CN1809021A - 以太网链路聚合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及数据通信领域，公开了一种以太网链路聚合方法，使得能够在较低的实现复杂度下实现链路聚合，并可以灵活配置。本发明中，将相关数据配置在端口属性表、Trunk组表、Trunk映射表中，并基于这三个表的信息进行报文转发，从而实现链路聚合；还通过HASH方法实现负载均衡；并在此基础上通过堆叠端口的特殊配置实现堆叠聚合。
Description
技术领域
本发明涉及数据通信领域，特别涉及通信链路的聚合技术。
背景技术
当前，无论在企业网、校园网还是在广域网如Internet上，业务量的发展都超出了过去最乐观的估计，网络用户突飞猛涨，应用业务层出不穷。使得当前网络设施等资源无法满足急剧增长的用户需求。尤其是网络核心部分，其数据流量和计算强度之大，使得单一设备无法承担。于是，如何在完成同样功能的多个网络设备之间实现合理的业务量分配和协同作业，增加网络容量，同时能保持各个设备均衡运行，就成了关键技术之一。负载均衡机制也因此应运而生。
负载均衡机制是在现有网络结构之上，提供了一种廉价有效的方法扩展服务器带宽和增加吞吐量，加强网络数据处理能力，提高网络的灵活性和可用性。它主要完成以下任务：解决网络拥塞问题，服务就近提供，实现地理位置无关性；为用户提供更好的访问质量；提高服务器响应速度；提高服务器及其他资源的利用效率；避免了网络关键部位出现单点失效。根据负载均衡机制所在网络层次可以有链路聚合(Trunk)、网络交换和服务器集群三种技术。其中，链路聚合技术是既廉价方便，有简单有效的负载均衡技术之一。
实际应用中，为了支持与日俱增的高带宽应用，越来越多的网络终端使用更加快速的链路连入网络。而网络中的业务量分布是不平衡的，核心高、边缘低，关键部门高、一般部门低。伴随计算机处理能力的大幅度提高，人们对多工作组局域网的处理能力有了更高的要求。当企业内部对高带宽应用需求不断增大时(例如Web访问、文档传输及内部网连接)，局域网核心部位的数据接口将产生瓶颈问题，瓶颈延长了客户应用请求的响应时间。并且由于局域网具有分散特性，这决定了网络核心部位与其他部位一样缺少保护措施。
通常，解决瓶颈问题采用的对策是提高服务器链路的容量，使其超出目前的需求。例如可以由快速以太网升级到千兆以太网。对于大型企业来说，采用升级技术是一种长远的、有前景的解决方案。然而对于许多企业，当需求还没有大到非得花费大量的金钱和时间进行升级时，使用升级技术就显得大材小用了。在这种情况下，链路聚合技术为消除传输链路上的瓶颈与不安全因素提供了成本低廉的解决方案，链路聚合技术，将多个线路的传输容量融合成一个单一的逻辑连接。当原有的线路满足不了需求，采用多线路的链路聚合，既能大大增加网络容量，又可以避免昂贵的单一线路升级。
链路聚合是一种基于IEEE 802.3ad标准的提高了可靠性和性能的第二层冗余特性。这种功能允许把多条物理链路合成一条逻辑链路。链路聚合具有以下优点：将多条低速链路捆绑成一条逻辑链路，提供更高的速率，更宽的带宽；增加链路的可靠性，避免单根链路的失效而引起的网络不可用；提供负载均衡的机制，能够在聚合链路上分担网络流量。根据标准，实现链路聚合有以下要求：防止数据包的多份复制和错序，无论处在链路的稳定运作还是在链路的配置中；链路改变时，能够快速的重配置。
目前，链路聚合一般采用纯软件或软硬件结合的方法实现。采用的算法有以下几种：循环检测算法，采用轮询的方法把流量均匀发布给各个端口，但其不足之处是在接收端可能出现少量数据包时序的混乱；自适应算法，最大可能把流量均匀分配给各个端口，其计算量相对来说较大；静态算法，能保证每个数据包能够正确到达指定的端口，但缺乏灵活性而且速度相对来说较慢。
堆叠是在以太网交换机(Switch，简称“SW”)上扩展端口时使用的一项技术，是一种非标准化技术。堆叠就是将一组交换机连接起来，将它们作为一个对象来管理。堆叠技术的最大优点就是简化了网络结构，简化了本地管理。进行设备堆叠主要有两种模式：菊花链模式和星型模式，其中菊花链模式又分单工和双工两种。
所谓菊花链，顾名思义，就是将交换机一个个地串接起来，每台交换机都只与自己相邻的交换机进行连接。图1(a)、(b)分别示出了菊花链模式下单工和双工堆叠方式。单工方式下，每个交换机出一个千兆以太网(GigabyteEthernet，简称“GE”)口作为堆叠口，上行设备的发送电路(Tx)连接到下行设备的接收电路(Rx)。双工方式下，中间的交换机出两个GE口作为堆叠端口分别连接上下行设备，边缘设备可以提供一个GE上行口。在中间的堆叠交换机上，为了让需要堆叠处理的帧到达每个堆叠设备，则需要对帧向上下行两个方向都进行发送。
星型堆叠技术，需要提供一个独立的或者集成的高速交换中心，即堆叠中心，所有的堆叠主机通过高速堆叠端口上行到统一的堆叠中心，堆叠中心一般是一个基于专用集成电路(Application Specified Integrated Circuit，简称“ASIC”)的硬件交换单元，其交换容量限制了堆叠设备个数。图1(c)示出了4个交换机的星型堆叠方式。星型堆叠技术是一种高级堆叠技术，克服了菊花链式堆叠模式多层次转发时的高时延影响，但需要开发专用的堆叠中心模块，成本较高。
堆叠聚合即几个交换机组成堆叠设备后，各个交换机上的端口能够象一个交换机设备上的端口一样任意组合进行链路聚合。图2为堆叠的两个交换机进行端口聚合的示意图。通过交换机SW1的27号端口和交换机SW2的26号端口的互连，使得交换机SW1和交换机SW2组成一个堆叠设备。其中交换机SW1的26号端口和交换机SW2的27号端口聚合为Trunk0链路；交换机SW1的1号端口和交换机SW2的1号、2号端口聚合为Trunk1链路。
堆叠聚合使得链路聚合的容量更大，负载更均衡，配置更灵活。
在实际应用中，上述方案存在以下问题：现有的链路聚合方法实现复杂度高，成本昂贵，资源利用率低，配置不够灵活，处理速度慢，且不能方便的实现堆叠聚合。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种以太网链路聚合方法，使得能够在较低的实现复杂度下实现链路聚合，并可以灵活配置。
为实现上述目的，本发明提供了一种以太网链路聚合方法，包含以下步骤，
设置端口属性表、聚合组表和聚合映射表，其中，所述端口属性表用于描述端口的属性，所述聚合组表用于设定聚合组所包含的端口，所述设置聚合映射表用于进行聚合映射，将所述聚合组的网络流量均衡分配到其所包含的端口上；
根据所述端口属性表、所述聚合组表和所述聚合映射表转发报文。
其中，所述端口属性表所描述的端口属性包含：端口聚合标志，用于指示该端口是否属于聚合组；聚合组号，用于在所述端口聚合标志有效的情况下指示该端口所属聚合组。
所述转发报文的步骤中，对于单播报文转发包含以下子步骤：
A根据所述报文配置转发表，配置时判断所述报文的转发目的是聚合组还是端口，如果是聚合组则将表项中的转发目的配置为相应的聚合号并置端口聚合标志有效，如果是端口则将表项中的转发目的配置为相应端口号；
B根据所述报文的输入端口号查找端口属性表，得到该输入端口的端口属性，其中包含端口聚合标志和聚合组号；
C查找所述转发表得到该报文的转发目的，判断该转发目的是否为聚合组，如果是则进入步骤D，否则进入步骤E；
D判断是否所述输入端口对应的所述端口聚合标志有效且所述输入端口对应的聚合组号与所述转发目的对应的聚合组号相同，如果是则进行源端口抑制处理并丢弃该报文，否则根据所述聚合映射表进行聚合映射得到有效端口并转发；
E按照所述转发目的对应的所述端口号，在对应端口转发该报文。
所述步骤D中的所述聚合映射包含以下子步骤，
通过哈希运算由所述报文信息得到所述映射号；
根据所述映射号查找所述聚合映射表，得到端口掩码；
根据所述转发目的查表得到所述目的端口列表；
将所述端口掩码和所述目的端口列表进行与操作得到有效的标志位所对应的端口号，即映射得到的所述有效端口。
对于多播或广播报文转发，先得到多播或广播目的端口列表，如果目的端口包含聚合组，则该目的端口应该包括该聚合组中的所有端口，再进行聚合映射得到所有有效端口，并转发。
当所述聚合为堆叠聚合时，跨堆叠设备包含普通端口和堆叠端口，通过堆叠端口完成堆叠通信，包含以下设置步骤，
设置虚拟聚合映射表，由所述映射号索引，对应每个所述映射号存在相应的端口掩码，所述端口掩码包含所有跨堆叠设备的所述普通端口的标志，用于指示对应端口在该映射号下是否有效，使得在任一映射号下同一聚合组所包含的所述普通端口有且只有一个普通端口有效，而未聚合的所述普通端口在任一映射号下均有效；
根据所述虚拟聚合映射表中与每个跨堆叠设备的所述普通端口的配置，同样地配置该跨堆叠设备的所述聚合映射表中所述普通端口；
配置每个跨堆叠设备的所述聚合映射表中所述堆叠端口，使得在任一映射号下，有且只有一个所述堆叠端口有效。
当所述聚合为堆叠聚合时，对于单播报文转发，包含以下步骤，
F判断该报文的转发目的是否为跨堆叠聚合组，如果是，进入步骤G，否则，直接从该端口转发；
G通过所述哈希映射得到所述映射号，并查找所述聚合映射表，判断所述普通端口是否有效，如果是，则从该有效普通端口转发，否则从有效堆叠端口转发。
当所述聚合为堆叠聚合时，对于多播或广播报文转发，包含以下步骤，
H判断该报文的转发目的是否包含所述跨堆叠聚合组，如果是，进入步骤I，否则，直接在所有包含的所述普通端口转发；
I通过所述哈希映射得到所述映射号，并查找所述聚合映射表，如果均存在有效的所述普通端口和有效的所述堆叠端口，则在该普通端口和该堆叠端口都转发，否则仅在该堆叠端口转发。
所述聚合组表由所述聚合组号索引，对应每个所述聚合组号存在相应的目的端口列表，所述目的端口列表对应于每个所述端口的都包含一个标志，用于指示对应端口是否属于该聚合组。
所述聚合映射表由映射号索引，对应每个所述映射号存在相应的端口掩码，所述端口掩码对应于每个所述端口都包含一个标志，用于指示对应端口在该映射号下是否有效。
所述映射号由报文信息通过哈希映射得到，所述映射号的总数目根据负载均衡程度要求设定，所述哈希映射算法满足相同的报文信息映射得到相同的映射号。
所述聚合映射表按照以下规则配置：
属于同一聚合组的所述端口在任一所述映射号下有且只有一个所述端口置为有效，不属于任何所述聚合组的所述端口在任何所述映射号下都置为有效，属于同一聚合组的所述端口在所有所述映射号下被置为有效的次数相互均衡。
所述哈希映射算法通过将所述报文的媒体访问控制源地址、媒体访问控制目的地址、网际协议源地址和网际协议目的地址相加取余而得到所述映射号。
当所述聚合为堆叠聚合时，所述端口属性表所描述的端口属性还包含端口堆叠标志，用于指示该端口是否为堆叠端口。
通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的主要区别在于，本发明将相关数据配置在端口属性表、Trunk组表、Trunk映射表中，并基于这三个表的信息进行报文转发，从而实现链路聚合；还通过HASH方法实现负载均衡；并在此基础上通过堆叠端口的特殊配置实现堆叠聚合。
这种技术方案上的区别，带来了较为明显的有益效果，即因为只要在几个表中简单地设定链路聚合的相关参数并辅以相应的报文转发流程就可以实现链路聚合，所以实现复杂较低，并只要修改相应的参数就可以改链路聚合的形式，因此可以根据需要灵活配置。
本发明按照负载均衡标准设计了各表结构、配置规则和报文转发流程，实现了负载均衡机制，提高了系统容错能力。
各表配置简单方便，加快了链路聚合后的系统处理速度。
采用特殊的配置即可实现堆叠聚合，提高了资源利用率和配置灵活性。
附图说明
图1是以太网交换机的多种堆叠模式示意图；
图2是堆叠设备进行链路聚合示意图；
图3是根据本发明的一个实施例的单播报文转发流程图；
图4是根据本发明的一个实施例的聚合映射流程图。
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，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
本发明采用端口属性表、聚合组表和聚合映射表实现对链路、聚合组以及它们之间的映射关系的管理和配置；并根据链路聚合标准，设计各个表的配置方法、聚合转发规则和处理流程，实现负载均衡机制，在聚合链路上均衡分配网络流量；同时，在此基础上简单地实现了堆叠链路聚合。
在本发明的一个实施例中，链路聚合称为Trunking，聚合组成为Trunk组。由于链路对应于交换机的端口，因此一个端口(Port)对应于一条链路。
在本发明的一个实施例中，给每条链路设置端口属性表，包含聚合标志(Trunked)和聚合组号(TrunkID)，其中聚合标志指示本端口是否被聚合，如果是，则本端口被聚合在相应聚合组号的聚合组中。
在本发明的一个实施例中，设置聚合组表，该表以聚合组号(TrunkID)索引，对应每个TrunkID的表行称为目的端口列表(Port List)，端口列单上对应每个端口为一位，用于该位指示相应端口是否在相应聚合组内。比如，由16个Trunk组和28个端口的聚合组表结构如表一所示。表-的行号位TrunkID 0-15，列号为端口号0-27。端口的类型可以不同，比如0-23号为FE口，24-27号为GE口。可见表中每格只需用一位存储，比如用′1′表示该端口在该聚合组内，否则为′0′。如表一所示，Trunk组0所对应的第一行中分别对应端口4、5、7的值置为′1′，则表示Trunk组0包括端口4、5、6，同样地，易见Trunk组14包括端口24，Trunk组15端口25、26、27。
表一
| TrunkID | 端口号 | |||||||||||||
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | …… | 24 | 25 | 26 | 27 | |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | …… | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | …… | 0 | 0 | 0 | 0 |
| …… | …… | |||||||||||||
| 14 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | …… | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 15 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | …… | 0 | 1 | 1 | 1 |
在本发明的一个实施例中，为了能够快速均衡地分配网络流量到每个Trunk组所包含的各个端口上，采用哈希(Hash)映射的方法，将网络中的数据均衡的映射到Trunk组内的各个端口上。配合哈希映射的方法，设置Trunk映射表。该表由哈希号(HashIDX)索引，每个HashIDX对应一行，每行由与所有端口对应的位组成，该位用于指示在该HashIDX的情况下，该端口是否用于分担所在Trunk组的网络流量，因此称为端口掩码(Port Mask)。为了符合链路聚合标准，需要满足在同一个Trunk组内数据报文不会被多个端口转发，因此在配置Trunk映射表时，必须满足每个HashIDX所对应的行里，属于同一个Trunk组的端口中，有且只有一个端口有效。比如，对应与表一所给的实施例，由16个HashIDX组成的Trunk映射表如表二所示。表二的行号为Hash映射后所有可能的HashIDX 0-15，对应每一行各Trunk组所包含的端口中有且只有一个被置为′1′，这样就实现了所有情况下，同一Trunk组的报文只在一个端口转发。另外，从表二可见，同一Trunk组所包含的端口在所有可能的HashIDX中被均匀地置为′1′，表二中Trunk组1包含端口0、1、2、3，在HashIDX为0-15的16种可能中，每个端口都有4中可能被置为′1′，由此实现同一Trunk组的网络流量在其所包含的所有端口上均衡分配。由于Trunk组0包含端口数目为3个，不能被HashIDX数16所整除，因此导致流量分配不能完全平均，但差距只有总流量的1/16。如果采用更多的HashIDX，则流量分配的最大可能差距还能再降低。对于只包含一个端口的Trunk组或者不被Trunk的端口，在所有HashIDX的情况下都被置′1′。
表二
| HashIDX | 端口号 | |||||||||||||
| Trunk1 | Trunk0 | Trunk0 | Trunk14 | Trunk15 | ||||||||||
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | …… | 24 | 25 | 26 | 27 | |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | …… | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | …… | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 2 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 3 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | …… | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 4 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | …… | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 5 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 6 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | …… | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 7 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | …… | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 8 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 9 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | …… | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 10 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | …… | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 11 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 12 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | …… | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 13 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | …… | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 14 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 15 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | …… | 1 | 1 | 0 | 0 |
上述哈希映射方法，可以由报文信息经过哈希运算后而得到规定范围内的HashIDX。在本发明的一个实施例中，结合端口选择策略，采用对报文的地址的哈希运算实现哈希映射。比如，根据源地址和目的地址中的媒体介入控制层(Media Access Control，简称“MAC”)和网际协议(Internet Protocol，简称“IP)地址，进行求和取余运算得到HashIDX。这样可以保证同一链路上的报文，即源的地址相同的报文，所对应的HashIDX相同，于是经过上述Trunk映射表后将被映射到同一个端口上转发。
为了更详细地说明上述Trunk映射方法在链路聚合时的负载均衡机制工作原理，下面给出本发明的一个实施例的报文转发过程。比如对于表一、表二所描述的情况，当一个转发到Trunk组1的数据流到达交换机时，交换机首先根据设定的哈希映射方法，将该数据流上的报文信息进行哈希运算得到HashIDX，比如为2；于是查找Trunk映射表，得到上述表二的第三行；再根据Trunk组表得到该Trunk组所包含的端口，即表一的第二行，分别为端口0、1、2、3；将Trunk组表的表行与Trunk映射表的表行进行与运算，即得到该报文转发的端口号，表二第三行的前4格只有端口2对应为1，因此该报文将在端口2上转发。
由此可见，上述Trunk映射方法可以实现以下要求：首先，由于每个Trunk组所包含的端口在各个HashIDX下均匀分配，因此通过哈希映射，每个Trunk组的网络流量将由端口均衡分担；其次，每个Trunk组在每一HashIDX下有且只有一个端口有效，保证了所有报文都能找到端口转发，且不会在不同端口重复转发；再次，由于哈希映射所采用的哈希运算方法能够保证同一数据流的报文在哈希运算以后得到相同的HashIDX，则必在同一端口转发，保证了同一数据流的数据包不会乱序。
在本发明的一个实施例中，针对单播报文、多播报文和广播报文分别给出相应的转发流程。
图3示出了根据本发明的一个实施例的单播报文转发流程。首先进入步骤301，配置交换机的转发表，如果该报文的转发目的为Trunk组则配置为相应的TrunkID，同时置Trunked标志有效；如果为端口，则配置为相应端口号。
接着进入步骤302，根据该报文的输入端口号查找端口属性表，得到该输入端口的Trunked标志、TrunkID和推叠(Stacked)等属性。
接着进入步骤303，查找转发表得到该报文的转发目的，并判断转发目的的Trunked标志是否有效，如果是，则转发目的为Trunk组进入步骤305，否则转发目的为端口，进入步骤304。
在步骤304中，直接根据转发目的的端口号指示进行转发。
在步骤305中，根据在步骤302中得到的输入端口的属性，判断输入端口是否属于Trunk组，如果是则需要输入TrunkID和转发目的TrunkID是否相等，如果相等则进入步骤306进行源端口抑制处理，否则进入步骤307进行Trunk映射得到转发目的端口号，并转发。
其中源端口抑制处理是指将输入端口和转发端口相同的报文丢弃，以避免报文环回发送。在本发明另一实施例中，对于二层单播的报文进行源端口抑制，而对于三层单播的报文则上报处理器进行相关的处理。
在本发明的一个实施例中，步骤307中所述Trunk映射包含以下子步骤：首先通过哈希运算得到HashIDX，接着查找Trunk映射表，同时根据转发目的TrunkID查找Trunk组表，将得到的Trunk映射表表行(Port Mask)和Trunk组表表行(Port List)进行与(And)操作得到唯一的转发目的端口号，于是在此端口上转发该报文。Trunk映射流程如图4所示。
在本发明的一个实施例中，对于多播报文的转发，如果多播目的包括Trunk组，则多播转发目的端口列表应该包括该Trunk所有物理端口。此后，进行Trunk映射，将得到的Trunk映射表行(Port Mask)和多播目的端口列表(Port List)进行与(And)操作。对于二层多播需要进行源端口抑制操作，即从上述输出结果中删除输入端口或输入Trunk组包含的所有端口，得到最终的输出端口列表；对于三层多播，则无须进行源端口抑制。所述多播报文包含第二层多播、第三层多播和第三层子网广播等方式。
在本发明的一个实施例中，由于第二层的未知单播和第二层的广播均需要在虚拟局域网内(Virtual Local Area Network，简称”VLAN“)进行广播，因此相应的需要有广播报文的转发处理流程。广播转发要求在配置VLAN表时，将Trunk组所包含的所有端口均列为广播转发端口。此后，使用VLAN端口列表和Trunk映射表行进行与操作，最后进行源端口抑制操作。
在本发明的一个实施例中，采用上述Trunk映射机制实现堆叠聚合。相对于堆叠的每个交换机，都包含有两类端口，一类与相互堆叠的其他交换机相连的端口，用于实现堆叠交换机的相互通信，称为堆叠端口；另一类则为普通端口，可以进行聚合。比如图2所示交换机SW1和交换机SW2通过一条堆叠链路进行堆叠，其中交换机SW1的27号端口为堆叠端口，而交换机SW2的26号端口为堆叠端口。在由堆叠交换机组成的整体中，将所有普通端口看成可聚合的端口，在进行Trunk组表和Trunk映射表配置时将所有可聚合端口进行统一配置，之后在每个交换机中将其他交换机的端口用本交换机的堆叠端口代替。这样，即可实现当报文需要从其他交换机端口转发时，本交换机将该报文从堆叠端口转发，由其他交换机继续转发，直到由相应的交换机的端口转发出去。
比如，图2中将交换机SW1的26号端口和交换机SW2的27号端口聚合成Trunk组0，将交换机SW1的1号端口和交换机SW2的1号、2号端口聚合成Trunk组1。因此在配置交换机SW1的Trunk组表时，本来Trunk组0应包含SW1的26号端口和SW2的27号端口，由于SW2的27号端口的数据流需要先由SW1通过其27号堆叠端口转发给SW2，再由SW2从其27号端口转发，所以SW1的Trunk组表中，Trunk组0包含其26号端口和27号堆叠端口。同样的，Trunk组1应包含其1号端口和27号堆叠端口。而在SW2的Trunk组表中，Trunk组0应包含其27号端口和26号堆叠端口，Trunk组1应包含其1号、2号端口和26号堆叠端口。
从上述Trunk组表的配置中可以看到，此时堆叠端口可能属于多个Trunk组，如SW1中的27号端口和SW2中的26号端口都既是Trunk组0的成员又是Trunk组1的成员。这是跨堆叠设备Trunk组表配置的特殊之处。
对于Trunk映射表，同样地需要先将跨堆叠设备看成一个整体进行配置，然后在每个交换机的Trunk映射表中，所有普通端口按照原先规则进行配置，而同一交换机的所有堆叠端口则需要满足在任一HashIDX下有且只有一个堆叠端口有效，这样就实现了在任一HashIDX的情况下，如果某一Trunk组所对应的端口在跨堆叠的其他交换机上，就能找到唯一的一个堆叠端口进行转发，直到相应交换机收到该报文并转发。可见，同一Trunk组所包含的所有端口均能均衡分担网络流量，而且交换机的堆叠端口也能均衡分担堆叠所需流量。
比如，对于图2中所示交换机SW1与交换机SW2的堆叠聚合，首先将跨堆叠设备看成一个整体按照前述规则进行配置得到虚拟Trunk映射表，如表三所示。可见，对于Trunk组0所包含的SW1的端口26和SW2的端口27实现了均衡分配网络流量，对于Trunk组1所包含的SW1的端口1和SW2的端口1、2也实现了均衡分配网络流量。
表三
| HashIDX | 端口号 | |||||
| SW1 | SW2 | …… | SW1 | SW2 | ||
| 1 | 1 | 2 | …… | 26 | 27 | |
| 0 | 1 | 0 | 0 | …… | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | …… | 0 | 1 |
| 2 | 0 | 0 | 1 | …… | 1 | 0 |
| 3 | 1 | 0 | 0 | …… | 0 | 1 |
| 4 | 0 | 1 | 0 | …… | 1 | 0 |
| 5 | 0 | 0 | 1 | …… | 0 | 1 |
| 6 | 1 | 0 | 0 | …… | 1 | 0 |
| 7 | 0 | 1 | 0 | …… | 0 | 1 |
| 8 | 0 | 0 | 1 | …… | 1 | 0 |
| 9 | 1 | 0 | 0 | …… | 0 | 1 |
| 10 | 0 | 1 | 0 | …… | 1 | 0 |
| 11 | 0 | 0 | 1 | …… | 0 | 1 |
| 12 | 1 | 0 | 0 | …… | 1 | 0 |
| 13 | 0 | 1 | 0 | …… | 0 | 1 |
| 14 | 0 | 0 | 1 | …… | 1 | 0 |
| 15 | 1 | 0 | 0 | …… | 0 | 1 |
根据上述虚拟Trunk映射表，可以根据以下规则得到每个交换机的Trunk映射表：首先将虚拟Trunk映射表中属于各个交换机的端口的配置完全相同地配置到每个交换机各自的Trunk映射表中；然后每个交换机各自的所有堆叠端口进行前述的配置，即所有堆叠端口进行均衡分配，在任一HashIDX下有且只有一个堆叠端口有效，在此例中由于交换机SW1和SW2都只有一个堆叠端口，因此在所有HashIDX下该堆叠端口都有效；对于其他没有聚合的端口，则按原规则配置，即所有HashIDX下都有效。最后配置得到的交换机SW1和交换机SW2所对应的Trunk映射表分别如表四和表五所示。
表四
| HashIDX | 端口号 | |||||||||||||
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | …… | 24 | 25 | 26 | 27 | |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 2 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 3 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 4 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 5 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 6 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 7 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 8 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 9 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 10 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 11 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 12 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 13 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 14 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 15 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 1 | 0 | 1 |
表五
| HashIDX | 端口号 | |||||||||||||
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | …… | 24 | 25 | 26 | 27 | |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 2 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 3 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 4 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 5 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 6 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 7 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 8 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 9 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 10 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 11 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 12 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 13 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 14 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 15 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | …… | 1 | 1 | 1 | 1 |
在本发明的一个实施例中，对于堆叠聚合的情况，报文转发流程与非堆叠情况基本一致，但跨堆叠的交换机中的转发表需要同步，即同一数据流的转发目的在不同跨堆叠交换机上均相同，由于跨堆叠的不同交换机所采用的哈希算法相同，这样就能保证同一数据流在跨堆叠聚合Trunk所包含的各个端口上均衡分配流量。另外，由于每个交换机在进行报文转发时，如果对应端口在本交换机上，则直接转发，否则通过此时所对应的堆叠端口转发到跨堆叠的其他交换机上。
下面给出根据本发明的一个实施例的堆叠聚合报文转发的具体流程。对于单播报文转发，当目的地址为跨堆叠Trunk组时，通过哈希映射得到HashIDX，并查找Trunk映射表，如果有本地端口有效，则从本地端口转发；否则必有唯一的一个堆叠端口有效，于是从该有效的堆叠端口转发。对于多播或广播报文转发，当目的地址包含跨堆叠Trunk组时，经Trunk映射后，如果存在一本地端口有效，则在有效的本地端口和有效的堆叠端口同时转发，否则只在该有效的堆叠端口转发。这样该报文经过堆叠端口转发到跨堆叠的其他交换机之后，将会采用同样的方法同时在有效的本地端口和堆叠端口转发，既可以保证该多播或广播报文在该Trunk组包含的所有端口上转发，也能防止报文在堆叠链路上环回转发，这是因为网络超时丢弃机制和源端口抑制机制将会阻止报文在堆叠链路上循环转发。
为了进一步说明堆叠聚合情况下报文转发的具体过程，下面给出详细描述的报文转发动态过程。
比如在图2所示的堆叠聚合情况下，假设一个单播报文在交换机SW1被处理时，转发目的为Trunk组1，如果经哈希映射得到HashIDX为0，则查找表四得到本地端口1和堆叠端口27都有效，根据前述流程，只在本地端口1转发；如果经哈希映射得到HashIDX为1，查表得到只有堆叠端口27有效，则在堆叠端口27转发，到达交换机SW2，由于前述跨堆叠设备的转发表同步机制，将保证交换机SW2收到该报文后经哈希映射得到HashIDX必同样为1，则查表得到本地端口1和堆叠端口26都有效，根据前述流程，只在本地端口1转发；同理，如果SW1中得到HashIDX为2时，经堆叠转发到SW2，得到相同的HashIDX，查表应该在SW2的端口2输出。可见，单播报文能按照跨堆叠交换机作为一个整体进行流量均衡分配。
在图2所示的堆叠聚合情况下，假设一个多播报文在交换机SW1中的多播转发目的包含端口0和Trunk组1，如果经哈希映射得到HashIDX为0，则查表后应该在端口0、本地端口1和堆叠端口27都转发，而经过堆叠端口27转发到交换机SW2的一份报文将会由SW2继续处理，根据前述流程和相同的HashIDX，该报文将在查表后将只在堆叠端口26发送，此时由于源端口抑制，交换机SW2将该报文丢弃，避免了循环转发。如果一开始在SW1经哈希映射得到HashIDX为1，则该报文经过SW1和SW2处理后最终将在SW1的端口0和SW2端口1转发。如果一开始在SW1经哈希映射得到HashIDX为2，则最终在SW1的端口0和SW2的端口2转发。可见，多播转发目的包含Trunk组，则最终只在该Trunk组所包含的一个端口上均衡的转发出一份报文。
熟悉本领域的技术人员可以理解，所述Trunk组表和Trunk映射表也可以通过其他编码方式实现，所述哈希运算可以通过其他算法实现，所述堆叠设备的结构、连接方式可以根据要求设计，完成发明目的，而不影响本发明的实质和范围。
虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。
Claims (14)
1.一种以太网链路聚合方法，其特征在于，包含以下步骤，
设置端口属性表、聚合组表和聚合映射表，其中，所述端口属性表用于描述端口的属性，所述聚合组表用于设定聚合组所包含的端口，所述设置聚合映射表用于进行聚合映射，将所述聚合组的网络流量均衡分配到其所包含的端口上；
根据所述端口属性表、所述聚合组表和所述聚合映射表转发报文。
2.根据权利要求1所述的以太网链路聚合方法，其特征在于，所述端口属性表所描述的端口属性包含：端口聚合标志，用于指示该端口是否属于聚合组；聚合组号，用于在所述端口聚合标志有效的情况下指示该端口所属聚合组。
3.根据权利要求2所述的以太网链路聚合方法，其特征在于，所述转发报文的步骤中，对于单播报文转发包含以下子步骤：
A根据所述报文配置转发表，配置时判断所述报文的转发目的是聚合组还是端口，如果是聚合组则将表项中的转发目的配置为相应的聚合号并置端口聚合标志有效，如果是端口则将表项中的转发目的配置为相应端口号；
B根据所述报文的输入端口号查找端口属性表，得到该输入端口的端口属性，其中包含端口聚合标志和聚合组号；
C查找所述转发表得到该报文的转发目的，判断该转发目的是否为聚合组，如果是则进入步骤D，否则进入步骤E；
D判断是否所述输入端口对应的所述端口聚合标志有效且所述输入端口对应的聚合组号与所述转发目的对应的聚合组号相同，如果是则进行源端口抑制处理并丢弃该报文，否则根据所述聚合映射表进行聚合映射得到有效端口并转发；
E按照所述转发目的对应的所述端口号，在对应端口转发该报文。
4.根据权利要求3所述的以太网链路聚合方法，其特征在于，所述步骤D中的所述聚合映射包含以下子步骤，
通过哈希运算由所述报文信息得到所述映射号；
根据所述映射号查找所述聚合映射表，得到端口掩码；
根据所述转发目的查表得到所述目的端口列表；
将所述端口掩码和所述目的端口列表进行与操作得到有效的标志位所对应的端口号，即映射得到的所述有效端口。
5.根据权利要求3所述的以太网链路聚合方法，其特征在于，对于多播或广播报文转发，先得到多播或广播目的端口列表，如果目的端口包含聚合组，则该目的端口应该包括该聚合组中的所有端口，再进行聚合映射得到所有有效端口，并转发。
6.根据权利要求2所述的以太网链路聚合方法，其特征在于，当所述聚合为堆叠聚合时，跨堆叠设备包含普通端口和堆叠端口，通过堆叠端口完成堆叠通信，包含以下设置步骤，
设置虚拟聚合映射表，由所述映射号索引，对应每个所述映射号存在相应的端口掩码，所述端口掩码包含所有跨堆叠设备的所述普通端口的标志，用于指示对应端口在该映射号下是否有效，使得在任一映射号下同一聚合组所包含的所述普通端口有且只有一个普通端口有效，而未聚合的所述普通端口在任一映射号下均有效；
根据所述虚拟聚合映射表中与每个跨堆叠设备的所述普通端口的配置，同样地配置该跨堆叠设备的所述聚合映射表中所述普通端口；
配置每个跨堆叠设备的所述聚合映射表中所述堆叠端口，使得在任一映射号下，有且只有一个所述堆叠端口有效。
7.根据权利要求6所述的以太网链路聚合方法，其特征在于，当所述聚合为堆叠聚合时，对于单播报文转发，包含以下步骤，
F判断该报文的转发目的是否为跨堆叠聚合组，如果是，进入步骤G，否则，直接从该端口转发；
G通过所述哈希映射得到所述映射号，并查找所述聚合映射表，判断所述普通端口是否有效，如果是，则从该有效普通端口转发，否则从有效堆叠端口转发。
8.根据权利要求7所述的以太网链路聚合方法，其特征在于，当所述聚合为堆叠聚合时，对于多播或广播报文转发，包含以下步骤，
H判断该报文的转发目的是否包含所述跨堆叠聚合组，如果是，进入步骤I，否则，直接在所有包含的所述普通端口转发；
I通过所述哈希映射得到所述映射号，并查找所述聚合映射表，如果均存在有效的所述普通端口和有效的所述堆叠端口，则在该普通端口和该堆叠端口都转发，否则仅在该堆叠端口转发。
9.根据权利要求1所述的以太网链路聚合方法，其特征在于，所述聚合组表由所述聚合组号索引，对应每个所述聚合组号存在相应的目的端口列表，所述目的端口列表对应于每个所述端口的都包含一个标志，用于指示对应端口是否属于该聚合组。
10.根据权利要求1所述的以太网链路聚合方法，其特征在于，所述聚合映射表由映射号索引，对应每个所述映射号存在相应的端口掩码，所述端口掩码对应于每个所述端口都包含一个标志，用于指示对应端口在该映射号下是否有效。
11.根据权利要求10所述的以太网链路聚合方法，其特征在于，所述映射号由报文信息通过哈希映射得到，所述映射号的总数目根据负载均衡程度要求设定，所述哈希映射算法满足相同的报文信息映射得到相同的映射号。
12.根据权利要求11所述的以太网链路聚合方法，其特征在于，所述聚合映射表按照以下规则配置：
属于同一聚合组的所述端口在任一所述映射号下有且只有一个所述端口置为有效，不属于任何所述聚合组的所述端口在任何所述映射号下都置为有效，属于同一聚合组的所述端口在所有所述映射号下被置为有效的次数相互均衡。
13.根据权利要求12所述的以太网链路聚合方法，其特征在于，所述哈希映射算法通过将所述报文的媒体访问控制源地址、媒体访问控制目的地址、网际协议源地址和网际协议目的地址相加取余而得到所述映射号。
14.根据权利要求9所述的以太网链路聚合方法，其特征在于，当所述聚合为堆叠聚合时，所述端口属性表所描述的端口属性还包含端口堆叠标志，用于指示该端口是否为堆叠端口。
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