TWI288546B - Procedure for loop control in level 2 of OSI (ISO) for telecommunication networks - Google Patents
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Description
1288546 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 如此說明書之標題中所述,本發明係關於在電訊網路 (telecommunication)中進行國際標準組織(International Standards Organization ; ISO)的開放系統連結(Open System Interconnection; OSI)第二層之迴路控制之程序。 該程序應用於依據國際標準組織之開放系統連結參考系 統發揮功能且使用第二層之迴路控制系統之電訊網路,例 如由標準的美國國家標準學會(American National Standards Institute ; ANSI)/電子電機工程師學會(Institute of Electrical and Electronic Engineer ; IEEE) 802-1D所提供 的電訊網路。 本發明之目的係提高實體媒體使用中的效率、減小定址 於一使用者之流量(單一播送)之延時且保存傳統上所採用 的防禦網路中所產生的迴路之保護,該保護由確保一無迴 路佈局之協定組成。 【先前技術】 在大多數通訊系統中使用國際標準組織(ISO)的開放系 統連結(OSI)參考系統。該參考系統擁有一第二層的資料鏈 路,其代表程序直接作用於實體媒體上用於傳送資料。 ANSI/IEEE 標準 802.1D 媒體存取控制(Medium Access Control,M AC)橋接協定為第二層協定提供一標準且定義該 層中之一迴路控制程序。 通常採用實體冗餘來設計電訊系統,其允許在網路中鏈 94359.doc 1288546 路變更或衰減而服務中未具有該隱含損失之事件中作出一 快速反應。不幸地,此實體冗餘可引發迴路,換言之,引 發第二層元件之間之封閉路徑。如協定敗所揭示,對 於目的地位址未知之流量而言,第二層路由器元件通常透 過所有可用的輸出埠來複製資訊。在具有封閉路徑之系統 中,此點意指將相同資訊無限地複製到使實體媒體飽和之 點且使得該資訊在非為其目的地之交換機之間無限地行 進為了防止此後果,建立通用協定,例如跨距樹協定以 及802-1D協定與其他類似程序1於產生—無迴路第二層 階層且此等協定在最新技術中已熟知。 跨距樹協定以最小化朝向已指定為根部之交換機之路徑 之成本的方式採用一樹的形式來建立一獨特的路徑結構。 此協定將實際具有迴路之佈局轉換成—無迴路佈局。為了 做到此點’該協定停用交換機中一序列的迴路,從而藉由 透過該階層之升降而獲得一獨特的自一特定交換機到達一 目的地之路徑。因而,該跨距樹協定之目的係使得第二層 交換機意識到該佈局之-子集,換言之,係無迴路之一樹 但未遺失連接性,且使其適應該佈局之實體改變。為了達 到此點’第二層交換機相互發送訊息以便發現該佈局。其 他傳統的協定執行一類似程序,其停用某些鏈路且保持其 他鏈路致動以便獲得一無迴路佈局。 八 存在許多為跨距樹協定提供最佳化的方法,例如克魯斯 卡爾(Kruskal)演算法或普裏姆(Prim)演算法’但此等演^法 集中於最佳化樹的結構以便提供最少路徑或集中於最=化 94359.doc 1288546 該協定之聚合速度,例如快速跨距樹。 然而’在將實體傳送媒體 流量中,效率缺乏二具有已知目的地之點對點 性的兩交換機之F1 在具有直接可見 ^ 、曰1,β亥協定中斷該鏈路(因其引發迴路),列 :=換機之間的流量必須-直使用-更長的心 連接停用條件下將使用的路徑而言)。在具有環形 此點特別明顯。對於特定的環形結構而言, 料-稱作環跨距樹(由瑞通網路邮⑽。Μ _贈㈣公 司疋義)的最佳化,但其未解決低效率問題。 本發明係基於一拿音 P 胃 、 爭只即在流置處理期間,可將能引發 迴路且必須由所有埠進行複製之流量(換言之具有多個目 的^多關送)或未知目的地之流量),與從不引發迴路之 流量(換言之定向於-單—已知使用者(單一播送)之流幻 之處理進行分離。採用此方式,具有已知目的地之單一播 送流量跟隨最短路徑至其目的地,同時有問題的流量使用 無迴路結構’從而降低效率。 此點意指使用實體媒體的效率提高而不必、過分地增加複 雜性。本發明之程序藉由使得單一播送流量不使用不必要 的連接而改善媒體之使用;由於所跟隨之路徑較少,故該 耘序改善S亥流量之傳送效率且因而減少延時與損失,此外 保存防禦與迴路有關之問題之保護。 在此專利申請案中,來源交換機與另一目的地交換機之 間之連接指來源交換機能傳送流量至目的地的能力,其與 此舉是否直接或透過其他交換機來完成關係並不大。此 94359.doc 1288546 外,跳躍之數目指一傳送自來源交換機到達目的地交換機 所必要的傳送數目。此值係等於一(因為初始傳送)加上訊息 必須通過以便到達目的地交換機之中間交換機之數目,換 曰之’若為了自來源交換機到達目的地交換機而必須通過 父換栈(既非流1之源交換機亦非目的地交換機之 —交換機),則距離將為兩個跳躍;若必須通過兩個中間交 j機,則距離將為三個跳躍,依次類推。若不必通過中間 父換执則來源與目的地交換機係隔開一跳躍,換言之, 該等交換機係鄰居,亦即其具有直接的可見性。… 【發明内容】 為了達成該等目的且避免以上部分所述之缺陷,本發明 由一種在電訊網路中進行開放系統連結(國際標準組織)第 一層之迴路控制的程序組成,其中流量係發送至一單一使 用者(單一播送)、至多個使用者(多點播送)及至所有使用者 (貝播)八中亦產生具有迴路之佈局,因此在該網路上應用 可距树協定802.1 D或最新技術中已知的停用鏈路以確 保在包3平行橋接器(第二層交換機)之網路中存在一益迴 路佈局之其他㈣。此外,在該網路中不㈣使用㈣藉 由鏈路而連接,其中該等鏈路係來源處所^義且具有不同 通道編碼的單向連接。 以私序的主要特徵為其包含使用由保證—無迴路佈局之 傳統協^所停用之鏈路,用於傳送具有已知目的地的單一 播送流量,同時多點播送、廣播及具有未知目的地的單一 播送繼續得以透過由確保無迴路佈局之傳統協定所致動之 94359.doc 1288546 鏈路來傳送。 因此,網路之迴路與飽和得以避免且獲得在具有已知目 的地之早一播送流量之時間與通道使用方面具有更大效率 的傳送。 5亥程序之另—特徵包括’當傳送係單-播送且傳送的目 的地已知,並可藉由使用所致動鏈路以較小數目(相對於使 用無迴路佈局時所必需的跳躍數目而言)的跳躍到達時,致 動點對點鏈路中由傳統協定所停用之鏈路,換言之,在無 迴路佈局外部之鏈路,以便減少交換機之間之傳送中所需、 要的跳躍數目。 而 該程序規定,即當一交換機透過一鏈路接收來自一位址 之一訊息封包,且該交換機必須獲悉該位址以便能執行確 保無迴路佈局之協定時,該交換機透過由確保無迴路佈局 之傳統協定所致動之鏈路且透過所停用、能透過該交換機 到達所獲悉之位置之鏈路來通知所有的相鄰交換機,以使 通知僅到達具有直接可見性的鄰近交換機從而最佳化路 線。 此外,當一交換機接收到一通知(包括透過傳送該通知之 父換機至一給定位址之最佳路線)時,該程序修改保證一益 迴路佈局之傳統協定之過濾表(其指示哪些鏈路已停用父证 使得此最佳化路線勝過由最初交換協定所獲悉之路線。藉 此,獲悉鄰近交換機中至一給定目的地之最佳路線。 此外,該程序考慮到使用每一交換機中視該交換機所傳 送之流量類型而定的多個活動鏈路清單來實施不同的無迴 94359.doc -10- 1288546 路佈局,此流量係單一播送、多點播送、廣播或具有未知 目的地之流量,針對此流量使用數個傳統的協定來保證無 迴路佈局。 … 此程序之主要目的係確保選取可能的最短路徑用於將产 量傳送至-使用者(單-播送),從而最大化媒體的效率與: 用,同時不存在任何用於至多個使用者(多點播送)或具有未 知目的地之流量的迴路。藉由此等方式,網路之迴路與飽 和得以避免,同時保留發送給多個使用者的可能性。 下包含一些圖式,其中本發明之目的 叔月i㈢的巳以說明性而非限制 之方式進行提供。 為了便於更好的理解此說明書且形成其一整體部分,以 【實施方式】 以下給出本發明之-範例之說明,其參考圖式中所使用 的編號。 在此等具體實施例之範例中,本發明之程序係用於直傳 送媒體係電源線之-通訊系統中。如先前技術部分所述, ^所有多點系統中’形成該範例主題之系統易出現迴路。 當所有交換機具有直接的可見性時,至一已知使用者(單一 播送)之流量不產生任何問題(除非第二層的任何元件:知 道如何藉由協定802.1D中所指示之資邙、.多、奸十々 θ θ 丁您貝Λ泛濫來發送並傳播 但定向於多個使用者(多點播送)之流量可在一封 閉迴路中一直無限地到處流動且繁殖自身。 、 广表示該等迴路之效應。在此圖式中,A、”、誠Ε 表不第二層元件且線係元件間之鏈路。箭頭表示自Α至:未 94359.doc -11 - Ϊ288546 知目的地或多重目的地之一點至多點資料串流之路徑,其 中可明白網路中資訊泛濫引發的效應。在此範例中,A嘗試 將一訊息發送給一未知的目的地E且A透過其整個的傳送 鏈路來發送該訊息(丨)。
因目的地係未知的,所以當此訊息到達B與c時,兩者都 透過其所有的輸出鏈路(訊息到達所透過之鏈路除外)來發 迗(2)該訊息,產生第二組訊息。此時,;6與(;:都再次接收到 该訊息且D第一次接收該訊息。採用(3)所標記的箭頭係將 在第三組中產生的一些箭頭。訊息封包在B、〇:與D之間一 直來回地行進,在每一交換機中繁殖同時在目的地£中產生 複製品且網路變得無限飽和。
為了防止此類型的情況,必須實施一協定以停用引發却 路之冗餘路徑,但對於在網路改變(下降之一鏈路、下降^ -交換機等)之事件中改變配置而言,此點十分地動態化 在此具體實施例的特定範财,冑距樹協定係用於以最^ 化朝向已指定為根部之交換機之路徑之成本的方式採用一 樹^形式在該多點網路中建立—獨特的路徑結構。此協芳 將實際具有迴路之佈局變成一無迴路佈局。為了達到由 點’該協定停用交換機之間的某些鏈路從而存在一獨特冯 徑用於藉由透過該階層之升降來獲得起於某—交換機之_ 目的地。圖2表示跨距樹之效應;其巾a、b、c、⑽£表_ 相同的網路㈣。叉形表示跨距樹Μ使其無效之: ’攸而自協定指定為根部之交換機人(第二層元件)至 中任何其他交換機僅存在一可能的路徑。 94359.doc -12- 1288546 因而,該跨距樹協定之目的係使得第二層交換機意識到 該佈局之一子集(一樹)’其係無迴路的但未遺失連接性,且 使其適應該佈局之實體改變。為了獲得此點,第二層元件 自一者至另一者地發送訊息以便發現該佈局,其中此等訊 息接收配置橋接協定資料單元(Bridge Pr()t()eQ;l Data Uiiit ; BPDU)之名稱。採用此等訊息可偵測到佈局中的迴路且可 停用鏈路直到佈局變得無迴路。 問題在於一事實,即在一樹類型的系統中,例如圖3之系 統中’在使用協定防止迴路之後,在由一直接鏈路(換言之 具有直接的可見性)所連接之鄰近交換機之間之通訊中損 失大量效率。因而,圖3範例顯示藉由在非常階層化的網路 中應用跨距樹協定所隱含之缺點。在該圖式中,實線表示 鏈路,虛線表示由跨距樹所停用的鏈路且自AsM之元件係 第一層父換機。在此等條件下,為了在交換機1^與〗之間建 立-資料串流,流量需要進行四個跳躍,同時若協定未停 用接合《與〗的直接鏈路(虛線箭頭),則一連接將足夠。換 言之’為了使Η與I通訊’即使此等交換機最初具有直接的 可見性,亦必須朝根部交換機Α發送流量且該流量透過階層 向下返回’其將大概為_單—跳躍(若直接視覺得以保存)。 口而_於單一播送的流量而言,一旦位址已由第二層 元件獲悉,則在某些情況下會損失效率。 曰 —本^明中所提議的解決方式係基於以下事實,若網路中 母輸入訊息封包之每一第二層元件可決定一單一輪出鍵 路/、保a在一或數個跳躍之後可透過該鏈路到達目的地 94359.doc -13 - 1288546 且保證透過該鏈路更接近目的地,則該第二層元件可使用 任何鏈路而迴路不會成為一問題。明顯地,若訊息封包從 未得以複製且在每-連接中其更接近於目的地,則訊息封 包將到達該目的地而不會引起任何問題。換言之,在一完 全獲悉情況下且在保證該獲悉程序係一正確的程序之後, 早一播达流量可透過具有迴路之一網路行進而不會在目的 地得以複製亦不會使網路飽和。
因而,右獲彳于一獲悉程序,該獲悉程序保證至一位址之 鏈路正在接近朝該目的地位址之鏈路所傳送之訊息封包 (因佈局具有迴路,可能發生訊息封包循環行進且從未到達 其目的地的情況’故大概不出現此情況),則已知其目的地 位址至第二層元件之單—播送流量將能透過具有迴路之一 佈局得以傳送而不產生任何問題。 所提議範例中的第二層交換機系統以—内部差分方式處
:具有已知目的地(已獲悉)之單一播送流量及多重播放流 量或具有未知目的地之單一播送。 父換機令所應用的交換協定指出,存在一過遽表允許 悉至另-使用者之位址。當在此表中找到至某一訊息封 之另—使用者之第二層位址時’訊息封包本身直接定位; 適當的輸㈣财。但若在該表中未找到該位址,換古之 該位址係至多個使用者之—位址,則由適當的介面複m 訊息封包。 本發明之程序提議修改由四個元件(圖4中上部虛線正方 形所表示)組成之該迴路控制協定(此範例中的跨距樹),其 94359.doc -14- 1288546 中上部虛線正方形(2 3)包含高層的程序而下部的正方形(24) 包含低層的程序。一般言之,高層程序係在低層程序上執 行。標記為(4)的程序係直接路徑最佳化程序。此程序作用 在程序(8)上’其係第二層的位址搜尋與獲悉程序(依據協定 802.1D) 〇 (5)係埠控制程序且作用在(9)上,由於(4)、(6)與 (7)所供應的資訊,(9)係點對點流量控制程序。程序(6)係點 對多點群組管理程序。該程序以點對多點群組方式〇作用 在由(10)所表示之多重播放流量控制上。程序(7)係所修改 的跨距樹程序,其採用同屬點對多點流量控制之方式(12) 亦作用在(10)上。物件(13)表示同屬訊息封包之輸出。 該系統之目的係以一方式將跨距樹演算法應用到處置多 重播放流量之配置與鏈路中,使得此流量受該等改變影 f ’而具有已知目的地之單一播送流量不受影響。一埠控 制私序(5)依據跨距樹程序(7)所告知之内容決定用於傳送 之鏈路那些中斷或未中斷,一新的直接路徑最佳化程序(4) 决疋那些鏈路可用於具有已知目的地之單一播送傳送,原 因係在程序(10)之表中,跨距樹程序(7)將僅包括不打算產 生迴路之鏈路埠。多點群組管理(11)係獨立的且採用由埠控 制程序(5)所執行之改變來更新。 直接路徑最佳化程序影響該獲悉(亦已知為過濾),換言 之,其使得交換機之過濾表包括到達一目的地交換機之直 气在此具體貫施例之範例中,此最佳化係僅為鄰居 t之父換機)之間的最佳化而執行,換言之,當外部目 的也(電子網路外部)係可自一鄰近交換機以一跳躍到達時。 94359.doc 1288546
在此具體實施例之範例中,僅便於到達不同區段(電子網 路外部)且在鄰近交換機之間進行最佳化。例如,圖5係本 發明之程序之結果,其中入至]^之圓表示第二層交換元件且 正方形(17)表示其間具有不同目的地的網路區段。採用(14) 所心。己的貫線表示所致動之鏈路,而採用(15)所標記的虛線 表不已由跨距樹協定自該階層所消除之鏈路。採用(16)所標 $己的虛線係由跨距樹所中斷之鏈路,但已針對單一播送流 量最佳化。換言之,若交換機Η接收之流量係前往自交換機 I懸掛之目的地網路區段(17),則交換機H將最佳化至丨之路 線。但若F(儘管具有關μη之直接視覺,但不具有關於工之 直接視覺)接收朝向交換機〗(在此具體實施例之範例中,其 朝一區域網路(local area netw〇rk ; LAN)交換機)之流量,則 F並不最佳化通過η以便到達1之路線(兩個跳躍);然而其將 最佳化的係朝向自Η懸掛之目的地網路(17)之路線。在此情 形中,交換機卜^卜卜卜厂❻㈣直接與自其懸 掛之目的地網路區段(17)之位址連接。 圖6 7、8與9表不針對另一具體實施例範例中之一給定 鏈路之逐步的最佳化程序。圖6表示最初的狀態,其中有三 個第二層交換機Α、Β與C、兩個目的地台Ζ與X及所有交換 機之間之鏈路。圖7中所表示的係由跨距樹所提供之階層, 其中斷Β與C之間之鏈路。在目时,台球送一訊息至台^, 其具有識別項(21)。當訊息到達_,此交換機獲悉如何到 達ζ,藉此其向c發送包含到達ζ之方式之_通知㈣。c將 此輸入引入到其遵改主士 . f 路表中。在此圖式中,自每一交換機的 94359.doc -16· Ϊ288546 觀點看來,鍵路係採用字母〇、p、q、r、s、t、uM^。 ^慮表係表示在每—交換機旁側之—正方形中。在此具體 貫施例之範例中,钒、、金 關聯。在圖9中,X= 地與傳送鍵路(輸出鍵路) 卜、 λ回答Z,此訊息(22)透過所最佳化的鏈路 查、 卜又換機c執行一關於X的類似程序且其採用到 方式發送一通知(20)至B,以最佳化兩鏈路,用於發 迗具有已知目的地之單一播送流量。 自此外,通知訊息封包㈣自—交換機至其鄰居。該等訊 “包不透過網路傳播,以使最佳化變為僅一跳躍。 :::狀恶中’換言之,在為所有的接觸位址與交換機 二,序之後’ 4等交換機知道如何採用一最佳化的方 运具有已知位址之單—播送流量,同時多點播送或 丹百未知目的地之輩_嫉、、, 早播运流$跟隨跨距樹所建立之樹。 且封包(2〇)僅在一交換機獲悉一新的位址時產生 【圖式簡單ϋ傳播’猎此網路之額外負載係最小的。 圖1表示具有實體冗餘與迴路之-網路之範例。 圖2表示跨距樹協定對圖1之網路之效應。 圖3表示採用一樹形式之網路上效率之缺乏 該跨距樹網路。 八中β應、用 圖4用於在一第二層交換雜 之範例。 、栈上實現本發明之程序之圖式 圖5表示由本發明之程序所執行之最佳化。 圖6表示本發明之程序之—第—步驟之實施方案。 94359.doc -17- 1288546 圖7表示本發明之程序之一第二步驟之實施方案 圖8表示本發明之程序之一第三步驟之實施方案 圖9表示本發明之程序之一第四步驟之實施方案 【主要元件符號說明】 4 直接路徑最佳化程序 5 埠控制程序 6 點對多點群組管理程序 7 所修改的跨距樹程序 8 程序 9 點對點流量控制程序 10 多重播放流量控制 11 點對多點群組方式 12 同屬點對多點流量控制之方式 13 物件 15 鏈路 16 鏈路 17 網路區段 20 通知/通知訊息封包 21 識別項 22 訊息 23 上部虛線正方形 24 下部正方形 94359.doc -18-
Claims (1)
1288546 十、申請專利範圍: 1 · 一種在電訊網路中進行開放系統連結(國際標準組織)第 二層之迴路控制的程序,其包含朝向一單一使用者(單一 播迗)、朝向多個使用者(多點播送)及朝向所有使用者(廣 播)之流量,其中亦產生具有迴路之佈局,為該程序應用 從依據IEEE標準802·1Ο之跨距樹及任何其他的傳統程序 中所遠取之一協定以用於停用鏈路且確保在包含平行橋 接器(第二層交換機)之網路中存在一無迴路佈局,且其中 該=不同使用者係藉由鏈路連接,其中該等鍵路係來源處 所定義且具有不同通道編碼之單向連接;其特徵為 、、包含使用由保證具有已知目的地之單一播送流量之傳 达中之-無迴路佈局之該傳統協定所停用之鏈路; 、」時在具有未知目的地之多點播送、廣播與單一播送 μ里中’其包含使用由確保無迴路佈局之該傳統的協定 所致動之鏈路; 1;二項在電訊網路中進行開放系統連結(國際標譯 層之迴路控制的程序,其特徵為包 =二有該傳送之已知目的地之點對點鏈路中由 謂从相停料_,射之 由 鏈路,相對於使用該無人路佈局外部之 言,使用m动I 、、路佈局吩所必需的跳躍數目而 之该鏈路時的跳躍數目較少。 94359.doc 1288546 3·如請求項2之在電訊網路中進行開放系統連結(國際標準 組織)第二層之迴路控制的程序,其特徵為當一交換機透 過一鏈路接收來自一位址之一訊息封包時且當該交換機 必須獲悉遠位址以便能執行確保一無迴路佈局之該傳統 協定,該程序透過由確保一無迴路佈局之該傳統協定所致 動之該等鏈路,且透過可透過該交換機到達所獲悉的該位 址之該等所停用的鏈路,使得由該交換機發出之通知到達 該等所有的鄰近交換機,促使該通知僅到達具有直接可見 性的鄰近交換機,因此最佳化路線。 4·如請求項3之在電訊網路中進行開放系統連結(國際標準 組織)第二層之迴路控制的程序,其特徵為當一交換機接 收到一通知時,該程序包含修改保證一無迴路佈局之該傳 統協定之指示哪些鏈路已停用之過濾、表,該通知包括透過 傳送該通知之該交換機至一給定位址之最佳化路線,及使 得該最佳化路線勝過由該最初交換協定所獲悉之路線,以 便在郇近乂換機中獲悉至一給定目的地之該等最佳路線。 5.如凊求項1之在電訊網路,進行開放系統連結(國際標 組織)第二層之迴路控制的程序,其特徵為包含:藉由每 一交換機中視該交換機所傳送之流量類型Μ的多個、、舌 動鏈路清單,使用複數個保證無迴路佈局的傳統實 =同的無迴路佈局,此流量係自單-播送、多點播送 廣播及具有未知目的地的流量tin 94359.doc
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