CN1499781A - 第二层交换和对第二层帧扩展虚拟局域网标签的处理方法 - Google Patents

第二层交换和对第二层帧扩展虚拟局域网标签的处理方法 Download PDF

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Abstract

通过根据帧传输目标的网络来重写扩展VLAN标签，第二层交换允许在不同的第二层网络之间进行通信，并且，通过重写扩展VLAN标签，可获得与通过将扩展VLAN标签应用到第三及后面阶段所获得的相同效果。

Description

第二层交换和对第二层帧扩展虚拟局域网标签的处理方法
技术领域
本发明涉及第二层交换(以下称为L2SW)，其终结第二层帧(以下称为以太网帧)，更具体地说，本发明涉及对应用到以太网帧以用于扩展的扩展VLAN(虚拟局域网)标签的处理方法的改进。
背景技术
扩展VLAN技术是这样一种技术，其发展起来以采用在传统L2SW中所使用的VLAN技术来单独分隔广域以太网中的用户以用作VPN。将一个局域网划分成多个网段，VLAN最早被用作为一种用于禁止以太网广播帧的手段或用于确保安全性的手段。为了满足通信服务提供商利用VPN的VLAN技术以单独分隔容纳在广域以太网服务中的网络中的用户这一需求，通信设备制造商们自己已经发展了一些技术。另外，随着IP-VPN技术已被很普遍地使用，广域以太网服务正吸引着越来越多的注意，因为其设备引入成本、运营成本、引入的便利性和自由程度使得通信服务提供商考虑使用VLAN技术来应用各种类型的服务。
在通信服务提供商提供的广域网络中，一个通信服务提供商的网络被划分成多个小区域。
进行这一安排是为了避免扩展VLAN最多能够容纳4096个用户的问题，因为扩展VLAN采用了与普通VLAN相同的标签格式，这一安排的目的在于通过将一个区域划分成多个小单元以限制在每个区域中所容纳的用户数目，以确保提供商的网络作为一个整体的可扩展性。
如图8所示，整个网络被组织成具有多个以太网网络，每个以太网网络设立在通过L2SW而彼此相连接的各个区域中。每个区域是一个独立的LAN(局域网)，其中可以设置多达4096个VLAN。当发送并接收数据以桥接这些区域时，就在每个区域的出口处进行一次扩展VLAN标签的删除，并在下一个区域的入口处进行一次该区域固有的扩展VLAN标签的添加。
另外，如图9所示，另一个方法是考虑将每个区域作为一层，以当通过这些层时，顺序添加/删除扩展VLAN标签。在此情形下，在层次结构中一个层越高，就应用越多的扩展VLAN标签。
在公表(翻译版国家公开)No.2001-500345中公开了一种与本发明类似的传统技术。
利用图9所示的系统，因为在层次结构中每往上一层就插入一个扩展VLAN标签，因此就增加了以太网帧中的额外开销(数据之外的部分)。这导致在网络中具有了一个压缩频带，从而对L2SW处理性能产生了不利的影响。
另外，由于许多通信服务提供商中都将网络中的L2SW所允许的最大帧长度设置为1522或1526字节，因此网络中所有L2SW的设置都要改变。而且，因为旧类型的设备不能处理这种扩展VLAN系统，设置改变就不足以适应所述系统，因此就需要替换所述设备。
利用图8所述的系统，需要将L2SW安排成每个区域的入口和出口处的网关，以连接所述多个区域。
结果，增加了整个网络中的L2SW数量，从而引起设备运营成本的增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种第二层交换和对第二层帧的扩展VLAN标签进行处理的方法，其通过交换(重写)应用到第二层帧的第二阶段的扩展VLAN标签，来抑制由多层堆叠(multi-stacking)所引起的额外开销的增加，其中多层堆叠是传统系统的一个问题，同时获得了与通过将扩展VLAN标签(多个扩展VLAN标签)应用到第三及后面阶段而获得的相同效果。
根据本发明的第一方面，所提供的第二层交换执行对第二层帧的终结处理和对其中堆叠了扩展VLAN标签的第二层帧的处理，其包括一个单元，当帧的发送目标区域和发送源区域不同时，所述单元将该帧的扩展VLAN标签重写为发送目标区域的扩展VLAN标签。
根据本发明的另一个方面，所提供的方法对第二层帧进行终结处理并对其中堆叠了扩展VLAN标签的第二层帧进行处理，该方法包括一个步骤，当帧的发送目标区域和发送源区域不同时，所述步骤将该帧的扩展VLAN标签重写为发送目标区域的扩展VLAN标签。
从下面给出的详细描述中，本发明的其他目的、特征和优点将变得很清楚。
附图说明
从下面给出的详细描述和本发明优选实施例的附图，将可以更完整地理解本发明，然而所述说明和附图不应该被理解成是对本发明的限制，而只是为了解释和理解本发明。
在附图中：
图1是示出了根据本发明第一实施例对扩展VLAN标签进行交换(SWAP)操作的示意图；
图2是根据本发明第一实施例的L2SW的内部方框图；
图3是根据本发明第一实施例的线路卡的内部方框图；
图4是示出了根据本发明第一实施例的扩展VLAN标签的帧格式的示意图；
图5是示出了根据本发明第一实施例的表布局的示意图；
图6是示出了根据本发明第二实施例，在L2SW和每个区域之间的连接的布局的示意图；
图7是示出了根据本发明第二实施例的表布局的示意图；
图8是示出了一个广域以太网的网络结构的示意图；并且
图9是示出了一个广域以太网的网络结构的示意图。
具体实施方式
下面将参考附图详细讨论本发明的优选实施例。在下面的描述中，给出了大量的具体细节，以提供对本发明的透彻的理解。然而，对本领域内的技术人员来说，很明显没有这些具体细节也可以实施本发明。另外，没有详细地示出一些公知的结构，以避免不必要地混淆本发明。
下面将参考附图详细描述本发明的实施例，以阐明本发明前述和其他目的、特征和效果。
图1示出了一个L2SW 100，其带有扩展VLAN标签交换功能，作为本发明的第一实施例。
所述带有扩展VLAN标签交换功能的L2SW 100容纳有多条以太网线路，以一对一地连接广域以太网网络中的区域(1)200网络和区域(2)300。图1示出了当从区域(1)200接收帧400并向区域(2)300发送该帧时，帧400中的扩展VLAN标签是如何被重写的。在L2SW 100的设备内部，分析从区域(1)200接收的帧400的头部信息，以获得发送目标线路信息(与该帧将被输出到哪个线路卡的哪条线路有关)，然后该帧被传输到该相关线路。
图2示出了一个方框图，示出了L2SW 100的内部结构。
带有扩展VLAN功能的L2SW 100包括线路卡120，该线路卡具有一个功能，用于分析帧的头部信息以获得目标线路信息(与该帧将被输出到哪个线路卡的哪条线路有关)，并将该帧转换成交换信元以将该信元输出到交换卡130，该线路卡还具有一个功能，用于将从交换卡130接收的信元转换成帧，并根据发送目标线路信息将该帧发送到相关线路，并且L2SW 100还包括交换卡130，用于根据发送目标线路信息对从线路卡120应用的信元执行交换处理，以将该信元输出到相关线路卡120。
然后，根据本发明，当帧输出路径信息的确定导致发现发送目标线路所在的区域不同于接收帧的区域时，线路卡120执行处理，以将帧中的扩展VLAN标签的信息(以太网类型、VID)重写(交换，swap)为发送目标区域的扩展VLAN标签的信息(以太网类型、VID)。
图3是示出了线路卡120的内部结构的方框图。所述结构由如下部件组成：线路接口单元220，用于执行帧接收处理；转发引擎230，用于执行确定帧发送目标和重写扩展VLAN标签(以太网类型、VID)的处理；帧缓冲区240，用于存储帧；查找表250，用于存储表信息；以及SW接口单元260，用于执行SW卡130的接口处理。图4中示出了扩展VLAN标签帧的格式。
由于VLAN和扩展VLAN是公知技术并且和本发明不直接相关，因此没有对其进行详细描述。
下面将描述第一实施例的操作。首先，将参考图1、3和5描述扩展VLAN标签重写操作。
首先将描述L2SW 100的输入方的处理。
在线路接口单元220处接收到通过线路而应用的帧。接收帧被传输到转发引擎230。转发引擎230从接收帧中抽取头部信息。随后，在缓冲存储器240中一次存储整个帧。然后，转发引擎230查找所抽取的头部信息，以获得对应于目标MAC地址的发送目标线路。用于发送目标线路查找的表信息存储在查找表250中。
图5示出了查找表250的结构。通过使用基本表来指定一条发送目标线路。所述表由MAC地址、对应于该MAC地址的线路卡、线路端口和指示该线路端口是否是交换目的地的标识符组成。
交换标识符被用于确定所讨论的线路属于一对一连接的多个区域中的哪一个区域(在此假设，例如没有标识符的设置指示了区域(1)200，并且一个标识符的设置指示了区域(2)300)。
然后，利用发送源MAC地址作为查找关键字，通过使用基本表来确定接收帧来自哪个区域。
当没有交换标识符被设置时，确定该帧接收自区域(1)200，以通过使用辅助表A来查找区域(2)300的扩展VLAN标签信息。
当设置了一个交换标识符时，确定该帧接受自区域(2)300，以通过使用辅助表B来获得区域(1)的扩展VLAN标签信息。
辅助表A和B具有区域(1)200和区域(2)300的扩展VLAN标签信息，彼此一一对应。辅助表由以太网类型、VID和扩展VLAN标签的端口位图组成。辅助表查找是通过使用接收帧的扩展VLAN标签的以太网类型和VID作为查找关键字来执行的。
根据查找结果，获得对应于发送目标线路的区域的扩展VLAN标签信息，以重写扩展VLAN标签(以太网类型、VID)。在完成所述重写后，转发引擎230在只在一个设备中被使用的设备内头部中写入发送目标线路信息等，并将在其顶部被插入该头部的帧传输到SW接口单元。SW接口单元260将所发送的帧划分成多个用于SW卡的信元，并将所获得的信元传输到SW卡。
下面将描述L2SW 100的输出方的处理。
首先，SW接口单元260从接收自SW卡的多个信元建立帧。在帧建立后，将该帧传输到转发引擎230。一旦接收到该帧，转发引擎230就抽取该帧顶部的设备内头部，并将该帧一次存储在帧缓冲区240。转发引擎230从设备内头部识别出发送目标线路，并将帧发送到该线路。
下面将描述本发明的第二实施例，其基本结构与上述实施例相同，并且能通过改变查找表布局来使得多个区域被连接到一个区域。
图6中示出了第二实施例的结构。
在图6中，1到N个区域被连接到一个L2SW。可连接的区域的数目可以增加到一个L2SW所能容纳的以太网线路的数目。在区域(1)到区域(N)中选择一个要被连接到多个区域的区域。所选择的区域允许和所有其他(N-1)个区域通信。在一个L2SW中只能选择一个允许和多个区域通信的区域。
然后，图7示出了一张从上述表布局改变而来的表。
在辅助表A的左侧的列中登记了可与多个区域通信的区域的扩展VLAN标签(在此假设该区域是区域(1))。在辅助表A右侧的列中登记了一个交换目标区域的扩展VLAN标签，与区域(1)的扩展VLAN标签的条目相对应。
下面将描述使用图7中所示的表的扩展VLAN标签交换操作。
首先将描述在L2SW 100的输入方执行的处理。
在线路接口单元220处接收通过线路应用的帧。接收帧被传输到转发引擎230。转发引擎230从接收帧抽取头部信息。随后，在缓冲存储器240中一次存储整个帧。然后，转发引擎230查找所抽取的头部信息，以获得与目标MAC地址对应的发送目标线路。
用于查找发送目标线路的表信息存储在查找表250中。使用图5中所示的基本表，确定是否在帧接收线路上设置了交换标识符。由使用发送源MAC地址作为查找关键字的表查找来完成确定是否在接收线路上设置了交换标识符。如果没有设置交换标识符，就确定了所述线路是用于从区域(1)接收的帧。然后，使用辅助表A，获得对应的多个区域的扩展VLAN标签信息。
将辅助表A的查找结果与基本表的查找结果进行比较，以获得对应于发送目标线路的扩展VLAN标签信息，以根据所述信息重写帧的扩展VLAN标签(以太网类型、VID)。由于下面执行的操作与上述的(在“操作描述”部分中)相同，将不再对其进行描述。如果作为查找基本表的结果确定在接收线路上没有设置交换标识符，就确定所述线路是用于从区域(1)之外的区域接受的帧。在此情形下，查找辅助表B，以获得对应区域(1)的扩展VLAN标签信息。
根据所获得的信息重写帧。由于下面执行的操作与上述的(在“操作描述”部分中)相同，将不再对其进行描述。
尽管已经针对一个扩展VLAN标签被应用到帧上的情形描述了前述实施例，但是，当多个扩展VLAN标签在第二及后面阶段中被应用到帧上时，根据对应于发送目标线路的扩展VLAN标签，重写位于顶部的扩展VLAN标签。可以根据对应于发送目标线路的扩展VLAN标签重写所有的扩展VLAN标签。
另外，尽管已经针对多个区域被连接到一个区域(1对N连接)的结构描述了第二实施例，本发明也适用于多个区域彼此连接的结构。在此情形下，多个区域的扩展VLAN标签信息被存储于辅助表中以彼此对应。
如上所述，本发明首先消除了通过执行扩展VLAN标签交换(重写)来将标签应用到第三及后面阶段的需求，从而可防止以太网帧中的额外开销的增加。
第二，尽管为了使多个区域彼此连接，传统上在每个区域的入口和出口中的每一个的位置上需要一个用作网关的L2SW，但是，由于使用安装有此扩展VLAN标签交换功能的L2SW允许重写扩展VLAN标签(的以太网类型、VID)，所以，以太网类型不相同的多个LAN可以彼此连接，从而使得每个区域可以如上所述地被1对1或1对N(在本发明的其他实施例部分)连接。结果，整个网络中的L2SW的数目就可被减少，从而大大降低设备的运行成本。
尽管已根据其示例性实施例图示并描述了本发明，本领域内的技术人员仍应理解到，可在其中和对其进行前述和各种其他的改变、省略和增加，而不会偏离本发明的精神和范围。因此，本发明不应该被理解成限制在上述具体实施例中，而应包括可被根据所附权利要求提出的特征所确定的范围及其等同物所包含的各种可能的实施例。

Claims (24)

1.一种第二层交换，执行对第二层帧的终结处理以及对其中堆叠了扩展虚拟局域网标签的第二层帧的处理，包括
一个单元，当所述帧的发送目标区域和发送源区域不同时，所述单元将所述帧的所述扩展虚拟局域网标签重写为所述发送目标区域的扩展虚拟局域网标签。
2.如权利要求1所述的第二层交换，包括
第一表，其存储所述帧的头部信息，以及指示了是从哪一个区域接收所述帧的信息，以彼此对应。
3.如权利要求2所述的第二层交换，其中
所述表包括第二表，所述第二表存储所述发送源区域和所述发送目标区域的所述扩展虚拟局域网标签的信息，以彼此对应。
4.如权利要求1所述的第二层交换，包括：
第一表，其存储所述帧的头部信息，以及指示了是从哪一个区域接收所述帧的信息，以彼此对应，
所述表包括第二表，所述第二表存储所述发送源区域和所述发送目标区域的所述扩展虚拟局域网标签的信息，以彼此对应，其中
根据所述帧的所述头部信息查找所述第一表，并且当所述帧的所述发送目标区域和所述发送源区域不同时，从所述第二表获得所述发送目标区域的所述扩展虚拟局域网标签，以重写所述帧的所述扩展虚拟局域网标签。
5.如权利要求1所述的第二层交换，其中
所述第二层帧是以太网帧。
6.如权利要求1所述的第二层交换，其中
当多个所述扩展虚拟局域网标签被应用到所述第二层帧时，用所述发送目标区域的所述扩展虚拟局域网标签重写在顶部的扩展虚拟局域网标签或所有的所述扩展虚拟局域网标签。
7.如权利要求3所述的第二层交换，其中
彼此一一对应的所述发送源区域和所述发送目标区域的所述扩展虚拟局域网标签信息被存储在所述第二表中。
8.如权利要求1所述的第二层交换，包括
一个单元，用于一对一地连接多个处理所述第二层帧的局域网，以允许在多个不同类型的、具有所述第二层帧的局域网之间进行通信。
9.如权利要求8所述的第二层交换，其中
彼此一一对应的所述发送源区域和所述发送目标区域的所述扩展虚拟局域网标签信息被存储在所述第二表中。
10.如权利要求1所述的第二层交换，包括
一个单元，用于1对N地连接多个处理所述第二层帧的局域网，以允许在多个不同类型的、具有所述第二层帧的局域网之间进行通信。
11.如权利要求10所述的第二层交换，其中
彼此1到N对应的所述发送源区域和所述发送目标区域的所述扩展虚拟局域网标签信息被存储在所述第二表中。
12.如权利要求1所述的第二层交换，包括
一个单元，用于N对N地连接多个处理所述第二层帧的局域网，以允许在多个不同类型的、具有所述第二层帧的局域网之间进行通信。
13.如权利要求12所述的第二层交换，其中
彼此N到N对应的所述发送源区域和所述发送目标区域的所述扩展虚拟局域网标签信息被存储在所述第二表中。
14.一种方法，用于对第二层帧进行终结处理，以及对其中堆叠了扩展虚拟局域网标签的第二层帧的扩展虚拟局域网标签进行处理，该方法包括下述步骤：
当所述帧的发送目标区域和发送源区域不同时，将所述帧的所述扩展虚拟局域网标签重写为所述发送目标区域的扩展虚拟局域网标签。
15.如权利要求14所述的对第二层帧的扩展虚拟局域网标签进行处理的方法，包括：
第一表，其存储所述帧的头部信息，以及指示了是从哪一个区域接收所述帧的信息，以彼此对应，
所述表包括第二表，所述第二表存储所述发送源区域和所述发送目标区域的所述扩展虚拟局域网标签的信息，以彼此对应，其中
根据所述帧的所述头部信息查找所述第一表，并且当所述帧的所述发送目标区域和所述发送源区域不同时，从所述第二表获得所述发送目标区域的所述扩展虚拟局域网标签，以重写所述帧的所述扩展虚拟局域网标签。
16.如权利要求14所述的对第二层帧的扩展虚拟局域网标签进行处理的方法，其中
所述第二层帧是以太网帧。
17.如权利要求14所述的对第二层帧的扩展虚拟局域网标签进行处理的方法，其中
当多个所述扩展虚拟局域网标签被应用到所述第二层帧时，用所述发送目标区域的所述扩展虚拟局域网标签重写在顶部的扩展虚拟局域网标签或所有的所述扩展虚拟局域网标签。
18.如权利要求15所述的对第二层帧的扩展虚拟局域网标签进行处理的方法，其中
在所述第二表中存储彼此一一对应的所述发送源区域和所述发送目标区域的所述扩展虚拟局域网标签信息。
19.如权利要求14所述的对第二层帧的扩展虚拟局域网标签进行处理的方法，包括
一个步骤，其一对一地连接多个处理所述第二层帧的局域网，以允许在多个不同类型的、具有所述第二层帧的局域网之间进行通信。
20.如权利要求19所述的对第二层帧的扩展虚拟局域网标签进行处理的方法，其中
在所述第二表中存储彼此一一对应的所述发送源区域和所述发送目标区域的所述扩展虚拟局域网标签信息。
21.如权利要求14所述的对第二层帧的扩展虚拟局域网标签进行处理的方法，包括
一个步骤，其1对N地连接多个处理所述第二层帧的局域网，以允许在多个不同类型的、具有所述第二层帧的局域网之间进行通信。
22.如权利要求21所述的对第二层帧的扩展虚拟局域网标签进行处理的方法，其中
在所述第二表中存储彼此1对N对应的所述发送源区域和所述发送目标区域的所述扩展虚拟局域网标签信息。
23.如权利要求14所述的对第二层帧的扩展虚拟局域网标签进行处理的方法，包括
一个步骤，其N对N地连接多个处理所述第二层帧的局域网，以允许在多个不同类型的、具有所述第二层帧的局域网之间进行通信。
24.如权利要求23所述的对第二层帧的扩展虚拟局域网标签进行处理的方法，其中
在所述第二表中存储彼此N对N对应的所述发送源区域和所述发送目标区域的所述扩展虚拟局域网标签信息。
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