CN104486164B - 一种链路故障检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种链路故障检测方法和装置。所述方法包括：如果下游设备在第一时间内没有接收到上游设备发来的BPDU，则通过除备份端口以外的所有端口发送STP Probe报文，以使首次接收到STP Probe报文的网络设备在自身桥ID和上游设备的桥ID相同时，发送STP Ack报文；下游设备在第二时间内首次接收到STP Ack报文，并确定STP Ack报文携带有下游设备的桥ID时，若接收STP Ack报文的端口ID和下游设备与上游设备相连的端口ID不同，则确定自身与上游设备间链路发生故障，计算以自身为树根的分发树。通过本发明的技术方案，有效提升了MPLS网络的稳定性。

Description

一种链路故障检测方法和装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种链路故障检测方法和装置。

背景技术

在二层交换网络中，一旦存在环路就会造成报文在环路内不断循环和增生，产生广播风暴，从而占用所有的有效带宽，使网络变得不可用。STP(Spanning Tree Protocol，生成树协议)是一种二层管理协议，RSTP(Rapid Spanning Tree Protocol，快速生成树协议)、PVST(Per-VLAN Spanning Tree，每VLAN生成树)和MSTP(Multiple Spanning TreeProtocol，多生成树协议)是STP的更新技术。运行协议的设备通过彼此交互信息发现网络中的环路，并有选择的对某些端口进行阻塞，最终将环路网络结构修剪成无环路的树型网络结构，从而防止报文在环路网络中不断增生和无限循环，避免设备由于重复接收相同的报文造成的报文处理能力下降的问题发生。

BPDU(Bridge Protocol Data Unit，网桥协议数据单元)是一种问候数据包，MSTP通过在设备之间传递BPDU来确定网络的拓扑结构，例如在树形的网络结构中，上游设备会每隔问候时间(Hello Time)向下游设备发送BPDU以确认链路是否存在故障。

如果链路发生故障，例如上游设备和下游设备之间的链路拥塞，下游设备将收不到上游设备发送的BPDU，则下游设备会在预先设定的超时时间后计算以自身为树根的分发树，其中超时时间通常是间隔时间的N倍，例如3×Hello Time。但是，由于上游设备和下游设备之间的链路拥塞，在等待的超时时间内会导致网络流量的中断，从而影响网络的稳定性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种链路故障检测方法和装置，应用在运行MSTP的网络中，能够有效提升网络的稳定性。

具体地，本发明提供了一种链路故障检测方法，所述方法应用于多生成树协议MSTP网络中接收网桥协议数据单元BPDU的下游设备，所述MSTP网络中发出所述BPDU的网络设备称为上游设备，所述方法包括：

如果下游设备在第一时间内没有接收到上游设备发来的BPDU，所述下游设备通过除备份端口以外的所有端口发送生成树协议STP探测Probe报文，所述STP Probe报文携带所述上游设备的桥ID、所述下游设备的桥ID及所述下游设备的与所述上游设备相连的端口的端口ID，以使首次接收到所述STP Probe报文的网络设备在所述网络设备的自身桥ID和所述上游设备的桥ID相同时，通过接收所述STP Probe报文的端口发送STP确认Ack报文，所述STP Ack报文携带所述下游设备的桥ID和所述下游设备与所述上游设备相连的端口ID；

所述下游设备在第二时间内首次接收到所述STP Ack报文，并确定所述STP Ack报文携带有所述下游设备的桥ID时，若接收所述STP Ack报文的端口的端口ID和所述下游设备与所述上游设备相连的端口的端口ID不同，则所述下游设备确定自身与所述上游设备之间的链路发生故障，并计算以自身为树根的分发树。

本发明还提供了一种链路故障检测装置，所述装置应用于多生成树协议MSTP网络中接收网桥协议数据单元BPDU的下游设备，所述MSTP网络中发出所述BPDU的网络设备称为上游设备，所述装置包括：

第一处理模块，用于如果在第一时间内没有接收到上游设备发来的BPDU，通过除备份端口以外的所有端口发送生成树协议STP探测Probe报文，所述STP Probe报文携带所述上游设备的桥ID、所述下游设备的桥ID及所述下游设备的与所述上游设备相连的端口的端口ID，以使首次接收到STP Probe报文的网络设备，用于如果在自身桥ID和所述上游设备的桥ID相同时，通过接收所述STP Probe报文的端口发送STP Ack报文，所述STP Ack报文携带所述下游设备的桥ID和所述下游设备与所述上游设备相连的端口ID；

第二处理模块，用于在第二时间内首次接收到所述STP Ack报文，并确定所述STP确认Ack报文携带有所述下游设备的桥ID时，若接收所述STPAck报文的端口的端口ID和所述下游设备与所述上游设备相连的端口的端口ID不同，则确定自身与所述上游设备之间的链路发生故障，并计算以自身为树根的分发树。

由以上技术方案可见，本发明中，如果下游设备在第一时间内没有接收到上游设备发来的BPDU报文，会通过发送STP Probe报文和接收STP Ack报文来确定自身与上游设备之间的链路是否发生故障，如果下游设备在第二时间内接收到STP Ack报文，且接收该STPAck报文的端口的端口ID和下游设备与上游设备相连的端口的端口ID不同，则该下游设备确定自身与上游设备之间的链路发生故障，并计算以自身为树根的分发树，减少了等待时间，从而减少了网络流量中断的时间。

附图说明

图1本发明一种实施方式中链路故障检测方法的流程图；

图2是本发明一种实施方式中链路故障检测装置的逻辑结构图。

具体实施方式

本发明通过减少超时等待时间来解决目前面临的困境。本发明提供了一种链路故障检测方法，请参考图1，所述方法应用在运行多生成树协议MSTP的网络设备上，包括如下步骤：

步骤101，如果下游设备在第一时间内没有接收到上游设备发来的BPDU，该下游设备通过除备份端口以外的所有端口发送生成树协议STP探测Probe报文，该STP Probe报文携带上游设备的桥ID、下游设备的桥ID及下游设备的与上游设备相连的端口的端口ID，以使首次接收到STP Probe报文的网络设备在该网络设备的自身桥ID和上游设备的桥ID相同时，通过接收STP Probe报文的端口发送STP确认Ack报文，该STP Ack报文携带下游设备的桥ID和下游设备与上游设备相连的端口的端口ID。

MSTP通过每隔Hello Time在设备之间传递BPDU以确认链路是否存在故障，其中发出BPDU的网络设备称为上游设备，接收该BPDU的网络设备称为下游设备。

在本步骤中，设置第一时间为问候时间(Hello Time)，下游设备在Hello Time内没有接收到上游设备发来的BPDU，则下游设备会通过除备份端口以外的所有端口发送STPProbe报文。

相比较现有技术，在本发明中新增STP Probe报文，该STP Probe报文的结构具体设置如下，当然具体字节数和值可能会有其他的变化形式，在此不限制。

其中，

Destination mac：为STP协议规定的生成树的组播目的mac，具体可以为0x0180-c200-0000，当然也可以是其他值；

Source mac：为生成并发送该STP Probe报文的网络设备的mac或者生成该STPProbe报文的网络设备的发送该STP Probe报文的接口mac，本步骤中为下游设备的mac或者下游设备发送该STP Probe报文的接口mac；

Length：为长度，STP Probe报文的Length字段为LLC到Port ID的长度，例如Length字段的值为0x18，当然也可以是其他值；

LLC：为逻辑链路控制，和STP报文相同，例如STP Probe报文的LLC字段的值为0x424203，当然也可以是其他值；

Protocol ID：为协议ID，STP Probe报文的Protocol ID字段的值恒为零；

Protocol Version ID：为报文类型，STP Probe报文的Protocol Version ID字段的值设置为第一值，以表示该报文是STP Probe报文，例如Protocol Version ID字段的值为0x05，当然也可以是其他值；

Bridge ID：为生成并发送STP Probe报文设备的桥ID，在本步骤中，为下游设备的桥ID；

Destination ID：为邻接上游设备的桥ID，在本步骤中，为上游设备的桥ID；具体地，链路故障前，上游设备向下游设备发送BPDU，上游设备的桥ID在BPDU中携带，在STPProbe报文转发过程中，该值不发生改变；

Port ID：为未在Hello Time时间内接收到BPDU报文的端口ID，在本步骤中，为下游设备的与上游设备相连的端口的端口ID。

在本步骤中，网络设备可能会收到多个Bridge ID相同的STP Probe报文，网络设备只对多个Bridge ID相同的STP Probe报文中的接收到的第一个STP Probe报文进行处理，之后接收到的STP Probe报文可以做丢弃处理。

判断该网络设备的自身桥ID和该STP Probe报文中的Destination ID是否相同；

如果该网络设备的自身桥ID和该STP Probe报文中的Destination ID相同，则通过接收STP Probe报文的端口发送STP Ack报文；

如果该网络设备的自身桥ID和该STP Probe报文中的Destination ID不相同，则通过除备份端口以外的所有端口转发STP Probe报文。

相比较现有技术，在本发明中还新增STP Ack报文，所述STP Ack报文的结构具体设置如下，当然具体字节数和值可能会有其他的变化形式，在此不限制。

其中，

Destination mac：为STP协议规定的生成树的组播目的mac，具体可以为0x0180-c200-0000，当然也可以是其他值；；

Source mac：为生成并发送该STP Ack报文的网络设备的mac或者生成该STP Ack报文的网络设备的发送该STP Ack报文的接口mac；

Length：为长度，STP Ack报文的Length字段为LLC到Port ID的长度，例如Length字段的值为0x18，当然也可以是其他值；

LLC：为逻辑链路控制，和STP报文相同，例如STP Ack报文的LLC字段的值为0x424203，当然也可以是其他值；

Protocol ID：为协议ID，STP Ack报文的Protocol ID字段的值恒为零；

Protocol Version ID：为报文类型，STP Ack报文的Protocol Version ID字段的值设置为第二值，以表示该报文是STP Ack报文，例如Protocol Version ID字段的值为0x06，当然也可以是其他值；

Bridge ID：为生成并发送STP Ack报文的网络设备的桥ID；

Destination ID：和接收到的STP Probe报文中的Bridge ID相同，在本步骤中，为下游设备的桥ID；在STP Ack报文转发过程中，该值不发生改变；

Port ID：和STP Probe报文中的Port ID相同，在本步骤中，为下游设备的与上游设备相连的端口的端口ID。

步骤102，如果下游设备在第二时间内首次接收到该STP Ack报文，并确定该STPAck报文携带有下游设备的桥ID时，若接收该STP Ack报文的端口的端口ID和下游设备与上游设备相连的端口的端口ID不同，则该下游设备确定自身与上游设备之间的链路发生故障，并计算以自身为树根的分发树。

在本步骤中，设置第二时间为超时时间，例如超时时间＝超时时间因子×3×Hello Time，超时时间因子配置为5～7。

如果下游设备在超时时间内首次接收到STP Ack报文，该下游设备判断自身桥ID和该STP Ack报文中的Destination ID是否相同；

如果下游设备的自身桥ID和该STP Ack报文中的Destination ID相同，则判断接收该STP Ack报文的端口的端口ID和该STP Ack报文中的Port ID是否相同；

如果接收该STP Ack报文的端口的端口ID和该STP Ack报文中的PortID相同，若下游设备在超时时间内没有接收到上游设备发来的BPDU，则下游设备在在到达超时时间时计算以自身为树根的分发树；若下游设备在超时时间内接收到上游设备发来的BPDU，则下游设备确定自身与上游设备之间的链路没有发生故障；

如果接收该STP Ack报文的端口的端口ID和该STP Ack报文中的PortID不相同，则下游设备确定自身与上游设备之间的链路发生故障，并计算以自身为树根的分发树；

如果下游设备的自身桥ID和该STP Ack报文中的Destination ID不相同，则通过除备份端口以外的所有端口转发STP Ack报文。

此外，如果在超时时间内发生了其他链路故障，导致下游设备在超时时间后首次接收到该STP Ack报文，则下游设备可以将STP Ack报文做丢弃处理。

优选地，网络设备接收到STP Probe报文后，只对首次接收到的该STP Probe报文进行处理，之后接收到的该STP Probe报文可以做丢弃处理；下游设备接收到STP Ack报文后，只对首次接收到的该STP Ack报文进行处理，之后接收到的该STP Ack报文可以做丢弃处理，其中：

对于作为非上游设备的网络设备，则该网络设备首次接收到的该STPProbe报文的老化时间为第二时间减第一时间和首次接收到该STP Ack报文的时间减首次接收到该STPProbe报文的时间的最小值，即Min{第二时间-第一时间，首次接收到该STP Ack报文的时间-首次接收到该STP Probe报文的时间}；

对于作为上游设备的网络设备，则该网络设备首次接收到的该STP Probe报文的老化时间为第二时间减第一时间，即{第二时间-第一时间}。

对于作为下游设备的网络设备，则该网络设备首次接收到的该STP Ack报文的老化时间为第二时间减第一时间，即{第二时间-第一时间}。

本发明还提供了一种链路故障检测装置，该装置应用于多生成树协议MSTP网络中接收网桥协议数据单元BPDU的下游设备，MSTP网络中发出所述BPDU的网络设备称为上游设备，下游设备作为该逻辑装置的运行载体，该链路故障检测装置的硬件环境通常至少都包括CPU、内存以及非易失性存储器。请参考图2，该装置还包括：

第一处理模块，用于如果在第一时间内没有接收到上游设备发来的BPDU，通过除备份端口以外的所有端口发送STP Probe报文，该STP Probe报文携带上游设备的桥ID、下游设备的桥ID及下游设备的与上游设备相连的端口的端口ID，以使首次接收到STP Probe报文的网络设备，用于如果首次接收到STP Probe报文，在自身桥ID和上游设备的桥ID相同时，通过接收STP Probe报文的端口发送STP Ack报文，该STP Ack报文携带下游设备的桥ID和下游设备与上游设备相连的端口的端口ID；

第二处理模块，还用于如果在第二时间内首次接收到STP Ack报文，并确定该STPAck报文携带有下游设备的桥ID时，若接收该STP Ack报文的端口的端口ID和下游设备与上游设备相连的端口的端口ID不同，则该下游设备确定自身与上游设备之间的链路发生故障，并计算以自身为树根的分发树。

在具体实施方式中，设置第一时间为Hello Time，MSTP通过每隔HelloTime在设备之间传递BPDU以确认链路是否存在故障；第二时间为超时时间，例如超时时间＝超时时间因子×3×Hello Time，超时时间因子配置为5～7。

如果在Hello Time内没有接收到上游设备发来的BPDU，则第一处理模块会通过除备份端口以外的所有端口发送STP Probe报文，其中该STP Probe报文通过ProtocolVersion ID字段携带报文类型，通过Destination ID字段携带上游设备的桥ID、通过Bridge ID字段携带下游设备的桥ID及通过Port ID字段携带下游设备的与上游设备相连的端口的端口ID。

该首次接收到STP Probe报文的网络设备判断自身桥ID和该STP Probe报文中的Destination ID是否相同；如果该网络设备的自身桥ID和该STPProbe报文中的Destination ID相同，则通过接收STP Probe报文的端口发送STP Ack报文；如果该网络设备的自身桥ID和该STP Probe报文中的Destination ID不相同，则通过除备份端口以外的所有端口转发STP Probe报文，其中该STP Ack报文通过Protocol Version ID字段携带报文类型，通过Bridge ID字段携带该网络设备的自身桥ID，通过Destination ID字段携带下游设备的桥ID，通过Port ID字段携带下游设备的与上游设备相连的端口的端口ID。

如果在超时时间内首次接收到STP Ack报文，该第二处理模块判断自身桥ID和该STP Ack报文中的Destination ID是否相同；如果下游设备的自身桥ID和该STP Ack报文中的Destination ID相同，则判断接收该STP Ack报文的端口的端口ID和该STP Ack报文中的Port ID是否相同；如果接收该STP Ack报文的端口的端口ID和该STP Ack报文中的Port ID相同，若下游设备在超时时间内没有接收到上游设备发来的BPDU，则下游设备在在到达超时时间时计算以自身为树根的分发树；若下游设备在超时时间内接收到上游设备发来的BPDU，则下游设备确定自身与上游设备之间的链路没有发生故障；如果接收该STP Ack报文的端口的端口ID和该STP Ack报文中的Port ID不相同，则下游设备确定自身与上游设备之间的链路发生故障，并计算以自身为树根的分发树；如果下游设备的自身桥ID和该STP Ack报文中的Destination ID不相同，则通过除备份端口以外的所有端口转发STP Ack报文；此外，如果在超时时间内发生了其他链路故障，导致在超时时间后首次接收到STP Ack报文，则第二处理模块可以将STP Ack报文做丢弃处理。

网络设备接收到STP Probe报文后，只对首次接收到的该STP Probe报文进行处理，之后接收到的该STP Probe报文可以做丢弃处理；下游设备接收到STP Ack报文后，只对首次接收到的该STP Ack报文进行处理，之后接收到的STP Ack报文可以做丢弃处理，其中：

对于作为非上游设备的网络设备，则该网络设备首次接收到的该STPProbe报文的老化时间为第二时间减第一时间和首次接收到该STP Ack报文的时间减首次接收到该STPProbe报文的时间的最小值，即Min{第二时间-第一时间，首次接收到该STP Ack报文的时间-首次接收到该STP Probe报文的时间}；

对于作为上游设备的网络设备，则该网络设备首次接收到的该STP Probe报文的老化时间为第二时间减第一时间，即{第二时间-第一时间}。

对于作为下游设备的网络设备，则该网络设备首次接收到所述STP Ack报文的老化时间为第二时间减第一时间，即{第二时间-第一时间}。

现有技术中如果网络发生故障，下游设备要等待超时时间，例如至少等待3×Hello Time之后才能重新计算以自身为树根的分发树，在等待的时间内会导致本地网络流量的中断。通过以上描述可以看出，在本发明中，如果下游设备在Hello Time内没有接收到上游设备发来的BPDU报文，会通过发送STP Probe报文和接收STP Ack报文来确定自身与上游设备之间的链路是否发生故障，如果下游设备在超时时间内接收到STP Ack报文，且接收该STP Ack报文的端口的端口ID和下游设备与上游设备相连的端口的端口ID不同，则该下游设备确定自身与上游设备之间的链路发生故障，并计算以自身为树根的分发树，减少了等待时间，从而减少了网络流量中断的时间。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种链路故障检测方法，所述方法应用于多生成树协议MSTP网络中接收网桥协议数据单元BPDU的下游设备，所述MSTP网络中发出所述BPDU的网络设备称为上游设备，其特征在于，所述方法包括：

如果下游设备在第一时间内没有接收到上游设备发来的BPDU，所述下游设备通过除备份端口以外的所有端口发送生成树协议STP探测Probe报文，所述STP Probe报文携带所述上游设备的桥ID、所述下游设备的桥ID及所述下游设备的与所述上游设备相连的端口的端口ID，以使首次接收到所述STP Probe报文的网络设备在所述网络设备的自身桥ID和所述上游设备的桥ID相同时，通过接收所述STP Probe报文的端口发送STP确认Ack报文，所述STP Ack报文携带所述下游设备的桥ID和所述下游设备与所述上游设备相连的端口ID；

所述下游设备在第二时间内首次接收到所述STP Ack报文，并确定所述STP Ack报文携带有所述下游设备的桥ID时，若接收所述STP Ack报文的端口的端口ID和所述下游设备与所述上游设备相连的端口的端口ID不同，则所述下游设备确定自身与所述上游设备之间的链路发生故障，并计算以自身为树根的分发树，其中，所述第二时间大于所述第一时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述STP Probe报文的Protocol VersionID字段的值为第一值，所述STP Ack报文的Protocol Version ID字段的值为第二值，以使网络设备在接收到STP报文时，通过Protocol Version ID字段的值确定接收到的STP报文为STP Probe报文或STP Ack报文。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果所述首次接收到所述STP Probe报文的网络设备是非上游设备，则所述网络设备首次接收到的所述STP Probe报文的老化时间为Min{第二时间-第一时间，首次接收到STP Ack报文的时间-首次接收到STP Probe报文的时间}；

如果所述首次接收到所述STP Probe报文的网络设备是上游设备，则所述网络设备首次接收到所述STP Probe报文的老化时间为{第二时间-第一时间}。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述下游设备首次接收到的所述STPAck报文的老化时间为{第二时间-第一时间}。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：如果所述下游设备在第二时间内没有接收到所述STP Ack报文，则在到达所述第二时间时计算以自身为树根的分发树。

6.一种链路故障检测装置，所述装置应用于多生成树协议MSTP网络中接收网桥协议数据单元BPDU的下游设备，所述MSTP网络中发出所述BPDU的网络设备称为上游设备，其特征在于，所述装置包括：

第一处理模块，用于如果在第一时间内没有接收到上游设备发来的BPDU，通过除备份端口以外的所有端口发送生成树协议STP探测Probe报文，所述STP Probe报文携带所述上游设备的桥ID、所述下游设备的桥ID及所述下游设备与所述上游设备相连的端口的端口ID，以使首次接收到STP Probe报文的网络设备，用于如果在自身桥ID和所述上游设备的桥ID相同时，通过接收所述STP Probe报文的端口发送STP确认Ack报文，所述STP Ack报文携带所述下游设备的桥ID和所述下游设备与所述上游设备相连的端口ID；

第二处理模块，用于在第二时间内首次接收到所述STP Ack报文，并确定所述STP Ack报文携带有所述下游设备的桥ID时，若接收所述STP Ack报文的端口的端口ID和所述下游设备的与所述上游设备相连的端口的端口ID不同，则确定自身与所述上游设备之间的链路发生故障，并计算以自身为树根的分发树，其中，所述第二时间大于所述第一时间。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述STP Probe报文的Protocol VersionID字段的值为第一值，所述STP Ack报文的Protocol Version ID字段的值为第二值，以使网络设备在接收到STP报文时，通过Protocol Version ID字段的值确定接收到的STP报文为STP Probe报文或STP Ack报文。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，如果所述首次接收到所述STP Probe报文的网络设备是非上游设备，则所述网络设备首次接收到所述STP Probe报文的老化时间为Min{第二时间-第一时间，首次接收到STP Ack报文的时间-首次接收到STP Probe报文的时间}；

如果所述首次接收到所述STP Probe报文的网络设备是上游设备，则所述网络设备首次接收到所述STP Probe报文的老化时间为{第二时间-第一时间}。

9.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述第二处理模块首次接收到所述STPAck报文的老化时间为{第二时间-第一时间}。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二处理模块还用于：如果在第二时间内没有接收到所述STP Ack报文，则在到达所述第二时间时计算以自身为树根的分发树。