CN101145981B

CN101145981B - 包含多环的以太环网的环路检测和切换方法

Info

Publication number: CN101145981B
Application number: CN2006101541433A
Authority: CN
Inventors: 王治春; 范力涵; 陈晓
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2006-09-13
Filing date: 2006-09-13
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2026-09-13
Also published as: CN101145981A

Abstract

本发明公开一种包含多环的以太环网的环路检测和切换方法，涉及数据通信领域，为解决现有包含多环的以太环网中不能实现多环数据帧的检测和链路出现故障时不能快速切换链路的问题而发明。本发明在包含至少两个环路的以太环网中，将以太环网中的设备的至少三个端口设置为环端口，将该以太环网划分为存在包含或被包含关系的至少两个检测环路；当其中一检测环路中的链路出现故障时，该链路中出现故障的相邻设备只通知该链路所属的至少两个检测环路中不包含子检测环的那个检测环路的主设备，所述不包含子检测环的检测环路从主设备开始按单环网络中的切换方式发起切换操作。本发明为包含多环的复杂的以太环网提供了通用的环路检测和快速切换的方法。

Description

包含多环的以太环网的环路检测和切换方法

技术领域

本发明涉及数据通信领域的以太环网应用中对多环网络的处理，尤其涉及包含多环以太环网的环路检测和切换方法。

背景技术

目前在只包含一个环的以太环网中，可以指定其中一台设备作为主设备，其他设备作从设备，每台设备都有两个端口属于该环。当环路正常时，主设备将其从端口阻塞，避免用户报文在环上循环传输而产生风暴。这种阻塞仅针对用户，而不阻止协议控制报文的收发。主设备检测环路是否正常的方法是：定期从自己的主端口发送控制报文，如果该报文在一定时间内能回到自己的从端口，则认为环路正常，否则认为环路上出现故障。如果是环路上某条链路断开，相邻的设备发现后，也可立即发送报文通知主设备，主设备也可由此获知环路有故障。当主设备发现环路出现故障后，将其从端口打开，清空自己主从端口的MAC地址表，发消息通知环上所有从设备；从设备收到该消息后，清空位于环上的两端口(主端口和从端口)的MAC地址表。主从设备清空自己两端口的MAC地址表后，按普通的学习方式重新学习MAC地址。在环路不通的情况下，主设备仍然继续定期发送检测报文，如果发现检测报文能收到，则认为环路变得完整，于是又阻塞自己的从端口，清空主从端口MAC地址表，发消息通知环上所有从设备；从设备收到该消息后，清空位于环上的两端口(主端口和从端口)的MAC地址表。

上述检测和处理方法适用于仅含单个环路的网络。对于包含多个环路的情况，现有技术也提出了一些故障检测处理方法，但是，这些方法只适用某些特定的环路结构，如多环相切于一条公共链路；不具备通用性。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明的目的在于提供一种包含多环的以太环网的环路检测和切换方法，该方法解决了对于包含多环的以太环网，划分出了多个可能存在包含与被包含关系的检测环，在每个检测环上能够按类似于单环网络的方式进行环路故障检测并在出现故障时能够快速切换的问题。

为达到上述目的，本发明包含多环的以太环网的环路检测和切换方法，包括：

(1)在包含至少两个环路的以太环网中，通过将以太环网中的设备的至少三个端口设置为环端口，将该以太环网划分为存在包含或被包含关系的至少两个检测环路；

(2)当其中一检测环路中的链路出现故障时，该链路的相邻设备只通知该链路所属的至少两个检测环路中不包含子检测环的那个检测环路的主设备，所述不包含子检测环的检测环路迅速地从主设备开始按单环网络中的切换方式发起切换操作。

进一步地，所述(1)中，包含其它检测环路的检测环路为母检测环路，被其它检测环路包含的检测环路为子检测环路，其中，母检测环路的主设备必须选择属于该母检测环路且不属于其子检测环路的一设备为其主设备。

进一步地，所述子检测环路的主设备为：该子检测环路中的任意一设备。

进一步地，所述子检测环路的主设备为：属于该子检测环路并且也属于该子检测环路所属的母检测环路的设备中，最接近母检测环路的设备。

进一步地，所述母检测环路与其子检测环路的检测帧通过使用不同的虚拟局域网标识(VLAN ID)来区分。

进一步地，所述被一母检测环路包含的子检测环路为至少两个，且所述至少两个子检测环路互不包含时，所述至少两个子检测环路的检测帧使用相同的虚拟局域网标识(VLAN ID)。

进一步地，所述被一母检测环路包含的子检测环路为至少两个，且至少两个子检测环路也呈包含与被包含关系时，所述至少两个子检测环路中包含其它检测环路的母检测环路与其子检测环路的检测帧使用不同的虚拟局域网标识(VLAN ID)来区分。

进一步地，所述子检测环路的主设备根据检测结果在阻塞其从端口时，不仅要阻塞用户数据帧，并且也要阻塞该子检测环路所属的母检测环路的检测帧。

本发明的方法，为包含多环的复杂的以太环网划分出了多个可能存在包含与被包含关系的检测环，在每个检测环上能够按照类似于单环网络的方式进行环路故障检测，并在环路出现故障时，提供了很好的故障检测和快速切换方法，本发明的方法具备通用性。

附图说明

图1本发明包含多环的以太环网的主环下仅包含一个没有子环的小环的示意图；

图2本发明包含多环的以太环网的主环下包含两个没有子环的小环的示意图；

图3本发明包含多环的以太环网的主环下包含子环，子环又包含子环的示意图。

具体实施方式

本发明的技术方案的主要特征如下：

1、在任何一个包含多环的以太环网中，打破单环网络中每个设备只能有两个端口属于一个环的限制，将该包含多环的以太环网划分出若干检测环来进行故障检测和出现故障时的快速切换。

2、当某条链路出现故障时，相邻设备只通知该链路所属的多个检测环中最小(即不包含子环)的那个检测环的主设备，这个最小的检测环路迅速的主设备开始按单环网络中的切换方式发起切换动作(如改变本设备的端口状态，刷新地址表，通知本检测环路中的其他设备等)，其他检测环路则不用发起切换动作，使整个网络迅速恢复连通。

当某个检测环的主设备根据检测结果阻塞其从端口时，不仅用户的数据帧要阻塞掉，该环的母环的检测帧也要阻塞掉。

下面对本发明的技术方案做进一步的详细的说明：

对于一个复杂的网络，划分出若干个检测环，这些检测环必须满足：每个检测环的主设备根据对本环检测的结果所进行的端口阻塞或打开操作，应能避免整个网络上用户报文传输路径形成回路，并且不能让任何两台本来可以直接或间接连通的设备变得相互孤立。

先介绍最简单的非单环情形：

对于一个给定的网络，如果从整体上已经构成一个环之外，某两个设备之间还存在一个小环，那么，需要构造两个检测环：一个是整体上构成的主环，一个是上述小环。这两台设备称为主环和小环之间的边界设备。每台边界设备均有三个端口属于主环上，且三个端口中有两个是同时属于小环的。在小环中，除边界设备外的其他设备，都只有两个端口属于主环，当然这两个端口也同时属于小环。主环和小环的检测帧通过使用不同的VLAN ID(VLAN标识)来区分。

小环的检测方法跟单环网一样，可任意指定其中一台设备作为主设备，主设备定期发送检测帧，从设备将检测帧沿环路转发，等等。

主环则不同，必须选择属于主环但不属于小环的设备作为主设备。当主设备发出的检测帧到达边界设备时，边界设备应将此帧转发至属于主环的另两个端口。这样，检测帧的两条数据流将分别到达另一边界设备的两个端口(这两个端口同时属于小环)。该边界设备将把来自其两个端口的帧均转发至第三个端口(该端口属于主环但不属于小环)。最后，主环的主设备在其从端口收到两个检测帧——每次从主端口发出一个检测帧后都这样(假设环路完好)。

从上面检测帧的传递过程可以看出，主环的检测帧在穿越小环后将变成相同的两份，这显然增加了网络的流量负担。为此，可以对主环检测帧的转发过程做出如下改进：

前面说过，小环的检测过程跟单环网络的检测过程相同。当小环的主设备检测到环路(小环)完好时，将阻塞自己的从端口。这个阻塞操作是针对用户数据而言的，并不阻塞环路检测帧。可以这样改进一下，让小环主设备的阻塞操作对主环的检测帧也起作用。也就是说，小环主设备在收到主环的检测帧时，如果从端口是阻塞的，则不应将该检测帧向从端口转发；当主环的检测帧是从小环的主设备的从端口进来的时候，小环的主设备则应将其丢弃。

从上面改进后的过程可以看出，如果将小环的主设备选定在离主环主设备的主端口较近的那台边界设备，那么，小环主设备对主环检测帧的抑制作用将从该帧更接近上游的地方开始，小环中将有更多的设备和链路得以减轻主环检测帧流量负担。

尽管小环中的链路同时也属于主环，但是，当小环中的某条链路断开时，其相邻设备应该只通知小环的主设备，而不要通知主环的主设备——所以在属于多个环的设备上需要配置这个信息。这跟单环网络不同。原因很简单，因为小环中仅有一条链路断掉时，主环并没有断。当然，小环主设备发现小环出现故障后，像普通的单环一样，开始打开自己的从端口，清空属于小环的两端口的MAC地址表，通知小环从设备，从设备也清空位于环上的两端口(主端口和从端口)的MAC地址表。主从设备清空自己两端口的MAC地址表后，按普通的学习方式重新学习MAC地址，等等。

上面介绍了一个主环下只有一个简单的小环的情形。下面讨论更复杂的情况。为叙述方便，先定义两个概念——母环和子环。如果甲环的所有设备和链路都同时属于乙环，那么称甲环是乙环的母环，乙环是甲环的子环。显然，在前面所讨论的情形中，主环是小环的母环，小环是主环的子环。

一种情况是主环包含n个子环，而且这n个子环互不包含。对于这种情况，整个网络中将有n+1个检测环。显然，对这种情形的处理与上面主环下只有一个小环的情形类似。值得注意的是，这n个子环的检测帧可以使用相同的VLAN ID(虚拟局域网标识)，只要与主环检测所用VLAN ID不同。

另一种情况是，子环并非简单的单环，而是包含更小的子环。显然，对于具有母子关系的环，其处理方式也跟上面主环下只有一个小环的情形类似。值得一提的是，当某检测环的主设备阻塞其从端口时，不仅要阻塞用户数据帧，而且要阻塞该环的母环的检测帧，以及母环的母环的检测帧……另外，当某条链路断掉时，相邻设备只应该通知该链路所在的所有环中最小的那个环的主设备。

前面说过，一般选择母环和子环的边界设备作为子环的主设备——假设是设备x。但是，如果子环本身也包含一个更小的子环，并且它们之间的边界设备也是x，这就跟前面说过的一个准则相矛盾：母环的主设备必须是不属于其子环的设备(前面表述过这个思想的原文是“主环则不同，必须选择属于主环但不属于小环的设备作为主设备”)。在这种情况下，不选择边界设备作子环的主设备。选择边界设备作子环的主设备毕竟只是为了更早地将母环的多余的检测帧阻塞住，其做法不局限于此。

下面结合附图就上面的描述做进一步的说明：

如图1所示，共两个检测环：一个主环和一个没有子环的简单的小环，分别记为#1环和#2环。椭圆虚线围住的部分即为#2环。图1中#1环包含所有设备和端口。主环和小环的边界设备为2号和5号设备，其中2号设备为#2环的主设备。2号设备的2号和3号端口、5号设备的1号和2号端口、3号设备的两个端口和4号设备的两个端口都属于#2环——同时也属于#1环。#2环上的任何链路断掉时，只需通知#2环的主设备，即2号设备。为此，事先在2、3、4、5号设备上都必须进行如下配置：当自己属于#2环的两个端口或相邻链路出现故障时，需通知#2环的主设备。因为2号设备和5号设备是边界设备，但前者离#1环的主设备(1号设备)的主端口(2号端口)较近，所以选择2号设备作为#2环的主设备比较好。当2号设备作为#2环的主设备而阻塞其从端口(假设是3号端口)后，它从1号端口收到的#1环的检测帧将只往2号端口转发。这样，4号设备将收不到#1环的检测帧，5号设备的2号端口也收不到#1环的检测帧，5号设备只会从1号端口收到检测帧，并向3号端口转发。

图2所示的是主环下包含两个没有子环的小环的情形。该图中共有三个检测环，记为#1环、#2环和#3环。#1环即主环，包含图2中所有设备和端口，#2环和#3环均为#1环的子环。右边椭圆虚线所围部分为#2环，左边椭圆虚线所围部分为#3环。处理方式与图1类似。另外，#2环和#3环可以使用相同的VLAN ID来传递检测帧。

图3所示的是子环(虚线所围部分，记为#2环)包含子环(记为#3环)的情形。#1环为整个网络的主环，包含所有设备。#2环包含2、3、4、5、6号设备。#3环包含2、4、5、6号设备。虽然2和6号设备是#1环和#2环的边界设备，但并没有选择它们作为#2环的主设备，因为它们也是#2环和#3环之间的边界设备。#2环的主设备是3号设备，2号设备则作为#3环的主设备。当#3环的主设备因#3环完好而阻塞其从端口时，该端口同时要阻塞#2环和#1环的检测帧。当#3环的某链路出现问题，比如5、6号设备之间的链路断开时，5、6号设备仅通知#3环的主设备。

本发明的方法，为包含多环的复杂的以太环网划分出了多个可能存在包含与被包含关系的检测环，在每个检测环上能够按照类似于单环网络的方式进行环路故障检测，并在环路出现故障时，提供了故障检测和快速切换的方法，本发明的方法较现有的解决多环(多环必须相切)检测的方法具备通用性。

Claims

1.包含多环的以太环网的环路检测和切换方法，其特征在于，包括：

(2)当其中一检测环路中的链路出现故障时，该链路的相邻设备只通知该链路所属的至少两个检测环路中不包含子检测环的那个检测环路的主设备，所述不包含子检测环的检测环路从主设备开始按单环网络中的切换方式发起切换操作。

2.如权利要求1所述的包含多环的以太环网的环路检测和切换方法，其特征在于，所述(1)中，包含其它检测环路的检测环路为母检测环路，被其它检测环路包含的检测环路为子检测环路，其中，母检测环路的主设备必须选择属于该母检测环路且不属于其子检测环路的一设备为其主设备。

3.如权利要求2所述的包含多环的以太环网的环路检测和切换方法，其特征在于，所述子检测环路的主设备为：该子检测环路中的任意一设备。

4.如权利要求2所述的包含多环的以太环网的环路检测和切换方法，其特征在于，所述子检测环路的主设备为：属于该子检测环路并且也属于该子检测环路所属的母检测环路的设备中，最接近母检测环路的设备。

5.如权利要求2所述的包含多环的以太环网的环路检测和切换方法，其特征在于，所述母检测环路与其子检测环路的检测帧通过使用不同的虚拟局域网标识来区分。

6.如权利要求2所述的包含多环的以太环网的环路检测和切换方法，其特征在于，所述被一母检测环路包含的子检测环路为至少两个，且所述至少两个子检测环路互不包含时，所述至少两个子检测环路的检测帧使用相同的虚拟局域网标识。

7.如权利要求2所述的包含多环的以太环网的环路检测和切换方法，其特征在于，所述被一母检测环路包含的子检测环路为至少两个，且至少两个子检测环路也呈包含与被包含关系时，所述至少两个子检测环路中包含其它检测环路的母检测环路与其子检测环路的检测帧使用不同的虚拟局域网标识来区分。

8.如权利要求2或6或7所述的包含多环的以太环网的环路检测和切换方法，其特征在于，所述子检测环路的主设备根据检测结果在阻塞其从端口时，不仅要阻塞用户数据帧，并且也要阻塞该子检测环路所属的母检测环路的检测帧。