CN1706154A - Vlan继承 - Google Patents

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CN1706154A CN03814149.3A CN03814149A CN1706154A CN 1706154 A CN1706154 A CN 1706154A CN 03814149 A CN03814149 A CN 03814149A CN 1706154 A CN1706154 A CN 1706154A
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凯文·汉密尔顿
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Abstract

本发明涉及VLAN继承。一种相关VLAN与主VLAN以便交换机基础设施可以支持较大数量的VLAN而不会过度影响交换机基础设施的资源的方法。该方法包括为第一VLAN分配至少一个属性组，包括以下步骤：接收基于帧的数据帧；处理该帧以确定第一VLAN的识别符；相关所述第一VLAN识别符和主VLAN识别符；和相关第一VLAN的至少一个属性组和所述主VLAN的至少一个属性的相应组，以便根据主VLAN相应属性的特性确定在第一VLAN的至少一个属性组中的属性特性。以所述方式，交换机基础设施可以支持多达4094个VLAN。

Description

VLAN继承
技术领域
本发明涉及一种配置虚拟局域网(VLAN)特性的方法，以及包括该方法的系统。
背景技术
VLAN是局域网(LAN)内的逻辑子组。VLAN通过使设备典型地以TCP/IP协议进行通信来获得到安装有VLAN的外部TCP/IP网络的安全组或专用通路。这些业务正在经历不断增长的需求，然而，目前，实现VLAN是很昂贵和耗时的。
例如，为了实现VLAN，VLAN通常必须在交换硬件上提前手动配置，而且在大多数交换硬件上通常一次只能配置相对少的有限数量的VLAN。
为了给客户提供VLAN，VLAN需要识别符以便客户的业务量可以正确地标识为属于该VLAN。VLAN被依照IEEE 802.1Q进行识别。IEEE 802.1Q标准描述了如何通过添加“Q-标签”到以太网帧来实现VLAN标识。从而通过使用该Q-标签在交换基础设施内实现VLAN，例如，在较大以太网内提供增强的安全性和增强的功能分解。
当VLAN能够基于以太网帧头部的Q-标签字段将业务量分离成离散的广播域时，以太网帧头部可以支持的当前标签数量通常不是影响任何特定硬件交换设备所支持的VLAN数量的限制特征。目前，IEEE 802.1Q提供了支持在以太网帧头部高达4094个Q-标签的设施。然而，当4094个VLAN以传统方式实现时，任何特定硬件交换设备可以支持的VLAN的精确数量是由交换机所产生的所有资源来确定的。因此，在实践中交换机所支持的VLAN的通常数量比IEEE 802.1Q所支持的理论数量4094少。
因此，在IEEE 802.1Q给出解决以太网中可扩展性的某些方面的方法的同时，使用传统方法实施该方法也产生了一些问题。例如，当采用以太网时，成本、性能和实现方式通常会受到交换机容量和在网络中要使用的其它网络元件的影响。
交换机上的基于VLAN的端口是通过将交换机上的端口与VLAN相关来配置的。传统上，该过程需要对在交换机上要配置的所有VLAN重复执行(即使对于所有VLAN的端口分配都是相同的)。这是一个耗时的过程，并且易于出错。除此之外，支持大量VLAN对于交换机的资源来说很紧张。在具有相关属性的交换机上支持4094个VLAN对网络处理器和/或交换机构造的资源提出很大的要求。例如，如果用4个内部级别的QoS支持4094个VLAN，那么将在交换机结构中需要超过16000个的单独流。此外，数据库表格还必须容纳每个VLAN的条目。所需交换机结构的复杂性导致支持如此大量的VLAN变得很昂贵。
对于如此大量VLAN的硬件支持导致了增加了询问转发数据库并为特定帧分配输出流所需的时间。这影响了提供硬件支持的设备的性能。由于这些问题，交换机设计人员通常在交换机上只能提供很少的VLAN，例如，大约20个VLAN。
发明内容
本发明寻求提供一种能减少交换机资源上的压力的配置交换机上VLAN特征的方法。从而，本发明提供一种在交换机上支持、提供、和维护VLAN的更简单机制。尤其是，本发明能够使以太网头部中的Q-标签的所有VLAN-ID值得到支持而不会过度加重硬件或网络管理开销资源的负担。
所建议的方法使用了VLAN继承机制，该机制识别出在交换机配置中存在的所有可能配置具有相同属性的VLAN组。
本发明的第一方面涉及一种为第一VLAN分配至少一个属性的方法，所述方法包括以下步骤：接收基于帧的数据帧；处理该帧以确定第一VLAN的识别符；相关所述第一VLAN识别符与主VLAN识别符；和相关第一VLAN的至少一个属性的组与所述主VLAN的至少一个属性的相应组，以便根据主VLAN的相应属性的特性确定第一VLAN的至少一个属性的组中的属性特性。
优选地，在接收基于帧的数据帧的步骤中，所述基于帧的数据是基于OSI-层2帧的数据。
更优选地，在接收帧的步骤中，所述帧是以太网帧。
优选地，在处理所述帧以确定第一VLAN的状态中，VLAN识别符包含在以太网帧的Q-标签中。
优选地，在相关第一VLAN识别符和主VLAN识别符的步骤中，执行查找函数以从相关第一VLAN识别符和主VLAN识别符的数据库中检索数据。
优选地，基于帧的数据帧的服务质量由主VLAN的属性分配。
优选地，基于帧的数据帧的优先级由主VLAN的属性分配。
本发明的第二方面涉及一种交换机基础设备，具有：接收具有VLAN识别符的基于帧的数据的接口；确定所述基于帧的数据的VLAN-识别符的装置；和与数据库进行通信以根据所存储的属性为另一个VLAN分配一组属性给所接收的基于帧的数据的VLAN识别符，所述另一VLAN的识别符与所接收数据的VLAN相关。
有利地，因此，本发明能够降低具有VLAN意识的交换机的成本和复杂性，从而无需修改交换机的硬件就可以基本上支持较大数量的VLAN。有利地，通过相关第一VLAN和主VLAN，可以扩展在规定硬件平台内支持的VLAN。这就能够开发出具有增加功能的竞争价格的交换机。这种增加的功能也更易于配置以及以后的扩展。
本发明还涉及一种由所述设备运行并包括执行所述设备的每个功能的方法步骤的方法。
本发明出于通信的目的，还提供了一种通信系统，其包括一个或多个实施本发明的设备的实例，以及其它的附加设备。
本发明还提供了机器可读形式的并在运行中安排来执行所述装置和/或方法的每个功能的计算机软件。
优选特征可以适当地组合，这对于本领域熟练技术人员是很明显的，并可以与本发明的任何方面进行组合。
附图说明
为了显示本发明是如何产生效果的，下面将参考附图描述仅仅是作为例子的本发明的实施例，其中：
图1A示意性地显示了具有单独分配特点的新VLAN是如何产生的；
图1B示意性地显示了具有与另一个VLAN相关的特点的VLAN是如何产生的；
图2示意性地显示了一对一和一对多的依存于父子VLAN的体系结构；
图3A显示了在交换机上的一对一的流；和
图3B显示了在交换机上的一对多的流。
具体实施方式
现在将参考附图来描述由发明人当前所预期使用的实施本发明的最佳模式。
VLAN继承使用了交换机配置内的统计似然性，可能存在VLAN组，并且这些组的特性在于这样的事实，即，在任何单独组内的所有VLAN配置具有相同的属性。因此，当配置一组特征在于具有相同属性的VLAN时，这些属性可以由单个VLAN配置来定义，然后，可以使用该配置来配置该组中的剩余VLAN。
在至少一个VLAN组中最初配置的VLAN称作“主VLAN”。每一个组可以包括多达几个VLAN，并且多个组可以存在于单个交换机结构中。这里术语交换机结构使用其传统含义，即，如连接任意两个(或多个)服务提供商的设备，服务提供商是通过响应于客户请求并维护服务器的操作完整性来对客户环境提供应用和管理支持的任何可寻址实体。
主VLAN的属性可以根据需要选择和修改。在组中通过与主VLAN相关配置的其它VLAN称作“副VLAN”。副VLAN的属性是由它们相关的主VLAN的属性确定的。
从而，规定主VLAN就是规定整组的VLAN，并且只要维护主VLAN就可以维护与其相关的所有副VLAN。此外，由于所有的属性在组内共享，所以由于副VLAN将共享这些资源，只需主VLAN的表格条目和交换机结构就可以了。这就便于支持有限的硬件来支持4094个VLAN。
参考附图，图1A和1B显示了根据是否建立主VLAN还是副VLAN来配置VLAN的方法的步骤。图1A显示主VLAN的建立和图1B显示了根据该方法的副VLAN的建立。
图1A中，VLAN2是特定VLAN组的指定主VLAN，其实现于交换机基础设施100上。图1A所显示的交换机基础设施具有用于接收和发射客户业务量的10个端口。
在图1A中，端口1到10显示了按照逆时针方向围绕交换机基础设施安排。端口1、3、5、6、7和9被指定为属于VLAN2的端口，即，这些端口是可以通过其来接收/发送到特定客户业务量的端口，所述特定客户为其业务量请求具有VLAN2属性的VLAN。所有这些端口将接收/发送已经标记有相应于VLAN2的VLAN识别符(VLAN-ID)的Q-标签。端口2、4、8和10不是可以接收未标记业务量例如，非安全的业务量的端口的成员。
一旦客户请求了VLAN，VLAN2就被设置为具有合适的属性。因此，图1A指示VLAN2的一些配置数据包括下面的属性：
是VLAN 2成员的交换机基础设施100的端口；
特定VLAN端口信息(例如，转发/阻断端口)；
VLAN缺省QoS级别；
VLAN的STP状态(例如，启动学习，启动转发)；
丢弃的标记/未标记帧标志。
如果相同(或另一个)客户请求需要在相同交换机基础设施100上实现的另一个VLAN，那么该另一VLAN可能需要相同的属性。图1B示意性显示了另一个VLAN，VLAN4。
图1A显示了端口1到10最初没有一个被作为成员分配给VLAN4。这样，VLAN4最初只存在缺省VLAN配置，并且没有分配作为成员的端口成员。传统地，因此在VLAN4实现之前，VLAN4将不得不从新开始手动配置其属性，这是一个耗时的过程。
图1B显示了等同于图1A所示的VLAN2的VLAN2。相反，然而，图1B中的VLAN3被指定作为属于同一组VLAN2的副VLAN。在发明人预期的本发明的最佳模式中，副VLAN3自动分配给与主VLAN2相同的属性。由于VLAN3继承了来自VLAN2的配置，成员端口立刻被分配给VLAN3，使得客户业务量在没有主/副相关属性发生时更快地标记为VLAN3。这样，本发明有利地减少了根据客户请求实现VLAN所花的时间。进一步的优点在于该继承VLAN的建立将比建立新的VLAN消耗更少的硬件资源，从而，能够在交换机基础设施上实现更多的VLAN而不会相反地影响交换机基础设施的资源。
总之，通过提供一种副VLAN继承主VLAN属性细节和硬件资源的机制，本发明能够更优化地利用硬件资源，具有这样的效果，即，在一个特定的硬件平台上可以支持更多数量的VLAN。该继承过程还通过提供快速添加另一个VLAN的方法来解决与采用大量VLAN相关的配置问题。
图2示意性地显示了单个主VLAN(在图2中指定为“父”LAN)是如何与单个副VLAN或多个副VLAN(在图2中指定为“子”VLAN)相关的。以这种方式，通过相关单个主VLAN与多个副VLAN，由交换机基础设施支持的VLAN的数量可以多达在以太网帧头部中的Q-标签大小所强加的上限，即，事实上可以在交换机基础设施上实现多达4094个VLAN，而不会过度地以相反的方式影响交换机的性能。
在主副VLAN之间的相关过程如下面那样来完成。首先，考虑以太网帧是在输入端口A接收的情况(参见图3A)，确定Q-标签并执行查找函数来确定该帧应该被路由到哪里。查找函数访问包含数据条目和附加数据条目的数据库，其中所述数据条目能够为特定Q-标签识别合适的VLAN_ID，以及所述附加数据条目将所述VLAN_ID相关于主VLAN_ID。如果主VLAN_ID与特定Q-标签相关，那么以太网帧就被指定为属于具有与主VLAN相同属性的VLAN。在图3A中，沿着输入端口A流动的业务量总是通过输出端口B输出，这是因为相应于该业务量的Q-标签的VLAN指示了通过端口A到达的业务量应当通过B来发送出去。
然而，在图3B中，依赖于客户业务量的Q-标签，可能在端口A接收不同业务量并可以经过合适的流或逻辑连接路由到多个输出端口，例如，图3B中所示的B、C、或D。以这种方式，交换机的资源可以更好地利用并且交换机的容量能够更有效地利用。而且，通过相关要分级的业务量与特定主VLAN来在VLAN中分配不同于外部环境的业务量优先级和服务质量，所述特定主VLAN可以分配高优先级属性给所述业务量。从而，在图3B中，在交换机基础设施内的每个流可以被分配给不同的服务质量，并且业务量的优先级可以用于调度业务量如何从输出端口B、C、和D发送。
在此所给出的任何范围或设备值可以扩展或改变，而不会失去所寻求的效果，这对于理解在此教导的熟练技术人员是很明显的。

Claims (13)

1、一种为第一虚拟局域网(VLAN)分配至少一个属性的方法，所述方法包括以下步骤：
接收基于帧的数据帧；
处理所述帧以确定第一VLAN识别符；
相关所述第一VLAN识别符和主VLAN识别符；和
相关第一VLAN的至少一个属性的组和所述主VLAN的至少一个属性的相应组，以便根据主VLAN相应属性的特性确定在第一VLAN的至少一个属性的组中的属性特性。
2、根据权利要求1的方法，其中在接收基于帧的数据帧的步骤中，所述基于帧的数据是基于OSI-层2帧的数据。
3、根据权利要求1的方法，其中在接收帧的步骤中，所述帧是以太网帧。
4、根据权利要求1的方法，其中在处理所述帧以确定第一VLAN的状态中，VLAN识别符包含在以太网帧的Q-标签内。
5、根据权利要求1的方法，其中在相关第一VLAN识别符和主VLAN识别符的步骤中，执行查找函数来从相关第一VLAN识别符和主VLAN识别符的数据库中检索数据。
6、根据权利要求1的方法，其中基于帧的数据帧的服务质量由主VLAN的属性分配。
7、根据权利要求1的方法，其中基于帧的数据帧的优先级由主VLAN的属性分配。
8、一种交换机基础设施，包括：
接收具有VLAN识别符的基于帧的数据的接口；
为所述基于帧的数据确定VLAN识别符的装置；
相关所述VLAN识别符与另一个VLAN识别符的装置；和
与数据库进行通信来根据存储的其识别符与所述接收数据的VLAN相关的所述另一个VLAN的属性，分配一组属性到所述接收的基于帧的数据VLAN识别符的装置。
9、一种具有至少一个具有交换机基础设施的网络元件的虚拟局域网，所述基础设施包括：
接收具有VLAN识别符的基于帧的数据的接口；
为所述基于帧的数据确定VLAN识别符的装置；
相关所述VLAN识别符与另一个VLAN识别符的装置；和
与数据库进行通信来根据所存储的属性为其识别符与所述接收数据的VLAN相关的所述另一个VLAN，分配一组属性给所述接收的基于帧的数据VLAN识别符的装置。
10、一种以机器可读格式提供的计算机程序，被安排来实施为第一虚拟局域网(VLAN)分配至少一个属性的方法，所述方法包括以下步骤：
接收基于帧的数据帧；
处理所述帧以确定第一VLAN识别符；
相关所述第一VLAN识别符和主VLAN识别符；和
相关第一VLAN的至少一个属性的组和所述主VLAN的至少一个属性的相应组，以便根据主VLAN相应属性的特性确定在第一VLAN的至少一个属性的组中的属性特性。
11、一种以适合在通信网络上传输的格式提供并且当下载到计算机时安排具有机器可读格式的计算机程序，该计算机程序当被下载时安排来实施为第一虚拟局域网(VLAN)分配至少一个属性的方法，所述方法包括以下步骤：
接收基于帧的数据帧；
处理所述帧以确定第一VLAN识别符；
相关所述第一VLAN识别符和主VLAN识别符；和
相关第一VLAN的至少一个属性的组和所述主VLAN的至少一个属性的相应组，以便根据主VLAN相应属性的特性确定在第一VLAN的至少一个属性的组中的属性特性。
12、一种为第一虚拟局域网(VLAN)分配至少一个属性的计算机化方法，所述方法包括以下步骤：
接收基于帧的数据帧；
处理所述帧以确定第一VLAN识别符；
相关所述第一VLAN识别符和主VLAN识别符；和
相关第一VLAN的至少一个属性组和所述主VLAN的至少一个属性的相应组，以便根据主VLAN相应属性的特性确定在第一VLAN的至少一个属性组中的属性特性。
13、一种通过为第一虚拟局域网(VLAN)分配至少一个属性来提供在通信网络上的数据传输业务的方法，包括以下步骤：
接收基于帧的数据帧；
处理所述帧以确定第一VLAN识别符；
相关所述第一VLAN识别符和主VLAN识别符；和
相关第一VLAN的至少一个属性组和所述主VLAN的至少一个属性的相应组，以便根据主VLAN相应属性的特性确定在第一VLAN的至少一个属性组中的属性特性。
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