CN105144645A - 结构交换机中的生成树 - Google Patents

Abstract

本发明的一个实施例提供一种交换机。该交换机包括分组处理器和生成树管理模块。分组处理器从消息获得与生成树关联的信息。生成树管理模块响应于获得的信息优于生成树的本地可用信息而确定用于生成树的交换机的本地端口的端口角色是根端口，而用于生成树的本地端口的端口状态是阻止。

Description

结构交换机中的生成树

技术领域

本公开内容涉及网络管理。更具体而言，本公开涉及一种用于高效地促进对于结构交换机(fabricswitch)的外部生成树(spanningtree)支持的方法和系统。

背景技术

因特网的增长已经随之带来对于带宽的日益增长的需求。因而，设备销售商竞相构建各自能够支持大量终端设备的更大和更快交换机以高效地移动更多流量。然而，交换机的大小不能无限地增长。聊举数个因素，它受物理空间、功率消耗和设计复杂度限制。一种用于面对该挑战的方式是互连多个交换机以支持大量用户。在层3的网络中互连这样大量的交换机需要通常由网络管理员执行的对相应交换机的繁琐和复杂配置。这样的配置包括指派用于相应接口(例如端口)的地址和配置用于交换机的路由协议。这些问题可以通过在层2中互连交换机来解决。

一种用于增加交换机系统的吞吐量的方式是使用交换机堆叠(stacking)。在交换机堆叠中，以特殊模式互连多个更小规模的相同交换机以形成更大的逻辑交换机。对于交换机堆叠所需的人工配置和拓扑限制的数量在堆叠达到某个大小时变得繁琐得令人望而却步，这排除交换机堆叠在构建大规模交换系统中成为实际选项。

随着层2(例如，以太网)交换技术继续演进，传统上已经成为层3(例如，因特网协议或者IP)网络的特点的、更像路由的功能正在迁移到层2中。特别地，大量链路透明互连(TRILL)协议的新近发展允许以太网交换机更像路由设备一样工作。TRILL克服了常规生成树协议的固有低效率，这迫使层2交换机被耦合在逻辑生成树拓扑中以避免形成回路(looping)。TRILL通过在交换机中实施路由功能和在TRILL报头中包括跳计数来允许路由桥(RBridge)被耦合在任意拓扑中而没有形成回路的风险。

尽管在任意拓扑中耦合交换机给网络带来许多希望的特征，但是对于促进外部生成树支持来说，仍然存在一些未解决的问题。

发明内容

本发明的一个实施例提供一种交换机。该交换机包括分组处理器和生成树管理模块。分组处理器从消息获得与生成树关联的信息。生成树管理模块响应于获得的信息优于生成树的本地可用信息来确定用于生成树的交换机的本地端口的端口角色是根端口并且用于生成树的本地端口的端口状态是阻止。

在该实施例的变化中，该交换机包括通知模块，其生成针对远程交换机的通知消息，该通知消息包括获得的信息。

在该实施例的变化中，生成树管理模块响应于来自远程交换机的批准而将用于生成树的本地端口的端口状态改变成转发。

在该实施例的变化中，如果交换机从来自远程交换机的消息中接收到生成树的较优信息，则生成树管理模块重新确定用于生成树的本地端口的端口角色。应当注意该消息不是生成树的控制消息。

在该实施例的变化中，生成树管理模块在本地节点根优先级矢量中存储生成树的最佳本地可用信息和在本地节点根优先级表中存储与远程交换机关联的生成树的最佳信息。

在该实施例的变化中，交换机还包括维护结构交换机中的成员资格的结构交换机管理模块。结构交换机被配置为容纳多个交换机并且作为单个交换机操作。生成树管理模块在生成树中将结构交换机表示为单个交换机。

在又一变化中，交换机还包括向本地端口指派端口标识符的端口管理模块。该端口标识符在结构交换机的边缘端口之中是唯一的。生成树管理模块使用端口标识符以参与生成树、由此促进本地端口表现为由结构交换机代表的单个交换机的端口。

在又一变化中，端口管理模块在交换机的端口标识符分配表的条目中存储端口标识符。如果针对交换机出现状态更新事件，则端口管理模块将该条目标记为过时。排除结构交换机的其它成员交换机向边缘端口指派该过时条目。

在又一变化中，如果状态更新事件的影响结束，则端口管理模块向本地端口重新指派端口标识符。

在又一变化中，如果已经达到端口标识符数目的限制并且过时条目满足一个或者多个重新分配标准，则端口管理模块向第二端口重新指派过时条目的端口标识符。

在又一变化中，重新分配标准包括：(i)过时条目的年龄；以及(ii)条目是否由于配置的事件或者学习的事件而过时的指示。

在又一变化中，如果已经达到端口标识符数目的限制和在端口标识符分配表中的过时条目不可用，则端口管理模块排除该交换机为本地端口启用生成树。

在又一变化中，结构交换机管理模块还确定用于结构交换机的第一交换机标识符。该第一交换机标识符不同于与第二结构交换机关联的第二交换机标识符。在第一交换机标识符与第二交换机标识符之间的该不同基于随机数或者配置的数目。

在该实施例的变化中，交换机还包括：链路聚合模块，其将本地端口与远程交换机的第二端口结合作为虚拟链路聚合的单个逻辑端口来操作。链路聚合模块还在交换机与远程交换机之间选择主交换机。主交换机包括在本地端口与第二端口之间的选择的端口。该选择的端口作为逻辑端口的代表活跃地参与到生成树中。

在又一变化中，链路聚合模块基于交换机是否已经接收到生成树的最新近的控制消息来选择主交换机。

在又一变化中，链路聚合模块进一步基于与交换机和远程交换机关联的第一标识符是否比第二标识符较差来选择主交换机。第一标识符与第一结构交换机关联而第二标识符与第二结构交换机关联。结构交换机被配置为容纳多个交换机并且作为单个交换机操作。

附图说明

图1A图示根据本发明的一个实施例的具有分布式生成树端口状态确定的示例性结构交换机。

图1B图示根据本发明的一个实施例的用于促进分布式生成树端口状态确定的示例性节点根优先级矢量数据结构。

图1C图示根据本发明的一个实施例的用于促进分布式生成树端口状态确定的示例性节点根优先级表。

图2A呈现流程图，该流程图图示根据本发明的一个实施例的结构交换机的成员交换机确定本地边缘端口的生成树端口状态的过程。

图2B呈现流程图，该流程图图示根据本发明的一个实施例的结构交换机的成员交换机生成用于确定远程边缘端口的生成树端口状态的响应消息的过程。

图3A图示根据本发明的一个实施例的结构交换机的边缘端口的示例性留置端口标识符指派。

图3B图示根据本发明的一个实施例的用于结构交换机中的留置端口标识符指派的示例性端口标识符分配表。

图4A呈现流程图，该流程图图示根据本发明的一个实施例的结构交换机的成员交换机更新端口标识符分配表中的端口标识符的状态的过程。

图4B呈现流程图，该流程图图示根据本发明的一个实施例的结构交换机的成员交换机同步端口标识符分配信息与新加入的成员交换机的过程。

图4C呈现流程图，该流程图图示根据本发明的一个实施例的结构交换机的返回成员交换机分配端口标识符并且向本地边缘端口指派端口状态的过程。

图4D呈现流程图，该流程图图示根据本发明的一个实施例的结构交换机的新加入的成员交换机分配端口标识符并且向本地边缘端口指派端口状态的过程。

图5呈现流程图，该流程图图示根据本发明的一个实施例的结构交换机的成员交换机对于端口标识符分配表中的条目校验重新分配标准的过程。

图6A图示根据本发明的一个实施例的向结构交换机的示例性留置和唯一标识符指派。

图6B图示根据本发明的一个实施例的用于结构交换机的示例性唯一标识符。

图7A呈现流程图，该流程图图示根据本发明的一个实施例的结构交换机的成员交换机关联唯一标识符与结构交换机的过程。

图7B呈现流程图，该流程图图示根据本发明的一个实施例的结构交换机的返回成员交换机关联唯一标识符与本地交换机的过程。

图8A图示根据本发明的一个实施例的具有生成树支持的示例性虚拟链路聚合。

图8B图示根据本发明的一个实施例的在结构交换机之间具有生成树支持的示例性虚拟链路聚合。

图9图示根据本发明的一个实施例的具有生成树支持的虚拟链路聚合的伙伴交换机的示例性状态图。

图10图示根据本发明的一个实施例的具有分布式生成树协议支持的交换机的示例性架构。

具体实施方式

呈现以下描述以使本领域技术人员能够实现和使用本发明，并且在具体应用及其要求的上下文中提供以下描述。对公开的实施例的各种修改将容易为本领域技术人员所清楚，并且这里定义的一般原理可以应用于其它实施例和应用，而未脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不限于所示实施例，而是将被赋予与权利要求一致的最广范围。

概述

在本发明的实施例中，通过针对结构交换机的相应成员交换机中的边缘端口运行分布式生成树协议来解决结构交换机作为单个交换机参与外部生成树这样的问题。在结构交换机中，耦合在任意拓扑中的任何数目的交换机可以在逻辑上作为单个交换机操作。结构交换机可以是可以作为单个以太网交换机操作的以太网结构交换机或者虚拟群集交换机(VCS)。任何成员交换机可以在“即插即用”模式中加入或者离开结构交换机而无任何人工配置。在一些实施例中，在结构交换机中的相应交换机是大量链路透明互连(TRILL)路由桥(RBridge)。

在层2网络(例如，以太网)中耦合三个或者更多交换机和设备时，在这些交换机之中可能存在层2外部回路(即，由交换机的外部连接创建的回路)。为了打破该外部回路，相应交换机运行生成树协议，该协议确定交换机的相应端口的端口状态(例如，阻止或者转发)。转发端口活跃地参与到生成树中而阻止端口不经由生成树转发分组。

然而，生成树协议通常被设计用于个别交换机在本地判决端口状态。由于结构交换机对外部表现为单个交换机，所以结构交换机作为单个交换机参与到结构交换机外部的生成树中。因而，成员交换机不能做出本地判决，而可能需要广泛和易延迟的同步以判决边缘端口的端口状态。其它挑战包括生成树重新会聚而没有由于成员交换机返回到结构交换机所致的拓扑改变、在邻近结构交换机之中的标识符冲突和在虚拟链路聚合(VLAG)中经由边缘端口的低效率转发。

为了解决结构交换机作为单个交换机参与到外部生成树中的这种问题，用于结构交换机的相应成员交换机中的边缘端口的分布式生成树协议确定边缘端口的端口状态。该分布式生成树协议促进结构交换机的相应成员交换机的边缘端口的同步的生成树端口状态标识。通过向边缘端口指派相应留置(retentive)端口标识符来进一步增强分布式生成树的效率。在成员交换机离开和返回到结构交换机时，对应边缘端口保持相同相应端口标识符而不使生成树重新会聚。

另外，向相应结构交换机指派唯一层2标识符。因而，在多个结构交换机相互耦合时，相应结构交换机可以作为相应单个交换机参与到外部生成树协议中而不引起冲突。另外，在不同成员交换机(这些成员交换机被称为伙伴交换机)中的多个边缘端口可以参与虚拟链路聚合。选择接收最新近控制分组的边缘端口来参与外部生成树；因此选择经由生成(spanning)提供最高效转发的端口。

应当注意结构交换机与常规交换机堆叠不相同。在交换机堆叠中，基于特定拓扑在公共位置(经常在相同机架内)互连并且以特定方式人工地配置多个交换机。这些堆叠的交换机通常地共享公共地址、例如IP地址，因此它们可以被外部寻址为单个交换机。另外，交换机堆叠需要端口和交换机间链路的大量人工配置。对于人工配置的需要禁止交换机堆叠在构建大规模切换系统时成为可行选项。由交换机堆叠所施加的拓扑限制也限制可以被堆叠的交换机的数目。这是因为很难(如果不是不可能)设计如下堆叠拓扑：该堆叠拓扑允许整个交换机带宽随着交换机单元的数目充分地缩放。

对照而言，结构交换机可以包括具有独立地址的任意数目的交换机、可以基于任意拓扑而无需广泛人工配置。交换机可以驻留在相同位置或者被分布于不同位置。这些特征克服交换机堆叠的固有限制并且使得有可能构建可以被视为单个逻辑交换机的大型“交换机群”。由于结构交换机的自动配置能力，所以个别物理交换机可以动态地加入或者离开结构交换机而不破坏针对网络的其余物理交换机的服务。

另外，结构交换机的自动和动态可配置性允许网络运营商以分布式和“随着增长而付费”的方式构建它的切换系统而不牺牲可缩放性。结构交换机的对改变的网络条件做出响应的能力使它在虚拟计算环境中成为理想解决方案，其中网络负荷经常随时间改变。

虽然使用基于层2通信协议的示例来呈现本公开，但是本发明的实施例不限于层2网络。本发明的实施例与需要无回路网络拓扑的任何联网协议相关。在本公开中，术语“层2网络”是在通用意义上使用的并且可以是指任何联网层、子层或者在层3以下的联网层(例如，在互联网协议栈中的网络层)的组合。

术语“RBridge”是指路由桥，这些路由桥是实施如在通过引用而结合于此、在http://tools.ietf.org/html/rfc6325可获得的IETFRequestforComments(RFC)“RoutingBridges(RBridges):BaseProtocolSpecification”中描述的TRILL协议的桥。本发明的实施例不限于在RBridge之中的应用。也可以使用其它类型的交换机、路由器和转发器。

在本公开中，术语“终端设备”可以是指主机机器、常规层2交换机或者任何其它类型的网络设备。附加地，终端设备可以耦合到从层2网络更远离的其它交换机或者主机。终端设备也可以是用于多个网络设备进入层2网络的聚合点。

术语“边缘端口”是指结构交换机上的如下端口：该端口与在结构交换机外的网络设备交换数据帧(即，边缘端口不被用于与结构交换机的另一成员交换机交换数据帧)。在通用意义上，术语“端口”可以是指交换机的包括“边缘端口”的任何接口。术语“交换机间端口”是指在结构交换机的成员交换之间发送/接收数据帧的端口。可互换地使用术语“接口”和“端口”。

术语“交换机标识符”是指可以用来标识交换机的一组比特。交换机标识符的示例包括但不限于MAC地址、因特网协议(IP)地址和RBridge标识符。注意TRILL标准使用“RBridgeID”以表示向RBridge指派的48比特中间系统到中间系统(IS-IS)的系统ID，而使用“RBridge别名”以表示用作“RBridgeID”的缩写词的16比特值。在本公开中，“交换机标识符”用作通用术语、不限于任何比特格式，而可以是指可以标识交换机的任何格式。术语“RBridge标识符”也是在通用意义上使用的、不限于任何比特格式并且可以是指“RBridgeID”、“RBridge别名”或者可以标识RBridge的任何其它格式。

术语“帧”是指可以跨网络一起被传输的一组比特。“帧”不应被解释为使本发明的实施例限于层2网络。“帧”可以被指代诸如“消息”、“分组”、“单元”或者“数据报”这样的一组比特的其他术语替换。

术语“回路”是在通用意义上使用的，并且它可以是指任何数目的单独和结构交换机，这些交换机以交换机中的至少一个交换机可以接收先前从相同交换机源发的帧这样的方式相互耦合。术语“外部回路”是指基于交换机的外部连接而形成的网络回路。对于结构交换机，外部回路由边缘接口形成。在通用意义上可互换地使用术语“外部回路”和“回路”。术语“回路打断”是指停用在属于回路的两个交换机之间的接口或者链路，从而回路不再存在。

术语“生成树协议”是在通用意义上使用的并且可以是指在网络中创建生成树的任何协议。这样的协议可以是分布式或者集中式的。这样的协议的示例包括但不限于生成树协议(STP)、快速生成树协议(RSTP)和多生成树协议(MSTP)。术语“生成树”也是在通用意义上使用的并且可以是指网络中的任何无回路拓扑

术语“结构交换机”是指形成单个可缩放逻辑交换机的多个互连的物理交换机。在结构交换机中，可以在任意拓扑中连接任何数目的交换机，并且整组交换机一起作为一个单个交换机工作。该特征使得有可能使用许多更小廉价交换机以构造可以外部视为单个交换机的大型结构交换机。

网络架构

图1A图示根据本发明的一个实施例的具有分布式生成树端口状态确定的示例性结构交换机。如图1A中所示，层2网络100(例如以太网)包括结构交换机102以及交换机104、106和108。结构交换机102包括成员交换机112、114、116和118。在一些实施例中，网络100中的一个或者多个交换机、包括结构交换机102的一个或者多个成员交换机可以是虚拟交换机(例如，在计算设备上运行的软件交换机)。

在一些实施例中，结构交换机102是TRILL网络，而结构交换机102的相应成员交换机、诸如交换机116是TRILLRBridge。结构交换机102中的交换机使用边缘端口以与终端设备(例如，非成员交换机)通信和使用交换机间端口以与其它成员交换机通信。例如，交换机116经由边缘端口耦合到交换机106以及经由交换机间端口和一个或者多个链路耦合到交换机112、114和118。经由边缘端口的数据通信可以基于以太网而经由交换机间端口的数据通信可以基于TRILL协议。应当注意经由交换机间端口的控制消息交换可以基于不同协议(例如，因特网协议(IP)或者光纤信道(FC)协议)。

在网络100中，结构交换机102的成员交换机116和118分别耦合到交换机106和108。交换机106和108还耦合到交换机104并且在网络100中形成回路。该回路在结构交换机102外部，并且可以与结构交换机102的内部通信(例如，在成员交换机之间的通信)无关。为了打断该回路，交换机102、104、106和108参与生成树。结构交换机102作为单个交换机操作并向交换机104、106和108表现为单个交换机。因此，结构交换机102作为单个交换机参与生成树协议。

针对其已经启用了生成树的相应边缘端口可以参与生成树协议。结构交换机102的相应成员交换机针对这些边缘端口运行分布式生成树算法。为了促进分布式生成树算法的操作，针对其启用了生成树的、结构交换机102的相应边缘端口被指派端口标识符。该端口标识符跨结构交换机102是唯一的。以该方式，向外部终端设备唯一地标识相应端口。例如，交换机116的端口122和交换机118的端口124可以具有相同本地标识符，但是用于端口122和124的结构范围端口标识符是唯一的。因而，交换机106或者108可以唯一地标识交换机106或者108正在与之通信的、结构交换机102的端口。

假设交换机104是用于生成树的根交换机。在操作期间，交换机106和108接收包括生成树信息、诸如通向根交换机104的路径成本这样的提议消息。如果接收的信息优于在交换机106和108处可用的信息(例如，具有通向根104的更低路径成本和/或具有较低值的指定的交换机标识符)，则这些交换机经由相应接收端口用对应同意消息做出响应。这些端口变成用于生成树的交换机106和108的根端口。换而言之，向这些端口指派的端口角色是根端口。在一些实施例中，提议和同意消息是相应桥协议数据单元(BPDU)。BPDU可以包括根交换机标识符、从发送方交换机到根交换机的路径成本、发送方交换机的标识符和已经经由其发送BPDU的端口的标识符。

然而，在交换机106和108选择端口角色为根端口时，交换机106和108可以分别经由下游端口126和128向下游交换机发送提议消息并且将所有其它端口(除了根端口和下游端口之外的端口)置于阻止状态中。阻止状态的示例包括但不限于在端口不发送或者接收任何用户数据时的阻止状态、在端口接收BPDU但是不学习媒体访问控制(MAC)地址或者转发数据时的监听状态和在端口学习MAC地址但是不转发数据时的学习状态。如果交换机106不经由端口126接收回同意消息，则交换机106也可以将端口126置于阻止状态中。相似地，如果交换机108不经由端口128接收同意消息，则交换机108可以将端口128置于阻止状态中。

交换机106向成员交换机116发送包括通向根交换机104的路径成本的提议消息132。交换机116经由端口122接收提议消息132。相似地，交换机108向成员交换机118发送包括通向根交换机104的路径成本的提议消息134。交换机118经由端口124接收提议消息134。在未运行分布式生成树算法时，如果接收的信息优于在交换机116和118处可用的信息，则这些交换机分别经由端口122和124用对应同意消息做出响应。然后，端口122和124二者变成根端口。换而言之，向端口122和124指派的端口角色是根端口。

然而，由于交换机116和118是作为单个交换机参与生成树的结构交换机102的成员交换机，所以如果端口122和124二者变成根端口，则回路持续。在另一方面，如果交换机116或者118经由内部消息传输与所有其它成员交换机交换信息以分别确定端口122或者124是否为整个结构交换机102中的较优端口，则可能存在由于内部消息传输所致的延迟。同时，由于交换机106和108可以运行标准生成树协议，所以交换机106和108预计分别经由端口126和128的同意消息。由于延迟，交换机106和108可以使提议消息132和134超时并且分别将端口126和128置于阻止状态中。

为了解决该问题，结构交换机102的相应成员交换机针对结构交换机102的启用了生成树的边缘端口运行分布式生成树协议。该算法针对向根端口转变的端口(即，正被指派根端口的角色的端口)的执行额外验证(validation)。应当注意，该验证用于向根端口转变并且如果所考虑的端口的当前端口状态不是转发则被完成。例如，在成员交换机116向根端口转变端口122(例如，改变与端口122关联的生成树状态机)或者对提议消息132做出响应时，交换机116比较提议消息中的信息与在交换机116本地可用的信息。该信息可以包括与结构交换机102的一个或者多个端口标识符关联的可用端口信息(例如，与其它成员交换机中的端口关联的信息)。如果交换机116确定提议消息132包括较优信息，则交换机116向交换机106发送同意消息142并且向根端口转变端口122。然而，交换机116不将端口状态设置成转发。该端口状态可以被称为“根/阻止”状态，这有别于默认在转发状态中的普通根端口。

交换机116然后发送用于交换机112、114和118的通知消息，该通知消息包括与更新的端口状态关联的信息。在一些实施例中，该通知消息具有用于结构交换机102的内部消息传输格式。内部消息传输格式的示例包括但不限于FC、以太网和TRILL。如果端口122具有通向根交换机104的最适当路径(例如，最少成本路径)，那么交换机112、114和118向交换机116发送相应响应消息。响应消息可以包括用于端口122成为根端口的批准或者如果成员交换机具有比经由端口122更适合的通向根交换机104的路径则包括本地较优信息。例如，交换机118可以在提议消息134中具有较优信息并且在向交换机116的响应消息中包括该消息。如果交换机116从交换机112、114和118接收批准，则交换机116向转发状态转变端口122的端口状态。该端口状态可以被成为“根/转发”状态。否则，交换机116重新选择用于端口122的端口状态和/或端口角色并且向选择的端口状态和/或端口角色转变端口122。

相似地，在接收到提议消息134时，交换机118确定提议消息134是否包括与在交换机118本地可用的信息比较的较优信息。如果是，则交换机118向交换机108发送同意消息144、将端口124置于根/阻止状态中并且向交换机112、114和116发送通知消息。交换机112、114和116向交换机118发送相应响应消息。如果交换机118从交换机112、114和116接收到批准，则交换机118向根/转发状态转变端口124的端口状态。否则，交换机118重选用于端口124的端口状态和/或端口角色并且向选择的端口状态和/或端口角色转变端口124。

在分别接收到同意消息142和144时，交换机106和108分别将端口126和128视为用于生成树的指定端口。因此，交换机106和108开始分别经由端口126和128朝着结构交换机102转发帧。然而，在端口122和124在根/阻止状态中时，分别在交换机116和118处丢弃这些帧。因而，在网络100中打断回路。在端口122和124之一向根/转发状态转变时，该端口开始处理接收的帧。以该方式，分布式生成树协议在服从标准生成树协议之时防止用于结构交换机的外部回路。应当注意，结构交换机102作为单个交换机而与将结构交换机102表示为单个交换机的交换机标识符(例如，MAC地址)关联。结构交换机102的相应成员交换机与该标识符关联。交换机116和118分别在同意消息142和144中使用该标识符作为交换机标识符。

根优先级矢量

分布式生成树算法在结构交换机102的相应成员交换机处运行个别生成树状态机。同时，相应成员交换机考虑来自结构交换机102中的其它成员交换机的生成树信息以求用于整个结构的最适合信息。为了保证这一点，结构交换机102中的相应成员交换机维护节点根优先级矢量(NRPV)，该NRPV代表经由成员交换机的本地端口接收的最佳生成树信息。换而言之，节点根优先级矢量存储用于生成树的最佳本地可用信息。例如，交换机116的节点根优先级矢量可以是存储与端口122关联的生成树信息的数据结构，其中如果端口122的信息与结构交换机102的其它边缘端口比较为优，则该端口可以变成用于结构交换机102的根端口。交换机116计算它自己的节点根优先级矢量并且在交换机116处存储用于生成树的最佳本地可用信息。交换机116然后生成包括节点根优先级矢量的通知消息并且向结构交换机102的所有其它成员交换机发送通知消息。

相似地，交换机118计算用于端口124的节点根交换机矢量、生成包括节点根优先级矢量的通知消息并且向结构交换机102的所有其它成员交换机发送通知消息。在一些实施例中，交换机112和114也计算它们的用于生成树的相应节点根优先级矢量，即使这些交换机没有参与生成树的边缘端口。无论成员交换机何时经由交换机的端口中的任何端口接收到更佳信息(例如，更低成本路径)或者与当前节点根优先级矢量关联的端口何时变成不可用或者开始接收较差信息，成员交换机都重新计算节点根优先级矢量。

由于结构交换机102的成员交换机相互交换它们的相应节点根优先级矢量，所以成员交换机可以使用该信息来计算在结构交换机102内接收的最佳生成树信息。该最佳信息可以被成为群集根优先级矢量(CRPV)。群集根优先级矢量包括代表用于整个结构交换机102的根端口的生成树信息。例如，交换机116的节点根优先级矢量可以代表端口122，而交换机118的节点根优先级矢量可以代表端口124。然而，如果端口122是用于结构交换机102的根端口，则群集根优先级矢量代表端口122。

图1B图示根据本发明的一个实施例的用于促进分布式生成树端口状态确定的示例性节点根优先级矢量数据。在该示例中，节点根优先级矢量数据结构150包括指示成员交换机的角色类型的交换机角色152。例如，如果交换机具有根端口，则交换机角色152指示该交换机是指定的交换机。根节点优先级矢量也包括指定的桥优先级矢量154。在一些实施例中，指定的桥优先级矢量154是经由交换机的边缘端口接收的根优先级矢量中的最佳根优先级矢量。根优先级矢量代表在经由边缘端口接收的BPDU(例如，提议消息)中包括的信息。在一些实施例中，在成员交换机处的每生成树实例维护节点根优先级矢量数据结构150。

指定的桥优先级矢量154包括根交换机标识符156(生成树实例的根交换机的标识符)、根路径成本158(在成员交换机与根交换机之间的路径成本)、指定的交换机标识符160(成员交换机已经从其接收提议消息的指定的交换机的标识符)、指定的端口标识符162(成员交换机已经从其接收提议消息的指定的交换机的指定的端口的标识符)和端口标识符164(向成员交换机的已经经由其接收提议消息的边缘端口指派的用于结构交换机的唯一端口标识符)。如果交换机角色是根交换机，则指定的桥优先级矢量154不适用。在一些实施例中，节点根优先级矢量数据结构150还可以包括其它信息、比如问候定时器、转发延迟定时器、矢量的最大年龄和消息年龄。

图1C图示根据本发明的一个实施例的用于促进分布式生成树端口状态确定的示例性节点根优先级表。在该示例中，节点根优先级表170包括如结合图1A描述的用于结构交换机102的节点根优先级矢量信息。假设交换机116是用于结构交换机102的指定的交换机，而条目172和176分别对应于交换机116和118的节点根优先级矢量。条目172包括交换机116的交换机标识符182和节点根优先级矢量174。相似地，条目176包括交换机118的交换机标识符184和节点根优先级矢量178。

节点根优先级矢量174指示待指定的交换机角色并且包括根交换机104的交换机标识符；通向交换机116的根路径成本(在根交换机104与交换机116之间的路径成本)；向交换机116发送提议消息132的指定的交换机106的交换机标识符；经由其发送提议消息132的指定的端口126的端口标识符；以及经由其接收提议消息132的端口122的端口标识符192。端口标识符192是向端口122指派的用于结构交换机102的唯一端口标识符。相似地，节点根优先级矢量178指示待阻止的交换机角色并且包括根交换机104的交换机标识符；通向交换机118的根路径成本；向交换机118发送提议消息134的指定的交换机108的交换机标识符；经由其发送提议消息134的指定的端口128的端口标识符；以及经由其接收提议消息134的端口124的端口标识符194。端口标识符194是向端口124指派的用于结构交换机102的唯一端口标识符。

即使图1C图示用于交换机116和118的条目，但是节点根优先级表170也可以包括用于交换机112和114的条目。结构交换机102中的相应成员交换机维护节点根优先级表。成员交换机可以使用节点根优先级表中的信息来计算用于结构交换机102的群集根优先级矢量。在图1C中的示例中，条目172中的节点根优先级矢量174是用于结构交换机102的群集根优先级矢量。

端口状态确定

图2A呈现流程图，该流程图图示根据本发明的一个实施例的结构交换机的成员交换机确定本地边缘端口的生成树端口状态的过程。在操作期间，交换机经由本地边缘端口接收提议(操作202)。交换机校验该提议是否包括较优信息(操作204)。如果不是，则交换机可以丢弃该提议消息。如果提议包括较优信息，则交换机响应于提议消息生成同意消息(操作206)。交换机将生成树的任何当前转发本地端口(例如，在转发状态中并且参与生成树的本地端口)置于阻止状态中(操作208)。如结合图1A描述的那样，交换机经由边缘端口传输同意消息并且将该边缘端口置于根/阻止状态中(操作210)。

交换机然后生成针对结构交换机的其它成员交换机的通知消息，该通知消息包括本地端口信息(操作212)。在一些实施例中，如结合图1B描述的那样，该本地端口信息由节点根优先级矢量代表。交换机确定与用于生成的通知消息的相应成员交换机对应的相应输出端口并且经由确定的输出端口转发通知消息(操作214)。交换机响应于通知消息从其它成员交换机接收响应消息(操作216)。该响应消息可以包括来自结构交换机的远程边缘端口(在不同成员交换机中的边缘端口)的批准或者较优信息。

交换机校验交换机是否已经从其它成员交换机接收到提议(操作218)。如果交换机已经从所有其它成员交换机接收到提议，则本地边缘端口具有用于生成树的整个结构交换机的较优信息。交换机然后将边缘端口设置于根/转发状态中(操作220)。如果交换机尚未从所有其它成员交换机接收到批准，则远程边缘端口具有用于生成树的整个结构交换机的较优信息。交换机然后基于接收的响应消息重选用于边缘端口的端口状态并且将边缘端口设置于选择的端口状态中(操作222)。在一些实施例中，响应消息基于结构交换机的内部消息传输而不是生成树的控制消息。

图2B呈现流程图，该流程图图示根据本发明的一个实施例的结构交换机的成员交换机生成用于确定远程边缘端口的生成树端口状态的响应消息的过程。在操作期间，交换机经由交换机间端口接收通知消息(操作252)。交换机从通知消息提取与远程边缘端口关联的端口信息(操作254)并且比较提取的信息与本地可用信息(操作256)。在一些实施例中，如结合图1C描述的那样，交换机从本地节点根优先级表获得本地可用信息。交换机校验接收的信息是否较优(操作258)。如果是，则交换机生成包括批准的响应消息(操作262)。否则，交换机生成包括较优本地可用信息的响应消息(操作264)。交换机然后确定用于生成的响应消息的输出端口并且经由确定的输出端口发送响应消息(操作266)。

保持端口标识符

参与生成树的交换机的每个端口应当被指派唯一标识符。利用现有技术，在典型交换机中的该端口标识符是物理端口号。然而，在结构交换机中，相同物理端口号可以与不同成员交换机的边缘端口关联并且引起冲突。结构交换机范围唯一端口标识符化解该冲突并且唯一地标识生成树中的结构交换机的相应边缘端口。在图1A中的示例中，如果结构交换机102中的交换机116的端口122是生成树的指定的端口，则网络100中的其它交换机可以如结合图1C描述的那样使用其端口标识符192来唯一地标识端口122。这允许结构交换机102作为单个交换机参与生成树。

然而，对于生成树协议、比如RSTP和MSTP，端口标识符可以是具有两个部分的16比特长。第一部分是4比特长并且指示端口优先级。第二部分是12比特长并且指示端口号。对于STP，第二部分是8比特长。因此，与交换机关联的端口号的最大数目可以变得受限。然而，由于结构交换机包括多个物理交换机，所以结构交换机的端口数目可能显著地大而8比特可能不足以代表这些端口中的每个端口。另外，如果成员交换机离开并且重新加入结构交换机，则该成员交换机的边缘端口可以接收新端口标识符。因而，即使拓扑尚未被改变，生成树仍然可以重新会聚，从而引起网络中的低效率。本发明的实施例通过允许边缘端口保持它的结构交换机范围唯一端口标识符、使用标识符仅用于启用了生成树的边缘端口并且重新使用过时标识符用于新边缘端口来解决该问题。

图3A图示根据本发明的一个实施例的结构交换机的边缘端口的示例性留置端口标识符指派。在该示例中，如结合图1C描述的那样，分别向端口122和124指派唯一端口标识符192和194。端口标识符192和194在生成树被启用时被分别指派用于端口122和124。在一些实施例中，用于结构交换机102的端口标识符由计算机系统、比如管理员设备(未示出)或者指定的成员交换机指派并且被存储在端口号分配表中。端口标识符192和194保持分别联结到端口122和124直至结构交换机102用完用于结构交换机102的可用端口标识符。在一些实施例中，基于结构交换机102正在参与的生成树协议确定用于结构交换机102的可用端口标识符的数目。

假设针对成员交换机116出现状态更新事件310。状态更新事件可以改变端口在端口号分配表中的条目的状态。状态更新事件310可以是结构交换机的成员交换机习得的学习事件(learnedevent)或者针对成员交换机配置的配置事件。学习的状态更新事件的示例包括但不限于交换机故障、线路卡故障和链路故障。配置的事件的示例包括但不限于用于边缘端口的生成树停用和关断成员交换机。在图3A中的示例中，如果端口122由于状态更新事件(例如，交换机116出故障或者变成在结构交换机102中断开)而变成不可用，则端口122不再参与生成树。然而，端口122的端口标识符192未被重新用于结构交换机102的其它边缘端口。取而代之，端口122在结构交换机102的端口号分配表中的条目被标记为“过时”。

在操作期间，新成员交换机312作为成员交换机加入结构交换机102(用虚线表示)。然后，向交换机312指派交换机标识符382。该指派可以是自动的而无任何人工配置，或者基于用户(例如，网络管理员)的配置。向交换机312的任何边缘端口指派新端口标识符而不是过时端口标识符192。在一些更多实施例中，新加入的成员交换机312从结构交换机102的其它成员交换机接收最新近端口标识符分配表、向本地边缘端口322分配端口标识符、相应地更新本地端口标识符分配表并且同步更新的端口标识符分配表与其它成员交换机。

应当注意多个成员交换机可以并行地试图向本地边缘端口分配端口标识符。假设在交换机312加入结构交换机102时为交换机112的边缘端口324启用生成树。该边缘端口可以耦合交换机304与交换机112。因而，交换机312和112可以并行地试图分别向端口322和324指派端口标识符。这可能造成竞赛状况。该问题通过关联结构范围锁与相应端口标识符指派来解决。例如，在交换机312正在分配用于端口322的端口标识符时，交换机312获得该锁并且通知所有其它成员交换机。因而，其它成员交换机制止向任何本地边缘端口分配标识符。交换机312向本地边缘端口322分配端口标识符、相应地更新本地端口号分配表、同步更新的端口号分配表与其它成员交换机并且释放该锁。交换机112然后获得该锁、向本地边缘端口324分配下一可用端口标识符、相应地更新本地端口号分配表、将更新的端口号分配表与其他成员交换机同步、以及释放该锁。

在图3A中的示例中，成员交换机312的边缘端口322耦合到交换机302并且参与生成树。向端口322指派新的结构交换机范围唯一端口标识符392。然而，在为端口322启用生成树而无新的唯一端口号可用时，可以向端口322指派过时端口标识符192。否则，端口标识符192保持持久地联结到端口122。在状态更新事件310的影响结束(例如，交换机116从故障恢复或者变成在结构交换机102中重新连接)时，向端口122指派相同端口标识符192。这防止由于端口的端口标识符的改变所致的拓扑改变。在一些实施例中，同步端口标识符分配表与结构交换机102的相应成员交换机以保证如果一个或者多个成员交换机离开结构交换机102则不丢失端口标识符分配信息。

图3B图示根据本发明的一个实施例的用于结构交换机中的留置端口标识符指派的示例性端口标识符分配表。在该示例中，端口标识符分配表350代表在状态更新事件310之后向结构交换机102的边缘端口的端口标识符分配和为端口322启用生成树。表350的相应条目包括端口标识符352、接口名称354和用于条目的状态356。表350的条目362包括向端口122分配的端口标识符192；端口122的接口名称；以及指示条目362过时的状态。在一些实施例中，端口的接口名称基于包括该端口的成员交换机的交换机标识符；包括该端口的线路卡的线路卡号；以及物理端口号。假设用于端口122的线路卡号是372而交换机116中的端口122的物理端口号是382。然后，用于端口122的接口名称可以是182/372/382。在一些实施例中，如果交换机仅有一个线路卡(例如，具有“pizza-box”交换机类型)，则该线路卡号可以是零(“0”)。

相似地，条目364包括向端口124分配的端口标识符194；端口124的接口名称；以及指示条目364活跃(或者被使用)的状态。如果状态是活跃，则未向结构交换机102的任何其它边缘端口指派对应端口标识符。假设用于端口124的线路卡号是374并且交换机118中的端口124的物理端口号是384。然后，用于端口124的接口名称可以是184/374/384。条目366包括向端口322分配的端口标识符392；端口322的接口名称；以及指示条目366是活跃的状态。假设用于端口322的线路卡号是376，并且交换机312中的端口322的物理端口号是386。然后，用于端口322的接口名称可以是184/376/386。

如果为结构交换机102的另一边缘端口启用生成树，则端口标识符分配表350保证未向该边缘端口重新指派已经指派的标识符。如果达到用于结构交换机102的可指派端口标识符的最大数目，而无过时条目在表350中可用，则可以不为该边缘端口启用生成树。以该方式，表350促进向结构交换机102的相应的启用了生成树的边缘端口分配唯一端口标识符。通过组合用于接口名称的端口的物理端口号、线路卡号和交换机标识符，结构交换机的相应端口由接口名称唯一地标识。表350将该接口名称映射到端口标识符，由此将端口标识符联结到物理端口。应当注意接口名称本身可能不适合用于生成树，因为接口名称可能不与生成树协议兼容。表350还促进用于端口标识符的持久端口号分配。

保持端口标识符处理

图4A呈现流程图，该流程图图示根据本发明的一个实施例的结构交换机的成员交换机更新端口标识符分配表中的端口标识符的状态的过程。在操作期间，交换机检测与结构交换机的成员交换机关联的状态更新事件，该成员交换机可以是本地交换机或者远程交换机(操作402)。交换机标识交换机的启用了生成树并且受状态更新事件影响的边缘端口(操作404)。交换机然后如结合图3B描述的那样标记本地端口标识符分配表的条目——这些条目包括标识的边缘端口的端口标识符——为“过时”(操作406)。交换机同步更新的端口标识符分配表与其它成员交换机(操作408)。该同步过程可以包括在成员交换机之间交换最新近端口标识符分配表。

图4B呈现流程图，该流程图图示根据本发明的一个实施例的结构交换机的成员交换机同步端口标识符分配信息与新加入的成员交换机的过程。在操作期间，交换机检测结构交换机的新加入的成员交换机(操作422)。该新加入的成员交换机可以是加入结构交换机的新交换机或者是已经离开结构交换机的返回成员交换机。交换机然后生成包括当前(例如，最新近)端口标识符分配表的消息(操作424)并且向新加入的成员交换机发送生成的消息(操作426)。交换机接收包括新加入的成员交换机的当前端口标识符分配表的确认消息(操作428)并且基于接收的表更新本地端口标识符分配表(操作430)。

图4C呈现流程图，该流程图图示根据本发明的一个实施例的结构交换机的返回成员交换机分配端口标识符并且向本地边缘端口指派端口状态的过程。在操作期间，交换机作为返回成员交换机加入结构交换机并且标识启用了生成树的本地边缘端口(操作452)。返回成员交换机是针对其已经完成了状态更新事件的交换机，诸如从故障恢复的交换机。该交换机然后取回先前本地端口标识符分配表(操作454)。可以在状态更新事件之前利用交换机的其它先前本地配置取回该表。交换机从一个或者多个其它成员交换机接收包括当前端口标识符分配表的通知消息(操作456)并且基于接收的表更新先前本地端口标识符分配表(操作458)。

如结合图3A描述的那样，交换机校验更新的端口标识符分配表是否具有用于标识的端口的过时条目(操作460)。如果表具有用于标识的端口的过时条目，则交换机向标识的边缘端口重新分配对应过时条目的端口标识符、标记过时条目为“活跃”并且向其它成员交换机通知更新的端口标识符分配表(操作462)。该通知过程包括生成消息、标识用于消息的输出端口并且经由输出端口发送消息。

如果表没有用于标识的端口的过时条目，则已经向结构交换机的其它边缘端口指派了先前指派的端口标识符。交换机然后校验对于端口标识符是否已经达到限制(操作464)。在一些实施例中，基于生成树协议对于交换机所允许的标识符的数目确定该限制。如果尚未达到该限制，则交换机向标识的边缘端口分配新端口标识符并且相应地更新本地端口标识符分配表(操作466)。在一些实施例中，依次地生成新端口标识符。如果已经达到限制，则交换机校验任何过时条目在本地端口标识符分配表中是否可用(操作468)。如果无过时条目可用，则不能为该边缘端口启用生成树。交换机然后将该边缘端口置于阻止状态中并且相应地通知其它成员交换机(操作470)。

如果过时条目可用，则交换机标识满足重新分配标准的过时条目(操作472)。在一些实施例中，重新分配标准包括过时条目的年龄(例如，首先选择最旧条目用于重新指派)和条目是否由于配置的事件或者学习的事件(例如，首先选择配置的条目用于重新指派)而过时的指示。结合图5进一步具体地讨论用于端口标识符分配表中的条目的校验重新分配标准。交换机然后如结合图2B描述的那样向标识的边缘端口分配来自标识的过时条目的端口标识符(操作474)并且结合其它成员交换机向标识的端口指派端口状态(操作476)。

图4D呈现流程图，该流程图图示根据本发明的一个实施例的结构交换机的新加入的成员交换机分配端口标识符并且向本地边缘端口指派端口状态的过程。在操作期间，交换机作为新成员交换机加入结构交换机并且标识启用了生成树的本地边缘端口(操作482)。交换机从一个或者多个其它成员交换机接收包括当前端口标识符分配表的通知消息(操作484)。交换机然后校验对于端口标识符是否已经达到限制(操作486)。如果尚未达到限制，则交换机向标识的边缘端口分配新端口标识符并且相应地更新本地端口标识符分配表(操作488)。

如果已经达到限制，则交换机校验任何过时条目是否在本地端口标识符分配表中可用(操作490)。如果无过时条目可用，则不能为该边缘端口启用生成树。交换机然后将该边缘端口置于阻止状态中并且相应地通知其它成员交换机(操作492)。如果过时条目可用，则交换机标识满足重新分配标准的过时条目(操作494)。结合图5进一步具体地讨论对于端口标识符分配表中的条目校验重新分配标准。交换机然后如结合图2B描述的那样向标识的边缘端口分配来自标识的过时条目的端口标识符(操作496)并且结合其它成员交换机向标识的端口指派端口状态(操作498)。

图5B呈现流程图，该流程图图示根据本发明的一个实施例的结构交换机的成员交换机对于端口标识符分配表中的条目校验重新分配标准的过程。在操作期间，交换机确定所需端口标识符的数目为X(操作502)并且标识本地端口标识符分配表中的过时条目(操作504)。交换机然后校验端口标识符分配表是否具有用于配置的事件的至少X个过时条目(操作506)。如果端口标识符分配表具有用于配置的事件的至少X个过时条目，则交换机标识用于配置的事件的X个最旧过时条目(操作508)。

如果端口标识符分配表没有用于配置的事件的至少X个过时条目，则交换机标识用于配置的事件的Y个可用过时条目(操作514)并且标识用于学习的事件的(X-Y)个最旧过时条目(操作516)。在标识过时条目(操作508或者516)之后，交换机确定X个标识的条目为满足重新分配标准的过时条目(操作510)。在一些实施例中，交换机可以获得满足重新分配标准的过时条目的用户确认(操作512)。例如，交换机可以向用户提供指示将要被重新分配的端口标识符的告警消息。在用户确认选择端口标识符用于重新分配时重新分配这些端口标识符。如果用户未确认选择，则不重新指派标识的过时条目的标识符。

用于结构交换机的唯一标识符

标识符与结构交换机关联并且标识结构交换机为单个交换机。该标识符与结构交换机的相应成员交换机关联。然而，由于结构交换机包括多个成员交换机，并且成员交换机可以从一个结构交换机被交换到另一结构交换机，所以结构交换机的标识符不应与任何特定物理交换机关联，而应当被联结到结构交换机。另外，如果参与生成树的两个邻近结构交换机具有相同标识符，则生成树中的交换机可以将两个交换机视为相同交换机。

图6A图示根据本发明的一个实施例的向结构交换机的示例性留置和唯一标识符指派。如图6A中所示，层2网络600(例如，以太网)包括结构交换机602和604以及交换机606。结构交换机602包括成员交换机612、614、616和618，而结构交换机604包括成员交换机622、624、626和628。在一些实施例中，网络600中的一个或者多个交换机、包括结构交换机602和604的一个或者多个成员交换机可以是虚拟交换机(例如，在计算设备上运行的软件交换机)。

在一些实施例中，结构交换机602和604是相应TRILL网络以及结构交换机602和604的相应成员交换机、诸如交换机618和626是TRILLRBridge。结构交换机602和604中的交换机使用边缘端口以与终端设备(例如，非成员交换机)通信和使用交换机间端口以与其它成员交换机通信。经由边缘端口的数据通信可以基于以太网，而经由交换机间端口的数据通信可以基于TRILL协议。应当注意，经由交换机间端口的控制消息互换可以基于不同协议(例如，IP或者FC协议)。

在网络600中，结构交换机602和604的成员交换机618和626分别耦合到交换机606。交换机602、604和606作为单个交换机参与生成树。结构交换机602和604作为相应单个交换机操作并且向交换机606表现为单个交换机。因此，结构交换机602和604作为单个交换机参与生成树协议。在操作期间，交换机606分别向交换机618和626发送提议消息632和634。交换机618和626将接收的信息视为优于生成树的任何本地可用信息并且通过分别发送同意消息642和644来做出响应。

应注意结构交换机602作为单个交换机与标识符(例如，MAC地址)关联。该标识符在同意消息642中用作交换机标识符。因而，在接收到同意消息642时，交换机606将结构交换机602视为单个交换机。相似地，结构交换机604作为单个交换机而与标识符关联。该标识符在同意消息644中用作交换机标识符。因而，在接收到同意消息644时，交换机606将结构交换机604视为单个交换机。由于经常分离地配置不同结构交换机，所以结构交换机602和604可以被配置相同结构交换机标识符。如果该相同结构交换机标识符用来推倒结构交换机602和604的交换机标识符(例如，MAC地址)，则这两个结构交换机可以具有相同交换机标识符。

在图6A的示例中，如果结构交换机602和604二者具有相同交换机标识符，则交换机606将同意消息642和644视为来自相同交换机。作为响应，交换机606感知回路并且阻止对应端口之一。因而，结构交换机602和604之一可能变成断开。本发明的实施例通过组合组织上唯一标识符(OUI)、结构交换机标识符和随机数或者配置的数以生成用于结构交换机的交换机标识符来解决该问题。在交换机602和604被配置有相同结构交换机标识符时，随机数可以生成两个不同交换机标识符。即使在结构交换机602和604的随机数相同时，用户可以配置交换机标识符的部分以使它们不同。

图6B图示根据本发明的一个实施例的用于结构交换机的示例性唯一标识符。在该示例中，基于组织上唯一标识符652、结构交换机标识符654和随机数656生成交换机标识符650-A。组织上唯一标识符652是唯一地标识销售商、制造商或者其它组织的编号并且作为派生标识符的第一部分用来唯一地标识特定一件设备。例如，组织上唯一标识符652可以是MAC地址的前缀。结构交换机标识符654是向结构交换机指派的标识符并且与结构交换机的相应成员交换机关联。如果交换机标识符650-A与另一结构交换机的交换机标识符相同，则配置的数658可以用来生成交换机标识符650-B而不是随机数656。在一些实施例中，随机数656和配置的数658是一个字节长，而结构交换机标识符654是两个字节长。

图7A呈现流程图，该流程图图示根据本发明的一个实施例的结构交换机的成员交换机关联唯一标识符与结构交换机的过程。在操作期间，交换机获得结构交换机的组织上唯一标识符和结构交换机标识符(操作702)并且生成随机数(操作704)。交换机然后基于组织上唯一标识符、结构交换机标识符和生成的随机数生成用于结构交换机的交换机标识符(操作706)。交换机校验应当如何化解标识符冲突(操作708)。如果生成的交换机标识符无需冲突化解，则交换机关联生成的交换机标识符与结构交换机(操作710)。在一些实施例中，关联交换机标识符与结构交换机包括关联交换机标识符与本地交换机并且通知其它成员交换机。

如果冲突应当使用用户化解(应当由用户化解)，则交换机向用户提起例外(例如，错误消息)并且从用户获得配置的数(操作712)。交换机然后基于组织上唯一标识符、结构交换机标识符和获得的配置的数重新生成用于结构交换机的另一交换机标识符(操作714)。如果冲突应当使用自动化解(应当由交换机自动地化解)，则交换机重新生成随机数(操作722)。交换机然后继续以基于组织上唯一标识符、结构交换机标识符和重新生成的随机数重新生成用于结构交换机的另一交换机标识符直至冲突被化解(操作724)。

图7B呈现流程图，该流程图图示根据本发明的一个实施例的结构交换机的返回成员交换机关联唯一标识符与本地交换机的过程。在操作期间，交换机作为成员交换机加入结构交换机(操作752)并且取回交换机的先前本地配置(操作754)。交换机然后从取回的配置获得与结构交换机关联的交换机标识符(操作756)并且关联本地交换机与获得的交换机标识符(操作758)。

虚拟链路聚合

耦合到结构交换机的终端设备可以是多归属(即，可以经由多个链路耦合到结构交换机、可选地与多个成员交换机耦合)。在终端设备经由多个链路耦合到多个成员交换机时，这些链路可以被聚合成一个虚拟链路聚合。参与虚拟链路聚合的端口作为单个端口操作并且应当具有单个端口状态。为了解决该问题，一次仅允许虚拟链路聚合的端口之一参与生成树。然而，这可能造成低效率端口选择，因为另一端口可能在以后时间变成更适合的端口。

图8A图示根据本发明的一个实施例的具有生成树支持的示例性虚拟链路聚合。层2网络800包括结构交换机802和交换机804。结构交换机802包括成员交换机812、814、816和818。交换机804利用虚拟链路聚合820耦合到成员交换机816和818。在该示例中，交换机804从结构交换机802的观点来看可以视为终端设备，而交换机816和818是虚拟链路聚合820的伙伴交换机。在一些实施例中，结构交换机802可以是TRILL网络，而它的成员交换机可以是TRILLRBridge。

在交换机802和804参与生成树时，交换机804将结构交换机802视为单个交换机。交换机816和818可以被配置为在用于交换机804的特殊“主干”模式中操作，其中交换机816的端口822和交换机818的端口824作为虚拟链路聚合820的单个逻辑端口操作。因而，相同端口状态应当与该逻辑端口关联并且具有跨相应伙伴交换机的相同状态转变。该问题通过一次仅允许虚拟链路聚合820的端口之一活跃地参与生成树来解决。包括该端口的交换机被称为主控交换机。选择接收最新近提议消息的边缘端口参与生成树，并且交换机变成主控交换机。换而言之，该选择的端口代表生成树中的逻辑端口。

初始地，经由虚拟链路聚合转发多播流量的主要交换机变成主交换机。假设交换机816是用于虚拟链路聚合820的主要交换机。因此，初始地，交换机816变成主控交换机；而端口822参与生成树从而发送和接收用于生成树的BPDU。换而言之，端口822代表生成树中的虚拟链路聚合820的逻辑端口。如果交换机818经由端口824接收BPDU，则交换机818变成主控交换机；而端口824开始参与生成树从而发送和接收用于生成树的BPDU。以该方式，BPDU由相同节点发送和接收。以该方式，无需隧道传输BPDU到主要交换机，而生成树协议的发送和接收状态机在相同成员交换机上操作。另外，如果虚拟链路聚合820的当前主控交换机变成不可用(例如，由于故障)，则另一交换机开始接收BPDU并且变成主控交换机。

图8B图示根据本发明的一个实施例的在结构交换机之间具有生成树支持的示例性虚拟链路聚合。在该示例中，在网络800中，结构交换机802耦合到结构交换机806。结构交换机806包括成员交换机852、854和856。交换机814经由链路862耦合到交换机852，而交换机818经由链路864耦合到交换机856。链路862和864形成在结构交换机802与806之间的链路聚合860。在该情况下，虚拟链路聚合的两端是结构交换机。在该情况下，在结构交换机802和806正在启动时，结构交换机802和806二者可以经由非主要交换机接收BPDU。作为结果，结构交换机802和806可以相互追踪从而引起网络800中的不稳定性。

为了解决该问题，仅在具有较差结构交换机标识符的结构交换机中改变主控交换机(例如，如果另一结构交换机具有较优结构交换机标识符)。这里，较差或者较优可以是“大于”、“小于”或者其组合。例如，假设结构交换机806的结构交换机标识符比结构交换机802的结构交换机标识符较差。然后，仅在结构交换机806中改变主控交换机。以该方式，结构交换机806改变主控交换机以匹配结构交换机802。假设用于虚拟链路聚合860的主要交换机和初始主控交换机是结构交换机802中的交换机814和结构交换机806中的交换机856。作为结果，结构交换机802和806可以均分别经由非主要交换机818和852接收BPDU。然而，仅结构交换机806将主交换机从主要交换机856改变成交换机852。在另一方面，主要交换机814在结构交换机802中保留为主控交换机。作为结果，结构交换机806的新主控交换机852匹配结构交换机802的主控交换机814。

图9图示根据本发明的一个实施例的具有生成树支持的虚拟链路聚合的伙伴交换机的示例性状态图。初始地，交换机在INIT状态902中。如果没有主要交换机被配置用于虚拟链路聚合，则交换机保留在初始(INIT)状态中(转变910)。如果交换机是主要交换机，则交换机向主控(MASTER)状态904转变(转变912)。在该状态中，交换机变成用于虚拟链路聚合的主控交换机并且负责活跃地参与生成树从而发送和接收BPDU。在一些实施例中，交换机维护用于生成树协议的不同实例的不同状态图(例如，不同实例可以具有不同主控交换机)。如果交换机为非主要交换机，则交换机向非主控(NON_MASTER)状态906转变(转变914)。在该状态中，交换机不活跃地参与生成树。如果交换机是主控或者非主控状态，并且生成树被停用，则交换机转变回到初始状态(分别为转变916和918)。

如果交换机在非主控状态中并且变成主要交换机，则交换机向主控状态转变(转变920)。相似地，如果交换机在主控状态中并且变成非主要交换机，则交换机向非主控状态转变(转变922)。如果交换机在非主控状态中并且接收BPDU，则交换机向请求_主控(REQ_MASTER)状态908转变(转变924)。在该状态中，交换机在保留在请求_主控状态中之时向其它伙伴交换机发送对于变成主控交换机的请求(转变926)。如果交换机在主控状态中并且接收请求，则交换机向非主控状态转变(操作928)。相似地，如果交换机在请求_主控状态中并且从另一伙伴交换机接收对于变成主控交换机的请求，则交换机向非主控状态转变(转变930)。转变930允许最新近地接收BPDU的伙伴交换机变成主控交换机。如果交换机在请求_主控状态中并且从所有其它伙伴交换机接收确认，则交换机向主控状态转变(转变932)。

示例性交换机系统

图10图示根据本发明的一个实施例的具有分布式生成树协议支持的示例性架构。在该示例中，交换机1000包括多个通信端口1002、分组处理器1010、生成树管理模块1030和存储设备1050。分组处理器1010从接收的帧中提取和处理报头信息。

在一些实施例中，交换机1000可以如结合图1A描述的那样维护结构交换机中的成员资格，其中交换机1000也包括结构交换机管理模块1060。在一些实施例中，生成树管理模块1030在生成树中将结构交换机表示为单个交换机。结构交换机管理模块1060在存储设备1050中维护配置数据库，该配置数据库维护结构交换机内的每个交换机的配置状态。结构交换机管理模块1060维护用来加入其它交换机的结构交换机的状态。在一些实施例中，交换机1000可以被配置为结合远程交换机作为以太网交换机操作。在这样的场景之下，通信端口1002可以包括用于在结构交换机内的通信的交换机间通信信道。可以经由普通通信端口和基于任何开放或者专有格式实施该交换机间通信信道。通信端口1002可以包括能够接收在TRILL报头中封装的帧的一个或者多个TRILL端口。分组处理器1010可以处理这些TRILL封装的帧。

在操作期间，分组处理器1010从接收的消息获得与生成树关联的信息。生成树管理模块1030如结合图2A描述的那样校验获得的信息是否优于在生成树的存储设备1050中存储的本地可用信息。如果是，则生成树管理模块1030确定用于生成树的本地端口——该本地端口是1002的通信端口之一——的端口角色是根端口。生成树管理模块1030还确定用于生成树的本地端口的端口状态是阻止。在一些实施例中，交换机1000包括通知模块1032，该通知模块生成用于远程交换机的包括获得的信息的通知消息。

如结合图2A描述的那样，如果交换机1000从远程交换机接收批准，则生成树管理模块1030将用于生成树的本地端口的端口状态改变成转发。在另一方面，如果交换机1000从来自远程交换机的消息——该消息不是生成树的控制消息——接收到生成树的较优信息，则生成树管理模块1030重新确定用于生成树的本地端口的端口角色。生成树管理模块1030如结合图1A和1B描述的那样在存储设备1050中的节点根优先级矢量中存储生成树的最佳本地可用信息和在存储设备1050中的本地节点根优先级表中存储与远程交换机关联的生成树的最佳信息。在一些实施例中，在节点根优先级表中存储节点根优先级矢量。

在一些实施例中，交换机1000也包括向本地端口指派结构交换机范围唯一端口标识符的端口管理模块1020。生成树管理模块1030使用该端口标识符以参与生成树。端口管理模块1020在可以在存储设备1050中存储的端口标识符分配表的条目中存储端口标识符。如果状态更新事件对于交换机1000出现，则端口管理模块1020标记条目为过时。在状态更新事件的影响结束时，端口管理模块1020如结合图4C描述的那样向本地端口重新指派端口标识符。

如果端口标识符的数目达到它的限制而过时条目满足一个或者多个重新分配标准，则端口管理模块1020如结合图4D描述的那样向另一端口重新指派过时条目的端口标识符。另外，如果端口标识符的数目达到它的限制并且在端口标识符分配表中没有过时条目可用，则端口管理模块1020排除交换机1000为该另一端口启用生成树。在一些实施例中，结构交换机管理模块1060确定用于结构交换机的交换机标识符。如结合图6A描述的那样，该交换机标识符不同于第二结构交换机的交换机标识符。

在一些实施例中，交换机1000也包括结合远程交换机的第二端口作为虚拟链路聚合的单个逻辑端口操作本地端口的链路聚合模块1040。链路聚合模块1040也在交换机1000与远程交换机之间选择主控交换机。链路聚合模块1040可以如结合图8A描述的那样基于交换机是否已经接收到生成树的最新近控制消息来选择主控交换机。如果交换机1000在第一结构交换机中，并且该第一结构交换机耦合到第二结构交换机，则链路聚合模块1040如结合图8B描述的那样进一步基于与第一结构交换机关联的第一标识符比与第二结构交换机关联的第二标识符较差来选择主控交换机。

注意可以在硬件中以及在软件中实施以上提到的模块。在一个实施例中，可以在耦合到交换机1000中的一个或者多个处理器的存储器中存储的计算机可执行指令中体现这些模块。在执行时，这些指令使处理器执行前述功能。

概括而言，本发明的实施例提供一种用于促进用于结构交换机的外部生成树支持的交换机、方法和系统。在一个实施例中，交换机包括分组处理器和生成树管理模块。分组处理器从消息获得与生成树关联的信息。生成树管理模块响应于获得的信息比生成树的本地可用信息较优来确定用于生成树的交换机的本地端口的端口角色是根端口和用于生成树的本地端口的端口状态是阻止。

可以实现这里描述的方法和过程为可以在计算机可读非瞬态存储介质中存储的代码和/或数据。在计算机系统读取和执行在计算机可读非瞬态存储介质上存储的代码和/或数据时，计算机系统执行体现为数据结构和代码并且在介质内存储的方法和过程。

这里描述的方法和过程可以由硬件模块或者装置执行和/或包括在硬件模块或者装置中。这些模块或者装置可以包括但不限于专用集成电路(ASIC)芯片、现场可编程门阵列(FPGA)、在特定时间执行特定软件模块或者一件代码的专用或者共享处理器和/或现在已知或者以后开发的其它可编程逻辑器件。在激活硬件模块或者装置时，它们执行在它们内包括的方法和过程。

已经仅出于示例和描述的目的而呈现本发明的实施例的前文描述。它们不旨在于穷举或者限制本公开。因而，许多修改和变化将为本领域技术人员所清楚。本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (33)

1.一种交换机，包括：

分组处理器，适于从消息获得与生成树关联的信息；以及

生成树管理模块，适于响应于获得的所述信息优于所述生成树的本地可用信息：

确定用于所述生成树的所述交换机的本地端口的端口角色为根端口；以及

确定用于所述生成树的所述本地端口的端口状态是阻止。

2.根据权利要求1所述的交换机，还包括：通知模块，适于生成包括获得的所述信息的针对远程交换机的通知消息。

3.根据权利要求1所述的交换机，其中所述生成树管理模块还适于响应于来自远程交换机的批准将用于所述生成树的所述本地端口的所述端口状态改变成转发。

4.根据权利要求1所述的交换机，其中所述生成树管理模块还适于响应于从来自远程交换机的消息获得所述生成树的较优信息来重新确定用于所述生成树的所述本地端口的所述端口角色，其中所述消息不是所述生成树的控制消息。

5.根据权利要求1所述的交换机，其中所述生成树管理模块还适于：

在本地节点根优先级矢量中存储所述生成树的最佳本地可用信息；以及

在本地节点根优先级表中存储与远程交换机关联的所述生成树的最佳信息。

6.根据权利要求1所述的交换机，还包括适于维护结构交换机中的成员资格的结构交换机管理模块，其中所述结构交换机被配置为容纳多个交换机并且作为单个交换机操作；以及

其中所述生成树管理模块还适于在所述生成树中将所述结构交换机表示为单个交换机。

7.根据权利要求6所述的交换机，还包括适于向所述本地端口指派端口标识符的端口管理模块，其中所述端口标识符在所述结构交换机的边缘端口之中是唯一的；以及

其中所述生成树管理模块还适于使用所述端口标识符以参与所述生成树，由此促进所述本地端口表现为由所述结构交换机代表的所述单个交换机的端口。

8.根据权利要求7所述的交换机，其中所述端口管理模块还适于：

在所述交换机的端口标识符分配表的条目中存储所述端口标识符；以及

响应于针对所述交换机出现状态更新事件而将所述条目标记为过时；以及

其中排除所述结构交换机的其它成员交换机向边缘端口指派所述过时条目。

9.根据权利要求8所述的交换机，其中所述端口管理模块还适于响应于所述状态更新事件的影响结束来向所述本地端口重新指派所述端口标识符。

10.根据权利要求8所述的交换机，其中所述端口管理模块还适于响应于达到端口标识符数目的限制并且所述过时条目满足一个或者多个重新分配标准来向第二端口重新指派所述过时条目的所述端口标识符。

11.根据权利要求10所述的交换机，其中所述重新分配标准包括：

过时条目的年龄；以及

条目是否由于配置的事件或者学习的事件而过时的指示。

12.根据权利要求8所述的交换机，其中所述端口管理模块还适于响应于达到端口标识符数目的限制和过时条目在所述端口标识符分配表中不可用来排除所述交换机为本地端口启用生成树。

13.根据权利要求6所述的交换机，其中所述结构交换机管理模块还适于确定用于所述结构交换机的第一交换机标识符，其中所述第一交换机标识符不同于与第二结构交换机关联的第二交换机标识符，并且其中在所述第一交换机标识符与所述第二交换机标识符之间的不同基于随机数或者配置的数。

14.根据权利要求1所述的交换机，还包括：链路聚合模块，适于：

将所述本地端口与远程交换机的第二端口结合作为虚拟链路聚合的单个逻辑端口来操作；以及

在所述交换机与所述远程交换机之间选择主控交换机，其中所述主控交换机包括在所述本地端口与所述第二端口之间的选择的端口，并且其中所述选择的端口作为所述逻辑端口的代表活跃地参与所述生成树。

15.根据权利要求14所述的交换机，其中所述链路聚合模块基于交换机是否已经接收到所述生成树的最新近控制消息来选择所述主控交换机。

16.根据权利要求15所述的交换机，其中所述链路聚合模块进一步基于与所述交换机和所述远程交换机关联的第一标识符是否比第二标识符较差来选择所述主控交换机，其中所述第一标识符与第一结构交换机关联，而所述第二标识符与第二结构交换机关联，并且其中结构交换机被配置为容纳多个交换机并且作为单个交换机操作。

17.一种计算机执行的方法，包括：

从消息获得与生成树关联的信息；以及

响应于获得的所述信息优于交换机中的所述生成树的本地可用信息：

确定用于所述生成树的所述交换机的本地端口的端口角色为根端口；以及

确定用于所述生成树的所述本地端口的端口状态是阻止。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括生成包括获得的所述信息的针对远程交换机的通知消息。

19.根据权利要求17所述的方法，还包括响应于来自远程交换机的批准将用于所述生成树的所述本地端口的所述端口状态改变成转发。

20.根据权利要求17所述的方法，还包括响应于从来自远程交换机的消息获得所述生成树的较优信息来重新确定用于所述生成树的所述本地端口的所述端口角色，其中所述消息不是所述生成树的控制消息。

21.根据权利要求17所述的方法，还包括：

在本地节点根优先级矢量中存储所述生成树的最佳本地可用信息；以及

在本地节点根优先级表中存储与远程交换机关联的所述生成树的最佳信息。

22.根据权利要求17所述的方法，还包括：

维护结构交换机中的成员资格，其中所述结构交换机被配置为容纳多个交换机并且作为单个交换机操作；以及

在所述生成树中将所述结构交换机表示为单个交换机。

23.根据权利要求22所述的方法，还包括：

向所述本地端口指派端口标识符，其中所述端口标识符在所述结构交换机的边缘端口之中是唯一的；以及

使用所述端口标识符以参与所述生成树，由此促进所述本地端口表现为由所述结构交换机代表的所述单个交换机的端口。

24.根据权利要求23所述的方法，还包括：

在所述交换机的端口标识符分配表的条目中存储所述端口标识符；以及

响应于针对所述交换机出现状态更新事件而将所述条目标记为过时；以及

其中排除所述结构交换机的其它成员交换机向边缘端口指派所述过时条目。

25.根据权利要求24所述的方法，还包括响应于所述状态更新事件的影响结束来向所述本地端口重新指派所述端口标识符。

26.根据权利要求24所述的方法，还包括响应于达到端口标识符数目的限制并且所述过时条目满足一个或者多个重新分配标准来向第二端口重新指派所述过时条目的所述端口标识符。

27.根据权利要求26所述的方法，其中所述重新分配标准包括：

过时条目的年龄；以及

条目是否由于配置的事件或者学习的事件而过时的指示。

28.根据权利要求24所述的方法，还包括响应于达到端口标识符数目的限制和过时条目在所述端口标识符分配表中不可用来排除所述交换机为本地端口启用生成树。

29.根据权利要求22所述的方法，还包括确定用于所述结构交换机的第一交换机标识符，其中所述第一交换机标识符不同于与第二结构交换机关联的第二交换机标识符，并且其中在所述第一交换机标识符与所述第二交换机标识符之间的不同基于随机数或者配置的数。

30.根据权利要求17所述的方法，还包括：

将所述本地端口与远程交换机的第二端口结合作为虚拟链路聚合的单个逻辑端口来操作；以及

在所述交换机与所述远程交换机之间选择主控交换机，其中所述主控交换机包括在所述本地端口与所述第二端口之间的选择的端口，并且其中所述选择的端口作为所述逻辑端口的代表活跃地参与所述生成树。

31.根据权利要求30所述的方法，其中基于交换机是否已经接收到所述生成树的最新近控制消息来选择所述主控交换机。

32.根据权利要求31所述的方法，其中进一步基于与所述交换机和所述远程交换机关联的第一标识符是否比第二标识符较差来选择所述主控交换机，其中所述第一标识符与第一结构交换机关联而所述第二标识符与第二结构交换机关联，并且其中结构交换机被配置为容纳多个交换机并且作为单个交换机操作。

33.一种计算机系统，包括：

处理器；以及

存储设备，耦合到所述处理器并且存储指令，所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器执行方法，所述方法包括：

从消息获得与生成树关联的信息；以及

响应于获得的所述信息优于交换机中的所述生成树的本地可用信息：

确定用于所述生成树的所述交换机的本地端口的端口角色为根端口；以及

确定用于所述生成树的所述本地端口的端口状态是阻止。