CN1897568A - 一种实现虚交换的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种实现虚交换的方法和装置，其方法和装置的核心都是通过建立包含有至少两层VLAN标识的虚交换对应关系，使数据转发实体能够根据包含有两层VLAN标识的虚交换对应关系将其接收的以太网帧进行虚交换传输。本发明能够使局部链路上承载的V－Switch连接的数量扩展到4096×4096个，甚至扩展到4096×4096×4096……个，有效解决了VLAN资源紧张的问题，满足了V－Switch技术应用规模的需求；从而实现了丰富虚交换方法，提高虚交换技术交换能力、扩大虚交换技术应用规模的目的。

Description

一种实现虚交换的方法和装置
技术领域
本发明涉及网络通讯技术领域，具体涉及一种实现虚交换的方法和装置。
背景技术
随着Internet规模的不断增大，各种各样的网络服务争相涌现，先进的多媒体系统层出不穷。由于实时业务对网络传输时延、延时抖动等特性较为敏感，当网络上有突发性高的FTP或者含有图像文件的HTTP等业务时，实时业务就会受到很大影响；另一方面，多媒体业务占去了大量的带宽，这样，现有网络要保证的关键业务就难以得到可靠的传输。于是，各种QoS技术应运而生。IETF已经建议了很多服务模型和机制，以满足QoS的需求。
基于门户的多种应用和服务以及宽带多媒体业务，包括为普通住宅用户提供丰富的Video/Audio流、VOD、视频组播、多媒体交互、高带宽需求的网络游戏，为商业用户提供视频会议、远程教育、VPN、具有QoS保障的数据专线、IPHotel等，成为宽带运营的重要内容。
运营商和企事业用户对以太网技术和端对端以太网技术有较高的认知程度。以太网技术成为未来搭建三网合一、城域网的主要技术之一，以太网业务在未来市场将会有极大的发展。
针对这些商业用户，目前已提出了V-Switch(虚交换)、GRE(通用路由封装)、L2TP(第二层隧道协议)、MPLS(多协议标签交换)等多种方式的VPN/VPDN(虚拟专用网/虚拟专用拨号网络)专线方案。
IVS(Intelligent V-Switch，智能虚交换)技术主要用于组建稳定、实用、经济的运营级城域以太网，可以实现QoS保证、网络安全保护、电信级的网络维护和管理等功能，具备基于号码的用户管理、一定的移动性、业务开放管理计费的集中管理等核心业务管理能力，提供包括智能二层流量调度、LAN专线、IP流量规划等业务和服务，IVS的出现填补了目前的网络在纯二层能力上的不足，对新时期城域网的建设具有重要的作用。
V-Switch体系结构具备完善的以太网VLAN交换和调度功能，灵活的业务调度和建立、调整的手段，以及丰富和可扩展的二层业务提供能力，完善的操作维护管理工具和信息。V-Switch体系的逻辑层次和功能模型如附图1所示。
图1中，V-Switch体系分为三层：V-Switch业务控制层，V-Switch连接控制层，V-Switch承载能力层。
V-Switch连接控制层维护DRE中交换资源，如设备、接口、链路、VLAN等交换资源，接收业务层SCR(V-Switch业务控制实体)的V-Switch建立请求，为该V-Switch连接选择业务流路径，分配带宽及VLAN资源，并将控制信息下发到业务流经过的DRE(数据转发实体)设备上。
DRE处于V-Switch承载能力层，DRE根据V-Switch连接控制层设置的VLAN交换表项，完成对以太网帧格式的业务流转发。
VLAN交换表项的内容如表1所示。
表1
  参数   参数说明
  1   接口1   业务流转发接口1，如GE 1/0/0
  2   vlan id 1   业务流在接口1上以太网帧格式中携带的VLAN ID
  3   接口2   业务流转发接口2，如GE 1/0/1
  4   vlan id 2   业务流在接口2上以太网帧格式中携带的VLAN ID
  5   带宽   业务流带宽限制
  5.1   上行最大带宽   业务流上行(从接口1接收，从接口2发送)最大带宽
  5.2   下行最大带宽   业务流下行(从接口2接收，从接口1发送)最大带宽
  6   QoS参数   业务流QoS参数要求
  6.1   延迟
  6.2   延迟抖动
  6.3   丢包率
DRE以VLAN交换表作为业务流转发的路由依据。DRE根据VLAN交换表对业务流数据的转发过程为：
将接口1中接收到的vlan id 1的以太网帧发送到接口2的同时，将vlan id 1转换成vlan id 2；将接口2中接收到的vlan id 2的以太网帧发送到接口1的同时将vlan id 2转换成vlan id 1。
通过上述转发形式，在整个网络中可以建立一条VLAN的虚通道，该虚通道可以描述为：(设备1，接口1，vlan id 1)-(设备1，接口2，vlan id 2)-(设备2，接口3，vlan id 2)-(设备2，接口1，vlan id 3)……。
传统以太网交换机只能支持全局4096个VLAN的透传，V-Switch技术实现了不同VLAN ID之间的交换，将VLAN ID局部化，使得VLAN ID只具有局部意义。
目前的V-Switch技术实现不同VLAN ID之间的交换方法虽然在一定程度上缓解了VLAN资源紧张的问题，但是并没有彻底解决VLAN资源紧张的问题，每个局部链路上的VLAN仍然有4096的限制，每个局部链路上承载的V-Switch连接数量无法突破4096，从而，限制了V-Switch技术的应用规模。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种实现虚交换的方法和装置，利用至少两层VLAN标识，使每个局部链路上承载的V-Switch连接数量突破了4096的限制，丰富了虚交换方法，提高了虚交换技术的交换能力、扩大了虚交换技术的应用规模。
为达到上述目的，本发明提供的一种实现虚交换的方法，包括：
a、建立包含有至少两层VLAN标识的虚交换对应关系；
b、数据转发实体将其接收的以太网帧根据所述对应关系进行虚交换传输。
所述至少两层VLAN标识具体包括：外层VLAN标识和内层VLAN标识，且所述内层VLAN标识为至少一层VLAN标识。
所述步骤a具体包括：
建立接口1、VLAN标识1与接口2、外层VLAN标识2和内层VLAN标识2的对应关系。
所述步骤b具体包括：
数据转发实体将其从接口1接收的VLAN标识1的802.1Q封装的以太网帧根据所述对应关系中的内层VLAN标识2和外层VLAN标识2进行QinQ封装，并将封装后的以太网帧通过接口2传输；同时
数据转发实体将其从接口2接收的内层VLAN标识2和外层VLAN标识2的QinQ封装的以太网帧根据所述对应关系中的VLAN标识1进行802.1Q封装，并将封装后的以太网帧通过接口1传输。
所述步骤a具体包括：
建立接口1、外层VLAN标识1、内层VLAN标识1与接口2、外层VLAN标识2和内层VLAN标识2的对应关系。
所述步骤b具体包括：
数据转发实体将其从接口1接收的外层VLAN标识1和内层VLAN标识1的QinQ封装的以太网帧根据所述对应关系中的内层VLAN标识2和外层VLAN标识2进行QinQ封装，并将封装后的以太网帧通过接口2传输；同时
数据转发实体将其从接口2接收的外层VLAN标识2和内层VLAN标识2的QinQ封装的以太网帧根据所述对应关系中的内层VLAN标识1和外层VLAN标识1进行QinQ封装，并将封装后的以太网帧通过接口1传输。
所述对应关系设置在VLAN交换表中。
所述步骤a具体包括：
在VLAN交换表中增加内层VLAN标识字段；
当VLAN交换表的一条记录中的一个接口对应的内层VLAN标识为无效的VLAN标识、且另一个接口对应的内层VLAN标识为有效的VLAN标识时，该记录中存储的信息为接口1、外层VLAN标识1与接口2、外层VLAN标识2和内层VLAN标识2的对应关系；
当VLAN交换表的一条记录中的两个接口对应的内层VLAN标识均为有效的VLAN标识时，该记录中存储的信息为接口1、外层VLAN标识1、内层VLAN标识1与接口2、外层VLAN标识2和内层VLAN标识2的对应关系；
当VLAN交换表的一条记录中的两个接口对应的内层VLAN标识均为无效的VLAN标识时，该记录中存储的信息为接口1、外层VLAN标识1与接口2、外层VLAN标识2的对应关系。
所述步骤a具体包括：
在VLAN交换表中增加交换模式类型字段和内层VLAN标识字段；
当VLAN交换表的一条记录中的交换模式类型为第一预定值时，该记录中存储的信息为接口1、外层VLAN标识1与接口2、外层VLAN标识2和内层VLAN标识2的对应关系；
当VLAN交换表的一条记录中的交换模式类型为第二预定值时，该记录中存储的信息为接口1、外层VLAN标识1、内层VLAN标识1与接口2、外层VLAN标识2和内层VLAN标识2的对应关系；
当VLAN交换表的一条记录中的交换模式类型为第三预定值时，该记录中存储的信息为接口1、外层VLAN标识1与接口2、外层VLAN标识2的对应关系。
本发明还提供一种实现虚交换的装置，包括：
存储模块：存储包含有至少两层VLAN标识的虚交换对应关系；
转发模块：将其接收的以太网帧根据存储模块中存储的对应关系进行传输。
通过上述技术方案的描述可知，通过建立包含有至少两层VLAN标识的虚交换对应关系，使DRE能够根据该对应关系实现以太网帧的新的虚交换传输方法，如实现了标准的802.1Q封装的以太网帧与QinQ封装的以太网帧的虚交换传输、实现了QinQ封装的以太网帧与QinQ封装的以太网帧的虚交换传输，避免了局部VLAN数量的4096限制，当使用两层VLAN标识时，使局部链路上承载的V-Switch连接的数量扩展到4096×4096个，当使用3层或更多层的VLAN标识时，使局部链路上承载的V-Switch连接的数量扩展到4096×4096×4096……个，有效解决了VLAN资源紧张的问题，满足了V-Switch技术应用规模的需求；从而通过本发明提供的技术方案实现了丰富虚交换方法，提高虚交换技术交换能力、扩大虚交换技术应用规模的目的。
附图说明
图1是V-Switch体系的逻辑层次和功能模型示意图；
图2是本发明的虚交换装置示意图。
具体实施方式
本发明在V-Switch技术中提出了一种新的虚交换方法和装置，该方法和装置的核心都是通过建立包含有至少两层VLAN标识的虚交换对应关系，使数据转发实体能够根据包含有两层VLAN标识的虚交换对应关系将其接收的以太网帧进行虚交换传输。
下面基于本发明的核心思想、以两种具体的虚交换方法为例对本发明提供的技术方案做进一步的描述。
方法一：对应关系中仅一端包含有至少两层VLAN标识的虚交换方法。
在方法一中，首先需要建立接口1、VLAN标识1与接口2、外层VLAN标识2、内层VLAN标识的对应关系，这样，DRE在将其从接口1接收到的VLAN标识1封装的以太帧发送到接口2的同时，将其转换为外层VLAN标识2和内层VLAN标识2封装的以太帧；DRE在将其从接口2收到的外层VLAN标识2和内层VLAN标识2封装的以太帧发送到接口1的同时，将其转换为VLAN标识1封装的以太帧。方法一解决了局部VLAN的数量受4096的限制的问题，通过两层VLAN使局部每个链路上承载的V-Switch连接的数量能够扩展到4096×4096个，当内层VLAN标识为3层、甚至更多层时，本发明能够使局部每个链路上承载的V-Switch连接的数量扩展到4096×4096×4096……个，极大程度的扩展了每个链路上承载的V-Switch连接的数量，有效解决了VLAN资源紧张的问题，满足了V-Switch技术应用规模的需求。
方法二：对应关系中两端均包含有至少两层VLAN标识的虚交换方法。
在方法二中，首先需要建立接口1、外层VLAN标识1、内层VLAN标识1与接口2、外层VLAN标识2、内层VLAN标识2的对应关系，这样，DRE在将其从接口1的接收到的外层VLAN标识1和内层VLAN标识2的以太帧发送到接口2的同时，将其转换为外层VLAN标识2和内层VLAN标识2封装的以太帧；DRE在将其从接口2的接收到的外层VLAN2和内层VLAN标识2的以太帧发送到接口1的同时，将其转换为外层VLAN标识1和内层VLAN标识1封装的以太帧。同理，方法二也解决了局部VLAN的数量受4096的限制的问题，通过两层VLAN使局部每个链路上承载的V-Switch连接的数量能够扩展到4096×4096个，当内层VLAN标识为3层、甚至更多层时，本发明能够使局部每个链路上承载的V-Switch连接的数量扩展到4096×4096×4096……个，极大程度的扩展了每个链路上承载的V-Switch连接的数量，有效解决了VLAN资源紧张的问题，满足了V-Switch技术应用规模的需求。
上述方法一、方法二中包含有至少两层VLAN标识的虚交换对应关系可以通过扩展DRE中的VLAN交换表来实现。
当内层VLAN标识仅为一层内层VLAN标识时，扩展的VLAN交换表如表2所示。
表2
  参数   参数说明
  1   接口1   业务流转发接口1，如GE 1/0/0
  2   vlan id 1   业务流在接口1上以太网帧格式中携带的VLAN ID
  2.1(扩展)   vlan id 1’   值为无效或为非法时表示为普通802.1Q封装，仅有一层VLAN值有效则表示为QinQ封装，该值为内层VLAN ID(vlan id 1为外层VLAN)
  3   接口2   业务流转发接口2，如GE 1/0/1
  4   vlan id 2   业务流在接口2上以太网帧格式中携带的VLAN ID
  4.1(扩展)   vlan id 2’   值为无效或为非法时表示为普通802.1Q封装，仅有一层VLAN值有效则表示为QinQ封装，该值为内层VLAN ID(vlan id 2为外层VLAN)
  5   带宽   业务流带宽限制
  5.1 上行最大带宽   业务流上行(从接口1接收，从接口2发送)最大带宽
  5.2   下行最大带宽   业务流下行(从接口2接收，从接口1发送)最大带宽
  6   QoS参数   业务流QoS参数要求
  6.1   延迟
  6.2   延迟抖动
  6.3   丢包率
表2中，当接口1对应的VLAN ID 1’为无效的VLAN标识、且接口2对应的VLAN ID 2’为有效的VLAN标识，或者当接口1对应的VLAN ID 1’为有效的VLAN标识、且接口2对应的VLAN ID 2’为无效的VLAN标识，或者当接口1对应的VLAN ID 1’为有效的VLAN标识、且接口2对应的VLAN ID 2’也为有效的VLAN标识时，则表明DRE需要根据该表项对其接收的以太帧进行本发明的虚交换传输。
当接口1对应的VLAN ID 1’为无效的VLAN标识、且接口2对应的VLANID 2’也为无效的VLAN标识时，则表明DRE需要根据该表项对其接收的以太帧进行现有技术中基于“接口+Vlan”的虚交换传输。
本发明可利用VLAN Stack技术来实现本发明提出的两种虚交换方法。
VLAN Stack技术又称为QinQ，是对基于802.1Q封装的隧道协议的一种形象化的称呼，其核心思想是将用户的内层VLAN tag封装到外层VLAN tag上，报文带着两层tag穿越服务商的骨干网络，在退出服务供应商网络时删除外层VLAN tag，从而为用户提供一种较为简单的二层VPN隧道。
当本发明中的对应关系设置为表2的形式时，DRE利用VLAN Stack技术实现虚交换传输的具体过程为：
DRE从接口1接收到报文后，首先需要确定该报文对应的VLAN交换表的表项，然后，判断该表项中的VLANID 1’和VLANID 2’的数值是否有效。
如果该表项中VLAN ID 1’为有效数值，VLANID 2’为无效数值，则DRE接收的报文为QinQ封装的以太网帧，即外层VLAN为VLAN ID 1，内层VLAN为VLAN ID 1’的QinQ封装的以太网帧，DRE需要将该QinQ封装的以太网帧转换为VLAN ID2封装的802.1Q的以太网帧，并通过接口2发送出去，从而实现QinQ封装的以太网帧与802.1Q封装的以太网帧的虚交换传输。
如果该表项中VLAN ID 2’为有效数值，VLAN ID 1’为无效数值，则DRE接收的报文为VLAN ID1封装的802.1Q的以太网帧，DRE需要将该802.1Q封装的以太网帧转换为VLAN ID 2、VLAN ID 2’的QinQ封装的以太网帧，即VLAN ID 2为外层VLAN，VLAN ID 2’为内层VLAN的QinQ封装的以太网帧，并通过接口2发送出去，从而实现802.1Q封装的以太网帧与QinQ封装的以太网帧的虚交换传输。
如果该表项中VLAN ID 1’和VLAN ID 2’均为有效数值，则DRE接收的报文为VLAN ID 1、VLAN ID 1’的QinQ封装的以太网帧，即VLAN ID 1为外层VLAN，VLAN ID 1’为内层VLAN的QinQ封装的以太网帧，DRE需要将该QinQ封装以太网帧转换为外层VLAN为VLAN ID 2，内层VLAN为VLAN ID2’的QinQ封装的以太网帧，并通过接口2发送出去，从而实现QinQ封装的以太网帧与QinQ封装的以太网帧的虚交换传输。
如果该表项中VLAN ID1’和VLAN ID 2’均为无效数值，则DRE接收的报文为VLAN ID 1封装的802.1Q以太网帧，DRE根据现有技术中“接口+VLAN”的虚交换模式实现报文的虚交换传输即可。
本发明也可以通过对VLAN交换表采用其它扩展方法来实现上述对应关系的设置，如除了在VLAN交换表中增加VLAN ID 1’字段和VLAN ID 2’字段外，再增加一个新的交换模式类型段，通过该交换模式类型的不同取值来指示DRE采用何种VLAN交换模式，如交换模式类型字段的取值为第一预定值时，DRE应采用对应关系中仅一端包含有内层VLAN标识的虚交换方法进行报文的虚交换传输；交换模式类型字段的取值为第二预定值时，DRE应采用对应关系中两端均包含有内层VLAN标识的虚交换方法进行报文的交换传输；交换模式类型字段的取值为第三预定值时，DRE应采用现有技术中“接口+VLAN”的虚交换方法进行报文的交换传输。
本发明提供的虚交换装置如附图2所示。
图2中，虚交换装置包括：存储模块和交换模块。
存储模块主要用于存储虚交换对应关系，这里的虚交换对应关系包括：包含有至少两层VLAN标识的虚交换对应关系和接口1、VLAN标识1与接口2、VLAN2的对应关系。包含有至少两层VLAN标识的虚交换对应关系包括：接口1、VLAN标识1与接口2、外层VLAN标识2、内层VLAN标识2的对应关系，接口1、外层VLAN标识1、内层VLAN标识1与接口2、外层VLAN标识2、内层VLAN标识2的对应关系。这些对应关系可以以VLAN交换表的形式存储。
交换模块主要用于接收以太帧，确定该以太帧对应的VLAN交换表中的表项，并根据该表项中的内容确定该以太帧的交换模式，然后，根据该以太帧的交换模式发送报文，如以对应关系中仅一端包含有至少两层VLAN标识的虚交换方法进行虚交换传输，或者以对应关系中两端均包含有至少两层VLAN标识的虚交换方法进行虚交换传输、或者以现有技术中基于“接口+VLAN”的交换方法进行虚交换传输等。交换模块对报文的具体虚交换传输方法如上述方法中的描述，在此不再详细介绍。
本发明的实现虚交换的装置可以为虚交换域中的中间DRE。
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，本发明的申请文件的权利要求包括这些变形和变化。

Claims (10)

1、一种实现虚交换的方法，其特征在于，包括：
a、建立包含有至少两层VLAN标识的虚交换对应关系；
b、数据转发实体将其接收的以太网帧根据所述对应关系进行虚交换传输。
2、如权利要求1所述的一种实现虚交换的方法，其特征在于，所述至少两层VLAN标识具体包括：外层VLAN标识和内层VLAN标识，且所述内层VLAN标识为至少一层VLAN标识。
3、如权利要求2所述的一种实现虚交换的方法，其特征在于，所述步骤a具体包括：
建立接口1、VLAN标识1与接口2、外层VLAN标识2和内层VLAN标识2的对应关系。
4、如权利要求3所述的一种实现虚交换的方法，其特征在于，所述步骤b具体包括：
数据转发实体将其从接口1接收的VLAN标识1的802.1Q封装的以太网帧根据所述对应关系中的内层VLAN标识2和外层VLAN标识2进行QinQ封装，并将封装后的以太网帧通过接口2传输；同时
数据转发实体将其从接口2接收的内层VLAN标识2和外层VLAN标识2的QinQ封装的以太网帧根据所述对应关系中的VLAN标识1进行802.1Q封装，并将封装后的以太网帧通过接口1传输。
5、如权利要求2所述的一种实现虚交换的方法，其特征在于，所述步骤a具体包括：
建立接口1、外层VLAN标识1、内层VLAN标识1与接口2、外层VLAN标识2和内层VLAN标识2的对应关系。
6、如权利要求5所述的一种实现虚交换的方法，其特征在于，所述步骤b具体包括：
数据转发实体将其从接口1接收的外层VLAN标识1和内层VLAN标识1的QinQ封装的以太网帧根据所述对应关系中的内层VLAN标识2和外层VLAN标识2进行QinQ封装，并将封装后的以太网帧通过接口2传输；同时
数据转发实体将其从接口2接收的外层VLAN标识2和内层VLAN标识2的QinQ封装的以太网帧根据所述对应关系中的内层VLAN标识1和外层VLAN标识1进行QinQ封装，并将封装后的以太网帧通过接口1传输。
7、如权利要求3或5所述的一种实现虚交换的方法，其特征在于，所述对应关系设置在VLAN交换表中。
8、如权利要求7所述的一种实现虚交换的方法，其特征在于，所述步骤a具体包括：
在VLAN交换表中增加内层VLAN标识字段；
当VLAN交换表的一条记录中的一个接口对应的内层VLAN标识为无效的VLAN标识、且另一个接口对应的内层VLAN标识为有效的VLAN标识时，该记录中存储的信息为接口1、外层VLAN标识1与接口2、外层VLAN标识2和内层VLAN标识2的对应关系；
当VLAN交换表的一条记录中的两个接口对应的内层VLAN标识均为有效的VLAN标识时，该记录中存储的信息为接口1、外层VLAN标识1、内层VLAN标识1与接口2、外层VLAN标识2和内层VLAN标识2的对应关系；
当VLAN交换表的一条记录中的两个接口对应的内层VLAN标识均为无效的VLAN标识时，该记录中存储的信息为接口1、外层VLAN标识1与接口2、外层VLAN标识2的对应关系。
9、如权利要求7所述的一种实现虚交换的方法，其特征在于，所述步骤a具体包括：
在VLAN交换表中增加交换模式类型字段和内层VLAN标识字段；
当VLAN交换表的一条记录中的交换模式类型为第一预定值时，该记录中存储的信息为接口1、外层VLAN标识1与接口2、外层VLAN标识2和内层VLAN标识2的对应关系；
当VLAN交换表的一条记录中的交换模式类型为第二预定值时，该记录中存储的信息为接口1、外层VLAN标识1、内层VLAN标识1与接口2、外层VLAN标识2和内层VLAN标识2的对应关系；
当VLAN交换表的一条记录中的交换模式类型为第三预定值时，该记录中存储的信息为接口1、外层VLAN标识1与接口2、外层VLAN标识2的对应关系。
10、一种实现虚交换的装置，其特征在于，所述装置包括：
存储模块：存储包含有至少两层VLAN标识的虚交换对应关系；
转发模块：将其接收的以太网帧根据存储模块中存储的对应关系进行传输。
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