CN1780295A - 一种在弹性分组环上实现冗余路由器协议的方法 - Google Patents

Abstract

一种在弹性分组环上实现冗余路由器协议的方法，该方法包括下列步骤：在站点属性发现ATD控制帧的Secondary MAC ATT上承载冗余路由器协议的虚MAC地址；通知环上所有的站点该冗余路由器协议组主设备的位置；将发送到冗余路由器协议组虚MAC地址的流量单播发送到冗余路由器协议组主设备。利用该方法可以在RPR环上支持VRRP协议的应用，提供RPR冗余设备保护，有效利用环网带宽，避免VRRP应用中可能出现的大量广播流。

Description

一种在弹性分组环上实现冗余路由器协议的方法

技术领域

本发明涉及一种弹性分组环，特别涉及一种在弹性分组环上实现冗余路由器协议的方法。

背景技术

弹性分组环(Resilient Packet Ring，RPR)是IEEE 802.17工作组正在标准化的一种新的介质访问控制(MAC)层技术，是一个工作在OSI(开放系统互联)协议栈第二层的MAC协议，具有和物理层的无关性，可运行于同步光纤网络/同步数字系列(SONET/SDH)、以太网(Ethernet)和密集波分复用(WDM)之上。RPR技术吸收了千兆以太网的经济性，吸收了SDH的电信级特性与以太网的面向数据业务的高带宽分发、灵活性、可扩展能力和APS故障自愈的高可靠性等特性，RPR不仅支持IP业务，而且支持传统的TDM业务。RPR将用以取代SDH来组建以数据为中心的城域网络，为运营商提供弹性、快速故障自愈能力、性能监视能力，是一种很好的组网方案。RPR基于环形拓扑提供数据优化的带宽管理、高性价比多业务传输解决方案，RPR是针对数据业务特征而提出的对现有城域网和核心网的技术演进方案。

如图1所示，RPR的设计目标定义了一个闭合环路、点到点、基于MAC层的逻辑环状拓扑。对于物理层来说，RPR就是一组点到点的链路；而对于数据链路层来说，RPR就像是一个类似于Ethernet的广播介质网络。

在RPR环上的报文发送方式有如下几种方式：

1.广播或者多播发送：目的MAC地址为广播地址或者多播地址，RPR环上所有节点都接收。

2.洪流(Flooding)发送：目的MAC地址为单播地址，但是环上所有节点都会接收，有广播的效果。

3.单播发送：目的MAC地址为单播地址，拥有此MAC地址的站点接收，其他站点不接收，目的地址剥离。

RPR选环表

RPR环上各站点通过拓扑保护帧和控制帧，将自己站点的信息通告全环，使每个站点都保存有全环的拓扑信息。一个RPR站点将本地业务接入到RPR环上，发送到其他站点，正常情况下，有两条路径可供选择，只不过有不同的跳数，在转向(steer)保护倒换的情况下，只有一条路径是可达的。因此RPR软件需要根据拓扑以及保护等信息，不断地更新这些路径选择信息，指导本地业务的发送。这个路径信息就是RPR选环表，表示到达某个站点走哪个子环最优。

对于目的MAC地址是环上节点MAC地址，并且源节点MAC地址是本节点MAC地址的报文，为三层业务报文，均通过选环表发送。其选环表的结构如下：

选环表

MAC地址	子环(ringlet)ID	跳数(TTL)
			00e0-fc00-0011	0	2

而VRRP是一种虚拟路由器冗余协议，简单来说，VRRP是一种容错协议，它保证当主机的下一跳路由器坏掉时，可以及时由另一台路由器来代替，从而保持通讯的连续性和可靠性。它从VRRP路由器组中动态选举一台作为LAN上的虚拟路由器，承担转发任务。拥有虚拟路由器IP地址的路由器叫主(master)路由器，另外属于该VRRP虚拟组的路由器叫从(slave)路由器，所有发给该虚拟IP地址的报文都被主路由器转发出去。当主路由器出现问题，不可使用的时候，就会从从路由器中重新选举出一个主路由器接管转发任务，虚拟组可以拥有多个虚拟IP地址，并且虚拟IP地址可以是某个路由器的接口IP地址。如图2所示，主机通过LAN(局域网)连接到路由器A和路由器B，虚拟IP地址是192.1.1.10，主机上配置缺省路由指向192.1.1.10就可以实现双路由器的冗余保护，当然也可以是多于两个路由器的保护。一般来说，主机和路由器都应该在一个共享网段，同属一个广播域。

在VRRP协议中，规定了VRRP主设备发送的协议报文，源MAC地址为VRRP虚MAC地址，以使交换机正确地学习到当前VRRP主设备所在的位置。但是RPR环上节点不能通过这种方式得到VRRP主设备所在的位置。

802.17协议不具有环路学习功能。在802.17协议中规定，对于目的MAC地址不在环上或者源MAC地址不是本节点MAC地址的报文，均采用flooding方式发送。

对于RPR站点下挂多个MAC设备，包括RPR站点多个MAC地址的情况，可以用环路学习的方法来实现报文的正常收发，而不需要对报文进行flooding发送，节省环路带宽。

例如如图3所示，MAC A发送报文到MAC B，如果是第一次发送，MAC C并不知道MAC B在哪一个RPR节点下面，因此，只能采用广播方式，目的MAC地址是广播地址，并且采用RPR扩展帧方式，RPR头的源MAC为MAC C，扩展帧内部以太头的目的MAC是MACB，源MAC是MAC A。相当于告诉环上其他节点，MAC A在MAC C下面。环上节点MAC D在接收到报文后，转发报文给MAC B，完成接收，其他节点将报文丢弃。所有节点在接收扩展帧报文的同时，会进行MAC地址的学习，MAC地址学习就是根据两个源MAC地址来学习，并记录下他们的对应关系，形式是：目的MAC替换对应的RPRMAC。环上节点如果发送报文，目的MAC不是环上节点MAC，就会查找该选环表，找到对应的RPR MAC地址，将RPR头中的目的MAC置为该MAC地址，然后进行发送，因此，就不需要进行广播发送了。这一过程，有点类似二层交换机的学习功能。

由于在RPR中实现环路学习功能，硬件上代价比较大，并且，由于二层应用需求不是很大，因此，替代方案是，按照协议，对于二层的报文都以flooding的方式发送的，不进行环路学习。

以上介绍了弹性分组环和VRRP协议，由于RPR的前身是DPT，在弹性分组环网上并不支持VRRP等冗余路由器协议。虽然在802.17协议草案中，ATD控制帧中定义了secondary MAC address TLV字段，这为冗余路由器协议的实现提供了基础。但是802.17并未给出具体的实现方式。目前市场上的所有RPR产品都不支持冗余路由器协议。

由于目前的RPR产品都不能够支持VRRP等冗余路由器协议。但是冗余路由器协议在现在的组网方案中扮演了越来越重要的角色。特别是能够实现站点级的保护，对RPR链路级的保护是一种非常重要的补充。比如，如图4所示，汇聚层的RPR环，其中两个RPR设备作为接入到骨干层的出口设备。这两个设备为接入层设备提供冗余的出口，其中一个站点坏掉了，那么接入层的流量还能够从另一个设备出去。这时，就需要使用VRRP等冗余路由器协议。它提供了站点级的保护。

具体从一个RPR站点的角度来看，如果RPR站点的一侧物理接口断(down)掉，会马上触发RPR保护倒换，保护倒换时间是50ms，本站点还能够上下传输业务，而VRRP的协议报文是1s进行周期性广播的，所以VRRP不会进行倒换。假如RPR站点的两侧物理接口都断(down)掉，本站点成为隔离于RPR环的孤立节点，因此，RPR不能保护要从这个节点出去的流量。所以，对于这些重要的出口汇聚设备，组网中进行设备的冗余，是非常必要的，而VRRP正好可以提供这种站点级的保护。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种在弹性分组环上实现冗余路由器协议的方法。利用该方法可以在RPR环上支持VRRP协议的应用，提供RPR冗余设备保护，有效利用环网带宽，避免VRRP应用中可能出现的大量广播流。

为解决本发明的上述问题，本发明提供一种在弹性分组环上实现冗余路由器协议的方法，该方法包括下列步骤：在站点属性发现ATD控制帧的Secondary MAC ATT上承载冗余路由器协议的虚MAC地址；通知环上所有的站点该冗余路由器协议组主设备的位置；将发送到冗余路由器协议组虚MAC地址的流量单播发送到冗余路由器协议组主设备。

优选地，该方法进一步包括：当冗余路由器协议组的设备的状态发生变化时，将包括冗余路由器协议组的ID、冗余路由器协议组的主设备状态和备设备状态通知弹性分组环站点。

优选地，该方法进一步包括：当配置了冗余路由器协议的站点成为主设备时，通告全环站点本站点具有冗余路由器协议组的虚MAC地址，并通知低层MAC接收冗余路由器协议虚MAC地址的报文；当配置了冗余路由器协议的站点成为备用设备或冗余路由器协议组被删除时，通告全环站点本站点不再具有冗余路由器协议组的虚MAC地址，并通知低层MAC不再接收冗余路由器协议虚MAC地址的报文。

优选地，该方法进一步包括：在收到其他站点发来的ATD控制帧时，进行拓扑数据库的更新，并更新对应的选环表。

优选地，该方法进一步包括：如果接收到发送站点新增虚MAC地址，则在选环表中添加新的表项，并使选环信息与发送控制帧的站点MAC对应的表项一致；如果接收到发送站虚MAC地址更换，则在选环表中添加新的表项，删除旧的表项；如果接收到发送站点虚MAC地址删除，则在选环表中删除对应的表项。

优选地，其中该ATD控制帧的Secondary MAC ATT包括secondaryMAC address 1和secondary MAC address 2两个地址，能用来存放至少一个冗余路由器协议组虚MAC地址。

优选地，其中所述secondary MAC address 1和secondary MACaddress 2的长度为48比特。

优选地，其中所述拓扑数据库的更新包括将冗余路由器协议虚MAC地址记录到拓扑数据库的本地信息mytopoinfo中，其他站点过来的ATD帧信息应该更新到拓扑数据库的该站点表项信息中。

根据本发明的另一种技术方案，一种在弹性分组环上实现冗余路由器协议的方法，该方法包括下列步骤：在站点属性发现ATD控制帧的Secondary MAC ATT上承载冗余路由器协议的虚MAC地址；通知环上所有的站点该冗余路由器协议组主设备的位置；当冗余路由器协议组的设备的状态发生变化时，将冗余路由器协议组的设备状态通知弹性分组环站点；在收到其他站点发来的ATD控制帧时，进行拓扑数据库和选环表的更新；将发送到冗余路由器协议组虚MAC地址的流量单播发送到冗余路由器协议组主设备。

附图说明

为提供对本发明的进一步的理解，作为说明书一部分的附图，与说明书一起示出了本发明的实施例，用来解释本发明的原理。在附图中：

图1示出了现有技术的RPR环的拓扑结构示意图；

图2示出了现有技术的VRRP协议的双路由器的冗余保护的示意图；

图3示出了现有技术的RPR环的环路学习的示意图；

图4示出了现有技术的RPR环的汇聚设备的示意图；

图5示出了根据本发明的一个实施例的在弹性分组环中实现VRRP冗余协议的方法的流程图；

图6示出了根据本发明的一个实施例的在弹性分组环中实现VRRP冗余协议的方法的流程图。

具体实施方式

现在将详细地说明本发明的一个实施例，图5和图6示出了这些

实施例的流程图。

本发明的主要实现方法是，通过定时广播的站点属性发现(ATD)控制帧的广播，利用在该ATD帧中的Secondary MAC ATT承载VRRP的虚MAC地址，让环上所有的节点都能够知道VRRP组主设备的位置，将发送到VRRP组虚ip地址的流量只发送到VRRP组主设备，并在VRRP主备倒换后能够及时感知到这个变化，从而避免foolding之类的广播方式。

图5根据本发明的一个实施例的在弹性分组环中实现VRRP冗余协议的方法的流程图。从图5可以看出，当配置了VRRP的站点成为主设备时，通告全环站点本站点具有VRRP组的虚MAC地址，并通知低层MAC接收VRRP虚MAC地址的报文；当配置了VRRP的站点成为备用设备或VRRP组被删除时，通告全环站点本站点不再具有VRRP组的虚MAC地址，并通知低层MAC不再接收VRRP虚MAC地址的报文。

VRRP组的虚MAC地址是特定的：如00-00-5E-00-01-{VRID}，其中VRID是VRRP组号。RPR环上发送设备将路由的下一跳设置为对应VRRP组虚ip地址，并且通过地址解析(arp)请求得到对应的VRRP组虚MAC地址，将数据流量发往VRRP的主设备。由于发送设备无法知道VRRP主设备的位置，并且VRRP虚MAC地址是单播地址，按照802.17，只能采用flooding这种类似广播的方式进行泛滥，极大地浪费带宽，并且所有站点都能够收到这些流量，消耗设备的处理能力，并且带来很大的安全漏洞。

如果让环上所有的节点都能够知道VRRP组主设备的位置，将发送到VRRP组虚ip地址的流量只发送到VRRP组主设备，并在VRRP主备倒换后能够及时感知到这个变化，则可以避免采用flooding这种类似广播的方式进行泛滥。

在802.17的ATD控制帧中定义了专门的TLV类型：SecondaryMAC ATT，在其中可以用来存放两个MAC地址：secondary MACaddress 1和secondary MAC address 2，可以将该地址用来存放两个VRRP组虚MAC地址。

该Secondary MAC ATT是由区别类型ATT_SECONDARY_MACS值来标识，该ATT提供两个48比特的Secondary MAC address，其中secondary MAC address 1是48比特字段，其表示第一Secondary MACaddress由站点使用，如果该站点没有配置任何Secondary MAC address，则该Secondary MAC address 1置0。同样，secondary MAC address 2是48比特字段，其表示第二Secondary MAC address由站点使用，如果该站点没有配置任何Secondary MAC address，则该Secondary MACaddress 2置0，当然也可以置为其他特定值，如全F的广播地址。

如果本站点是某一VRRP组的主设备，那么该VRRP组的虚MAC地址就存放在其中的一个Secondary MAC address中，两个SecondaryMAC address作为两个资源，在作为一个VRRP组主设备的时候，存放在一个空闲的Secondary MAC address中，并且以后一直存放在这个Secondary MAC address中，直到不再成为主设备，释放这个资源。每个ATD帧中都包含该地址，直到本节点不再成为该VRRP组主设备。

RPR设备的VRRP实现部分在RPR站点的VRRP组状态发生变化的时候，如一个VRRP组的多个设备，在某一时刻，只有一个设备处于主状态，其余设备都处于备用状态时，及时通知RPR协议模块，其通知的参数包括VRRP组号、VRRP组的当前状态。其情况分为下列三种情况：

1)当RPR站点成为VRRP组的主设备时；

2)当RPR站点成为VRRP组的备设备时；

3)当VRRP组删除时。

在RPR软件中记录了每个VRRP组ID，以及对应的VRRP状态，VRRP状态包括：主设备状态和备设备状态。

配置了VRRP组的RPR站点：

如果本站点成为VRRP主设备，将VRRP虚MAC地址记录到拓扑数据库的mytopoinfo，拓扑数据库是软件保存的关于RPR的拓扑信息，包括本地的信息mytopoinfo，环上各站点拓扑信息stationinfo【station_num】，以及整环信息ringinfo。

由于ATD控制帧是周期性发送的报文，而ATD控制帧的报文头中包含了源站点的MAC地址，通过包含在ATD控制帧中的TLV类型：scondary MAC address TLV，等于将VRRP组的虚MAC地址和本站点的MAC地址关系通告全环，这是因为该ATD帧包含MAC地址信息，里面存放的只是VRRP虚MAC地址，这样，所有其他站点就能知道VRRP虚MAC地址和站点MAC地址的对应关系。并且，将VRRP虚MAC地址配置到底层硬件，表示接收目的地址为该虚MAC地址的报文。

如果本站点成为了备用设备，或者本站点的该VRRP组已被删除，那么将对应的secondary MAC address置为表示删除的特殊MAC地址通告出去，在此需要说明的是，ATD帧是以1秒间隔而周期性发送的，每次发送都带上了站点的TLV，包括secondary MAC address TLV，这些属性值都是取数据结构中的某个变量的，如果对应的变量改变了，那么发送出去的信息也就被更新了，mytopoinfo结构中保存了secondary MACaddress变量，只有本站点成为VRRP组主设备，才将对应的VRRP组虚MAC写到这里，由ATD发布出去，另外，将对应VRRP虚MAC地址从底层删除，表示不接收目的地址为该虚MAC地址的报文。这个特殊MAC地址可以是广播地址，例如，全F的广播地址；

在更新拓扑数据库中的Secondary MAC address后，则马上更新用于指导本地上环业务转发的选环表。

所述更新，在这里是指站点在收到其他站点发来的ATD帧，进行拓扑数据库的更新，因为站点拓扑数据库中保存了环上所有站点的信息，包括其他站点的secondary MAC信息，其他站点过来的ATD帧信息应该更新到拓扑数据库的该站点表项信息中。

选环表在文档中已经有描述了，由于其他站点secondary MACaddress的改变，需要更新secondary MAC address对应的选环表项。

图6示出了环上站点更新选环表的流程图。从图中可以看出，在环上站点接收到控制报文时，更新拓扑信息。如果接收到发送站点新增虚MAC地址，则在选环表中添加新的表项，并使选环信息与发送控制帧的站点MAC对应的表项一致；如果接收到发送站虚MAC更换，则在选环表中添加新的表项，删除旧的表项；如果接收到发送站点虚MAC删除，则在选环表中删除对应的表项。

其具体的选环表的更新如下：

Secondary MAC address由特殊MAC地址更新为有效的MAC地址：

在选环表中添加一条选环表项，该一个选环表项包括3个字段：MAC地址，子环ID，TTL值，其中MAC地址为Secondary MAC address，并使具体的指导对应的MAC地址数据流的发送的转发信息，如子环ID，TTL值与对应的station MAC address选环表项完全一致。这是因为站点在收到ATD帧，处理Secondary MAC TLV的时候，会比较拓扑数据库中原来保存的该站点的Secondary MAC address，并进行更新，如果发现是由全F变成一个有效的VRRP虚MAC地址，就认为是发ATD帧的站点成为一个VRRP组的主设备了，这时，需要为该SecondaryMAC address添加一个选环表项，MAC地址是对应的Secondary MACaddress，环ID，TTL值与发送ATD帧站点MAC选环表项值是一样的，就是拷贝过来。

Secondary MAC address由有效的MAC地址更新为特殊MAC地址：

在选环表中删除对应Secondary MAC address选环表项。

Secondary MAC address由有效的MAC地址更新为另一个有效的MAC地址：

在选环表中删除对应的旧Secondary MAC address选环表项，添加新Secondary MAC address的选环表项。

例如，假设环上有三个站点A、B、C，MAC地址分别为MAC_A、MAC_B、MAC_C，A与B配置在同一VRRP组，站点A为主设备，这时，在A发送的ATD帧的Secondary MAC TLV中，就会带上VRRP组虚MAC地址。

如前所述，站点拓扑数据库中，记录了环上所有站点的信息，并且根据ATD控制帧不断更新，每个站点都有一个站点表项，在拓扑数据库中站点表项被删除或者置为无效(invalid)的时候，在删除站点选环表项的同时，需要删除Secondary MAC address对应的选环表项。

环上站点在发送数据的时候，对于目的MAC是VRRP虚MAC地址的，找到对应选环表项，单播发送。

如上可知，利用该方法可以在RPR环上支持VRRP协议的应用，提供RPR冗余设备保护，有效利用环网带宽，避免VRRP应用中可能出现的大量广播流。

在未背离本发明的精神或范围的条件下，本发明中可做出各种修改和变化，这对于本领域的技术人员将是显而易见的。本发明意在覆盖在附加权利要求书和其等效变换范围内的本发明的修改和变化。

Claims (15)

1.一种在弹性分组环上实现冗余路由器协议的方法，该方法包括下列步骤：

在站点属性发现ATD控制帧的Secondary MAC ATT上承载冗余路由器协议的虚MAC地址；

通知环上所有的站点该冗余路由器协议组主设备的位置；

将发送到冗余路由器协议组虚MAC地址的流量单播发送到冗余路由器协议组主设备。

2.如权利要求1所述的方法，该方法进一步包括：

当冗余路由器协议组的设备的状态发生变化时，将包括冗余路由器协议组的ID、冗余路由器协议组的主设备状态或备设备状态通知弹性分组环站点。

3.如权利要求2所述的方法，该方法进一步包括：

当配置了冗余路由器协议的站点成为主设备时，通告全环站点本站点具有冗余路由器协议组的虚MAC地址，并通知低层MAC接收目的MAC为冗余路由器协议虚MAC地址的报文；

当配置了冗余路由器协议的站点成为备用设备或冗余路由器协议组被删除时，通告全环站点本站点不再具有冗余路由器协议组的虚MAC地址，并通知低层MAC不再接收冗余路由器协议虚MAC地址的报文。

4.如权利要求1或2所述的方法，该方法进一步包括：在收到其他站点发来的ATD控制帧时，进行拓扑数据库的更新，同时处理secondary MAC ATT，如果其中MAC地址发生变化，则更新对应的选环表。

5.如权利要求4所述的方法，该方法进一步包括：

如果接收到发送站点新增虚MAC地址，则在选环表中添加新的表项，并使选环信息与发送控制帧的站点MAC对应的表项一致；

如果接收到发送站点虚MAC地址更换，则在选环表中添加新的表项，删除旧的表项；

如果接收到发送站点虚MAC地址删除，则在选环表中删除对应的表项。

6.如权利要求1或2所述的方法，其中该ATD控制帧的SecondaryMAC ATT包括secondary MAC address 1和secondary MAC address 2两个地址，能用来存放至少一个冗余路由器协议组虚MAC地址。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述secondary MAC address 1和secondary MAC address 2的长度为48比特。

8如权利要求4所述的方法，其中所述拓扑数据库的更新包括将冗余路由器协议虚MAC地址记录到拓扑数据库的本地信息mytopoinfo中，其他站点过来的ATD帧信息应该更新到拓扑数据库的该站点表项信息中。

9.一种在弹性分组环上实现冗余路由器协议的方法，该方法包括下列步骤：

在站点属性发现ATD控制帧的Secondary MAC ATT上承载冗余路由器协议的虚MAC地址；

通知环上所有的站点该冗余路由器协议组主设备的位置；

当冗余路由器协议组的设备的状态发生变化时，将冗余路由器协议组的设备状态通知弹性分组环站点；

在收到其他站点发来的ATD控制帧时，进行拓扑数据库和选环表的更新；

将发送到冗余路由器协议组虚MAC地址的流量单播发送到冗余路由器协议组主设备。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述冗余路由器协议组的设备的状态包括冗余路由器协议组的ID、冗余路由器协议组的主设备状态和备设备状态。

11.如权利要求9所述的方法，该方法进一步包括：

当配置了冗余路由器协议的站点成为主设备时，通告全环站点本站点具有冗余路由器协议组的虚MAC地址，并通知低层MAC接收冗余路由器协议虚MAC地址的报文；

当配置了冗余路由器协议的站点成为备用设备或冗余路由器协议组被删除时，通告全环站点本站点不再具有冗余路由器协议组的虚MAC地址，并通知低层MAC不再接收冗余路由器协议虚MAC地址的报文。

12.如权利要求9所述的方法，该方法进一步包括：

如果接收到发送站点新增虚MAC地址，则在选环表中添加新的表项，并使选环信息与发送控制帧的站点MAC对应的表项一致；

如果接收到发送站虚MAC地址更换，则在选环表中添加新的表项，删除旧的表项；

如果接收到发送站点虚MAC地址删除，则在选环表中删除对应的表项。

13.如权利要求9所述的方法，其中该ATD控制帧的SecondaryMAC ATT包括secondary MAC address 1和secondary MAC address 2两个地址，能用来存放至少一个冗余路由器协议组虚MAC地址。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述secondary MAC address1和secondary MAC address 2的长度为48比特。

15.如权利要求9所述的方法，其中所述拓扑数据库的更新包括将冗余路由器协议虚MAC地址记录到拓扑数据库的本地信息mytopoinfo中。

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