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CN100563211C - 一种虚拟网关、虚拟子网的实现方法以及系统 - Google Patents

一种虚拟网关、虚拟子网的实现方法以及系统 Download PDF

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CN100563211C CNB2006101524531A CN200610152453A CN100563211C CN 100563211 C CN100563211 C CN 100563211C CN B2006101524531 A CNB2006101524531 A CN B2006101524531A CN 200610152453 A CN200610152453 A CN 200610152453A CN 100563211 C CN100563211 C CN 100563211C
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Abstract

本发明涉及计算机及通讯网络技术领域。本发明公开了一种虚拟媒体接入控制(MAC)网关，包括转发控制单元，用于接收来自接口单元的报文，根据所述报文中的目的地址，查找转发表项配置单元中的转发表项得到对应的物理端口，并将报文发送到接口单元；接口单元，用于接收来自与自身连接的虚拟MAC子网内节点的报文，并将所述报文发送至转发控制单元；或者接收来自转发控制单元的报文，并将所述报文发送至对应的物理端口；转发表项配置单元，用于存储转发表项供转发控制单元所调用。本发明还公开了实现虚拟MAC子网的实现方法和系统。本发明可以实现以太网交换路径(ESP)跨管理域转发，对转发表项进行高层汇聚，节约虚拟MAC地址资源。

Description

一种虚拟网关、虚拟子网的实现方法以及系统
技术领域
本发明涉及计算机及通讯网络技术领域，特别涉及一种虚拟网关、虚拟子网的实现方法以及系统。
背景技术
电气和电子工程师协会(Institute of Electrical and Electronic Engineers，IEEE)制订的标准802.1ah定义的运营商骨干网桥网络(Provider BackboneBridges Network，PBN)的结构如图1所示。在PBN中，可以实现运营商网桥(Provider Bridge，PB)的报文完整封装在运营商骨干网桥(ProviderBackbone Bridge，PBB)的报文当中。因此，PBN可以提供一种分级的网络，并且为以太网的连接或者隧道技术提供了基础。802.1ah的报文的封装结构如表1所示：
  B-DA   B-SA   B-Tag   I-Tag   S-Tag   C-DA   C-SA   C-DATA
表1
包括运营商骨干网桥目的媒体接入控制(Medium Access Control，MAC)地址(Provider Backbone Bridge Destination MAC Address，B-DA)、运营商骨干网桥源MAC地址(Provider Backbone Bridge Source MAC Address，B-SA)、运营商骨干网桥标签(Provider Backbone Bridge Tag、B-Tag)、业务实例标签(Service Instance Tag，I-Tag)、业务标签(Service Tag，S-Tag)、用户目的MAC地址(Customer Destination MAC Address，C-DA)、用户源MAC地址(Customer Source MAC Address，C-SA)和用户数据(CustomerData，C-Data)。
由表1可见，从PB传到PBB的包含C-DA、C-SA和C-Data的用户报文被完全封装在PBB的报文当中。运营商骨干网桥MAC地址(ProviderBackbone Bridge MAC Address，B-MAC)(即B-DA和B-SA)是PBB设备的MAC地址；B-Tag按照IEEE 802.1q的标准进行定义。在PBB网络中，报文可以仅仅根据B-MAC及B-Tag按IEEE 802.1q按照标准的以太网转发方式进行转发。
同时由表1可知，在PBN这个分层网络当中，用户的MAC地址(即C-DA或C-SA)与运营商网络设备的MAC地址(即B-DA或B-SA)是隔离的，用户数据的标签(即I-TAG)与运营商的标签(即S-TAG)也是分开的。
在PBN的基础上，可以实现运营商骨干传送(Provider BackboneTransport，PBT)，PBT技术具有以下特点：
1、实现PBT的设备需要支持独立虚拟局域网(Virtual Local AreaNetwork，VLAN)学习(Individual VLAN Learning，IVL)；
2、由于实现PBT的设备支持IVL，因此可以把VLAN按面向连接的VLAN(即PBT的VLAN)和无连接的VLAN(即普通的VLAN)进行划分，也就是可以在PBT相关的设备上指定一部分VLAN作为PBT的VLAN，与其它的普通VLAN分开使用，互不影响；
3、在PBT的VLAN中关闭MAC地址学习和生成树协议；
4、在PBT的VLAN中关闭未知报文的广播以及多播和广播功能。
PBT传送网络如图2所示，其中，发放及管理功能系统(Provisioning andmanagement)与网络中所有运营商边缘网桥(Provider Edge Bridge，PEB)和PB相连，用于配置和链路的维护，比如状态检测，路径保护等控制及管理功能。
由图2可见，PBT传送网络包含了一系列的PEB和PB，这些PEB和PB通常是支持IVL的以太网交换机，它们分别配置了目的设备的MAC地址和PBT虚拟局域网标识(VID)，并将目的设备的MAC地址和PBT VID组成标签，也就是通道的标识；在一系列支持IVL的以太网交换机上转发所述通道的标识，形成了以太网交换通路(Ethernet Switched Path，ESP)。这个通路可以认为是一个连接，即以太网虚拟连接(Ethernet VirtualConnection，EVC)或者隧道。PBT技术使用的MAC地址、VID及转发方式与IEEE 802.1q标准一致。
ESP进行数据转发的方法为：
首先，由发放及管理功能系统配置链路，如通过通用多协议标签交换协议(Multi-Protocol Label Switching，GMPLS)的控制平面来动态配置或静态配置PBT的链路，并对链路的状态进行维护；
然后，发放及管理功能系统在PBT传送路径ESP所经过的网络节点上，如图2中的PEB和PB上采用IVL学习MAC地址，并配置PBT的MAC地址转发表。
这样，从用户网络发到PEB的用户数据，PEB按上述配置的转发表转发给下一跳的网络节点，下一跳的网络节点同样按照上述配置的转发表将用户数据再转发给下一跳的网络节点，直到与目的用户网络相连的PEB。中间节点即PB只对报文进行转发而不进行其它处理。例如，在图2中通过发放及管理功能系统静态配置一条从PEB1到PEB3的ESP，需要在PEB1、中间的PB及PEB3上配置转发表，以PEB3的MAC地址和VLAN44作为该ESP的标签，而报文中携带的PEB1的MAC地址可以标识ESP的源设备。可以看出，ESP是单向的通路。
因为PBT设备使用全球惟一的MAC地址，不能由网络管理者进行统一规划，不能进行汇聚，而且实际到达一个设备的不同ESP数量是由PBT VID的数目所限制，最大只能有4096个。使用目的设备的MAC地址和VID来标识ESP也不能支持点到多点(P2MP)或者多点到多点(MP2MP)的连接、不能支持多播或者广播连接。
为解决上述这些问题，在PBN中设置管理域，并对管理域中的节点设备按预定的汇聚原则统一配置虚拟MAC地址，为管理域中的节点设备引入用于标识该节点设备所属的虚拟MAC地址域的标识信息。在设置了管理域的网络中进行数据转发时，处于管理域边缘的节点设备用虚拟MAC地址封装接收的数据，并根据用虚拟MAC地址配置的数据转发通道，将该数据转发给目的节点设备。
如图3中所示为一个管理域，其中a～f的绿色节点为边缘节点，对用户的数据进行封装，x和y为汇聚节点，对PBT封装的数据进行汇聚转发。图3中各节点的虚拟MAC地址可以按表2指定，其中MAC地址的掩码采用反掩码方式表示，即用低位为0的比特数表示掩码，如表2中的/16表示掩码FFFF-FFFF-0000。根据掩码的位数不同，可以将网络划分为不同的汇聚层次，进行多级的汇聚。因此，每一个汇聚节点实际上都对应一个虚拟MAC地址域。
  边缘节点   虚拟MAC地址
  a   00E0-1000-1000/16
  b   00E0-1000-2000/16
  c   00E0-1000-3000/16
  d   00E0-2000-1000/16
  e   00E0-2000-2000/16
  f   00E0-2000-3000/16
  x   00E0-1000-0000/32
  y   00E0-2000-0000/32
表2
从节点a到节点d的ESP 1可以用DA：00E0-2000-1000/16或者DA：00E0-2000-1000/16+VID 100表示。从节点b到节点e的ESP 2可以用DA：00E0-2000-2000/16或者DA：00E0-2000-2000/16+VID 100表示。在节点x的转发表项可以是如表3的形式表示，也可以汇聚成如表4的形式表示。
  目的虚拟MAC地址   VID   出端口(为描述方便，此处用出端口所连的节点表示)
  00E0-2000-2001/0   100   y
  00E0-2000-2002/0   100   y
表3
  目的虚拟MAC地址   VID   出端口(为描述方便，此处用出端口所连的节点表示)
  00E0-2000-XXXX/16   100   y
表4
使用虚拟MAC地址域的广播地址可以实现广播，以及点到多点的连接。比如在图3的网络中，从节点c发起ESP，使用00E0-2000-FFFF/16做为目的MAC来标识ESP，则节点y会将这样的报文同时转发到节点d、e、f。
管理域技术引入了虚拟的、层次化的虚拟MAC地址，引入了MAC地址的掩码和MAC地址域，解决了PBT技术的不能进行统一规划，不能进行汇聚等问题，但是仍存在如下缺点：
不能实现ESP跨管理域的转发，同一管理域的不同虚拟MAC地址方案之间也不能进行互通；
转发表项的汇聚能力非常有限，如果从一个源节点到大量不同的目的节点都有ESP，仍有可能存在大量的表项。一个管理域内只能配置一个大的虚拟MAC地址域，当管理域很大时，管理效率低下，虚拟MAC地址也会出现浪费。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于，提出一种虚拟MAC网关，可以实现ESP跨管理域的转发，同一管理域的不同虚拟MAC地址方案之间可以进行互通。所述虚拟MAC网关包括：
虚拟MAC地址域配置单元，用于配置该虚拟MAC地址网关的虚拟MAC地址，或者该虚拟MAC地址网关所属于的虚拟MAC子网的虚拟MAC地址域；
转发控制单元，用于接收来自接口单元的第一虚拟MAC子网的报文，根据所述报文中的目的地址，查找转发表项配置单元中的转发表项得到对应的物理端口，并将报文发送到接口单元，送往第二虚拟MAC子网；
接口单元，用于接收来自与自身连接的虚拟MAC子网内节点的报文，并将所述报文发送至转发控制单元；或者接收来自转发控制单元的报文，并将所述报文发送至对应的物理端口；
转发表项配置单元，用于存储转发表项供转发控制单元所调用。
所述虚拟MAC地址域配置单元进一步用于通过接口单元将所配置的虚拟MAC地址或虚拟MAC地址域发送到与该虚拟MAC网关相连接的节点。
所述转发表项配置单元进一步用于接收来自与本虚拟MAC网关相连接的节点的虚拟地址或虚拟MAC地址域，根据所收到的虚拟MAC地址或虚拟MAC地址域生成转发表项。
所述转发表项配置单元进一步用于接收来自发放及管理功能系统的转发表项。
本发明的另一目的在于，提出一种虚拟MAC子网的实现方法，可以实现ESP跨管理域的转发，同一管理域的不同虚拟MAC地址方案之间可以进行互通。该方法包括如下步骤：
A、在以太网交换通路ESP上的各个虚拟MAC子网节点和虚拟MAC网关上，配置虚拟MAC地址转发表；
B、第一虚拟MAC子网的节点根据报文的目的地址，查找本地配置的虚拟MAC地址转发表，根据查找的结果将报文转发到虚拟MAC网关；
C、虚拟MAC网关根据报文的目的地址，查找本地配置的虚拟MAC地址转发表得到所述目的地址所属的虚拟MAC地址域，将所述报文转发到所述虚拟MAC地址域对应的第二虚拟MAC子网的节点。
所述报文的目的地址为目的虚拟MAC地址，或者目的虚拟MAC地址与虚拟局域网标识VID。
所述第一虚拟MAC子网的节点为第一虚拟MAC子网的汇聚节点或非汇聚节点。
所述步骤B之前进一步包括：报文由第一虚拟MAC子网的非汇聚节点或低一层汇聚节点转发到所述第一虚拟MAC子网的汇聚节点。
步骤A所述配置虚拟MAC地址转发表为：
发放及管理功能系统将虚拟MAC地址转发表发送至所述各个虚拟MAC子网节点和虚拟MAC网关，所述各个虚拟MAC子网节点和虚拟MAC网关保存所收到的虚拟MAC地址转发表；
或者所述各个虚拟MAC子网节点和虚拟MAC网关动态生成虚拟MAC地址转发表。
所述步骤B之前进一步包括：第一虚拟MAC子网的非汇聚节点将报文封装上目的虚拟MAC地址。
步骤C所述第二虚拟MAC子网的节点为第二虚拟MAC子网的汇聚节点或非汇聚节点。
所述虚拟MAC网关为第一虚拟MAC网关，步骤C所述将所述报文转发到所述虚拟MAC地址域对应的第二虚拟MAC子网的节点包括：
第一虚拟MAC网关将报文转发到第二虚拟MAC网关，第二虚拟MAC网关将报文转发到第二虚拟MAC子网的节点。
所述第一虚拟MAC网关将报文转发到第二虚拟MAC网关包括：第一虚拟MAC网关转发的报文经过至少一个中间虚拟MAC网关的转发，最后转发到第二虚拟MAC网关。
所述虚拟MAC地址域为用正掩码或反掩码表示的虚拟MAC地址。
若所述查找本地配置的转发表未找到与报文的目的虚拟MAC地址对应的虚拟MAC地址或虚拟MAC地址域，则进一步包括：丢弃所述报文并结束本流程。
步骤C所述将所述报文转发到所述虚拟MAC地址域对应的第二虚拟MAC子网的节点为：将所述报文转发到第二虚拟MAC子网内每一个与所述虚拟MAC网关直接相连的节点。
虚拟MAC网关上配置与自身直接相连的各个节点上的虚拟MAC地址转发表，则步骤C所述将所述报文转发到所述虚拟MAC地址域对应的第二虚拟MAC子网的节点包括：
查找虚拟MAC网关上所配置的与所述虚拟MAC网关直接相连的第二虚拟MAC子网的节点的虚拟MAC地址转发表，找到与报文目的地址匹配的表项的虚拟MAC地址转发表项所对应的节点，并将所述报文转发到所找到的节点。
本发明的目的还在于，提出一种虚拟MAC子网的系统，可以实现ESP跨管理域的转发，同一管理域的不同虚拟MAC地址方案之间可以进行互通。该系统包括：
一个以上的虚拟MAC子网，每个虚拟MAC子网由一个或一个以上具有虚拟MAC地址的节点组成；每个节点可根据报文的目的虚拟MAC地址以及已配置的地址转发表将报文转发到与自身属于同一个虚拟MAC子网的节点或者虚拟MAC网关；
至少一个虚拟MAC网关，用于根据报文的目的虚拟MAC地址以及地址转发表将报文在不同虚拟MAC子网之间转发；
发放及管理功能系统，用于静态或动态配置ESP，在ESP经过的虚拟MAC子网节点或虚拟MAC网关节点上配置地址转发表。
所述虚拟MAC子网的节点为虚拟MAC子网的非汇聚节点或虚拟MAC子网的汇聚节点。
所述虚拟MAC网关上配置至少一个虚拟MAC子网对应的虚拟MAC地址域。
从以上技术方案可以看出，采用虚拟MAC网关在不同虚拟MAC子网之间进行报文的转发，可以方便地实现ESP跨管理域的转发，并且实现同一管理域的不同虚拟MAC地址方案之间进行互通。而且，虚拟MAC子网内可以通过多层的汇聚节点对虚拟MAC子网的节点进行多层汇聚，实现管理域的精细划分与管理，节约虚拟MAC地址资源。
附图说明
图1为现有技术PBN网络结构示意图；
图2为PBT传送网络示意图；
图3为现有技术的分层虚拟MAC地址方案示意图；
图4为本发明的虚拟MAC空间示意图；
图5为本发明的虚拟MAC子网示意图；
图6为本发明的两个虚拟MAC子网之间传送报文的示意图；
图7为本发明实施例一的流程图；
图8为本发明实施例二的多个节点连接同一个虚拟MAC网关的虚拟MAC子网示意图；
图9为第一种三个虚拟MAC子网的扩展拓扑图；
图10为第二种三个虚拟MAC子网的扩展拓扑图；
图11和图12为第三种三个虚拟MAC子网的扩展拓扑图；
图13为本发明虚拟MAC网关的装置图；
图14为本发明系统结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细阐述。
本发明在现有的虚拟MAC地址下，引入虚拟MAC空间的概念。图4为虚拟MAC空间的示意图。虚拟MAC空间指在网络中使用虚拟MAC地址的部分，即在网络中对部分节点配置虚拟MAC地址，并使用这些虚拟MAC地址进行数据转发。虚拟MAC空间可以划分为一个或多个管理域，每个管理域可以独立的进行虚拟MAC地址的划分，在管理域内也可以同时支持多个不同的虚拟MAC地址方案。当然，这些管理域进行虚拟MAC地址划分的时候也可以相互协调，以获得更佳的整体分配方案。虚拟MAC空间中的物理节点可以同时支持虚拟MAC地址及其本来的物理MAC地址，也可以同时支持虚拟MAC地址的转发及非虚拟MAC地址(即物理MAC地址)的转发，但是虚拟MAC空间只包含这些物理结点的与虚拟MAC地址相关的部分。如图4中的虚拟MAC空间划分成两个管理域，管理域一配置了两个不同的虚拟MAC地址方案，而管理域二只配置了一个虚拟MAC地址方案。
下面在虚拟MAC空间的框架下进一步说明虚拟MAC子网和虚拟MAC网关的概念。
如图5所示，子网1和子网2为两个虚拟MAC子网。节点A为虚拟MAC子网1的汇聚节点或非汇聚节点，节点B为虚拟MAC子网2的汇聚节点或非汇聚节点，节点C为虚拟MAC子网1及虚拟MAC子网2的虚拟MAC网关。
虚拟MAC子网具有如下特征：
1、虚拟MAC子网存在于虚拟MAC空间中。
2、虚拟MAC子网内的所有虚拟MAC地址都属于同一个虚拟MAC地址域，所述虚拟MAC地址域即为虚拟MAC子网的网关节点上表示这个虚拟MAC子网的虚拟MAC地址。虚拟MAC地址域用掩码的形式表示，本文均以反掩码为例进行说明，实际应用中也可采用正掩码的形式。例如，00E0-10XX-XXXX/24为一个虚拟MAC地址域，而00E0-1011-1234/24为属于该虚拟MAC地址域的一个虚拟MAC地址。
3、虚拟MAC子网内的节点可以依虚拟MAC地址的掩码长度不同，划分成不同层次的虚拟MAC地址(域)。
4、一个虚拟MAC子网可以有一个或多个网关节点。
5、一个管理域的不同虚拟MAC地址方案可以分别划分为虚拟MAC子网。
6、一个管理域的同一个虚拟MAC地址方案中可以包含一个或多个虚拟MAC子网。
非汇聚节点与虚拟MAC子网系统外的网络设备相连接，又被称为边缘节点，用于与虚拟MAC子网系统外的设备进行报文的转发，包括：接收来自系统外设备的报文，对该报文封装上目的虚拟MAC地址，并根据本地配置的转发表项向系统内其他节点转发该报文；接收来自系统内其他节点的报文，解封装该报文去除虚拟MAC地址，并将解封装后的报文发送到系统外设备。而汇聚节点直接对数据进行转发，当汇聚节点处于边缘，需要对网络的虚拟MAC地址进行好的规划，这样不同的管理域之间可以直接通过汇聚节点进行汇聚。封装有两大类，一是将原来的报文外面加上虚拟MAC封装，包括源、目的MAC地址，可能还包括VID等，二是将原来报文中的源目的MAC替换。解封装则是封装的逆过程。封装和解封装都是现有技术的内容。
虚拟MAC网关可以看作改进的汇聚节点，存在于两个或多个虚拟MAC子网之间，用于对虚拟MAC子网间的数据进行转发。在虚拟MAC网关上为每个与之相连的虚拟MAC子网配置一个虚拟MAC地址，该虚拟MAC地址用于表示该虚拟MAC子网的虚拟MAC地址域。虚拟MAC网关收到报文后，根据报文的目的虚拟MAC地址查找其所属的虚拟MAC地址域，并将报文转发到相应的虚拟MAC子网。对于未知目的域的报文，即在转发表中查不到报文的目的MAC所属的虚拟MAC地址域的报文，将其丢弃。
ESP可能是用目的虚拟MAC地址表示，也可能用目的虚拟MAC地址+VID表示，因此所述非汇聚节点、汇聚节点或虚拟MAC网关对报文的转发可以是根据目的虚拟MAC地址进行转发，也可以是根据目的虚拟MAC地址+VID进行转发，以下均以根据虚拟MAC地址进行转发进行说明。
下面通过具体实施例对本发明方案进行进一步详细说明。
实施例一：基本的报文转发方案。
如图6所示，有两个虚拟MAC子网，虚拟MAC子网1的虚拟MAC地址域为00E0-10XX-XXXX/24，虚拟MAC子网2的虚拟MAC地址域为00E0-20XX-XXXX/24，节点A、B为边缘节点，节点D、E为汇聚节点，节点C为虚拟MAC子网1和虚拟MAC子网2之间的虚拟MAC网关。节点C上在虚拟MAC子网1侧、虚拟MAC子网2侧分别配置虚拟MAC子网1、虚拟MAC子网2的虚拟MAC地址域。网关节点C上还需要配置表5所示的虚拟地址转发表：
虚拟MAC地址  出端口(为描述方便，此处用出端口所连的节点表示)
  00E0-10XX-XXXX/24   D
  00E0-20XX-XXXX/24   E
表5
对于从节点A到节点B的一条ESP A to B，相关的各边缘节点及汇聚节点需要分别配置表6所示转发表项：
  节点   虚拟MAC地址  出端口(为描述方便，此处用出端口所连的节点表示)
  A   00E0-20XX-XXXX/24   D
  D   00E0-20XX-XXXX/24   C
  E   00E0-2000-0001/0   B
表6
其中，虚拟MAC地址一项中为下一跳节点的虚拟MAC地址。报文经图6所示的ESP的转发过程如图7所示，包括如下步骤：
步骤701：从源节点A到目的节点B的ESP的各个相关节点上，配置虚拟MAC地址转发表；这些节点包括源节点A、虚拟MAC子网1的汇聚节点D、虚拟MAC子网1和虚拟MAC子网2的虚拟MAC网关节点C、虚拟MAC子网2的汇聚节点E。节点C的转发表如表5所示，其他节点的转发表如表6所示。
配置虚拟MAC地址转发表的具体方式可以是由发放及管理功能系统将虚拟MAC地址转发表发送到上述各个节点；或者上述各个节点向直接相邻的节点发送自身保存的虚拟MAC地址(域)，各个节点根据所收到的虚拟MAC地址(域)生成虚拟MAC地址转发表。
步骤702：报文在节点A经过封装，添加上目的节点即节点B的虚拟MAC地址；报文的封装过程属于现有技术；
步骤703：根据节点A处设置的转发表项，封装后的报文被转发到节点D。具体过程如下：节点A为虚拟MAC子网1的边缘节点，目的节点B为虚拟MAC子网2的边缘节点，这两个节点属于不同的虚拟MAC子网，因此根据表6的转发表项，报文首先转发到虚拟MAC子网1的汇聚节点D。
步骤704：根据节点D处设置的转发表项、封装后的报文被转发到虚拟MAC网关节点C。这一步是从汇聚节点向网关节点的转发。
步骤705：根据虚拟网关节点C处设置的转发表项，封装后的报文被转发到节点E。具体过程如下：虚拟网关节点C根据报文的目的节点地址，查找该目的节点属于虚拟MAC子网2，因此根据表5，将封装后的报文转发到虚拟MAC子网2的汇聚节点E。
步骤706：根据节点E处设置的转发表项，封装后的报文被转发到节点B。这一步属于现有技术的内容。
从以上流程可以看出，报文从第一虚拟MAC子网的边缘节点发送到第二虚拟MAC子网的边缘节点大致要经历第一虚拟MAC子网边缘节点、第一虚拟MAC子网汇聚节点、第一虚拟MAC子网和第二虚拟MAC子网的虚拟MAC网关、第二虚拟MAC子网汇聚节点，最后到目的第二虚拟MAC子网的边缘节点。
实施例二：多个节点连接到同一网关时的报文转发方案。
在一个虚拟MAC子网中，可能有多个节点连接到同一网关的情况。如图8所示，节点A、B、E为非汇聚节点，节点D、F、G、H为汇聚节点，节点C为两个虚拟MAC子网的网关。每个虚拟MAC子网中都有多个节点连接到网关节点C。当数据从第一虚拟MAC子网发向网关的时候，虚拟MAC子网内节点的转发表项配置与上面所述基本实施例中相同。当数据从网关向第二虚拟MAC子网内转发的时候有两种方式：
方式1：网关将数据向目的虚拟MAC子网内与其直接相连的所有节点转发。在这种情况下，网关节点对于一个虚拟MAC子网可以只配置一个转发表项，这样可以节约网关的表项，并可以简化查表。相应的，虚拟MAC子网内的节点需要对网关发过来的数据进行判断，如果报文的目的虚拟MAC地址不属于自己的虚拟MAC地址域，或者不能在转发表中找到对应的子节点或兄弟节点，则需要将报文丢弃，否则按转发表对报文进行转发。所述子节点指该节点的虚拟MAC地址域内的节点，相对的，该节点是子节点的父节点；兄弟节点指与该节点掩码相同，且父节点相同的节点。子节点、兄弟节点及父结点是现有技术的内容。
方式二：虚拟MAC网关节点根据转发表，从与虚拟MAC网关节点直接相连的节点中，查找出发往报文的目的节点所需要经过的下一个节点，并将报文转发到这个节点。根据数据和表项的配置，所述下一个节点可能不止一个。在这种转发方式下，网关节点应该设置与之直接相连的每一个节点相对应的虚拟MAC地址(域)的转发表项，这些转发表项对应的虚拟MAC地址(域)包含在虚拟MAC子网的虚拟MAC地址域当中，且不相交。虚拟MAC网关节点在向目的虚拟MAC子网发送数据的时候，需要根据所设置的转发表项找到对应的下一个节点，并将报文转发到该节点。如果数据的目的MAC地址可以匹配到多个表项(比如现有技术中的广播虚拟MAC地址)，则网关将数据转发到所有可以匹配的表项中所包含的下一个节点。
例如，图8所示的虚拟MAC子网1的虚拟MAC地址域为00E0-10XX-XXXX/24，虚拟MAC子网2的虚拟MAC地址域为00E0-20XX-XXXX/24，节点A、E、B为非汇聚节点，节点D、F、G、H为汇聚节点。各节点的虚拟MAC地址配置如表7：
  节点   虚拟MAC地址
  A   00E0-1010-0001/0
  B   00E0-2000-2001/0
  D   00E0-1010-1000/16
  E   00E0-1000-2001/16
  F   00E0-2000-1000/16
  G   00E0-2000-2000/16
  H   00E0-2000-3000/16
表7
若采用转发方式1，则虚拟MAC网关节点C设置表8所示转发表项：
  虚拟MAC地址 出端口(为描述方便，此处用出端口所连的节点表示)
  00E0-10XX-XXXX/24   D、E
  00E0-20XX-XXXX/24   F、G、H
表8
当报文从源节点A通过ESP发送到目的节点B时，从节点A至虚拟MAC网关节点C的转发过程与实施例一相同；报文经过虚拟MAC网关节点C向下一个节点转发时，在表8中可以查到节点B所对应的表项包含出端口F、G、H，所以节点C将报文转发到F、G、H三个节点。这三个节点收到报文后，分别判断报文的目的虚拟MAC地址是否属于自己的虚拟MAC地址域，节点F、H因为报文的目的MAC不属于自己的虚拟MAC地址域，会将报文丢弃，而节点G会将报文转发到目的节点B。
若采用转发方式2，则虚拟MAC网关节点C设置表9所示转发表项：
虚拟MAC地址  出端口(为描述方便，此处用出端口所连的节点表示)
  00E0-1010-XXXX/24   D
  00E0-1000-XXXX/24   E
  00E0-2000-1XXX/12   F
  00E0-2000-2XXX/12   G
  00E0-2000-3XXX/12   H
表9
当报文从源节点A通过ESP发送到目的节点B时，从节点A至虚拟MAC网关节点C的转发过程与实施例一相同；报文经过虚拟MAC网关节点C向下一个节点转发时，在表9中可以查到目的节点B的虚拟MAC地址所属的虚拟MAC地址域为00E0-2000-2XXX/12，对应的出端口为G，所以网关将数据转发到节点G，节点G再将数据转发到节点B。
当报文的目的MAC地址是广播虚拟MAC地址时，比如为00E0-2000-FFFF/24，则网关C从表9中可以查找到有三条表项对应这个广播虚拟MAC，即报文会被转发到F、G、H三个节点，这三个节点会将所收到的报文分别转发到其各自虚拟MAC地址域内的每一个节点。
根据虚拟MAC地址域的划分或其它原因，上述虚拟MAC子网之间的关系可能出现如下扩展变型。下面以三个虚拟MAC子网为例说明虚拟MAC子网拓扑扩展、相应的虚拟MAC网关的配置以及报文转发情况，实际应用中可以推广到三个以上的虚拟MAC子网情况。
如图9所示为第一种三个虚拟MAC子网的扩展拓扑情况，三个虚拟MAC子网两两之间分别存在网关节点D、E、F，每个网关节点都配置了其所属的两个虚拟MAC子网的虚拟MAC地址域。节点A和节点C为非汇聚节点，节点B、G、H和节点I为汇聚节点。虚拟MAC子网内节点的虚拟MAC地址域间转发表可以通过管理平面进行静态或动态的配置，通常从一个虚拟MAC子网内的节点转发到另一个虚拟MAC子网节点可以选择最短路径。若最短路径故障、拥塞或由于其它原因，也可以选择备份路径。比如，从虚拟MAC子网1的节点A到虚拟MAC子网3的节点C的ESP，最短路径可以是A-F-C。当A-F-C路径出现故障时，可以通过虚拟MAC子网2再转到虚拟MAC子网3，即使用不同的网关节点，这时路径可以是A-D-G-H-E-C。
如图10所示为第二种三个虚拟MAC子网的扩展拓扑情况，有三个虚拟MAC网关节点D、E和节点F，各自分别与另两个虚拟MAC网关节点相连，每个网关节点只配置自己所在的虚拟MAC子网的虚拟MAC地域，而在每个网关节点上都需要配置到三个虚拟MAC子网的转发表项。节点A、C为非汇聚节点，节点B、G为汇聚节点。在这种拓扑结构下，虚拟MAC网关节点之间的路径也存在备份功能。如从虚拟MAC子网1到虚拟MAC子网3的转发可以选择路径D-F，也可以选择路径D-E-F。
如图11或图12所示为第三种三个虚拟MAC子网的扩展拓扑情况，三个虚拟MAC子网共用同一个虚拟MAC网关节点G，节点A和节点C为非汇聚节点，节点B、D、E、F和节点H为汇聚节点。网关节点G需要配置到三个虚拟MAC子网的虚拟MAC地址域的转发表项。在图11中，网关节点G可以不配置与之相连的虚拟MAC子网的虚拟MAC地址域，仅配置到这三个虚拟MAC子网的转发表项，这种情况下网关节点G属于虚拟MAC子网之外的结点；在图12中，网关节点G可以既配置与之相连的虚拟MAC子网的虚拟MAC地址域也配置到这三个虚拟MAC子网的转发表项，这种情况下，网关节点G同时属于三个虚拟MAC子网。
从以上虚拟MAC子网拓扑结构可以看出，在虚拟MAC网关节点上，配置虚拟MAC地址域可分为如下情况：
a1、配置与之相连的一个虚拟MAC子网的虚拟MAC地址域；
b1、配置与之相连的二个虚拟MAC子网的虚拟MAC地址域；
c1、配置与之相连的两个以上虚拟MAC子网的虚拟MAC地址域；
d1、不配置任何虚拟MAC地址域。
配置转发表项可分为如下情况：
a2、配置到两个虚拟MAC子网的转发表项；
b2、配置到两个以上虚拟MAC子网的转发表项。
对于一个虚拟MAC子网的转发表项，还包括如下情况：
c1、虚拟MAC子网中有一个节点与虚拟MAC网关连接；
c2、虚拟MAC子网中有一个以上节点与虚拟MAC网关连接。
实际的虚拟MAC网关节点的配置属于上述4×2×2＝16种情况中的一种。
为实现上述发明方案，所述虚拟MAC网关节点的内部结构如图13所示，包括如下部分：
转发控制单元1301，用于接收来自接口单元1302的报文，根据所述报文中的目的虚拟MAC地址，查找转发表项配置单元1305申的转发表项得到对应的物理端口，并将所述报文发送到接口单元1302；
接口单元1302，用于通过物理端口1303接收来自虚拟MAC子网内节点的报文，并将所述报文发送至转发控制单元1301；或者接收来自转发控制单元1301的报文，并将所述报文发送至物理端口单元1303中对应的物理端口；
物理端口单元1303，包括一个以上的物理端口，每个物理端口分别与虚拟MAC子网内的节点相连，用于收发报文；这些节点可以属于相同或不同的虚拟MAC子网；
虚拟MAC地址域配置单元1304，用于配置该虚拟MAC地址网关的虚拟MAC地址，或者该虚拟MAC地址网关所属于的虚拟MAC子网的虚拟MAC地址域，并将所述虚拟MAC地址(域)通过接口单元发送到与该虚拟MAC网关相连接的各个相邻节点，用于生成各个相邻节点的转发表项；
转发表项配置单元1305，用于接收来自各个相邻节点的虚拟MAC地址(域)，根据所收到的虚拟MAC地址(域)生成转发表项，并存储所生成的转发表项供转发控制单元1301所调用。转发表项也可能由管理和发放系统动态或静态配置，因此该单元的功能可以仅包括存储转发表项。
为了使用于完成上述虚拟MAC子网及网关的地址规划、配置、转发功能的系统的结构更加清楚，下面用两个虚拟MAC子网组成的简单系统为例进行说明。如图14所示，该系统包括发放及管理功能系统、虚拟MAC子网1和虚拟MAC子网2。每个虚拟MAC子网包括至少一个非汇聚节点或至少一个汇聚节点。根据实际需要，虚拟MAC子网内可以有多层次的汇聚。
其中汇聚节点用于接收本虚拟MAC子网内非汇聚节点、低一层汇聚节点或者虚拟MAC网关发送来的报文，根据报文的虚拟MAC地址，查找本地设置的转发表项，将其发送到转发表项中对应的节点。所述节点可能是本虚拟MAC子网内的非汇聚节点、汇聚节点或虚拟MAC网关；若转发表项中没有对应的节点则丢弃该报文。
发放及管理功能系统用于动态配置ESP，在ESP经过的虚拟MAC子网节点或虚拟MAC网关节点上通过静态方式或者动态方式配置地址转发表项。其中动态配置ESP属于现有技术的内容。
虚拟MAC网关用于根据报文的目的虚拟MAC地址通过地址转发表将报文在不同虚拟MAC子网之间转发。
实际应用中，虚拟MAC子网和虚拟MAC网关的拓扑结构可以是前面所列举的任何一种，或者在此基础上的进一步扩展。对于不同的拓扑结构，实现本发明的基本方法及原理是相同的。
通过应用本发明方案，可以实现如下有益效果：
解决ESP跨管理域的转发问题；
在同一管理域的不同虚拟MAC地址方案之间可以使用一条ESP进行互通；
在一些关键节点上对表项进行高层次汇聚，大大简化了转发表项；
可以根据需要对管理域进行精细的划分，提高管理效率，节约虚拟MAC地址资源。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1、一种虚拟媒体接入控制MAC网关，其特征在于，包括：
虚拟MAC地址域配置单元，用于配置该虚拟MAC地址网关的虚拟MAC地址，或者该虚拟MAC地址网关所属于的虚拟MAC子网的虚拟MAC地址域；
转发控制单元，用于接收来自接口单元的第一虚拟MAC子网的报文，根据所述报文中的目的地址，查找转发表项配置单元中的转发表项得到对应的物理端口，并将报文发送到接口单元，送往第二虚拟MAC子网；
接口单元，用于接收来自与自身连接的虚拟MAC子网内节点的报文，并将所述报文发送至转发控制单元；或者接收来自转发控制单元的报文，并将所述报文发送至对应的物理端口；
转发表项配置单元，用于存储转发表项供转发控制单元所调用。
2、根据权利要求1所述的虚拟MAC网关，其特征在于，所述虚拟MAC地址域配置单元进一步用于通过接口单元将所配置的虚拟MAC地址或虚拟MAC地址域发送到与该虚拟MAC网关相连接的节点。
3、根据权利要求1所述的虚拟MAC网关，其特征在于，所述转发表项配置单元进一步用于接收来自与本虚拟MAC网关相连接的节点的虚拟地址或虚拟MAC地址域，根据所收到的虚拟MAC地址或虚拟MAC地址域生成转发表项。
4、根据权利要求1所述的虚拟MAC网关，其特征在于，所述转发表项配置单元进一步用于接收来自发放及管理功能系统的转发表项。
5、一种虚拟MAC子网的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、在以太网交换通路ESP上的各个虚拟MAC子网节点和虚拟MAC网关上，配置虚拟MAC地址转发表；
B、第一虚拟MAC子网的节点根据报文的目的地址，查找本地配置的虚拟MAC地址转发表，根据查找的结果将报文转发到虚拟MAC网关；
C、虚拟MAC网关根据报文的目的地址，查找本地配置的虚拟MAC地址转发表得到所述目的地址所属的虚拟MAC地址域，将所述报文转发到所述虚拟MAC地址域对应的第二虚拟MAC子网的节点。
6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述报文的目的地址为目的虚拟MAC地址，或者目的虚拟MAC地址与虚拟局域网标识VID。
7、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一虚拟MAC子网的节点为第一虚拟MAC子网的汇聚节点或非汇聚节点。
8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤B之前进一步包括：报文由第一虚拟MAC子网的非汇聚节点或低一层汇聚节点转发到所述第一虚拟MAC子网的汇聚节点。
9、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤A所述配置虚拟MAC地址转发表为：
发放及管理功能系统将虚拟MAC地址转发表发送至所述各个虚拟MAC子网节点和虚拟MAC网关，所述各个虚拟MAC子网节点和虚拟MAC网关保存所收到的虚拟MAC地址转发表；
或者所述各个虚拟MAC子网节点和虚拟MAC网关动态生成虚拟MAC地址转发表。
10、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤B之前进一步包括：第一虚拟MAC子网的非汇聚节点将报文封装上目的虚拟MAC地址。
11、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤C所述第二虚拟MAC子网的节点为第二虚拟MAC子网的汇聚节点或非汇聚节点。
12、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述虚拟MAC网关为第一虚拟MAC网关，步骤C所述将所述报文转发到所述虚拟MAC地址域对应的第二虚拟MAC子网的节点包括：
第一虚拟MAC网关将报文转发到第二虚拟MAC网关，第二虚拟MAC网关将报文转发到第二虚拟MAC子网的节点。
13、根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一虚拟MAC网关将报文转发到第二虚拟MAC网关包括：第一虚拟MAC网关转发的报文经过至少一个中间虚拟MAC网关的转发，最后转发到第二虚拟MAC网关。
14、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述虚拟MAC地址域为用正掩码或反掩码表示的虚拟MAC地址。
15、根据权利要求5至14任一项所述的方法，其特征在于，若所述查找本地配置的转发表未找到与报文的目的虚拟MAC地址对应的虚拟MAC地址或虚拟MAC地址域，则进一步包括：丢弃所述报文并结束本流程。
16、根据权利要求5至11任一项所述的方法，其特征在于，步骤C所述将所述报文转发到所述虚拟MAC地址域对应的第二虚拟MAC子网的节点为：将所述报文转发到第二虚拟MAC子网内每一个与所述虚拟MAC网关直接相连的节点。
17、根据权利要求5至11任一项所述的方法，其特征在于，虚拟MAC网关上配置与自身直接相连的各个节点上的虚拟MAC地址转发表，则步骤C所述将所述报文转发到所述虚拟MAC地址域对应的第二虚拟MAC子网的节点包括：
查找虚拟MAC网关上所配置的与所述虚拟MAC网关直接相连的第二虚拟MAC子网的节点的虚拟MAC地址转发表，找到与报文目的地址匹配的表项的虚拟MAC地址转发表项所对应的节点，并将所述报文转发到所找到的节点。
18、一种虚拟MAC子网的系统，其特征在于，包括：
一个以上的虚拟MAC子网，每个虚拟MAC子网由一个或一个以上具有虚拟MAC地址的节点组成；每个节点可根据报文的目的虚拟MAC地址以及已配置的地址转发表将报文转发到与自身属于同一个虚拟MAC子网的节点或者虚拟MAC网关；
至少一个虚拟MAC网关，用于根据报文的目的虚拟MAC地址以及地址转发表将报文在不同虚拟MAC子网之间转发；
发放及管理功能系统，用于静态或动态配置ESP，在ESP经过的虚拟MAC子网节点或虚拟MAC网关上配置地址转发表。
19、根据权利要求18所述的虚拟MAC子网的系统，其特征在于，所述虚拟MAC子网的节点为虚拟MAC子网的非汇聚节点或虚拟MAC子网的汇聚节点。
20、根据权利要求19所述的虚拟MAC子网的系统，其特征在于，所述虚拟MAC网关上配置至少一个虚拟MAC子网对应的虚拟MAC地址域。
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