CN1744571A - 减少网络内媒体接入控制地址学习的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减少网络内媒体接入控制地址学习的方法，包括步骤：网络设备检查下属某一虚拟局域网VLAN内的端口数目；当所述VLAN内端口数目小于或等于2个时，不学习媒体接入控制MAC地址，对接收的数据报文在该VLAN内广播。利用本发明，可以有效地减少MAC地址的学习，提高了设备用户容量、网络运行速度和扩展性能。

Description

减少网络内媒体接入控制地址学习的方法

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，具体涉及一种减少网络内媒体接入控制地址学习的方法。

背景技术

二层交换机具有快速的交换功能，属数据链路层设备，可以识别数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。具体的工作流程如下：

(1)当交换机从某个端口收到一个数据包，先读取包头中的源MAC地址，记录到地址表中，从而知道源MAC地址的设备是连在哪个端口上的；

(2)再去读取包头中的目的MAC地址，并在地址表中查找相应的端口；

(3)如表中有与这目的MAC地址对应的端口，则将该数据包直接复制到该端口上；

(4)如表中找不到相应的端口则将数据包广播到所有端口上，当目的节点对源节点回应时，交换机又可以学习到目的MAC地址与哪个端口对应，在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了。

不断地循环上述过程，对于全网的MAC地址信息都可以学习到。

交换技术的发展，也加快了VLAN(虚拟局域网)的应用速度。通过将企业网络划分为虚拟网络VLAN网段，可以强化网络管理和网络安全，控制不必要的数据广播。在共享网络中，一个物理的网段就是一个广播域。而在交换网络中，广播域可以是有一组任意选定的第二层网络地址(MAC地址)组成的虚拟网段。这样，网络中工作组的划分可以突破共享网络中的地理位置限制，而完全根据管理功能来划分。这种基于工作流的分组模式，大大提高了网络规划和重组的管理功能。

VLAN在以太网帧的基础上增加了VLAN头，用VLAN ID将用户划分为更小的工作组，限制不同工作组间的用户互访，每个工作组就是一个虚拟局域网。虚拟局域网的好处是可以限制广播范围，控制不必要的广播风暴的产生，并能够形成虚拟工作组，动态管理网络。

目前，运营商在城域网组网时，通常采用环状结构或树状结构组网，二层和三层分开。这样，汇聚层的交换机就必须承担更多的二层转发任务。不管是环状组网还是树状组网，都需要汇聚层设备学习大量的MAC地址，即每个用户的MAC地址都需要学习在汇聚层的交换机上。如果是树状组网，则每台交换机需要学习的MAC地址数目是该台交换机下挂的用户数；如果是环状组网，则每台交换机需要学习的MAC地址数目是该环上所有用户数。

随着互联网技术的发展和网络应用的普及，上网用户呈阶梯式增长，运营商对MAC地址的需求不断增加，特别是在环状组网中，如果一个城市组成一个环网，那么在汇聚层的交换机上需要支持的MAC地址数目就相当于该城市上网用户数的总和。

大量MAC地址的学习、及与之对应的MAC老化，会占用很多设备资源，影响设备的性能及稳定性。特别是在网络拓扑改变时，有大量MAC地址删除、新增、刷新，这个过程中会有大量的报文在VLAN内广播，占用网络带宽。

当用户数超过交换机支持的MAC地址规格后，会导致报文在VLAN内广播，占用大量的网络带宽，影响网络运行的速度和性能。现有的解决方法一般是提高交换机MAC地址表的规格，也就是增加转发芯片二级缓存的规格，这样的成本相当不菲。

发明内容

本发明的目的是提供一种减少网络内媒体接入控制地址学习的方法，以克服现有技术中交换机学习大量MAC地址的弊端、及MAC地址超规格后产生的问题，减少MAC地址的学习，提高网络运行速度和扩展性能。

为此，本发明提供如下的技术方案：

一种减少网络内媒体接入控制地址学习的方法，包括步骤：

A、网络设备检查下属某一虚拟局域网VLAN内的端口数目；

B、当所述VLAN内端口数目小于或等于2个时，不学习媒体接入控制MAC地址，对接收的数据报文在该VLAN内广播。

在所述步骤A前还包括步骤：

A′、减少网络内设备端口上的VLAN。

可选地，所述步骤A′中减少网络内VLAN是动态的，具体包括以下步骤：

A1、预先在各网络设备互连的端口上配置全网虚拟局域网VLAN信息；

A2、各网络设备定时将本设备的用户VLAN信息注册到本局域网内需要与该用户通信的端口上；

A3、定时对上述收到VLAN信息注册的端口上的用户VLAN信息进行老化。

所述步骤A2包括：

A21、对于环状组网，按以下过程将本设备的用户VLAN信息注册到本局域网内需要与该用户通信的端口上：

在所述局域网内使能生成树协议STP；

各网络设备根据STP协议获取根端口；

定时将本网络设备的用户VLAN信息从根端口传送出去；

在收到所述用户VLAN信息的端口上保存该用户VLAN信息；

A22、对于树状组网，按以下过程将本设备的用户VLAN信息注册到本局域网内需要与该用户通信的端口上：

静态配置各网络设备间相连端口的上下行属性；

定时将本网络设备的用户VLAN信息从上行端口传送出去；

在收到所述用户VLAN信息的端口上保存该用户VLAN信息。

优选地，所述步骤A2进一步包括：

当网络设备的用户VLAN信息发生变化时，立即将该设备的用户VLAN信息注册到本局域网内需要与该用户通信的端口上。

可选地，所述步骤A3具体包括：

A31、在各非根端口或者下行端口设置老化时间；

A32、定时删除在该老化时间内未收到但在该端口已保存的VLAN信息；

A33、记录删除的VLAN信息。

可选地，所述方法进一步包括：

将各端口上配置的VLAN信息以及新注册的VLAN信息设置为使能状态。

可选地，所述步骤A3具体包括：

A31′、在各非根端口或者下行端口设置老化时间；

A32′、定时将在该老化时间内未收到但在该端口已保存且为使能状态的VLAN信息修改为禁止状态。

优选地，所述方法进一步包括：

当有网络设备互连的端口状态发生翻转时，由该网络设备通知本网内的所有其他网络设备，将老化掉的VLAN信息重新注册到对应的端口上。

优选地，所述方法进一步包括：

对于网状组网，当网络设备互连的端口状态翻转或收到端口状态翻转报文完成与其他端口的处理交互后，启动一定时器；

如果在所述定时器超时前又检测到端口状态翻转或收到端口状态翻转报文，则不进行处理。

优选地，所述方法进一步包括：

对于环状组网，当非根端口上的STP角色发生变化时，立即将该端口上老化掉的VLAN信息重新注册到该端口上。

对于多环组网及网状组网，在整个网络内使能多生成树协议MSTP，所述步骤A2中的VLAN注册过程及步骤A3中的VLAN老化过程以多生成树协议MSTP实例进行。

可选地，所述步骤A′中减少网络内VLAN是静态的，具体为：

在各网络设备互连的端口上配置该端口对应的VLAN信息。

所述步骤B包括：

B1、各网络设备分别对保存的VLAN内的端口进行计数；

B2、当VLAN内端口数小于等于2时，设置该VLAN内不学习MAC地址。

B3、当VLAN内端口数从3个减少到2个时，删除该VLAN内所有已学习到的MAC地址。

由以上本发明提供的技术方案可以看出，本发明根据VLAN内的端口数目来确定是否需要学习MAC地址，并尽量减少网络内VLAN的端口数，也就是说通过静态配置的方式或动态老化的方式使网络设备中的各端口上只保留与该端口有关的VLAN信息。这样，当VLAN内端口数目小于或等于2个时，就可以不学习媒体接入控制MAC地址，对接收的数据报文在该VLAN内广播，这样收到广播的用户只有一个，即真正需要该报文的用户，这样的广播实质上并没有浪费任何资源。如前所述由于MAC地址超过交换机MAC地址表规格的时候，会引发大量广播，本发明巧妙利用广播机制，减少MAC地址学习，从很大程度上节约了成本高昂的MAC地址表资源，进而实现了利用广播机制解决广播问题。同时由于只保留了有用的VLAN信息，因此减少了正常情况下需要报文在VLAN内广播时对网络带宽的占用量；有效地提高了设备容量、网络运行速度和扩展性能。

附图说明

图1是本发明方法的第一实施例实现流程图；

图2是单环组网拓扑结构示意图；

图3是多环组网拓扑结构示意图；

图4是网状组网拓扑结构示意图；

图5是树状组网拓扑结构示意图；

图6是本发明方法的第二实施例实现流程图。

具体实施方式

本发明的核心在于，根据VLAN内的端口数目来确定是否需要学习MAC地址，并尽量减少网络内VLAN的端口数，使网络设备中的各端口上只保留与该端口有关的VLAN信息。当VLAN内端口数目减少到2个时，设置网络设备不学习MAC地址，对接收的数据报文在该VLAN内广播。进一步，为了减少更多的MAC地址学习，考察网络的拓扑结构以及报文转发的实际需要，尽可能地减少网络设备端口上的VLAN，从另一个方面说也就是减少VLAN内的端口数从而使得更多的VLAN内的端口数降到2个。减少VLAN内端口数目可以选择采用静态配置的方式或VLAN信息动态老化的方式来实现。

静态配置的方式是指在对网络设备进行初始配置时即根据网络设备的用户类型确定各VLAN内的端口数，在各网络设备互连的端口上只配置该端口对应的VLAN信息，而不是像现有技术那样配置全网的VLAN信息。

动态老化的方式是针对局域网内用户类型的不同，通过VLAN注册过程使本局域网内需要与该用户通信的端口获取并保存所需的VLAN信息，并对各端口保存的VLAN信息进行动态维护，包括：定时对非根端口(对环状网络)/下行端口(对树状网络)上的用户VLAN信息进行老化；当网络设备的用户VLAN信息发生变化，立即将本设备变化后的用户VLAN信息注册到本局域网内需要与该用户通信的端口上；当有网络设备互连的端口状态发生翻转时，由该网络设备通知本网内的所有其他网络设备，将老化掉的VLAN信息重新注册到对应的端口上；当非根端口上的STP角色发生变化时，立即将该端口上老化掉的VLAN信息重新注册到该端口上。当VLAN内老化到少于或等于2个端口时，不学习MAC地址，对接收的数据报文在VLAN内进行广播。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参照图1，图1示出了本发明方法的实现流程，包括以下步骤：

步骤101：预先在各网络设备互连的端口上配置全网VLAN信息，各端口允许通过的VLAN一致。

通常，由二层网络设备组成局域网，通过其中一个网络设备接入三层设备。各网络设备都通过trunk端口互连。端口上允许通过的VLAN也一样，对于环状组网，是环上所有用户VLAN的总和；对于树状组网，是所有下挂的用户VLAN的总和。

为了保证LAN(局域网)内用户的通信，在组网时，需要将这些VLAN信息预先配置在本网内各设备互连的所有端口上。

步骤102：各网络设备定时将本设备的用户VLAN信息注册到本局域网内需要与该用户通信的端口上。

由于网内用户类型的不同，其通信所需要的端口数也就不同。比如，对于家庭用户，只需要与外网联系，在此情况下，该用户VLAN内用于报文转发的端口只有两个，也就是说，实际上只需在这两个端口上配置该用户的VLAN信息即可，而无需在其他端口上配置该用户的VLAN信息；对于企业的不同分部，既需要与外网联系，又需要互通，则与该企业用户通信的所有端口都需要配置该用户的VLAN信息，其他端口则不需要配置该企业用户的VLAN信息。

为了减少在学习MAC地址时对网络带宽的占用量，针对网络用户的不同特点，本发明通过VLAN注册的方式使各端口获得需要保存的VLAN信息，以区分哪些VLAN需要保留，哪些VLAN可以删除。当VLAN内的端口数减少后，在该VLAN内广播所占用的总带宽也就相应地减少了。

本技术领域人员知道，对于环状组网，为了保证两个终端中只有一条有效路径，需要全网使能STP(生成树协议)。STP能够提供路径冗余，在大的网络中定义了一个树，并且迫使一定的备份路径处于备用状态。如果生成树中的网络一部分不可达，或者STP路径开销值变化了，生成树算法会重新计算生成树拓扑，并且通过启动备份路径来重新建立连接。STP操作对于终端来说是透明的，而不管终端连在LAN的某一部分或者多个部分。当创建网络时，网络中所有节点存在多条路径。生成树算法计算出最佳路径。

同样，在本发明中，对于环状组网，同样需要全网使能STP，各网络设备根据STP协议即可获知各自的根端口和指定端口。这样，通过定时将本网络设备的用户VLAN信息从根端口传送出去，一直传送到根桥，沿途所经过的各网络设备的指定端口保存该用户的VLAN信息，这样就完成了该网络设备用户VLAN信息的注册过程。通过该注册过程，本网内需要保留的用户VLAN信息就可全部通知到相关端口上，在端口上已保存但在一定期间内未收到注册的VLAN信息就可以老化掉，以减少报文在VLAN内广播时对不需要与该用户通信端口带宽的占用。

对于树状组网，由于不存在网络环路，因此不需要启动STP，也就不存在根端口、指定端口。因此需要静态配置网络设备间相连的各端口的上下行属性，分别与环状组网中的根端口、指定端口相对应。而且对于一个网络设备来说，只能配一个上行端口(聚合端口算一个端口)，下行端口的个数不需要限制，本LAN(局域网)中需要接入三层网络设备的端口不需要配置为上行端口。然后，定时将本网络设备的用户VLAN信息从配置的上行端口传送出去，沿途所经过的各网络设备的下行端口保存该用户的VLAN信息，这样就完成了该网络设备用户VLAN信息的注册过程。通过该注册过程，本网内需要保留的用户VLAN信息就可全部通知到相关端口上，在端口上已保存但在一定期间内未收到注册的VLAN信息就可以老化掉，以减少报文在VLAN内广播时对不需要与该用户通信端口带宽的占用。

步骤103：定时对各端口上的用户VLAN信息进行老化。

比如，在环状组网的各非根端口及树状组网的各下行端口上设置老化时间，在老化时间内对各VLAN注册信息进行计数，当老化时间到达后，根据计数结果删除在该老化时间内未收到但在该端口已保存的VLAN信息。

为了保证在有网络设备互连的端口状态发生翻转或者非根端口上的STP角色发生变化的情况下网络的正常通信，虽然将某些VLAN信息老化掉了，但还需要记录这些老化掉的VLAN信息，以便在出现上述情况时恢复全网的VLAN信息，将老化掉的VLAN信息重新注册到对应的端口上。

为了简化实现，也可以在保存VLAN信息时，对每个VLAN设置其状态，由该状态信息控制各VLAN的老化。在网络初始配置和前面所述进行用户VLAN注册时，将该VLAN状态设置为使能状态，在各非根端口/下行端口设置老化时间，定时将在该老化时间内未收到但在该端口已保存且为使能状态的VLAN信息修改为禁止状态。这样，标志为使能状态的VLAN为需要保留的VLAN，而标志为禁止状态的VLAN为老化掉的VLAN。当需要报文在VLAN内广播时，只在标志为使能状态的VLAN内的端口上广播。

步骤104：各网络设备分别对保存的VLAN内的端口进行计数。

端口加入VLAN、端口离开VLAN、VLAN注册、VLAN老化等，都需要更新VLAN内端口计数。计数时聚合端口只算一个端口。

例如：原先VLAN3000内有两个端口，现手工将一个新的端口加入VLAN3000，则现在VLAN3000内就有三个端口。

再例如：VLAN4000内有5个端口，端口X是指定端口，属于VLAN4000，过一段时间后，该端口将VLAN4000老化了，则现在VLAN4000内只有4个端口。

步骤105：当VLAN内只有两个端口时，不学习MAC地址，对接收的数据报文在VLAN内广播。

如前所述，当VLAN内端口数少于等于2时，在VLAN数据报文转发时可以不用学习MAC地址，通过广播即可完成报文的转发，并且这样的广播并没有浪费任何带宽资源。因此，为了提高网络设备的用户容量，本发明对VLAN内端口进行计数，根据VLAN内端口数决定是否学习MAC地址。具体如下：

当VLAN内端口数从0增加到1时，设置该VLAN内MAC学习方式为“不学MAC”；

当VLAN内端口数从2增加到3时，设置该VLAN内MAC学习方式为“学习MAC”；

当VLAN内端口数从3减少到2时，设置该VLAN内MAC学习方式为“不学MAC”，同时删除该VLAN内所有已学习到的MAC地址。

这样，可以降低对网络带宽的浪费，减少MAC地址的学习，提高网络设备的用户容量。

可见，本发明利用VLAN的注册及老化过程，大大减少了VLAN内的端口数，减少了由于报文在VLAN内广播对网络带宽的占用量，提高了网络运行速率和扩展性能。

当然，根据应用需要，在网络运行时也可能会发生网络拓扑结构或者用户属性的变化，此时，就需要对各端口保存的VLAN信息进行动态维护，以保证网络的正常运行。主要在出现以下几种情况下，需要及时更新相应端口的VLAN信息：

(1)当网络设备的用户VLAN信息发生变化时，需要立即将本设备的用户VLAN信息注册到本局域网内需要与该用户通信的端口上。比如，网络设备新增用户VLAN，或用户VLAN减少。

注册过程与前面实施例中所述的注册过程相同。

(2)当有网络设备互连的端口状态发生翻转时，由该网络设备通知本网内的所有其他网络设备，将老化掉的VLAN信息重新注册到对应的端口上。

端口状态翻转是指端口的物理状态发生变化，即由通到断、或由断到通的变化。

前面已经介绍，各端口需要记录老化掉的VLAN信息，通过在内存中记录或者设置VLAN状态的方式，可以恢复老化掉的VLAN信息。

(4)对于环状网络，当非根端口上的STP角色发生变化时，立即将该端口上老化掉的VLAN信息重新注册到该端口上。

全局使能STP后，每个端口都有一个角色，分别是：未启动STP的端口、根端口、指定端口、候补端口。MSTP还有其他端口角色，不一一列举。

STP端口角色改变就是指这些角色之间的跃迁。

如端口X是根端口，现网络拓扑发生变化，STP重新计算，该端口角色成为指定端口了，即端口的角色发生了变化。

下面针对不同的组网模式进一步详细描述本发明方案。

为了便于说明，将支持本发明这种以减少网络设备MAC地址的学习、提高网络扩展性为目的的方法定义为HVRP(分层VLAN注册协议)。

同时，做如下定义：

HVRP端口：指配置了HVRP属性的端口，即能够收发处理HVRP协议报文的端口；

HVRP根端口：端口上配置了HVRP属性，且该端口的STP角色是根端口；

HVRP指定端口：端口上配置了HVRP属性，且该端口的STP角色是指定端口；

VLAN注册：HVRP端口将允许通过的VLAN保存到该端口上；

VLAN老化：HVRP端口将指定的VLAN从该端口上删除。

用户VLAN：与用户相连的端口上配置的VLAN为用户VLAN。

设定HVRP协议报文结构如下表所示：

目的MAC

源MAC

协议标志

协议类型

MSTP实例号

报文内容

其中，各字段的含义如下：

协议标志：标志该报文是HVRP协议报文；

协议类型：区分HVRP协议报文；

可以设定两类协议报文，一类是用户VLAN，一类是端口状态翻转通知；

MSTP实例号：只有启动了MSTP协议才有意义。

参照图2所示单环组网方式：

其中，DUT0为BAS(宽带接入服务器)等三层设备，DUT1、DUT2、DUT3、DUT4、DUT5为二层交换机，DUT1是根桥，其他设备都通过DUT1接入三层设备。实际组网中DUT1可以是一个二/三层设备。

整个网络都使能STP。DUT3与DUT4之间的链路被STP阻断。

用户1与用户4是家庭用户，只需要通过DUT1访问外网；用户2与用户3是企业用户，除需要通过DUT1访问外网外，还需要互访。其中，各用户是指该设备下挂的所有用户，包括终端用户、DSLAM(数字用户线接入复用器)用户等。

(1)配置：

DUT1、DUT2、DUT3、DUT4、DUT5互连的端口上都使能HVRP，且允许通过的VLAN一致，都允许VLAN201-600通过。

与用户相连的端口上不能使能HVRP。

全局使能STP，所有HVRP端口上都使能STP。

(2)VLAN注册：

每台设备都定时将本设备的用户VLAN从HVRP根端口发出去。

DUT3定时将本设备的用户VLAN(VLAN201-400)通过HVRP根端口(DUT3与DUT2相连的端口)发送出去；DUT2收到DUT3发来的用户VLAN后，立即从HVRP根端口(DUT2与DUT1相连的端口)转发出去，然后将这些用户VLAN注册到HVRP指定端口(即收包端口)上去。

DUT2定时将本设备的用户VLAN(VLAN401-500)通过HVRP根端口(DUT2与DUT1相连的端口)发送出去。

DUT1的HVRP指定端口(DUT1与DUT2相连的端口)上收到DUT2的用户VLAN、DUT2转发的DUT3的用户VLAN，因是根桥，没有根端口，不再转发这些VLAN信息，只是将这些用户VLAN注册到收包端口上去。

DUT4、DUT5处理同DUT3、DUT2。

DUT1另一个指定端口(DUT1与DUT5相连的端口)上收到DUT5的用户VLAN、DUT5转发的DUT4的用户VLAN，因是根桥，没有根端口，不再转发这些VLAN信息，只是将这些收到的用户VLAN注册到收包端口上去。

VLAN注册只在HVRP指定端口上进行。

端口上注册的VLAN必须是端口上静态配置的允许通过的VLAN，如某HVRP指定端口不属于VLAN999，即使收到包含VLAN999的用户VLAN，也不能注册成功。

(3)VLAN的老化：

所有流量都必须经过HVRP根端口，所以HVRP根端口上的VLAN不能被老化。

VLAN老化只能在HVRP非根端口上进行。

每个HVRP非根端口都启动一定时器，定时进行老化处理。

DUT3上VLAN的老化处理如下：

DUT3处于网络最底层，不会收到任何用户VLAN。DUT3与DUT2相连的端口是HVRP根端口，该端口上VLAN不能被老化；DUT3与用户2相连的端口不是HVRP端口，不进行老化处理；DUT3与DUT4相连的端口是HVRP端口，但不是根端口，静态配置允许VLAN201-600通过，因该链路已被STP阻断，不会收到任何用户VLAN，该端口的老化时间到后，会将该端口上所有VLAN(VLAN201-600)老化掉。

VLAN老化后，对于VLAN201-400，这些VLAN内只有两个端口(DUT3与DUT2相连的端口、DUT3与用户2相连的端口)，不需要学习MAC。用户2的报文抵达DUT3后，可以直接在VLAN内广播。下行报文抵达DUT3后，也只要VLAN内直接广播即可。对于VLAN401-600，这些VLAN内只有一个端口(DUT3与DUT2相连的端口)，实际上没有报文进出。

在DUT3上，VLAN201-600内只有两个端口，收到报文后，可以直接在VLAN内广播，不需要学习MAC，大大减少了MAC地址的学习。

DUT2上VLAN的老化处理如下：

DUT2处于网络中间层。DUT2与DUT1相连的端口是HVRP根端口，该端口上VLAN不能被老化；DUT2与用户1相连的端口不是HVRP端口，不进行老化处理；DUT2与DUT3相连的端口是HVRP指定端口，静态配置允许VLAN201-600通过，会定时收到DUT3的用户VLAN(VLAN201-400)，这些VLAN不能被老化，而其它VLAN(VLAN401-600)则会在老化时间到后被老化。

VLAN老化后，对于VLAN201-400，这些VLAN内只有两个端口：DUT2与DUT1相连的端口、DUT2与DUT3相连的端口；对于VLAN401-600，这些VLAN内也只有两个端口：DUT2与DUT1相连的端口、DUT2与用户1相连的端口。因此DUT2上所有VLAN(VLAN201-600)，都不需要学习MAC。收到数据报文后，直接在VLAN内广播就行了。

DUT1上VLAN的老化处理如下：

DUT1处于网络顶端。DUT1与DUT0相连的端口不是HVRP端口，不进行老化处理；DUT1与DUT2相连的端口是HVRP指定端口，静态配置允许VLAN201-600通过，定时收到DUT2的用户VLAN(VLAN401-500)、DUT3的用户VLAN(VLAN201-400)，这些VLAN不能被老化，其它VLAN(VLAN501-600)则会在老化时间到后，被老化；DUT1与DUT5相连的端口也是HVRP指定端口，静态配置允许VLAN201-600通过，定时收到DUT5的用户VLAN(VLAN501-600)、DUT4的用户VLAN(VLAN201-400)，这些VLAN不能被老化，其他VLAN(VLAN401-500)则会在老化时间到后被老化。

VLAN老化后，对于VLAN201-400，这些VLAN内有3个端口(DUT1与DUT2相连的端口、DUT1与DUT5相连的端口、DUT1与DUT0相连的端口)，因此必须学习MAC；对于VLAN401-500，这些VLAN内只有两个端口(DUT1与DUT2相连的端口、DUT1与DUT0相连的端口)，对于VLAN501-600，这些VLAN内只有两个端口(DUT1与DUT5相连的端口、DUT1与DUT0相连的端口)，因此对于VLAN401-600，不需要学习MAC。

DUT4上VLAN的老化处理同DUT3，DUT5上VLAN的老化处理同DUT2，在此不再详细描述。

(4)用户VLAN的维护：

a、在HVRP根端口上启动一定时器，定时从HVRP根端口发送该用户VLAN。

当静态配置改变导致用户VLAN发生变化(如某VLAN原先是用户VLAN，由于配置改变，现在不是用户VLAN了，或者当网络设备新增用户VLAN)时，立即通过HVRP根端口将变化后的用户VLAN发送出去。

例如：DUT3与用户2相连的端口上新增用户VLAN1000。

假设DUT1、DUT2、DUT3、DUT4、DUT5相连的端口上也允许VLAN1000通过，否则VLAN1000的报文不能做二层转发，亦不能成功注册到HVRP端口上。

DUT3立即通过根端口将新的用户VLAN(VLAN201-400，1000)发送出去；DUT2收到该用户VLAN后，通过根端口转发，并同时将VLAN1000注册到收包端口上；因为VLAN201-400已经注册过了，因此DUT1收到DUT2转发的用户VLAN后，将VLAN1000注册到收包端口上。

再比如：DUT4上VLAN300原先是用户VLAN，现配置发生改变，尽管VLAN300还在，但已经不是用户VLAN了。

此时，DUT4立即通过根端口将变化后的用户VLAN(VLAN201-299、VLAN301-400)通过根端口发送出去。

DUT1、DUT5的HVRP指定端口上老化定时器超时后，发现没收到过VLAN300，则将VLAN300从该端口老化掉。

b、HVRP端口状态翻转处理：

如发生HVRP端口状态翻转或收到端口状态翻转通知，因有些HVRP端口上VLAN已经被老化，可能导致整网二层报文转发不通。因此一旦检测到HVRP端口状态翻转或收到端口状态翻转通知，需要立即通知整个网络内的所有网络设备，将所有老化掉的VLAN重新注册到原所在端口上去。

比如，DUT2与DUT1相连的端口是通的，可以正常通信。现将DUT2与DUT1相连的物理链路断开，则DUT2、DUT1立即检测到端口状态发生翻转，即由通到断。这时，需要由DUT2、DUT1立即通知整个网络内的所有网络设备，将所有老化掉的VLAN重新注册到原所在端口上去。

c、STP端口角色变化的处理：

HVRP端口STP角色变化时，也需要立即将相应端口上老化掉的VLAN重新注册到该端口上。

(5)对各VLAN内端口计数，并根据VLAN内的端口数设置该VLAN内MAC学习方式。

端口加入VLAN、端口离开VLAN、VLAN注册、VLAN老化等，都需要更新VLAN内端口计数。

计数时聚合端口只算一个端口。

参照图3所示多环组网方式：

其中，DUT0为BAS(宽带接入服务器)等三层设备，共有N个环。

DUT1-2、DUT1-3、DUT1-4、DUT1-5位于第一个环上，DUT N-2、DUTN-3、DUT N-4、DUT N-5位于第N个环上，均为二层交换机，DUT1是所有实例的根桥，其他设备都通过DUT1接入三层设备。实际组网中DUT1可以是一个二/三层设备。

VLAN的注册、老化处理同单环组网类似，只是需要按实例进行。

下面以第N个环为例(对应实例N)，MSTP将DUT N-3、DUT N-4之间的链路阻断。

(1)配置：

整个网络都使能MSTP(多生成树协议)。每个环对应一个MSTP实例，所有设备属于同一个域。

MST域(Multiple Spanning Tree Regions，多生成树域)，是由交换网络中的多台交换机以及它们之间的网段所构成，这些交换机都启动了MSTP、具有相同域名，具有相同VLAN到生成树映射配置，具有相同MSTP修订级别配置，并且物理上直接相连。一个交换网络可以存在多个MST域。用户可以通过MSTP配置命令将多台交换机划分在同一个MST域内。

所有互连的端口上都使能HVRP，所有与用户相连的端口上都不能使能HVRP，DUT1与三层设备相连的端口上也不能使能HVRP。

(2)VLAN注册：

DUT N-3定时通过实例N的根端口(DUT N-3与DUT N-2相连的端口)发送本设备的用户VLAN；DUT N-2从实例N的指定端口上(DUT N-2与DUTN-3相连的端口)收到DUT N-3的用户VLAN后，立即通过实例N的根端口(DUT N-2与DUT1相连的端口)转发，同时将收到的用户VLAN注册到收到报文的端口(实例N的指定端口)上。

DUT N-2也定时通过实例N的根端口发送本设备的用户VLAN。

DUT1收到DUT N-2、DUT N-3的用户VLAN后，因是实例N的根桥，不再转发用户VLAN，只是将收到的用户VLAN注册到收到报文的端口(实例N的指定端口)上。

(3)VLAN的老化：

DUT1、DUT N-2、DUT N-3、DUT N-4、DUT N-5上实例N内的非根端口定时进行老化处理。

需要注意的是，这里只能老化映射到该实例的VLAN。

(4)用户VLAN的维护：

当检测到HVRP端口状态翻转或收到端口状态翻转报文后，恢复属于该实例的所有HVRP端口上老化掉的VLAN。

(5)对各VLAN内端口计数，并根据VLAN内的端口数设置该VLAN内MAC学习方式。

参照图4所示网状组网方式：

其中，DUT0为BAS(宽带接入服务器)等三层设备。

DUT1、DUT2、DUT3、DUT4均为二层交换机，DUT1是一个实例的根桥，DUT2是其他实例的根桥，DUT3、DUT4通过实例内根桥接入三层设备。实际组网中DUT1、DUT2可以是一个二/三层设备。

整个网络都使能MSTP，所有设备属于同一个域。

DUT1、DUT2、DUT3、DUT4互连的端口上都使能HVRP，与用户相连的端口及与三层设备相连的端口上不使能HVRP。

这种组网方式与多环组网方式类似，存在两个环，一个是DUT1、DUT2、DUT3，另一个是DUT1、DUT2、DUT4。一个环对应一个实例。与多环的区别就是本网络中一个端口可能属于多个实例。

VLAN的注册、老化处理同多环组网的情况处理相同，需要分实例进行，在此不再详细描述。

由于在这种组网方式下，一个端口可能属于多个实例。因此需要对端口状态翻转进行检测抑制。比如，检测到端口状态翻转，遍历该端口映射到的实例，立即恢复这些实例内的其他端口上老化掉的VLAN，如不是该实例的根桥，还要将端口状态翻转报文立即从其它端口转发出去。处理交互后，启动一定时器，如在定时器超时前又检测到端口状态翻转或收到端口状态翻转报文，则不处理。以防止频繁进行端口上VLAN恢复处理。

参照图5所示树状组网方式：

其中，DUT0为BAS(宽带接入服务器)等三层设备。DUT1、DUT2、DUT3，DUT4、DUT5、DUT6，DUT7、DUT8均为二层交换机，通过DUT1接入三层设备。

在这种网络中，不存在网络环路，不需要启动STP/MSTP。

二层交换机间相连的端口上都使能HVRP。

因没使能STP/MSTP，故不存在根端口、指定端口，HVRP协议报文会找不到端口转发。因此，对于这种树状网络，本发明静态配置HVRP端口的HVRP上下行属性，且只能配一个HVRP上行端口(聚合端口算一个端口)，HVRP下行端口个数不受限制。在DUT1上不配置HVRP上行端口。

HVRP上行端口对应HVRP根端口，HVRP下行端口对应HVRP指定端口。

每台设备都定时将本设备的用户VLAN从HVRP上行端口发出去。

DUT2定时通过HVRP上行端口(DUT2与DUT1相连的端口)发送本设备用户1的用户VLAN；

DUT7定时通过HVRP上行端口(DUT7与DUT4相连的端口)发送本设备用户3的用户VLAN，DUT4收到DUT7的用户VLAN后，立即通过其HVRP上行端口(DUT4与DUT2相连的端口)转发，DUT2收到该VLAN后立即通过其HVRP上行端口(DUT2与DUT1相连的端口)转发该VLAN。

DUT8的用户4、DUT5的用户5、DUT5的用户6及DUT3的用户2的VLAN的发送过程与上述类似，在此不再赘述。

VLAN注册、老化只在HVRP下行端口上进行。

可见，对于不同的组网方式，利用本发明均可以解决学习MAC地址太多的问题，提高网络的可扩展性。

在环状或者树状组网中，家庭用户所在的VLAN和企业用户所在的VLAN一般都是不相同的。家庭用户所在VLAN在交换机上只包含两个端口，可以不学习MAC地址。在交换机上实现可指定某些VLAN不学习MAC地址功能。如果在交换机上实现如下需求：可配置VLAN不学习MAC地址，同样可以达到节约MAC地址空间的目的。

参照图6所示本发明方法第二实施例的实现流程图：

步骤601：在各网络设备互连的端口上配置该端口对应的VLAN信息。

由于各网络设备连接的用户类型可能不同，根据这些用户类型即可确定各端口所属的VLAN，从而也可知道各VLAN内的端口数。这样，在网络设备初始配置时，分别在各网络设备互连的端口上配置该端口对应的VLAN信息，而不是像现有技术中在各网络设备互连的端口上配置全网虚拟局域网VLAN信息。这样，不但各网络设备的初始VLAN配置信息可能不同，而且同一网络设备的不同端口的配置信息也可能不同。

步骤602：网络设备检查下属某一虚拟局域网VLAN内的端口数目。

步骤603：当VLAN内端口数目小于或等于2时，配置网络设备不学习MAC地址，对接收的数据报文在该VLAN内广播。

这样配置后，网络设备在收到该VLAN上报的MAC地址学习消息时，不学习MAC地址，接收到的报文在VLAN内广播，节约了MAC地址空间。

当网络拓扑结构发生变化或者网络设备的用户类型发生变化时，重新在相应的端口上配置该端口对应的VLAN信息，如果VLAN内端口数目小于或等于2时，配置网络设备不学习MAC地址，保证了网络的正常运行。

可见，通过静态配置的方式，使支持二层功能的网络设备在一定情况下不学习MAC地址，接收到的报文在VLAN内广播。虽然配置过程较全网统一配置方式复杂，但同样可以节约MAC地址，解决MAC地址超过交换机规格所带来的问题，提高设备的用户容量。

需要说明的是，一般来说以上实施例中提及的用户是DSLAM(数字用户线接入复用器)服务器，其下面还连接有很多个终端用户(在这种组网环境下，通常可采用双层或多层VLAN的方式解决VLAN个数4096的局限)，上述各个实施例主要是在环网上解决MAC学习问题，然而这样的方法在作为二层设备的DSLAM服务器上同样可行，因为通常DSLAM服务器下挂的每个终端用户都属于一个VLAN(一般来说这里的VLAN应该是内层的，相应地前面提到的VLAN是外层的)，这样是为了保证各个用户之间不能互通，DSLAM上完全可以不学习MAC地址，通过广播的形式也可以完成报文的转发。只是目前由于DSLAM下挂的用户数一般来说没有那么多，其上的MAC地址规格一般不会不够用，不会像环网设备MAC地址规格问题那么突出。

虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims (14)

1、一种减少网络内媒体接入控制地址学习的方法，其特征在于，包括步骤：

A、网络设备检查下属某一虚拟局域网VLAN内的端口数目；

B、当所述VLAN内端口数目小于或等于2个时，不学习媒体接入控制MAC地址，对接收的数据报文在该VLAN内广播。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤A前还包括步骤：

A′、减少网络内设备端口上的VLAN。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤A′中减少网络内VLAN是动态的，具体包括以下步骤：

A1、预先在各网络设备互连的端口上配置全网虚拟局域网VLAN信息；

A2、各网络设备定时将本设备的用户VLAN信息注册到本局域网内需要与该用户通信的端口上；

A3、定时对上述收到VLAN信息注册的端口上的用户VLAN信息进行老化。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤A2包括：

A21、对于环状组网，按以下过程将本设备的用户VIAN信息注册到本局域网内需要与该用户通信的端口上：

在所述局域网内使能生成树协议STP；

各网络设备根据STP协议获取根端口；

定时将本网络设备的用户VLAN信息从根端口传送出去；

在收到所述用户VLAN信息的端口上保存该用户VLAN信息；

A22、对于树状组网，按以下过程将本设备的用户VLAN信息注册到本局域网内需要与该用户通信的端口上：

静态配置各网络设备间相连端口的上下行属性；

定时将本网络设备的用户VLAN信息从上行端口传送出去；

在收到所述用户VLAN信息的端口上保存该用户VLAN信息。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤A2进一步包括：

当网络设备的用户VLAN信息发生变化时，立即将该设备的用户VLAN信息注册到本局域网内需要与该用户通信的端口上。

6、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤A3具体包括：

A31、在各非根端口或者下行端口设置老化时间；

A32、定时删除在该老化时间内未收到但在该端口已保存的VLAN信息；

A33、记录删除的VLAN信息。

7、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

将各端口上配置的VLAN信息以及新注册的VLAN信息设置为使能状态。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤A3具体包括：

A31′、在各非根端口或者下行端口设置老化时间；

A32′、定时将在该老化时间内未收到但在该端口已保存且为使能状态的VLAN信息修改为禁止状态。

9、根据权利要求3或4或5所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

当有网络设备互连的端口状态发生翻转时，由该网络设备通知本网内的所有其他网络设备，将老化掉的VLAN信息重新注册到对应的端口上。

10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

对于网状组网，当网络设备互连的端口状态翻转或收到端口状态翻转报文完成与其他端口的处理交互后，启动一定时器；

如果在所述定时器超时前又检测到端口状态翻转或收到端口状态翻转报文，则不进行处理。

11、根据权利要求3或4或5所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

对于环状组网，当非根端口上的STP角色发生变化时，立即将该端口上老化掉的VLAN信息重新注册到该端口上。

12、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对于多环组网及网状组网，在整个网络内使能多生成树协议MSTP，所述步骤A2中的VLAN注册过程及步骤A3中的VLAN老化过程以多生成树协议MSTP实例进行。

13、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤A′中减少网络内VLAN是静态的，具体为：

在各网络设备互连的端口上配置该端口对应的VLAN信息。

14、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B包括：

B1、各网络设备分别对保存的VLAN内的端口进行计数；

B2、当VLAN内端口数小于等于2时，设置该VLAN内不学习MAC地址。

B3、当VLAN内端口数从3个减少到2个时，删除该VLAN内所有已学习到的MAC地址。

Images