CN115801496A - 一种基于单环的环网链路故障快速切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了新增端口属性，端口属性包括Left、Right和Local，环网成员端口按交叉顺序依次设置为Right、Left属性，非环网成员端口均设置为Local属性；FDB表项dest portMask根据端口属性进行适配；以太网switch借助特定协议检测环路是否存在，若链路存在，环网成员端口学习到的MAC将自动追加另一成员端口；当环网中某条链路linkdown时，断链两侧的switch立即切换Left或Right转发端口,通告环网中其它switch断链发生，其余switch接收到linkdown事件后，清除FDB表项中Left+Right属性，设置为none，FDB表项进入待收敛状态；对FDB表项进行收敛；收敛完成，EP间的相互通信按照FDB表项进行单向转发。本发明能够使环网切换过程中不需要刷新FDB表，从而避免FDB flush性能消耗、带宽浪费以及报文flood带来的安全问题。

Description

一种基于单环的环网链路故障快速切换方法

技术领域

本发明涉及以太网环网技术领域，特别涉及一种基于单环的环网链路故障快速切换方法。

背景技术

在以太网交换网络中为了进行链路备份，提高网络可靠性，通常会使用环形网络冗余链路。目前常见的以太网环网冗余主要分为以下几种：基于生成树STP/RSTP/MSTP协议的环网、基于私有环网协议的环网、基于ERPS(G.8032)通用环网协议的环网。

针对现有的单环环网链路中，如图1所示，

图1中环网冗余协议的基本策略如下：

(1)初始状态，各链路正常，物理环路存在。主动block掉其中一条链路(将链路两侧或一侧的port设置为block状态)。此时，逻辑网络拓扑上不存在环路。FDB表中MAC均绑定唯一的port，报文按照FDB表进行转发。

(2)环路上某条链路发生linkdown时，借助报文通知该事件发生。将block端口切换至forwarding状态。同时，将对环路上所有端口进行FDB flush操作，待后续通信进行学习刷新。

(3)链路恢复时，环路上的switch借助协议报文确认linkup事件发生。将重新选取端口或直接使用原有blocked端口进行block。同时，将对环路上所有成员端口进行FDBflush操作。

ERPS等环网冗余协议在网络拓扑变更后，在环网port均需进行FDB表项刷新，flush环网成员端口下的FDB表项，重新学习收敛。这个过程中，将考验交换机的FDB flush能力；同时，unknown报文将进行flood，浪费带宽，并且引入安全问题(敏感数据)。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于单环的环网链路故障快速切换方法，该方法使环网切换过程中不需要刷新FDB表，从而避免FDB flush性能消耗、带宽浪费以及报文flood带来的安全问题。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于单环的环网链路故障快速切换方法，包括以下步骤：

新增端口属性，端口属性包括Left、Right和Local，环网成员端口按交叉顺序依次设置为Right、Left属性，非环网成员端口均设置为Local属性；

FDB表项dest portMask根据端口属性进行适配；

以太网switch借助特定协议检测环路是否存在，若链路存在，环网成员端口学习到的MAC将自动追加另一成员端口；

当环网中某条链路linkdown时，断链两侧的switch立即切换Left或Right转发端口,通告环网中其它switch断链发生，其余switch接收到linkdown事件后，清除FDB表项中Left+Right属性，设置为none，FDB表项进入待收敛状态；

对FDB表项进行收敛；

收敛完成，EP间的相互通信按照FDB表项进行单向转发。

进一步的，所述步骤：对FDB表项进行收敛，具体包括以下步骤：

当Left或Right端口接收到报文时，判断FDB表项是否存在：

若不存在，则进行学习，并设置接收端口对应的Left或Right端口；

若存在，但none置位，则更新为Left或Right端口。

若存在，但Left或Right有效位已置位，则FDB表项维持不变。

进一步的，所述步骤：收敛完成，EP间的相互通信按照FDB表项进行转发；之后还包括以下步骤：

当linkdown链路恢复时,复链两侧switch立即更新dest portMask为Left、Right或None的FDB表项，同时，向环网中其它switch通告复链事件；

当环网中其它switch接收到复链事件，立即更新dest portMask为Left、Right或None的FDB表项，将dest portMask设置为Left+Right。

进一步的，所述步骤：FDB表项dest portMask根据端口属性进行适配，具体包括：

链路建立，此时FDB为空，报文将在网络中进行flood，并进行学习；Local端口将设置FDB表项dest portMask为对应端口；Left或Right端口将设置FDB表项dest portMast为Left或Right端口。

进一步的，对于进入待收敛状态的FDB表项，允许在Left和Right两端口上同时转发对应报文。

进一步的，对于进入待收敛状态的FDB表项，环网成员端口上接收到该交换机或下挂EP发送的报文后不进行转发。

相比于现有技术，本发明的优点在于：

1、本装置通过增加FDB表项属性以及特定转发策略，使环网震荡过程中无需进行FDB flush，仅需完成dest portMask属性表更(硬件完成)，大大缩短了环网收敛时间(不超过5ms)，同时，由于环路FDB表项始终存在，避免收敛前大量报文flood造成的带宽浪费，以及敏感数据的外泄。

附图说明

图1为典型的单环网络场景示意图；

图2为一种基于单环的环网链路故障快速切换方法的流程图；

图3为典型的单环网络拓扑的结构示意图；

图4为单环网络拓扑链路初始化时的状态图；

图5为单环网络拓扑FDB表项待收敛时的状态图；

图6为单环网络拓扑FDB表项收敛完成时的状态图；

图7为单环网络拓扑链路恢复正常时的状态图。

具体实施方式

以下结合较佳实施例及其附图对发明技术方案作进一步非限制性的详细说明。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图2所示，本发明一实施例的一种基于单环的环网链路故障快速切换方法，包括以下步骤：

S1:单环链路初始化阶段：

S10:新增端口属性，端口属性包括Left、Right和Local，环网成员端口按交叉顺序依次设置为Right、Left属性，非环网成员端口均设置为Local属性。

参考图3，单环的环网链路至少具有以太网switch，两个相邻的以太网switch相互连接的端口属性分别为Left、Right，EP与以太网switch连接的端口属性为Local，并且，报文按照图3中所述方向进行转发，即均从Left口进行转发。

S11：FDB表项dest portMask根据端口属性进行适配。

本文中dest portMask均指代目的端口位图，用于表示多个端口。如0x1表示port0，0x5表示port0、port2。

具体的，Local端口学习到的FDB表项，dest portMask中仅包含本端口；Left或Right端口学习到的FDB表项，dest portMask中初始仅包含自身，但一旦检测到环网存在事件，将自动添加Right或Left端口到dest portMask。Left和Right端口对应FDB表项destportMask允许设置为none状态。即：local属性端口进行SA学习时，portMask中仅该端口对应的bit置位。环网成员端口(left或Right属性)进行SA学习时，先将接收报文的端口添加至portMask，后续DA匹配报文，按portMask转发；检测到环网事件时，会自动将另一个环网成员端口也添加至portMask，后续DA匹配报文，按默认规则从Left端口转发。而环网成员端口对应的FDB表项，允许dest portMask为0，后续DA匹配报文同时向两端口转发。

具体为：链路建立，此时FDB为空，报文将在网络中进行flood，并进行学习；Local端口将设置FDB表项dest portMask为对应端口；Left或Right端口将设置FDB表项destportMast为Left或Right端口。

S12：以太网switch借助特定协议检测环路是否存在，若链路存在，环网成员端口学习到的MAC将自动追加另一成员端口；

假设所有EP均存在交互，则最终将建立如图4所示FDB表项

图中MAC1为EP1所属MAC，以此类推；sw1-sw4为4个以太网switch。

该状态下，典型通信示例如下：

(1)例：EP1向EP2发送报文，sw1查询FDB，查找到MAC2表项为Local，则直接向destport进行转发。

(2)EP1向EP6发送报文，sw1查询FDB，查找到MAC6表项为Left+Right，则向Leftport进行转发；sw2接收到该报文后，查找到MAC6表项为Left+Right，继续向Left port进行转发；sw3接收到报文，查询FDB，查找到MAC6表项为Local，则直接向dest port进行转发。

其中，EP1向外发送需flood的报文(如bcast、unkown mcast/ucast等)，switch1-4除在Local端口中flood外，均从Left端口进行转发。sw1从Right端口接收到该报文后，通过检测SA filter确认为本地设备发送的报文则自动进行丢弃。

S2：链路故障阶段：

S20:当环网中某条链路linkdown时，断链两侧的switch立即切换Left或Right转发端口,通告环网中其它switch断链发生，其余switch接收到linkdown事件后，清除FDB表项中Left+Right属性，设置为none，FDB表项进入待收敛状态。

其中，对于进入待收敛状态的FDB表项，允许在Left和Right两端口上同时转发对应报文。

如图5所示，设sw2与sw3间的链路linkdown，则事件通告完成后的FDB表项进入待收敛状态。该状态下，典型通信示例如下：

(1)EP3向EP4发送报文，sw2查询FDB，查找到MAC4表项为Local，则直接向destport进行转发。

(2)EP3向EP6发送报文，sw2查询FDB，查找到MAC6表项为Right，则向Right port进行转发；sw1、sw4依次接收到该报文后，查找到MAC6表项为none，由于从Left端口接收，则仅向Right进行转发；最终，sw3接收到该报文，并转发至Local端口。EP6向EP3发送报文与之类似，但路径反向。

(3)EP1向EP6发送报文，sw1查询FDB，查找到MAC6表项为none，则同时向Left和Right端口进行转发；sw2接收到该报文后，查找到MAC6表项为Right，丢弃该报文；sw4接收到报文，查询FDB，查找到MAC6表项为none，由于从Left端口接收，则仅向Right进行转发；最终，sw3接收到该报文，并转发至Local端口。

其中，EP1向外发送需flood的报文(如bcast、unkown mcast/ucast等)，sw1-4将在除接收端口外的其余端口下flood。

S21:对FDB表项进行收敛。

具体为：当Left或Right端口接收到报文时，判断FDB表项是否存在：

若不存在，则进行学习，并设置接收端口对应的Left或Right端口；

若存在，但none置位，则更新为Left或Right端口。

若存在，但Left或Right有效位已置位，则FDB表项维持不变。

S22:收敛完成，EP间的相互通信按照FDB表项进行单向转发。

假设sw2与sw3间的链路linkdown，则收敛完成状态如图6所示，该状态下，典型通信示例如下：

EP间的相互通信，按照FDB表信息进行转发。

其中，需flood的报文(如bcast、unkown mcast/ucast等)，sw1-4将在除接收端口外的其余端口下flood。

S3：链路恢复阶段：

S30：当linkdown链路恢复时,复链两侧switch立即更新dest portMask为Left、Right或None的FDB表项，同时，向环网中其它switch通告复链事件。

S31：当环网中其它switch接收到复链事件，立即更新dest portMask为Left、Right或None的FDB表项，将dest portMask设置为Left+Right。

其中，恢复时，将dest portMask设置为Left+Right。

最终结果如图7所示，恢复成链路正常状态。后续通信将按照链路正常状态进行。

针对本发明的一种基于单环的环网链路故障快速切换方法，需要注意的是：

(1)FDB表项dest portMask中仅具备一个有效成员端口时，报文按照destportMask进行转发。该机制针对Local端口，环网初始化阶段以及环网断链收敛后等场景。

(2)FDB表项dest portMask中具备两个有效成员端口时，报文按照上图所示方向进行转发，即均从Left口转发。该机制针对环网存在时，跨switch通信场景。

(3)FDB表项dest portMask中不存在有效成员端口时，报文将同时在Left、Right两端口进行转发。同时，soure port filter机制仍然有效。该机制针对环网断路暂未收敛场景。

(4)环网链路中不进行端口block，使用SA filter避免flood报文的回绕。即在环网成员端口上接收到该交换机或下挂EP发送的报文后不进行转发。

本发明通过增加FDB表项属性以及特定转发策略，使环网震荡过程中无需进行FDBflush，仅需完成dest portMask属性表更(硬件完成)，大大缩短了环网收敛时间(不超过5ms)，同时，由于环路FDB表项始终存在，避免收敛前大量报文flood造成的带宽浪费，以及敏感数据的外泄。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种基于单环的环网链路故障快速切换方法，其特征在于，包括以下步骤：

新增端口属性，端口属性包括Left、Right和Local，环网成员端口按交叉顺序依次设置为Right、Left属性，非环网成员端口均设置为Local属性；

FDB表项dest portMask根据端口属性进行适配；

以太网switch借助特定协议检测环路是否存在，若链路存在，环网成员端口学习到的MAC将自动追加另一成员端口；

当环网中某条链路linkdown时，断链两侧的switch立即切换Left或Right转发端口,通告环网中其它switch断链发生，其余switch接收到linkdown事件后，清除FDB表项中Left+Right属性，设置为none，FDB表项进入待收敛状态；

对FDB表项进行收敛；

收敛完成，EP间的相互通信按照FDB表项进行单向转发。

2.根据权利要求1所述的基于单环的环网链路故障快速切换方法，其特征在于，所述步骤：对FDB表项进行收敛，具体包括以下步骤：

当Left或Right端口接收到报文时，判断FDB表项是否存在：

若不存在，则进行学习，并设置接收端口对应的Left或Right端口；

若存在，但none置位，则更新为Left或Right端口。

若存在，但Left或Right有效位已置位，则FDB表项维持不变。

3.根据权利要求1所述的基于单环的环网链路故障快速切换方法，其特征在于，所述步骤：收敛完成，EP间的相互通信按照FDB表项进行转发；之后还包括以下步骤：

当linkdown链路恢复时,复链两侧switch立即更新dest portMask为Left、Right或None的FDB表项，同时，向环网中其它switch通告复链事件；

当环网中其它switch接收到复链事件，立即更新dest portMask为Left、Right或None的FDB表项，将dest portMask设置为Left+Right。

4.根据权利要求1所述的基于单环的环网链路故障快速切换方法，其特征在于，所述步骤：FDB表项dest portMask根据端口属性进行适配，具体包括：

链路建立，此时FDB为空，报文将在网络中进行flood，并进行学习；Local端口将设置FDB表项dest portMask为对应端口；Left或Right端口将设置FDB表项dest portMast为Left或Right端口。

5.根据权利要求1所述的基于单环的环网链路故障快速切换方法，其特征在于，对于进入待收敛状态的FDB表项，允许在Left和Right两端口上同时转发对应报文。

6.根据权利要求5所述的基于单环的环网链路故障快速切换方法，其特征在于，对于进入待收敛状态的FDB表项，环网成员端口上接收到该交换机或下挂EP发送的报文后不进行转发。

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