CN1521985A - 一种多生成树协议桥优先级协调方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在多生成树域的边界端口的桥优先级信息协调的实现方法。通过在交换机接收生成树协议报文后，进入PRS状态机角色计算前，将端口上的桥优先级信息进行协调，使得各个端口形成对桥优先级一致的认知，即：每个桥MAC地址对应唯一的桥优先级。由于采用了本发明的技术方案，整个网络拓扑的收敛速度极大地提高，使得桥优先级信息不一致引起的环路问题得到有效解决，同时本发明方案简单，易于实施，不必改变网络环境及机制，可以取得很好的效果。

Description

一种多生成树协议桥优先级协调方法

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种在多生成树域的边界端口信息优先级协调的实现方法。

技术背景

标准IEEE802.1d和IEEE80.1w给出了在简单交换网络中避免数据环路和实现冗余链路备份的解决方案；为了适应多虚拟局域网(VLAN，Virtual Local AreaNetwork)的大型的复杂交换网络，IEEE802.1s Draft14草案进一步提出了多生成树协议，即MSTP(Multiple Spanning Tree Protocol)。IEEE802.1s将一个到多个交换设备划分为不同的MST域，在一个域内维护多个生成树实例(MSTI)，来允许不同VLAN的数据报文按照各自的路径转发，在所有域之间则通过公共生成树(CST)串接起来，以保证全网的连通性。由此可见：IEEE802.1S的最大特征就是生成树实例的多样性和复杂的MST域划分。

但是，由于协议在制定时没有充分考虑到复杂的网络信息传播过程，存在如下的问题：当交换机的桥优先级发生变化时，由于其影响的是该交换机的多个端口，以及这些端口下挂的子网络中的所有交换机，因此如果该信息的传播出现某种不一致，将导致网络不断动荡，或者整个网络出现环路，这可能引起广播风暴，使得网络瘫痪，这和生成树协议的基本目标完全违背。

如图1和图2所示，即是桥优先级信息不协调的组网示意图。

我们先来分析图1所示的组网环境，假设交换机(Switch)A和Switch B分别属于同一个域，假设Switch A的MAC为0a-00-00-00-00-00，CIST的优先级为0，Switch B的MAC为0b-00-00-00-00-00，CIST优先级为32768。则Switch A为CIST根桥和CIST域根，Switch B为下游桥，以下所有描述均针对CIST。

这时端口a1，a2为指定端口，端口b1为根端口，b2为可选端口。

假设Switch A的优先级改变为4096。这样，SwicthA将对外通过报文声明根桥的优先级为4096，B的b1端口收到后，更新本端口信息，并重新计算，但是这个时候极有可能b2还没有收到a2发出的报文(即使收到了，对该报文的处理也是滞后的)，在这个空隙内进行的拓扑计算会认为b2去往优先级为0的根桥(其实根本不存在)，从而把端口b1计算为指定端口，将b2计算成为根端口，由于快速迁移机制，b1将先阻塞，为了进入转发状态，b1就会向a1发出要求快速迁移的报文，a1端口收到b1的报文，也因此认为还存在优先级为0的根桥(该信息是下游交换机带给上游交换机的)，于是将自己计算成为去往“根桥”的根端口，并且同意b1快速迁移，而且将a2计算为指定端口，我们会发现Switch A和Switch B的四个端口均进入转发状态。这样的结果会导致网络中的广播，从而使网络瘫痪。

在图2所示的环境中，我们要考察的两个交换机之间相隔了比较复杂的大型网络，网络中包含多个物理环路和多个域，每个域内部的交换机数量又比较多，而且域之间的双备份链路也比较多，这样的组网可能在实际中不会太多，但是有利于分析协议的健壮性。

当位于网络一端的根桥将自己的优先级从原来的0改变为某个较大的值，根桥将向周边传播自己的变化，类似图1的分析，由于桥优先级改变的信息传播的不一致，导致网络中各个部分计算结果的不一致。而在MSTP协议中，即使在稳态的情况下，所有转发端口(包括根端口和指定端口)都将依照一定的时间间隔发送协议报文，这样，位于远端的交换机一直认为优先级为0的根桥还存在，并且不停地发出携带该信息的协议报文。于是，整个网络的拓扑计算在很长时间内都无法收敛，引发动荡，大大影响通信质量。

发明内容

本专利的目的就是提出一种多生成树协议桥优先级协调方法，以解决当网络中的多生成树桥优先级发生变化时，出现的信息传播不同步造成的网络动荡及环路问题。

为此，本发明采用如下技术方案：

一种多生成树协议桥优先级协调方法，其特征在于在交换机接收生成树协议报文后，进入PRS状态机角色计算前，将端口上的桥优先级信息进行协调，形成一致的优先级，使每个桥MAC地址对应唯一的桥优先级。

所述的将端口上的桥优先级信息进行协调的步骤，包括：

a、取出报文中的桥ID；

b、将端口上保留的桥ID与报文中的桥ID做比较，判断两者包含的MAC地址是否相同，如果相同进入步骤c；如果不同进入步骤d；

c、利用报文中的桥ID更新相应的端口上相应的桥ID；

d、保持端口上的原桥ID。

所述的步骤a中，所述的桥ID是报文中所有的桥ID。

所述的步骤b中，所述的端口，是指除本端口外的所有其他端口。

所述的步骤b，是将每个端口上保留的所有桥ID分别与报文中的多个桥ID做循环比较。

由于采用了本发明的技术方案，整个网络拓扑的收敛速度极大地提高，使得桥优先级信息不一致引起的环路问题得到有效解决，同时本发明方案简单，易于实施，不必改变网络环境及机制，可以取得很好的效果。

附图说明

图1是现有技术中，一个桥优先级信息不协调的组网示意图；

图2是现有技术中，另一个桥优先级信息不协调的组网示意图；

图3是本发明的一个处理流程图；

图4是本发明的一个实施例端口信息状态机示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图来说明本发明的具体实施方式。

在交换网络中，每个交换设备的MAC地址是唯一的，如果一台设备通过MSTP协议进行拓扑学习的过程中，发现了MAC地址相同，但是桥优先级不同的现象，则必然存在网络信息传播不一致的情况。

本发明的核心思想是在交换机接收生成树协议报文后，进入PRS(Port RoleSelection state machine端口角色选择状态机)状态机角色计算前，将端口上的桥优先级信息进行协调，形成一致的优先级，使每个桥MAC地址对应唯一的桥优先级。

如图3所示，本发明具体包括以下步骤：

a、取出报文中所有的桥ID；

上层传送来数据报文，其携带的桥ID可能不止一条，为了保证信息的全面性，这里将报文中所有的桥ID都提取出来，以供后面的步骤使用。

下面解释一下桥ID、MAC地址的概念以及它们之间的关系。桥ID是生成树协议(包括STP，RSTP和MSTP)中用来标识不同交换机的ID，每个交换机有唯一的桥ID。桥ID由两部分组成：用户可配置的桥优先级、交换机的桥MAC地址。生成树协议报文中将携带多个桥ID，以传播拓扑信息。

b、将除本端口外的其他端口上保留的所有桥ID与报文中的多个桥ID一一比较(循环对比)，判断两者包含的MAC地址是否相同；如果相同进入步骤c；如果不同进入步骤d；

端口上保留的桥ID与数据报文中携带的桥ID之间的优先级，可能因为交换机的桥优先级信息调整而产生变化，当交换机的桥优先级发生变化时，由于其影响的是该交换机的多个端口，以及这些端口下挂的子网络中的所有交换机，可能会产生一系列的桥优先级的变化，如果不同方向上该变化传播不一致，将将导致网络不断动荡，或者网络中出现环路，这将可能引起广播风暴，使得网络瘫痪，这也是本发明要解决的主要问题，因此，本发明的方案中，将最新收到的数据报文的优先级信息与端口上保留的优先级信息进行比较，根据比较结果进行相应的调整，这样可以保证优先级信息的及时性与一致性。其实是否排除本端口，并不是最重要的，因为生成树协议(STP，RSTP，MSTP)的正常处理流程会将报文中的桥ID覆盖本端口的桥ID信息。

c、利用报文中的桥ID更新相应的端口上的桥ID；

如果最新收到的数据报文中的桥ID包含的MAC地址与端口上保留的桥ID的MAC地址不同，则说明端口的桥优先级发生了变化，这时，需要根据最新的消息将没有及时变更的端口桥优先级信息进行改动，使其与整个系统的桥优先级信息相一致，利用报文中的桥ID更新相应的端口上的桥ID。

d、保持端口上的原桥ID；

如果步骤b的比较结果是没有不一致，则说明端口的优先级信息没有发生变化，这样，对端口的优先级信息就不用进行改动了。

下面看一个具体的实施例。

如图4所示，是本发明一个端口信息状态机的示意图，其主体是目前已经可以实现的标准化的流程，图中如果除去划线部分，则与现有技术中的状态机一样，本实施例中对该状态机进行了改进，从图中可以看到，在原流程中的PIM状态机中增加一个判断处理环节，即可在现有的流程中，方便地实现优先级信息的一致性，具体如下：

在原PIM(Port Information state machine端口信息状态机)中新增处理环节xstBridgePriorityCoordinate()，我们不妨把该过程称之为“桥优先级信息协调过程”，过程如下：

读取xstMsgPriority中的Root Bridge ID，Regional Root Bridge ID和Designated Bridge ID信息，将其中的MAC地址取出，和整个交换机中除本端口以外的其他所有端口(并且端口的InfoIs＝RECEIVED)的xstPortPriority中的对应MAC信息作比较，如果MAC地址相同，则将xstMsgPriority的Bridge ID取代xstPortPriority中的对应项。

我们可以看到，这个处理环节所做的就是整个交换机中的MSTP桥优先级协调机制。

在之后的处理中，由于本端口的xstPortPriority将被xstMsgPriority覆盖，从而保证整个交换机中所有端口的桥优先级信息都采自最新收到的报文，无论该报文是否来自哪个端口。

最终PIM状态机将调用PRS(Port Role Selection state machine端口角色选择状态机)，从而计算出正确的拓扑结构。

实践证明，本发明的技术方案，完全解决了前面提出的问题，而且拓扑稳定速度大大加快。经过试验室中的模拟与仿真，具体取得的效果为：图1所示的情况下，所有设备的所有端口没有发生任何状态迁移，即一步稳定到正确状态；图2所示的情况下，传播过程也没有出现临时环路，而且网络很快收敛。

本发明方案的实施，使得整个网络拓扑的收敛速度极大地提高，使桥优先级信息不一致引起的环路问题得到有效解决，同时本发明方案简单，易于实施，不必改变网络环境及机制，可以取得很好的效果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1、一种多生成树协议桥优先级协调方法，其特征在于在交换机接收生成树协议报文后，进入PRS(Port Role Selection state machine端口角色选择状态机)进行角色计算前，将端口上的桥优先级信息进行协调，形成一致的优先级，使每个桥MAC(Media Access Control媒体访问控制)地址对应唯一的桥优先级。

2、如权利要求1所述的多生成树协议桥优先级协调方法，其特征在于所述的将端口上的桥优先级信息进行协调的步骤，包括：

a、取出报文中的桥ID；

b、将端口上保留的桥ID与报文中的桥ID做比较，判断两者包含的MAC地址是否相同，如果相同进入步骤c；如果不同进入步骤d；

c、利用报文中的桥ID更新端口上相应的桥ID；

d、保持端口上的原桥ID。

3、如权利要求2所述的多生成树协议桥优先级协调方法，其特征在于所述的步骤a中，所述的桥ID是报文中所有的桥ID。

4、如权利要求3所述的多生成树协议桥优先级协调方法，其特征在于所述的步骤b中，所述的端口，是指除本端口外的所有其他端口。

5、如权利要求4所述的多生成树协议桥优先级协调方法，其特征在于所述的步骤b，是将每个端口上保留的所有桥ID分别与报文中的多个桥ID做循环比较。

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