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CN112134775A - 一种交换机环路检测方法和装置 - Google Patents

一种交换机环路检测方法和装置 Download PDF

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CN112134775A CN202011027240.2A CN202011027240A CN112134775A CN 112134775 A CN112134775 A CN 112134775A CN 202011027240 A CN202011027240 A CN 202011027240A CN 112134775 A CN112134775 A CN 112134775A
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Abstract

本发明公开了一种交换机环路检测方法和装置，方法包括：端口将具有第一交换机设备信息的第一链路层发现协议报文发送到网络中；从网络通过端口接收所有数据报文，并转发给中央处理器；从所有数据报文中筛选出第二链路层发现协议报文；使用访问控制列表的辅助镜像功能复制第二链路层发现协议报文以传输到基板管理控制器；由基板管理控制器分析第二链路层发现协议报文以提取出第二交换机设备信息；响应于第一交换机设备信息与第二交换机设备信息相匹配而判定交换机连接到环路。本发明能够在检测环路时降低网络带宽开销，避免出现流量风暴，同时降低CPU的负担。

Description

一种交换机环路检测方法和装置
技术领域
本发明涉及交换机领域，更具体地，特别是指一种交换机环路检测方法和装置。
背景技术
与传统交换机相比，白盒交换机的软件可与硬件解耦，便于部署安装。同时软件可降低成本、提高使用灵活性，为厂商专门的需求构建不同的组建和模块。使用中不同的模块可分别部署，提高了灵活性及可靠性。白盒交换机最大的亮点是其强大的开放性，因此，白盒交换机在操作系统、软件等方面都有更为丰富的选择。
当交换机或所在网路出现环路情况时，会产生广播风暴，造成带宽被无用的流量占满，影响正常流量的接收与转发。因此，环路检测功能是交换机上的常见功能。但是在传统白盒交换机的环路检测功能中，环路检测功能需要交换机端口发送额外特殊的报文，再通过CPU(中央处理器)对接收的报文进行抓取以及分析，这些发送的额外报文不仅占用了额外的端口带宽，还由于发送了更多的报文而促进了风暴的产生，进一步导致额外的CPU报文抓取分析开销。
针对现有技术中白盒交换机检测环路时占用大量带宽和CPU资源的问题，目前尚无有效的解决方案。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种交换机环路检测方法和装置，能够在检测环路时降低网络带宽开销，避免出现流量风暴，同时降低CPU的负担。
基于上述目的，本发明实施例的第一方面提供了一种交换机环路检测方法，包括执行以下步骤：
通过端口将具有第一交换机设备信息的第一链路层发现协议报文发送到网络中；
从网络通过端口接收所有数据报文，并转发给中央处理器；
从所有数据报文中筛选出第二链路层发现协议报文；
使用访问控制列表的辅助镜像功能复制第二链路层发现协议报文以传输到基板管理控制器；
由基板管理控制器分析第二链路层发现协议报文以提取出第二交换机设备信息；
响应于第一交换机设备信息与第二交换机设备信息相匹配而判定交换机连接到环路。
在一些实施方式中，方法还包括：在将第二链路层发现协议报文传输到基板管理控制器的同时，还使中央处理器放弃处理第二链路层发现协议报文。
在一些实施方式中，第一交换机设备信息包括本地交换机的机架标识和物理地址，第二交换机设备信息包括源交换机的机架标识和物理地址；第一交换机设备信息与第二交换机设备信息相匹配包括：本地交换机的机架标识和物理地址和源交换机的机架标识和物理地址完全一致。
在一些实施方式中，方法还包括：基板管理控制器在比较第一交换机设备信息与第二交换机设备信息之前，先通过访问本地交换机的现场可变更单元来获取本地交换机的机架标识和物理地址。
在一些实施方式中，方法还包括：基板管理控制器响应于判定交换机连接到环路而关闭端口，直到环路检测功能被关闭。
在一些实施方式中，端口包括发送第一链路层发现协议报文的第一端口、和接收第二链路层发现协议报文的第二端口；方法还包括：基板管理控制器响应于判定交换机连接到环路而关闭第一端口和/或第二端口。
在一些实施方式中，交换机为白盒交换机。
本发明实施例的第二方面提供了一种交换机环路检测装置，包括：
端口；
中央处理器；
基板管理控制器；
交换芯片；和
存储器，存储有交换芯片可运行的程序代码，程序代码在被运行时执行以下步骤：
通过端口将具有第一交换机设备信息的第一链路层发现协议报文发送到网络中；
从网络通过端口接收所有数据报文，并转发给中央处理器；
从所有数据报文中筛选出第二链路层发现协议报文；
使用访问控制列表的辅助镜像功能复制第二链路层发现协议报文以传输到基板管理控制器；
由基板管理控制器分析第二链路层发现协议报文以提取出第二交换机设备信息；
响应于第一交换机设备信息与第二交换机设备信息相匹配而判定交换机连接到环路。
在一些实施方式中，第一交换机设备信息包括本地交换机的机架标识和物理地址，第二交换机设备信息包括源交换机的机架标识和物理地址；第一交换机设备信息与第二交换机设备信息相匹配包括本地交换机的机架标识和物理地址和源交换机的机架标识和物理地址完全一致；
步骤还包括：基板管理控制器在比较第一交换机设备信息与第二交换机设备信息之前，先通过访问本地交换机的现场可变更单元来获取本地交换机的机架标识和物理地址。
在一些实施方式中，端口包括发送第一链路层发现协议报文的第一端口、和接收第二链路层发现协议报文的第二端口；
步骤还包括：基板管理控制器响应于判定交换机连接到环路而关闭第一端口和/或第二端口，直到环路检测功能被关闭。
本发明具有以下有益技术效果：本发明实施例提供的交换机环路检测方法和装置，通过端口将具有第一交换机设备信息的第一链路层发现协议报文发送到网络中；从网络通过端口接收所有数据报文，并转发给中央处理器；从所有数据报文中筛选出第二链路层发现协议报文；使用访问控制列表的辅助镜像功能复制第二链路层发现协议报文以传输到基板管理控制器；由基板管理控制器分析第二链路层发现协议报文以提取出第二交换机设备信息；响应于第一交换机设备信息与第二交换机设备信息相匹配而判定交换机连接到环路的技术方案，能够在检测环路时降低网络带宽开销，避免出现流量风暴，同时降低CPU的负担。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的交换机环路检测方法的流程示意图；
图2为本发明提供的交换机环路检测方法的BMC处理流程图；
图3为本发明提供的交换机环路检测方法的交换芯片处理过程图。
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明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
基于上述目的，本发明实施例的第一个方面，提出了一种在检测环路时降低网络带宽开销，避免出现流量风暴，同时降低CPU的负担的交换机环路检测方法的一个实施例。图1示出的是本发明提供的交换机环路检测方法的流程示意图。
所述的交换机环路检测方法，如图1所示，包括执行以下步骤：
步骤S101：通过端口将具有第一交换机设备信息的第一链路层发现协议报文发送到网络中；
步骤S103：从网络通过端口接收所有数据报文，并转发给中央处理器；
步骤S105：从所有数据报文中筛选出第二链路层发现协议报文；
步骤S107：使用访问控制列表的辅助镜像功能复制第二链路层发现协议报文以传输到基板管理控制器；
步骤S109：由基板管理控制器分析第二链路层发现协议报文以提取出第二交换机设备信息；
步骤S111：响应于第一交换机设备信息与第二交换机设备信息相匹配而判定交换机连接到环路。
本发明使用交换机平时发送的LLDP报文代替额外的报文，减少端口带宽开销并减少风暴出现的可能性，并使用BMC代替CPU分析报文，减少CPU的开销。
网络设备可以通过在本地网络中发送链路层发现协议数据报文(LLDPDU)来通告其他设备自身的状态。链路层发现协议(LLDP)是一种能够使网络中的设备互相发现并通告状态、交互信息的协议。LLDP的报文交互中可携带有多种信息，如源MAC地址，设备ID等，这些内容都方便了通过LLDP报文分析是否出现环路的功能。
基板管理控制器(BMC)是一种独立于交换机中其他部分的管理器，可通过IPMI(智能平台管理接口)工具实现对交换机各器件工作状态、电源、传感器、日志等进行管理，一般用于提高交换机工作的可靠性。由于BMC独立于交换机的其他部分运行，因此具有良好的可靠性，使用BMC分析报文也可以减轻CPU的压力。
由于使用默认发送的LLDP数据帧取代了原需要额外发送的环路探测数据帧，此方法减少了交换机额外发包所需要的开销，同时减少了对带宽的占用，减少了因额外发包引起广播风暴的可能性。另一方面，使用BMC代替CPU分析报文，可以减少CPU的开支，降低CPU负担，提高BMC的利用率，保证环路检测功能的可靠性。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关硬件来完成，的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(ROM)或随机存储记忆体(RAM)等。计算机程序的实施例，可以达到与之对应的前述任意方法实施例相同或者相类似的效果。
在一些实施方式中，方法还包括：在将第二链路层发现协议报文传输到基板管理控制器的同时，还使中央处理器放弃处理第二链路层发现协议报文。
在一些实施方式中，第一交换机设备信息包括本地交换机的机架标识和物理地址，第二交换机设备信息包括源交换机的机架标识和物理地址；第一交换机设备信息与第二交换机设备信息相匹配包括：本地交换机的机架标识和物理地址和源交换机的机架标识和物理地址完全一致。
在一些实施方式中，方法还包括：基板管理控制器在比较第一交换机设备信息与第二交换机设备信息之前，先通过访问本地交换机的现场可变更单元来获取本地交换机的机架标识和物理地址。
在一些实施方式中，方法还包括：基板管理控制器响应于判定交换机连接到环路而关闭端口，直到环路检测功能被关闭。
在一些实施方式中，端口包括发送第一链路层发现协议报文的第一端口、和接收第二链路层发现协议报文的第二端口。方法还包括：基板管理控制器响应于判定交换机连接到环路而关闭第一端口和/或第二端口。
在一些实施方式中，交换机为白盒交换机。
下面根据图2、3所示的具体实施例进一步阐述本发明的具体实施方式。
在本发明中，交换机的BMC、CPU通过以太网接口与交换芯片连接在一起，通过ACL(访问控制列表)的辅助镜像功能将交换机收到的LLDP报文无损的复制到BMC进行分析。BMC则启动一个分析进程分析收到的LLDP报文，通过比对源MAC(媒介存取控制)地址以及机架标识(Chassis ID)字段判断此报文是否来自本机。若发现收到的报文来自于本机，则同样通过以太网接口直接控制交换芯片关闭收到此LLDP报文的端口，从而实现环路检测、防环的功能。
在实际工作过程中，为了在本地子网中通告自己的设备标识和性能，交换机会不断地发送接收LLDP报文。在LLDP报文中，包含了设备的MAC地址及Chassis ID，可以使用以上两个字段判断该报文是否是从本设备发送出，又被本设备收到，形成了环路。一般而言在同一局域网内，不同设备的MAC地址以及Chassis ID具有唯一性，因此可以根据LLDP报文的内容准确的判断是否出现环路。
对于白盒交换机而言，LLDP数据帧的发送是随时进行的，但对收到的LLDP数据帧进行环路探测分析需要CPU的额外参与，为此可以将收到的LLDP帧交给BMC处理以减轻CPU的负担。参见图3，为了将LLDP帧交给BMC进行分析，可以将BMC与CPU的以太网接口与交换芯片的一个以太网接口连接在一起，需要交给CPU分析的报文，包括LLDP帧都会通过以太网接口的方式传输给CPU。因此，可以通过对交换芯片传输给CPU进行镜像处理——即通过ACL辅助镜像功能，ACL将传送给CPU的报文进行筛选，筛选出LLDP报文；镜像则对ACL筛选出来的报文进行复制，原样通过以太网接口传输给BMC，这样即可在不占用CPU资源情况下将报文传输给BMC。
将报文交给BMC后即可对报文进行分析，BMC在环路检测功能开启后会一直启动一个报文分析进程，不断分析由交换芯片复制来的LLDP帧。参见图2，BMC通过分析源mac地址以及Chassis ID字段判断是否是自身发送出的，若两个字段的值与本机MAC及chassis ID完全一致，则可判断此报文由自身发出，其中用于判断的本机MAC及chassis ID可通过BMC抓取FRU中信息获得。若确定是自身发送的，则BMC则可通过以太网接口直接向交换芯片发送命令，关闭接收到此LLDP帧的端口，直到不再接收到同机器发出的报文，或者关闭环路探测功能为止。
从上述实施例可以看出，本发明实施例提供的交换机环路检测方法，通过端口将具有第一交换机设备信息的第一链路层发现协议报文发送到网络中；从网络通过端口接收所有数据报文，并转发给中央处理器；从所有数据报文中筛选出第二链路层发现协议报文；使用访问控制列表的辅助镜像功能复制第二链路层发现协议报文以传输到基板管理控制器；由基板管理控制器分析第二链路层发现协议报文以提取出第二交换机设备信息；响应于第一交换机设备信息与第二交换机设备信息相匹配而判定交换机连接到环路的技术方案，能够在检测环路时降低网络带宽开销，避免出现流量风暴，同时降低CPU的负担。
需要特别指出的是，上述交换机环路检测方法的各个实施例中的各个步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换之于交换机环路检测方法也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在所述实施例之上。
基于上述目的，本发明实施例的第二个方面，提出了一种在检测环路时降低网络带宽开销，避免出现流量风暴，同时降低CPU的负担的交换机环路检测装置的一个实施例。交换机环路检测装置包括：
端口；
中央处理器；
基板管理控制器；
交换芯片；和
存储器，存储有交换芯片可运行的程序代码，程序代码在被运行时依次执行以下步骤：
通过端口将具有第一交换机设备信息的第一链路层发现协议报文发送到网络中；
从网络通过端口接收所有数据报文，并转发给中央处理器；
从所有数据报文中筛选出第二链路层发现协议报文；
使用访问控制列表的辅助镜像功能复制第二链路层发现协议报文以传输到基板管理控制器；
由基板管理控制器分析第二链路层发现协议报文以提取出第二交换机设备信息；
响应于第一交换机设备信息与第二交换机设备信息相匹配而判定交换机连接到环路。
在一些实施方式中，第一交换机设备信息包括本地交换机的机架标识和物理地址，第二交换机设备信息包括源交换机的机架标识和物理地址；第一交换机设备信息与第二交换机设备信息相匹配包括本地交换机的机架标识和物理地址和源交换机的机架标识和物理地址完全一致。步骤还包括：基板管理控制器在比较第一交换机设备信息与第二交换机设备信息之前，先通过访问本地交换机的现场可变更单元来获取本地交换机的机架标识和物理地址。
在一些实施方式中，端口包括发送第一链路层发现协议报文的第一端口、和接收第二链路层发现协议报文的第二端口。步骤还包括：基板管理控制器响应于判定交换机连接到环路而关闭第一端口和/或第二端口，直到环路检测功能被关闭。
从上述实施例可以看出，本发明实施例提供的交换机环路检测装置，通过端口将具有第一交换机设备信息的第一链路层发现协议报文发送到网络中；从网络通过端口接收所有数据报文，并转发给中央处理器；从所有数据报文中筛选出第二链路层发现协议报文；使用访问控制列表的辅助镜像功能复制第二链路层发现协议报文以传输到基板管理控制器；由基板管理控制器分析第二链路层发现协议报文以提取出第二交换机设备信息；响应于第一交换机设备信息与第二交换机设备信息相匹配而判定交换机连接到环路的技术方案，能够在检测环路时降低网络带宽开销，避免出现流量风暴，同时降低CPU的负担。
需要特别指出的是，上述交换机环路检测装置的实施例采用了所述交换机环路检测方法的实施例来具体说明各模块的工作过程，本领域技术人员能够很容易想到，将这些模块应用到所述交换机环路检测方法的其他实施例中。当然，由于所述交换机环路检测方法实施例中的各个步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换之于所述交换机环路检测装置也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在所述实施例之上。
以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种交换机环路检测方法，其特征在于，包括执行以下步骤：
通过端口将具有第一交换机设备信息的第一链路层发现协议报文发送到网络中；
从网络通过所述端口接收所有数据报文，并转发给中央处理器；
从所述所有数据报文中筛选出第二链路层发现协议报文；
使用访问控制列表的辅助镜像功能复制所述第二链路层发现协议报文以传输到基板管理控制器；
由所述基板管理控制器分析所述第二链路层发现协议报文以提取出第二交换机设备信息；
响应于所述第一交换机设备信息与所述第二交换机设备信息相匹配而判定交换机连接到环路。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在将所述第二链路层发现协议报文传输到所述基板管理控制器的同时，还使所述中央处理器放弃处理所述第二链路层发现协议报文。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一交换机设备信息包括本地交换机的机架标识和物理地址，所述第二交换机设备信息包括源交换机的机架标识和物理地址；所述第一交换机设备信息与所述第二交换机设备信息相匹配包括：所述本地交换机的机架标识和物理地址和所述源交换机的机架标识和物理地址完全一致。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：所述基板管理控制器在比较所述第一交换机设备信息与所述第二交换机设备信息之前，先通过访问所述本地交换机的现场可变更单元来获取所述本地交换机的机架标识和物理地址。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：所述基板管理控制器响应于判定交换机连接到环路而关闭所述端口，直到环路检测功能被关闭。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述端口包括发送所述第一链路层发现协议报文的第一端口、和接收所述第二链路层发现协议报文的第二端口；
所述方法还包括：所述基板管理控制器响应于判定交换机连接到环路而关闭所述第一端口和/或所述第二端口。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，交换机为白盒交换机。
8.一种交换机环路检测装置，其特征在于，包括：
端口；
中央处理器；
基板管理控制器；
交换芯片；和
存储器，存储有所述交换芯片可运行的程序代码，所述程序代码在被运行时执行以下步骤：
通过端口将具有第一交换机设备信息的第一链路层发现协议报文发送到网络中；
从网络通过所述端口接收所有数据报文，并转发给中央处理器；
从所述所有数据报文中筛选出第二链路层发现协议报文；
使用访问控制列表的辅助镜像功能复制所述第二链路层发现协议报文以传输到基板管理控制器；
由所述基板管理控制器分析所述第二链路层发现协议报文以提取出第二交换机设备信息；
响应于所述第一交换机设备信息与所述第二交换机设备信息相匹配而判定交换机连接到环路。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一交换机设备信息包括本地交换机的机架标识和物理地址，所述第二交换机设备信息包括源交换机的机架标识和物理地址；所述第一交换机设备信息与所述第二交换机设备信息相匹配包括：所述本地交换机的机架标识和物理地址和所述源交换机的机架标识和物理地址完全一致；
所述步骤还包括：所述基板管理控制器在比较所述第一交换机设备信息与所述第二交换机设备信息之前，先通过访问所述本地交换机的现场可变更单元来获取所述本地交换机的机架标识和物理地址。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述端口包括发送所述第一链路层发现协议报文的第一端口、和接收所述第二链路层发现协议报文的第二端口；
所述步骤还包括：所述基板管理控制器响应于判定交换机连接到环路而关闭所述第一端口和/或所述第二端口，直到环路检测功能被关闭。
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