享链路和三个共享节点的情况。图1到图5中的空白方框均为指定网桥。
如图3和图4所示，给出了本发明的方案示意图，图3和图4中路径上的数字1、3、4、6代表生成树协议使用的路径开销，图4中的4、6就是生成树协议的路径开销，4和6这两条链路的链路开销设置需要大于共享链路上任意网桥到根桥的开销。
如图3和图4所示，其中，SW为指定网桥，所述指定网桥是生成树协议中定义的概念。SW1为指定网桥1，SW2为指定网桥2，SW3为指定网桥3，ROOT为根桥，RING 1为环网1，RING2为环网2，图3和图4中各有4个节点参与了生成树计算，耦合共享节点上只有耦合共享链路两端的端口参与RSTP(快速生成树协议，Rapid Spanning Tree Protocol)计算。
本发明的硬件系统结构如图5所示，本发明的硬件系统是典型的以太网交换机硬件系统，包括相互连接的交换芯片(网桥芯片)和CPU，其中CPU是执行生成树协议、环网协议的主体，CPU依据协议的运算结果执行对交换芯片的控制(即端口的阻塞/转发状态控制)。
本发明所述耦合配对端口的实现方式有以下三种：
(1)图中位置1处，将收到的协议报文欺骗CPU，让CPU认为是从同一个端口接收来的，这通过在软件的驱动程序层实现；
(2)图中位置2处，有些交换芯片如果支持替换报文内容，则直接在位置2实现；
(3)图中位置3处，在交换芯片外部挂接一个专用芯片，例如挂接FPGA(可编程门阵列，Field Programmable Gate Array)来实现报文内容替换；
无论上述哪种实现方法，只要最终不影响CPU的计算结果即可，本发明的优点是不用对CPU运行的协议本身做任何修改，只需要对CPU的收发包接口稍做调整。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的范围内，能够轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (4)
1.一种使以太网环协议与生成树协议能够异构混合组网的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)通过设置生成树协议节点的桥优先级属性，将生成树拓扑的根节点固定在耦合拓扑的共享链路上；
(2)专用环网协议上的所有非共享节点开启对生成树协议报文的透传，即从某环网端口接收到的生成树BPDU报文，原样从配对的另一个环网端口转发；
(3)专用环网协议上的所有节点从被自身主动阻断的端口收到生成树协议BPDU做丢弃处理；
(4)共享链路上的节点从两个环网端口中任意一个端口收到生成树协议BPDU，视为从同一端口收到，送交生成树协议之前将接收端口号、报文中的端口ID、端口开销归一化为相同值，这两个环网端口叫做耦合配对端口。
2.使以太网环协议与生成树协议能够异构混合组网的系统，其特征在于，包括相互连接的交换芯片和CPU，CPU通过执行以下操作对交换芯片的端口的阻塞/转发状态进行控制：
通过设置生成树协议节点的桥优先级属性，将生成树拓扑的根节点固定在耦合拓扑的共享链路上；
专用环网协议上的所有非共享节点开启对生成树协议报文的透传，即从某环网端口接收到的生成树BPDU报文，原样从配对的另一个环网端口转发；
专用环网协议上的所有节点从被自身主动阻断的端口收到生成树协议BPDU做丢弃处理；
共享链路上的节点从两个环网端口中任意一个端口收到生成树协议BPDU，视为从同一端口收到，送交生成树协议之前将接收端口号、报文中的端口ID、端口开销归一化为相同值，这两个环网端口叫做耦合配对端口。
3.根据权利要求2所述的使以太网环协议与生成树协议能够异构混合组网的系统，其特征在于：所述交换芯片为网桥芯片。
4.根据权利要求2所述的使以太网环协议与生成树协议能够异构混合组网的系统，其特征在于：所述系统为以太网交换机硬件系统。
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