CN105900406A - 针对网络服务可用性的技术 - Google Patents

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CN105900406A CN201380081835.8A CN201380081835A CN105900406A CN 105900406 A CN105900406 A CN 105900406A CN 201380081835 A CN201380081835 A CN 201380081835A CN 105900406 A CN105900406 A CN 105900406A
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Abstract

提供了一种用于触发媒体接入控制(MAC)地址和交换机端口之间的关联的技术。所述关联允许经由所关联的交换机端口转发包括MAC地址作为目的地MAC地址的数据帧。关于所述技术的方法方面，接收从节点(18)发出的数据帧。所述数据帧包括发出节点(18)的MAC地址作为源MAC地址。存储包括所述MAC地址的所述数据帧。成功地向第一交换机端口(112)发送所述数据帧。响应于去往第一交换机端口(112)的第一链路(122)的故障，向与第一交换机端口(112)不同的第二交换机端口(114、116)重新发送所存储的数据帧，以触发第二交换机端口(114、116)与发出节点(18)的MAC地址之间的关联。

Description

针对网络服务可用性的技术
技术领域
本公开一般地涉及用于提供网络服务的技术。具体地且非限制地，本公开涉及用于以特定服务质量提供网络服务的设备和方法。
背景技术
为了实现网络服务的高可用性，网络组件之间的备选链路提供备用路径。例如，传统地使用开放系统互连(OSI)模型的层2上的保护机制来实现使用位于OSI模型的层3-7中的任一层处的协议提供对多个主机的网络接入，所述保护机制提供备选链路或备用路径。这种保护机制包括以太网环网保护(ERP)、链路聚合(LAG)、生成树协议(STP)、多协议标签交换传输简档(MPLS-TP)等。
当在网络中检测到链路故障时，必须使用形成备用路径的一个或多个备选链路来立即重新路由之前贯穿故障链路的数据业务，并避开所述故障链路。可通过删除关联媒体接入控制(MAC)地址和交换机端口的表中的条目来触发保护机制。删除与可能被链路故障影响的MAC地址和/或交换机端口有关的条目。一些保护机制(例如ERP、LAG或MPLS-TP)在非常短的时间(例如，50ms或更少)内完成用于将数据业务重新路由到备用路径的全部操作。从而，提供给主机的网络服务满足特定的服务质量(QoS)要求。例如，QoS要求可规定，对于提供音频对话的网络服务来讲，差错信号小于50ms。
但是，直到备用路径上的交换机接收到包括相应源MAC地址的数据帧，才会重新获知删除的MAC条目。只要针对将在交换机处被转发的数据帧不存在相应条目，交换机就会对数据帧进行泛洪，即在除了接收到数据帧的交换机端口之外的所有交换机端口处发送该数据帧。从而，不必要的泛洪会消耗网络带宽。此外，一些网络组件可以设置泛洪数据业务的限制，例如总带宽的10％。从而，可以在重新获知相应的MAC地址之前使QoS折衷，即使存在快速保护交换机制的情况下也是如此。
发明内容
因而，需要在至少特定情况下改善网络服务可用性的技术。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于触发媒体接入控制(MAC)地址和交换机端口之间的关联的方法。所述关联允许经由所关联的交换机端口转发包括MAC地址作为目的地MAC地址的数据帧。所述方法包括以下步骤：接收从节点发出的数据帧，其中，所述数据帧将发出节点的MAC地址包括为源MAC地址；存储包括所述MAC地址的所述数据帧；成功地向第一交换机端口发送数据帧；以及响应于去往第一交换机端口的第一链路的故障，向与第一交换机端口不同的第二交换机端口重新发送所存储的数据帧，以触发第二交换机端口与发出节点的MAC地址之间的关联。
根据另一方面，提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品包括程序代码部分，当由计算设备执行所述计算机程序产品时，所述程序代码部分执行本文所公开的任一方法中的步骤。
关于硬件方面，提供了一种用于触发媒体接入控制(MAC)地址和交换机端口之间的关联的设备。所述关联允许经由所关联的交换机端口转发包括MAC地址作为目的地MAC地址的数据帧。所述设备包括：接收单元，适于接收从节点发出的数据帧，其中，所述数据帧将发出节点的MAC地址包括为源MAC地址；存储单元，适于存储包括所述MAC地址的所述数据帧；以及发送单元，适于向第一交换机端口发送所述数据帧，以及响应于去往第一交换机端口的第一链路的故障，在成功地向第一交换机端口发送了数据帧之后，向与第一交换机端口不同的第二交换机端口重新发送所存储的数据帧，以触发第二交换机端口与发出节点的MAC地址之间的关联。
附图说明
下面，参考附图中示出的示意性实施例，详细描述本公开，在附图中：
图1示意性地示出了用于触发MAC地址和交换机端口之间的关联的设备的一个实施例的示例性网络环境；
图2示出了触发可由图1的设备执行的MAC地址和交换机端口之间的关联的方法的流程图；
图3-5示意性地示出了由图1的设备和图2的方法触发的MAC重新获知；
图6-9示意性地示出了图2的方法的实现的步骤；
图10示出了包括图1的设备的第一网络环境；
图11示出了包括图1的设备的第二网络环境；
图12示出了包括图1的设备的第三网络环境；以及
图13示出了图10的网络环境中的根据图2的方法的图1的设备的示例性操作。
具体实施方式
在以下描述中，为了解释性而不是限制性的目的，为了提供对本文示出的技术的完整理解，阐述了具体细节(例如，特定设备和系统配置以及特定方法、步骤和功能)。本领域技术人员理解的是，还可以以脱离这些具体细节的其他实施例来实现本技术。
本领域技术人员还将认识到，本文描述的方法、步骤和功能可以使用单独的硬件电路、使用软件功能结合程序微处理器或通用计算机、使用一个或多个专用集成电路(ASIC)、一个或多个数据信号处理器(DSP)和/或一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)来实现。还将认识到的是，本文公开的技术可以在处理器和耦合到该处理器的存储器中实现，其中存储器存储一个或多个程序，当处理器执行所述程序时，完成本文描述的方法、步骤和功能。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于触发媒体接入控制(MAC)地址和交换机端口之间的关联的方法。所述关联允许经由所关联的交换机端口转发包括MAC地址作为目的地MAC地址的数据帧。所述方法包括以下步骤：接收从节点发出的数据帧，其中，所述数据帧包括发出节点的MAC地址作为源MAC地址；存储包括所述MAC地址的所述数据帧；成功地向第一交换机端口发送数据帧；以及响应于去往第一交换机端口的第一链路的故障，向与第一交换机端口不同的第二交换机端口重新发送所存储的数据帧，以触发第二交换机端口与发出节点的MAC地址之间的关联。
第一和/或第二交换机端口可以与不同于执行以上方法步骤中的至少一些的触发节点的一个或多个节点的交换机端口有关。例如，第一交换机端口可位于接收至少成功发送的数据帧的第一节点处。第二交换机端口可位于接收至少重新发送的数据帧的第二节点处。第一节点和第二节点可以是包括第一和第二交换机端口两者的相同节点。发送和重新发送中的至少一个可使用广播或多播MAC地址作为目的地MAC地址。
“成功地”发送数据帧可涵盖：在发生链路故障之前，由触发节点发送数据帧。作为备选或补充，向第一交换机端口“成功地”发送数据帧可涵盖：数据帧贯穿至少一个链路，到达去往第一交换机端口的至少下一设备(例如，数据链路拓扑中的下一设备)或去往第一交换机端口的下一跳。作为进一步的备选或补充，向第一交换机端口“成功地”发送数据帧可涵盖：数据帧到达第一交换机端口。
链路(例如，第一链路)的“故障”可涵盖：链路和/或链路的端点处的节点(例如，交换机)的状态(例如，连接状态)的改变。例如，所述状态可从连接状态改变到断开状态。在另一示例中，所述状态可以从额定传输速率改变到低于额定传输速率的传输速率(例如，低于额定传输速率的10％或等于零)。作为备选或补充，链路的“故障”可与在其间不可经由所述链路交换任何数据帧的情况有关。此外，所述故障可以是由所述链路所使用的物理传输介质的故障(例如，破坏的线路或阻断的无线电连接)引起的。此外，所述故障可以由链路的端点处的节点(例如，交换机)的故障引起。
包括发出节点的MAC地址的数据帧可以是从发出节点周期性地接收的。周期性接收之间的持续时间可以是1秒、2秒或更长的量级。
存储所接收的数据帧可以替换之间接收的数据帧，例如包括相同MAC地址作为源MAC地址的之前存储的数据帧。所述数据帧可以是不完整地存储的，例如，可以丢弃包括有效载荷数据的数据字段。备选地，可以存储所接收的数据帧的一个或多个数据字段。所述重新发送步骤还可包括以下子步骤：基于所存储的一个或多个数据字段生成数据帧。生成使用可变MAC地址作为源MAC地址的数据帧还可被称为数据帧欺骗。
所述方法还可包括以下步骤：将经由第一或第二交换机端口接收的第二数据帧转发到发出节点。转发到发出节点的第二数据帧的速率可以大于从发出节点发出的所接收的数据帧的速率(例如，至少大十倍)。
可由位于传输网络中的一个或多个触发节点执行转发、存储、发送和重新发送步骤中的至少一个。传输网络可包括电信网络或可被包括在电信网络中。触发节点可位于发出节点和第一交换机端口之间。此外，触发节点可位于发出节点和第二交换机端口之间。
触发节点可在拓扑上位于发出节点和第一和第二交换机端口中的每一个端口之间。例如，触发节点可被布置在发出节点和包括第一交换机端口和/或第二交换机端口的一个或多个交换机之间。
在传输网络内，触发节点可在拓扑上例如在数据链路层上离发出节点最近。例如，在位于传输网络中且适于基于包括在数据帧中的目的地MAC地址转发数据帧的节点中，触发节点可以是拓扑上离发出节点最近的节点。在物理层上，触发节点可以间接地连接到发出节点。例如，不能交换数据业务的一个或多个节点可以连接在触发节点和发出节点之间。
触发节点可以是传输网络的头端节点。传输网络可以是数据链路层上的重叠网络。传输网络可以包括数据链路层上的保护机制。保护机制可以包括不同的第一和第二交换机端口。例如，保护机制可包括主路径(包括第一交换机端口)以及备用路径(包括第二交换机端口)。保护机制可包括以下中的一个或多个：以太网环网保护(ERP)、链路聚合(LAG)、生成树协议(STP)以及多协议标签交换传输简档(MPLS-TP)。
触发节点可直接地或间接地将重叠网络连接到发出节点。重叠网络可以是虚拟局域网(VLAN)。VLAN可以提供到多个空间分布主机的互联网接入。
触发节点可包括耦接到第一网络交换机的第一本地端口和/或耦接到第二交换机端口的第二本地端口。重新发送的步骤还可包括在例如存储在触发节点处的本地MAC地址表中删除指示第一本地端口的一个或多个条目。
可以向一个或多个交换机的一个或多个第二交换机端口重新发送所述数据帧，每个交换机包括所述第二交换机端口之一。在一个或多个交换机处对重新发送的数据帧的接收可以触发存储相应的一个第二交换机端口与发出节点的MAC地址之间的关联。所述关联可以本地存储在一个或多个交换机中的每一个处。
重新发送的数据帧可以在一个或多个交换机处接收。每个交换机可以具有多个交换机端口，例如包括第一交换机端口和/或第二交换机端口。链路故障可引起所述交换机中的一个或多个清除(flush)(例如，删除)其MAC地址表。接收重新发送的数据帧可以触发存储第二交换机端口与发出节点的MAC地址之间的关联。可在所述交换机的一个或多个中存储所述关联。所述一个或多个交换机可与触发节点不同。
本文使用的术语交换机还可涵盖：网桥或适于根据包括在数据帧中的作为目的地MAC地址的MAC地址转发数据帧的任意节点。
第一链路和第二链路可分别耦合到第一交换机端口和第二交换机端口。在故障之前，可以经由第一链路向第一交换机端口成功转发数据帧。触发节点可检测链路故障。响应于检测到第一链路的故障，可经由至少所述第二链路向第二交换机端口重新发送所存储的数据帧。第二链路可以不同于第一链路。所述重新发送可以触发基于源MAC地址的关联。
所述关联可通过经由所关联的交换机端口沿第一方向向发出节点发送数据帧来允许(例如在第一和/或第二节点处)转发包括MAC地址作为目的地MAC地址的数据帧。发送和重新发送(例如，在触发节点处)从发出节点发出的数据帧与和第一方向相反的第二方向有关。沿第一方向在传输网络中的任何一个交换机处接收的并且尚未针对其存储任何关联的数据帧可以经由除接收到该数据帧的交换机端口之外的所有交换机端口泛洪。
可以在首次发送数据帧后在触发节点处将数据帧存储一段时间。可根据数据帧中包括的字段值选择性地存储所接收的数据帧。
可以提供MAC地址的列表。所述列表可以指示优先化的或关键的网络组件，例如网关。可选地，只存储包括也包括在所述列表中的源MAC地址的数据帧。响应于第一链路的故障，可以重新发送所存储的数据帧和/或基于所存储的数据帧生成的数据帧。作为备选或补充，响应于所述故障而重新发送的每个数据帧可包括列表中的MAC地址之一作为源MAC地址。
可以整个长度存储所述数据帧。可存储所述数据帧，而不对所接收的数据帧进行处理。可将所述数据帧存储为从发出节点接收的数据帧。
发出节点可以是根据虚拟路由器冗余协议(VRRP)的当前活跃的路由器或虚拟路由器。从发出节点发出的数据帧可包括VRRP消息。
备选地或组合地，从发出节点发出的数据帧可包括地址解析协议(ARP)消息。可在不执行对数据帧的ARP分析的情况下，存储包括ARP消息的数据帧。ARP消息可包括对ARP请求和/或ARP公告的ARP答复。ARP公告可指示例如当活跃VRRP路由器已经改变为之前的备用VRRP路由器时发出节点的MAC地址的改变。
根据另一方面，提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品包括程序代码部分，当由计算设备执行所述计算机程序产品时，所述程序代码部分执行上述任一方法中的步骤。计算机程序产品可以存储在计算机可读记录媒体上。
关于硬件方面，提供了一种用于触发媒体接入控制(MAC)地址和交换机端口之间的关联的设备。所述关联允许经由所关联的交换机端口转发包括MAC地址作为目的地MAC地址的数据帧。所述设备包括：接收单元，适于接收从节点发出的数据帧，其中，所述数据帧包括发出节点的MAC地址作为源MAC地址；存储单元，适于存储包括所述MAC地址的所述数据帧；以及发送单元，适于向第一交换机端口发送所述数据帧，以及响应于去往第一交换机端口的第一链路的故障，在成功地向第一交换机端口发送了数据帧之后，向与第一交换机端口不同的第二交换机端口重新发送所存储的数据帧，以触发第二交换机端口与发出节点的MAC地址之间的关联。
所述设备还适于执行上述方法步骤中的任意一个。所述设备还可在触发节点中实现。
关于以下的实施例，相同的附图标记用于表示相同或相应的组件。
图1示意性地示出了包括传输网络12的网络环境10。所述传输网络12向多个主机14提供传输服务。一个或多个路由器16将传输网络12连接到网络20。网络20可以是公共网络或专有网络。备选地或组合地，网络20可以是主干网络，例如专用于电信服务或一般地用于数据服务。例如，网络20可以是互联网。为了在不进行限制的情况下清楚描述，在下文中描述互联网20的示例。
传输网络12以重叠模式操作。传输网络12在数据链路层(例如OSI模型的层2)上的功能对于主机14是透明的。也就是说，操作传输网络12的网络提供商的消费者不具有和/或不需要对传输网络12的数据链路结构或物理网络拓扑的任何知识。例如，传输网络12包括针对传输服务的高可用性的保护机制和/或冗余机制。这些机制对于主机14在网络层(例如OSI模型的层3或更高层)处的操作是不可见的。
例如，传输网络12不需要在网络层协议或更高层的协议中的主机14侧的特定于传输网络12的任何处理。根据主机14上执行的客户端或服务器应用，传输网络12满足服务质量(QoS)要求，例如关于可用性和抖动。数据链路层的拓扑和数据链路层的配置将主机14在网络层处的所有服务场景考虑在内。
在图1所示的示例性网络环境10中，路由器16形成相同局域网(LAN)中的路由器16的群组。路由器16的群组根据虚拟冗余路由器协议(VRRP)充当一个网关路由器18。VRRP是用来提供网关路由器的高可用性的协议。VRRP规定选择协议，从而在任何时间点，所述多个路由器16中只有一个是活跃路由器。此外，VRRP规定网关路由器的虚拟MAC地址。只有活跃路由器使用虚拟MAC地址作为目的地MAC地址来转发数据帧。
VRRP提供网络层上的冗余机制。在活跃路由器故障的情况下，选择新的活跃路由器，并开始转发具有虚拟目的地MAC地址的数据帧。通过这种方式，只要VRRP路由器16中的至少一个在起作用，经由传输网络12连接到虚拟网关18的主机14就不受影响。
针对从互联网20向传输网络12转发的数据业务，活跃VRRP路由器通常使用其(例如物理)端口MAC地址作为源MAC地址，而不是根据VRRP的虚拟MAC地址。如文件“Request for Comments(RFC)3768，″Virtual Router Redundancy Protocol(VRRP)″from April 2004”的第2.4章中所指出的，如果虚拟路由器MAC地址从不被用作数据帧(还被称为“链路级别帧”)中的源MAC地址，则在操作为多接入LAN的传输网络12中从不会获知站点位置。只要传输网络12中的网络组件110没有获知MAC地址和交换机板之间的关联，便在传输网络12中对沿从主机14经由传输网络12到虚拟路由器18的相反方向发送的所有数据帧进行泛洪。
因此，VRRP路由器18周期性地向传输网络12发送包括虚拟VRRP MAC地址作为MAC源地址的数据帧。RFC 3768的第5.3.7章针对周期性地发送这些数据帧规定了1秒的缺省时间间隔(也被称为通告时间间隔)。
参照图1描述的网络环境10是关于用于数据业务的MAC地址的非对称数据业务模式的示例。非对称数据业务模式影响传输网络12内的MAC获知和重新获知的收敛速度。
传输网络12包括用于在适于存储关联的一个或多个网络组件110处触发MAC地址和交换机端口之间的关联的设备100。设备100在拓扑上(例如在数据链路层上和/或在物理层上)布置在发出节点18和传输网络12的其他网络组件110之间。由于其拓扑位置的原因，设备100还被称为传输网络12的头端节点。
设备100包括直接或间接地连接到发出节点18的接收单元102、添加到其上以存储从发出节点18接收的一个或多个数据帧的存储节点、以及适于经由一个或多个数据链路108、109向网络组件110发送数据帧的发送单元106。
所述一个或多个网络组件110包括至少一个第一交换机端口和至少一个第二交换机端口。第一和第二交换机端口可被实现为不同的节点，比如交换机端口112和114。作为备选或补充，第一和第二交换机端口可实现在传输网络12的相同节点处，比如交换机127处的交换机端口112和116。作为进一步的备选或补充，在每种情况中，至少一个第一交换机端口和/或至少一个第二交换机端口可经由一个链路直接连接到设备100。例如，交换机端口118和119分别经由链路108和109将交换机128和129连接到设备100。
第一交换机端口是用于经由设备100在发出节点18和至少一个主机14之间传输数据的双向主路径的一部分。第二交换机端口是用于经由设备100在发出节点18和至少一个主机14之间传输数据的双向备用路径的一部分。响应于主路径上的第一链路(例如链路122)的故障，经由备用路径路由所述数据。故障的第一路径可以是沿传输网络12中的主路径的链路中的任何一个，并且不限于直接连接到第一交换机端口和/或设备100的链路。此外，链路故障可以是由于保持故障链路的网络组件110中的任何一个(例如保持链路122的交换机127或128)。
图2示出了触发MAC地址和交换机端口之间的关联的方法200的流程图。所述关联允许经由所关联的交换机端口转发包括MAC地址作为目的地MAC地址的数据帧。可由设备100实现所述方法。在步骤202中，接收从节点(例如发出节点18)发出的数据帧。所接收的数据帧将发出节点18的MAC地址包括为源MAC地址。
在方法200的步骤204中，包括MAC地址的所接收的数据帧是在步骤206中向一个或多个第一交换机端口发送数据帧之前或之后存储的。步骤204可以是用于在数据链路层上转发数据帧的转发功能的一部分。
响应于去往第一交换机端口的第一链路的故障，向至少一个第二交换机端口重新发送所存储的数据帧，以在步骤208中触发第二交换机端口与发出节点18的MAC地址之间的关联。
方法200可由设备100在例如网络环境10中执行。方法200的步骤202和204可由设备100的单元102和104分别实现。步骤206和208可由单元106实现。备选地，设备100的专用子单元106a和106b可分别实现发送步骤206和重新发送步骤208。
参照图3-5描述由通过设备100执行的方法200的至少一些实现引起的触发。可在网络组件110中的任一组件(例如节点127)中触发所述关联。存储MAC地址和交换机端口之间的关联也被称为MAC获知。更新所述关联也被称为MAC重新获知。为了简明，传输网络12的适于更新所述关联的任何网络组件被称为交换机，该交换机可包括例如网桥。MAC获知是根据标准文件IEEE 802.1Q(例如，针对虚拟局域网(VLAN))和/或标准文件IEEE 802.1ad(例如针对VLAN)实现的。
MAC获知与获得连接到交换机的设备的MAC地址与交换机的交换机端口之间的关联的过程有关，其中设备经由所述交换机端口连接到交换机。当数据帧到达交换机的交换机端口中时，交换机从数据帧中包括的源MAC地址字段读取MAC地址并将源MAC地址与交换机中存储的MAC地址表进行比较。图3示意性地分别示出了设备100和设备127以及它们的MAC地址表302和304。
MAC地址表304包括指示.MAC地址的列(示于左手侧)和指示与MAC地址相关联的交换机端口的列(示于右手侧)。MAC地址表304存储在交换机127内。图3中所示的情况300是链路故障之前的情况，即主路径区段108-128-122的第一交换机端口112(标示为“2”)包括在MAC地址表304中。
MAC获知和MAC重新获知基于在交换机127处接收的数据帧中包括的源MAC地址。如果交换机127不能找到MAC地址表304中的包括所接收的源MAC地址的条目，则交换机127在MAC地址表304中添加包括所获取的与交换机端口相关联的源MAC地址的新条目，其中包括源MAC地址的数据帧是经由所述交换机端口接收的。
所存储的条目(即，MAC地址和交换机端口之间的关联)被交换机127使用，以防止不包括由在将被转发的另一数据帧中包括的目的地MAC地址标识的节点的网络分支中的不必要的数据业务。也就是说，使用MAC地址表304基于在交换机127处接收的数据帧中包括的目的地MAC地址。如果交换机127(例如，根据IEEE 802.1Q的网桥)接收到将未从MAC地址表304获知的单播MAC地址作为目的地MAC地址的数据帧，则交换机127泛洪所述数据帧，即在交换机127的除了接收数据帧的端口之外的所有交换机端口处发出所述数据帧。清楚地，对单播数据帧进行泛洪引起在不包括目的地节点的那些网络分支中的不必要的数据业务。从而，泛洪消耗网络带宽，并且应该被最小化。
由于交换机127基于从设备100接收的数据帧的源MAC地址获知所述关联，并使用所获知的关联来避免对在反向转发的数据帧(即，目的地为所获知的MAC地址的数据帧)进行泛洪，所以MAC获知和MAC重新获知依赖于双向数据业务是有效的。如果在交换机127处从没有接收到作为源MAC地址的MAC地址，则交换机127将不会把MAC地址插入到MAC地址表30中，从而目的地为该MAC地址的数据帧将会被泛洪。交换机127处的单向数据业务将会被泛洪。对于交换机127处的非对称数据业务，用于MAC重新获知的时间以少见的通信方向为主。图1所示的示例性网络环境10中的目的地为VRRP虚拟路由器18的数据业务是非对称数据业务的示例。
从而，在链路故障后在交换机127处的MAC重新获知的时间是通过发送从VRRP虚拟路由器18向主机14发出的少见数据业务的周期确定的。如在图4的情况400中针对包括网络组件108、128和122的主路径所示意性示出的，当主路径故障时，一些保护机制可允许快速检测主路径中的链路故障，并且MAC地址表304中的相应条目被移除。
此时，设备100已经在步骤202中接收到了包括VRRP网关18(作为发出节点的一个示例)的虚拟MAC地址的数据帧，并且已经根据方法200的步骤204对包括虚拟MAC地址的数据帧进行了存储。即使已经在情况300中在步骤206中向第一交换机端口112成功地发送了数据帧，响应于检测到链路故障，设备100也会在方法200的步骤208中向第二交换机端口116重新发送包括VRRP网关18的虚拟MAC地址的数据帧。结果，包括第二交换机端口116的交换机127立即重新获知重新发送的数据帧中包括的虚拟MAC地址与接收重新发送的数据帧所经由的第二交换机端口116之间的关联。图5示意性地示出了在通过重新发送步骤208触发了MAC重新发送之后得到的情况500。所述关联被存储在本地MAC地址表304中。发出节点18的MAC地址(标示为“X”)从而与备用路径区段109-129-126上的第二交换机端口116(标示为“3”)相关联。
虽然针对包括第一交换机端口112和第二交换机端口116两者的交换机127已经参照图3-5意义性地描述了通过方法200触发的MAC重新获知，但是方法200还能够针对包括第一交换机端口(例如交换机端口118)的第一交换机(例如交换机128)以及针对与第一交换机不同且包括第二交换机端口的第二交换机(例如，包括交换机端口119的交换机129)触发MAC重新获知。例如，当链路108发生故障时，设备100在步骤208中重新发送所存储的数据帧。交换机129在交换机端口119处接收到所重新发送的数据帧，从而交换机129将表示发出节点18的MAC地址和交换机端口119之间的关联的条目添加到其MAC地址表中。
如图3-5中的每一个所指示，设备100还可通过删除与故障链路相对应的条目以及重新获知与备用路径相对应的关联来更新其MAC地址表302(例如基于在设备100处经由交换机127接收的且目的地为发出节点18的随后数据帧)。
作为方法200所触发的关联的结果，在链路故障后进行MAC重新获知的时间不是通过向网络组件110发送包括发出节点18的MAC地址的数据帧的周期确定的。而是，MAC重新获知时间与将数据帧从发出节点18发送到传输网络12的速率解耦。一旦保护机制已经引起对MAC地址表304的清除，则设备100立即重新发送所存储的数据帧。包括MAC重新获知收敛时间的保护交换时间的量级可以是50ms或更小。作为对比，VRRP协议公告时间间隔仍然能够具有秒的量级(例如至多为240秒)，在此期间，传统网络环境将经历目的地为VRRP网关18的数据帧的泛洪。
将根据地址解析协议(ARP)针对从发出节点18发出的数据帧更为详细地描述方法200的实现。当VRRP路由器16变得活跃时，其开始发送VRRP数据分组以及免费(gratuitous)ARP数据分组，其中的每一个是从发出节点18发出的且包括发出节点的MAC地址作为源MAC地址的数据帧的示例。图6示意性地示出了在实现面对VRRP路由器16的设备100的头端节点处接收从当前活跃VRRP路由器发出的数据帧的步骤202。指向右侧的箭头指示根据步骤206由设备100向一个或多个网络组件110的一个或多个第一交换机端口发送的数据帧。
头端节点100从数据帧获知虚拟MAC地址，并存储数据帧，这在图中示意性地示为附图标记700。根据步骤204存储数据帧还被称为高速缓存。在所述方法实现的一个变体中，为了更高的可靠性，对多个拷贝进行了高速缓存。可选地，将时间戳与所存储的数据帧700关联地存储。一旦在时间戳所指示的时间之后超过了预定义的时间间隔，则将数据帧700从高速缓存删除。
设备100检测沿传输网络12内的主数据路径的链路之一中的任何链路故障。如图8所示，由设备100检测例如链路108的链路故障。设备100移除MAC地址表302中的受影响的条目。此外，如图9所示，设备100根据步骤208向网络组件110重新发送所高速缓存的数据帧700。设备100优选地在除了在步骤202中从发出节点18接收数据帧的端口之外所有端口处重新发送所存储的数据分组700。
所存储的数据帧被指示为过时的和/或被移除的(可选地，与MAC地址表302中的获知的MAC地址条目一起)，以避免由重新发送过时数据帧对网络组件引起的负面影响。
虽然已经针对包括实现方法200的单个节点100的传输网络12描述了上述实施例和示例性实现，但是从发出节点18(例如，VRRP或ARP数据分组)接收并转发数据帧700的任何交换机都能够实现所述方法200，例如图1中所示的节点127、128和/或129。此外，设备100不必直接连接到发出节点18，例如VRRP路由器16。例如，与实现方法200的节点100以及发出节点18在逻辑上邻近就足够了。
在高级实施例中，在方法200的步骤204中，根据由设备100执行的相关性评估，选择性地对所接收的数据帧700进行存储。例如，一些MAC地址(比如网关MAC地址或频繁访问的服务器MAC地址)比普通主机的MAC地址更为重要。设备100被设置为具有重要MAC地址的列表。在设备100的第一高级实施例中，MAC地址的列表用于在步骤204中对数据帧选择性地进行存储。在第二高级实施例中，设备100主动地为列表中所包括的MAC地址中的一个或全部发送所存储的数据帧700，例如ARP数据分组或基于所存储的数据帧700生成的欺骗数据分组。从而，设备选择性地加速传输网络12中的MAC重新获知，例如，以避免或减少泛洪。
本文所呈现的技术可实现于例如提供MAC获知机制和冗余机制的任何网络的数据链路层上。图10-12示意性地示出了所述技术在示例性网络环境10中的应用。
示例性网络环境10中实现的传输网络12包括根据ITU-T推荐G.8032的以太网环网保护(ERP)交换机制，以提供在50ms或更短时间内的保护和恢复交换。传输网络12具有环形拓扑结构。
图11示意性地示出了示例性网络环境10，其中传输网络12实现链路聚合(LAG)，将设备100和交换机127之间的多个网络链路107、108和109进行组合。图11中所示的传输网络12是未与发出节点18直接连接的设备100的示例。
图12示意性地示出了示例性网络环境10，其中传输网络12提供包括主路径1202和备用路径1204的多协议标签交换(MPLS)传输简档保护机制。
触发所述关联的设备100和方法200能够根据所述技术的实现在设备100的下游节点中的一个、一些或全部中触发所述关联。图13示意性地示出了设备100和方法200在图10的示例性ERP传输网络12中的触发效果。为了简明，只针对交换机127对效果进行解释。第一交换机端口由交换机127的交换机端口112实现。第二交换机端口由交换机127的交换机端口116实现。
在链路122发生故障之前，最初例如通过只在交换机127和128的MAC地址表中包括主链路122，将备用链路126阻断。备用链路126没有被包括在交换机127和129的MAC地址表304中。从而，针对目的地A和目的地B从节点18发出的数据帧分别采用路径→H→X→A和→H→X→Y→B。
检测到主路径中的故障(在图13中示意性地示为“X”)。在图13中所示的示例情况中，链路122发生故障。设备100不是链路122的直接端点。
在链路故障后，针对目的地A和B的数据帧分别采用路径→H→X→A和→H→Z→Y→B。
根据示例性实施例的上述描述，显然的是，所述技术在由例如至少一些实现中的链路故障引起的MAC条目移除之后加速MAC重新获知。在相同或其他实现中，服务恢复可被加速和/或消费者服务中断可被最小化。
在经由至少一些网络组件引起非对称数据业务的网络环境中，这一技术是有益的。该技术可在提供保护机制的传输网络的一个或多个位置中实现。用于传输网络的保护机制可包括例如ERP、LAG、STP、MPLS-TP或其子组合。
由链路故障引起的业务重新路由(例如包括服务恢复和数据泛洪的终止)可在少于50ms之内完成。由链路故障(例如，由数据帧的泛洪导致的)引起的数据业务负载可减少，甚至在所述技术的一些实施例中可避免。
例如，针对MAC重新获知的时间可以与由发出节点提供适合MAC获知的数据帧的周期无关。数据帧可以是VRRP数据帧或根据虚拟化机制发送的任何其他数据帧。
存储和重新发送可限于优先排序的MAC地址，从而最小化由重新发送引起的网络负载和存储器资源。响应于传输网络的主路径上的链路故障，可以容易地针对所有优先排序的MAC地址触发MAC地址和交换机端口之间的关联，使得优先排序的服务满足预设的服务质量要求。
虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，描述仅为了说明的目的。从而，本发明只被所附的权利要求的范围限制。

Claims (21)

1.一种触发媒体接入控制MAC地址和交换机端口之间的关联的方法(200)，其中所述关联允许经由所关联的交换机端口对包括所述MAC地址作为目的地MAC地址的数据帧进行转发，所述方法包括：
接收(200)从节点(18)发出的数据帧(700)，其中，所述数据帧包括发出节点的MAC地址作为源MAC地址；
存储(204)包括所述MAC地址的所述数据帧；
成功地向第一交换机端口(112、118)发送(206)所述数据帧；以及
响应于去往第一交换机端口(112、118)的第一链路(108、122)的故障，向与第一交换机端口不同的第二交换机端口(114、116、119)重新发送(208)所存储的数据帧，以触发第二交换机端口与发出节点(18)的MAC地址之间的关联。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，从发出节点(18)周期性地接收包括发出节点的MAC地址的数据帧(700)，其中，周期性的接收之间的持续时间的量级是1秒或更长。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所接收的数据帧(700)替换之前接收到数据帧。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，还包括：
将经由第一交换机端口或第二交换机端口接收的第二数据帧转发到发出节点(18)，其中，转发到发出节点(18)的第二数据帧的速率大于从发出节点(18)发出的所接收的数据帧(700)的速率。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中，转发、接收(202)、存储(204)、发送(206)和重新发送(208)步骤中的至少一个步骤是由位于发出节点(18)和第一和第二交换机端口(112、114、116、118、119)之间的电信网络(10)中的触发节点(100)执行的。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，触发节点(100)在电信网络(10)的数据链路层的拓扑结构中离发出节点(18)最近。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，触发节点(100)是电信网络(10)内的重叠网络(12)的头端节点，其中，触发节点(100)将重叠网络(12)与发出节点(18)连接。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，重叠网络(12)包括数据链路层上的保护机制(1202、1204)，其中，所述保护机制包括第一交换机端口(118)和第二交换机端口(119)。
9.根据权利要求5-8中的任一项所述的方法，其中，重新发送步骤(208)还包括：在触发节点(100)的本地MAC表(302)中删除与第一本地端口相关联的一个或多个条目，所述第一本地端口经由故障的第一链路与第一交换机端口(112、118)耦接。
10.根据权利要求1-9中的任一项所述的方法，其中，向一个或多个交换机(127、129)的一个或多个第二交换机端口(114、116、119)重新发送所述数据帧(700)，每个交换机包括所述第二交换机端口之一。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，在一个或多个交换机(127、129)处对重新发送的数据帧的接收触发在所述一个或多个交换机中的每一个交换机处存储相应的一个第二交换机端口与发出节点的MAC地址之间的关联。
12.根据权利要求1-11中的任一项所述的方法，其中，根据数据帧中所包括的一个或多个字段值，选择性地存储所接收的数据帧(700)。
13.根据权利要求1-12中的任一项所述的方法，还包括：提供MAC地址的列表，其中，响应于第一链路(108、122)的故障，重新发送所存储的数据帧和/或基于所存储的数据帧生成的数据帧，重新发送的数据帧中的每一个包括列表中的MAC地址之一作为源MAC地址。
14.根据权利要求1-13中的任一项所述的方法，其中，所述关联允许经由所关联的交换机端口沿第一方向向发出节点(18)转发包括所述MAC地址作为目的地MAC地址的数据帧，以及对从发出节点(18)发出的数据帧(700)进行发送(206)和重新发送(208)涉及与第一方向相反的第二方向。
15.根据权利要求1-14中的任一项所述的方法，其中，在成功地发送(206)数据帧(700)之后，将数据帧(700)存储一段时间。
16.根据权利要求1-15中的任一项所述的方法，其中，所述数据帧(700)是以整个长度存储的。
17.根据权利要求1-16中的任一项所述的方法，其中，从发出节点(18)发出的数据帧(700)包括互联网组管理协议IGMP消息、虚拟路由器冗余协议VRRP消息和/或地址解析协议ARP消息。
18.根据权利要求1-17中的任一项所述的方法，其中，发出节点(18)是根据虚拟路由器冗余协议VRRP的当前活跃的路由器或虚拟路由器。
19.一种包括程序代码部分的计算机程序产品，所述程序代码部分用于当所述计算机程序产品通过计算设备执行时，执行权利要求1至18中任意一项的步骤。
20.根据权利要求19所述的计算机程序产品，所述计算机程序产品存储在计算机可读记录介质上。
21.一种用于触发媒体接入控制MAC地址和交换机端口之间的关联的设备(100)，其中所述关联允许经由所关联的交换机端口对包括所述MAC地址作为目的地MAC地址的数据帧进行转发，所述设备包括：
接收单元(102)，适于接收从节点(18)发出的数据帧(700)，其中，所述数据帧包括发出节点的MAC地址作为源MAC地址；
存储单元(104)，适于存储包括所述MAC地址的所述数据帧；以及
发送单元(106)，适于向第一交换机端口(112、118)发送所述数据帧，以及响应于去往第一交换机端口(112、118)的第一链路(108、122)的故障，在成功地向第一交换机端口发送了数据帧之后，向与第一交换机端口不同的第二交换机端口(114、116、119)重新发送所存储的数据帧，以触发第二交换机端口与发出节点(18)的MAC地址之间的关联。
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