CN102546345A - 利用生成树协议实现弹性分组环跨环保护的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种互联网元数据的分布式采集处理系统及方法，该系统包括配置管理图形用户接口模块、元数据采集组件模块和元数据输出模块，配置管理图形用户接口模块：采集分布式组件参数配置，元数据采集和输入日志查看；元数据采集组件模块：读取各业务应用系统的元数据采集配置，周期性地创建并分布式执行采集任务调度程序、生成各业务应用系统的所需要的元数据可扩展标记语言文件；元数据输出模块：负责将元数据可扩展标记语言文件输出给各业务应用系统。本发明有益的效果是：为互联网的元数据采集提供了通用、开放式的分布式组件和服务，为进一步实现互联网电视的站内精准搜索、内容聚合型应用的垂直搜索提供统一规范的数据源。

Description

利用生成树协议实现弹性分组环跨环保护的方法

技术领域

本发明涉及弹性分组环(RPR，Resilient Packet Ring)和生成树协议(STP，Spanning Tree Protocol)技术领域，主要是一种利用生成树协议实现弹性分组环跨环保护的方法，具体而言是在弹性分组环跨环节点配置生成树协议，实现弹性分组环跨环业务的可靠传输和冗余保护。

背景技术

弹性分组环是面向数据业务，适用于城域网范围的光线环状网。目前已经由IEEE(美国电器和电子工程师协会Institute of Electrical and Electronics Engineers)802.17工作组标准化。弹性分组环是双环结构，由方向相反内环和外环组成。

弹性分组环的关键特点如下：

1、拓扑自动发现

RPR自动拓扑发现机制不需要人为操作，可以实现环上节点的新增，删除和恢复，动态实现拓扑结构更新。

2、空间重用

RPR双环结构，两个环同时进行数据传输，支持环内带宽共享和统计复用。对于组播和广播业务，站点只接收并转发数据包，直到源站点把数据包从环上剥离，对于单播业务，站点会判断是剥离还是转发数据包，提高带宽利用效率。RPR会把已分配的带宽回收利用和对未使用的带宽重新分配。

3、业务分级

RPR将业务分为A，B，C三类，A类业务在分配的带宽内保证最低时延，传送实时业务；B类业务在分配的带宽内保证有限的时延，传送非实时业务；C类业务尽力传送。

4、公平算法

在RPR站点发生拥塞时，通过设置公平算法的权重，可以使不同的节点有不同的接入速率，保证竞争站点之间公平享用带宽。节点可以分别在内环和外环设置不同的权重。

5、保护倒换

RPR提供倒换时间在50ms以内的快速环网保护倒换机制，包括Wrapping和Steering模式.Wrapping保护相当于在断纤处环回，倒换时间快，但不是最优路径。Steering保护选择最优路径，但保护时间慢。

图1是四个站点的弹性分组环示意图，包括内环外环。数据业务根据到目的节点经历的最少节点路径选择相应的环，或者在客户指定的环上传输。

弹性分组环RPR站点的逻辑功能图如图2所示，在交换芯片上方的双向箭头代表RPR站点的外部以太网端口，可以连接其它数据类设备，比如交换机和路由器的以太网端口，在测试时可以连接测试仪表。内部端口是指交换芯片上与RPR处理芯片连接的端口，负责把需要在RPR环上传输的数据业务发送给RPR处理芯片。交换芯片的作用是完成外部端口与外部端口之间，外部端口与内部端口之间的二层数据交换功能。RPR处理芯片完成数据业务的上环，下环，数据转发等功能。

由于弹性分组环的技术优势，在城域网得到广泛应用，许多数据业务传输需要跨越多个弹性分组环，带来数据业务跨环可靠传输的问题。一种最简单的解决办法如图3所示。比如数据业务需要从11站点传送至23站点，只需要在12站点和24站点的外部以太网端口建立物理连接，业务会从11站点到12站点，经过24站点传送至23站点。但是环1和环2之间只有一条物理连接，如果物理连接损坏，环1和环2的数据传输会中断。如果12站点或者24站点发生故障，环1和环2的数据传输也会中断，达不到可靠传输。

为了达到跨环业务的可靠传输，会在两个弹性分组环之间建立至少2条传输路径，做到冗余保护。图4描述的跨环连接有2条传输路径，但是这种用法会导致环上的站点收到重复的数据，并在网络中出现广播风暴，导致网络不可用。比如环1的站点11发送一个广播包，广播包会在环1广播，直到回到11站点被剥离。12站点收到广播包，会把广播包通过24站点传送到环2并在环2上广播，13站点收到广播包同样会把广播包通过23站点传送到环2并在环2广播，这样环2会收到2份广播包并在环上广播。环2通过24站点收到的广播包会传送到23站点，23站点会通过13站点把广播包又发送给环1并在环1广播，同样环2通过23站点收到的广播包会传送到24站点，24站点会通过12站点把广播包发送给环1并在环1广播，环1会收到额外的2份广播包，不停的循环往复，环1和环2会形成广播风暴，消耗网络带宽导致网络不可用。当任意2个弹性分组环之间有超过2条传输路径连接时，也存在上述描述的广播风暴，并且更加严重。当任意3个或以上的RPR环之间的连接形成环路时，即使每两个RPR环之间只有1条传输路径，也会产生广播风暴导致网络不可用。

生成树协议定义在IEEE 802.1D中，是一种链路管理协议，为网络提供路径冗余同时防止产生环路。网桥之间通过侨接协议数据单元交换各自状态信息，然后通过生成树算法，创建无环路的树型逻辑拓扑结构，确保在多路径下网桥选择一条最佳路径，逻辑上断开环路，防止广播风暴的产生。如果线路出现故障，最佳路径失效，可以通过生成树算法重新计算网络路径并找出下一条网络路径，断开的端口被激活，恢复通信。

快速生成树协议[RSTP，Rapid Spanning Tree Protocol]定义在802.1W中，是在802.1D的基础上发展而来的。RSTP协议在网络拓扑发生变化时，能更快的收敛网络，比802.1D多了两种端口类型：预备端口类型和备份端口类型。

本文提到的生成树协议包括STP和RSTP。

图5是一种典型的交换机用法，实际网络情况交换机的数量和端口会比图5更多，并且交换机之间连接更复杂，人为制造交换机环路在很多情况下是为了做冗余保护。为方便阐述，以图5为例阐述生成树协议的工作过程。交换机1，2，3相互连接，形成环路，会发生广播风暴，导致网络不可用。首先配置交换机1，2，3的网桥ID，包括MAC地址和优先级，设置交换机1的网桥ID最小，然后把3个交换机的端口1和端口2都加入到生成树协议端口，最后使能生成树协议。根据生成树算法，会选择网桥ID最小的作根桥，根桥的所有端口都是指定端口，进入转发状态，所以交换机1是根桥，它的端口1和2都是指定端口，转发数据。其余网桥会根据到根网桥的多条路径的路径开销值，选择最小路径开销值的路径到根桥。GE的路径开销是4，FE的路径开销是19，交换机2通过端口2到根桥的路径开销是4，通过端口1到根桥的路径开销是23，所以选择端口2作为根端口。交换机3通过端口2到根桥的路径开销是8，通过端口1到根桥的路径开销是19，所以选择端口2做根端口。交换机2的端口1转发数据，交换机3的端口1被阻塞，不接受转发数据，环路在交换机3的端口1逻辑上断开，就不会形成广播风暴。

当交换机2和3之间连接中断时，生成树算法会重新计算，把交换机3的端口1作为根端口，取消阻塞，与交换机1正常通信，保证业务正常工作，做到冗余保护。当交换机2和3之间连接恢复时，生成树算法会重新计算，再次阻塞交换机3的端口1，把端口2作为根端口。

发明内容

弹性分组环在城域网内得到广泛应用，数据业务跨环传输需要提供冗余保护路径同时又要防止产生广播风暴限制了弹性分组环的跨环应用。本发明的目的是克服上述技术的不足产，而提供利用生成树协议实现弹性分组环跨环保护的方法，利用生成树协议，避免跨环传输出现广播风暴；当工作路径中断时，保护路径传输跨环业务，保证业务不中断，提高跨环传输的可靠性。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种利用生成树协议实现弹性分组环跨环保护的方法，该方法的具体步骤为：

(1)、确定弹性分组环跨环传输形成的环路，分析整个网络拓扑，找出每个弹性分组环的跨环节点，确定跨环传输在各弹性分组环之间形成的环路；

(2)、在各跨环节点配置网桥ID的MAC地址和优先级，把跨环节点形成环路的端口加入生成树协议端口，分配路径开销值，使能运行生成树协议；

(3)、各跨环节点彼此之间定时收发处理桥接协议数据单元，选择网桥ID最小的跨环节点作为根桥，根据各跨环节点端口到根桥的路径开销值，选择路径开销值最小的路径作为工作路径；最大路径开销值的端口进入阻塞状态，成为停止转发但会继续接收和处理桥接协议数据单元的阻塞端口，作为停止转发数据的备份路径，由此确定每个跨环节点到根桥的唯一路径；由于跨环连接环路被消除，不会产生广播风暴，数据可靠转发。

更进一步的，所述跨环节点形成环路的端口包括弹性分组环端口。

更进一步的，根据拓扑设置端口的路径开销值，保证逻辑上中断传输的端口是跨环连接端口。

更进一步的，当跨环传输工作路径或者跨环节点发生异常中断时，相邻跨环节点在超过一定时间没有收到对端的桥接协议数据单元，使能生成树功能的各跨环节点生成树算法会重新计算，阻塞端口被激活，逻辑上重新打开，备份路径传输转发数据；跨环业务被保护，数据可靠转发。当异常中断恢复后，生成树算法根据桥接协议数据单元重新计算各跨环节点到根桥的路径开销值，进入步骤(2)，逻辑上关闭路径开销值最大的阻塞端口，相应的跨环节点作为备份路径。

本发明有益的效果是：

1、实施简单，利用生成树协议，不需要开发额外功能就解决了弹性分组环跨环可靠传输，做到冗余保护和抑制广播风暴。

2、生成树协议是标准协议，定义在802.1D和802.1W中，便于不同厂家设备之间的对接使用。

附图说明

图1是单个弹性分组环示意图；

图2是单个弹性分组环站点的逻辑功能示意图；

图3是两个弹性分组环之间只有1条跨环连接示意图；

图4是两个弹性分组环之间有2条跨环连接示意图；

图5是用来阐述生成树协议工作原理。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合举例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的举例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的核心是在弹性分组环跨环节点配置生成树协议，通过定时收发桥接协议数据单元，跨环节点的环路被消除，不会形成广播风暴。当工作路径或者跨环节点发生异常中断时，桥接协议数据单元报文会超时，生成树协议会重新计算，阻塞端口被激活，备用路径传输业务，保证跨环业务的可靠传输。当异常中断恢复时，桥接协议数据单元正常收发，工作路径重新传输跨环业务，备用路径被阻塞。

为对本发明有直观深入了解，本发明所述方法的具体实施方法如图4所示，包括以下步骤：

1、确定弹性分组环跨环传输形成的环路，在图4中有环1和环2，两环之间有两条跨环传输路径，环1的12跨环节点与环2的24跨环节点连接，环1的13跨环节点与环2的23跨环节点连接。12，24，23，13四个跨环节点形成环路。3个或以上弹性分组环之间互相连接，每两个环之间只有1条传输路径，也会形成环路。本发明适用于所有形成环路的跨环传输，不局限于图4所示的拓扑结构。

2、配置跨环节点12，24，23，13的网桥ID，把跨环节点形成环路的端口加入到生成树协议端口。设置跨环节点12的网桥ID最小，配置12和24之间路径开销是4，24和23之间的路径开销是4，23与13之间的路径开销是19，13和12之间的路径开销的是4，然后使能运行生成树协议。

3、12，24，23，13跨环节点会定时收发桥接协议数据单元报文。通过生成树算法，选择网桥ID最小的作为根桥，12跨环节点会作为根桥。12跨环节点与24，13跨环节点连接端口会成为指定端口，24，23，13跨环节点会根据到根桥的路径开销值，选择路径开销值最小的路径。24跨环节点到12跨环节点顺时钟方向的路径开销值是27大于逆时针方向的路径开销值4，24跨环节点选择逆时针方向路径到12跨环节点。13跨环节点到12跨环节点顺时钟方向的路径开销值是4小于逆时针方向的路径开销值27，13跨环节点选择顺时钟方向路径到12跨环节点。23跨环节点到12跨环节点顺时针方向路径开销值23大于逆时针方向路径开销值8，23跨环节点选择逆时针到12跨环节点。23跨环节点到13跨环节点的连接逻辑上关闭，成为阻塞端口，作为备份路径。跨环传输业务通过12跨环节点与24跨环节点之间路径传输，抑制广播风暴。

4、12跨环节点与24跨环节点之间传输路径异常中断，12和24跨环节点彼此收发的桥接协议数据单元会超时，生成树算法确定12和24跨环节点之间路径不可用，打开阻塞端口，逻辑上激活13和23跨环节点之间的备份路径，正常收发业务，保证跨环传输业务正常工作，做到冗余保护。

5、12跨环节点和24跨环节点之间的传输路径恢复，12和24跨环节点彼此收发桥接协议数据单元，生成树算法确定12和24之间路径恢复，正常工作，逻辑上关闭23与13跨环节点之间连接，打开12和24跨环节点之间连接，跨环业务再次在12与24跨环节点之间路径传输。

综上所述，本发明利用生成树协议消除弹性分组环跨环传输产生的环路，抑制广播风暴。当跨环传输工作路径失效时，通过生成树协议使能备用传输路径，保证业务正常传输。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种利用生成树协议实现弹性分组环跨环保护的方法，其特征是：该方法的具体步骤为：

(1)、确定弹性分组环跨环传输形成的环路，分析整个网络拓扑，找出每个弹性分组环的跨环节点，确定跨环传输在各弹性分组环之间形成的环路；

(2)、在各跨环节点配置网桥ID的MAC地址和优先级，把跨环节点形成环路的端口加入生成树协议端口，分配路径开销值，使能运行生成树协议；

(3)、各跨环节点彼此之间定时收发处理桥接协议数据单元，选择网桥ID最小的跨环节点作为根桥，根据各跨环节点端口到根桥的路径开销值，选择路径开销值最小的路径作为工作路径；最大路径开销值的端口进入阻塞状态，成为停止转发但会继续接收和处理桥接协议数据单元的阻塞端口，作为停止转发数据的备份路径，由此确定每个跨环节点到根桥的唯一路径。

2.根据权利要求1所述的利用生成树协议实现弹性分组环跨环保护的方法，其特征是：所述跨环节点形成环路的端口包括弹性分组环端口。

3.根据权利要求1所述的利用生成树协议实现弹性分组环跨环保护的方法，其特征是：根据拓扑设置端口的路径开销值，保证逻辑上中断传输的端口是跨环连接端口。

4.根据权利要求1所述的利用生成树协议实现弹性分组环跨环保护的方法，其特征是：

(1)、跨环传输工作路径或者跨环节点发生异常中断时，相邻跨环节点在超过一定时间没有收到对端的桥接协议数据单元，使能生成树功能的各跨环节点生成树算法会重新计算，阻塞端口被激活，逻辑上重新打开，备份路径传输转发数据；

(2)、异常中断恢复后，生成树算法根据桥接协议数据单元重新计算各跨环节点到根桥的路径开销值，进入步骤(2)，逻辑上关闭路径开销值最大的阻塞端口，相应的跨环节点作为备份路径。

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