一種檢測乙太網環路並且自動恢復的方法
2023-04-30 07:09:46
專利名稱：一種檢測乙太網環路並且自動恢復的方法
技術領域：
本發明涉及乙太網環路檢測以及自動恢復的實現，由於需要將自定義的環路檢測報文重定向到CPU進行處理，同時CPU還需要控制乙太網交換晶片對報文的轉發和過濾，因此要求乙太網交換晶片能夠支持報文的重定向和過濾功能，這項要求一般的乙太網交換晶片都能滿足，因此實現該功能和現有的0NU硬體相比沒有任何改動。 圖2給出了本發明的環路檢測軟體模塊結構圖，包括五個模塊環路檢測初始化模塊、環路檢測報文發送模塊、環路檢測報文接收模塊、環路檢測定時器模塊、環路檢測報 文防偽造模塊。其中環路檢測定時器模塊包括環路檢測接收定時器模塊和環路檢測自動恢 復定時器模塊。這些模塊中，環路檢測報文發送模塊、環路檢測報文接收模塊和環路檢測定 時器模塊需要周期性的運行，在本文中分別用任務來表示環路檢測報文發送任務、環路檢 測報文接收任務和環路檢測報文定時器任務。環路檢測初始化模塊僅需要在初始時運行一 次，環路檢測報文防偽造模塊被環路檢測報文接收模塊所調用。 本發明基於圖2所示的環路檢測軟體模塊結構圖，公開了一種檢測乙太網環路並 且自動恢復的方法，包括以下步驟 步驟l，環路檢測初始化模塊完成初始化，初始化的內容包括乙太網交換晶片每 個用戶埠的環路檢測收發信息表、環路狀態標記、受控狀態標記、環路檢測定時器超時時 間、環路檢測執行的周期時間和乙太網交換晶片的報文重定向規則，同時創建並運行三個 任務環路檢測報文發送任務、環路檢測報文接收任務和環路檢測報文定時器任務；
步驟2，構造、收發、分析環路檢測報文，判斷是否存在環路環路檢測報文發送模 塊根據環路檢測執行的周期時間周期性的為每個用戶埠構造環路檢測報文，並從每個用 戶埠向乙太網網絡中發送該環路檢測報文並記錄發送信息到每個用戶埠所對應的環 路檢測收發信息表中；同時環路檢測定時器模塊調用環路檢測接收定時器模塊開始計時， 並且環路檢測報文接收模塊開始嘗試從每個用戶埠接收環路檢測報文，如果超過環路檢 測定時器超時時間後依然未收到環路檢測報文，則認為該用戶埠下不存在環路，如果在 環路檢測定時器超時時間內收到環路檢測報文，且經過環路檢測報文防偽造模塊檢驗確認 該環路檢測報文真實有效，則認為該用戶埠下存在環路，並記錄接收信息到該用戶埠 所對應的環路檢測收發信息表中； 步驟3，標誌位賦值，當用戶埠下存在環路時，報文重定向到CPU並發出警告信 息；當用戶埠下不存在環路時，環路檢測定時器模塊置該用戶埠的環路狀態標記為無 環路、置受控狀態標記為不受控；當用戶埠下存在環路時，依據乙太網交換晶片的報文重 定向規則，環路檢測報文被重定向到CPU，由環路檢測報文接收模塊處理；環路檢測報文接 收模塊置該用戶埠的環路狀態標記為有環路、置受控狀態標記為受控，受控狀態是指被 置為受控的用戶埠除了環路檢測報文的收發之外，丟棄掉其它報文；然後根據接收信息 逆向查找到發送該環路檢測報文的用戶埠，對發送和接收的用戶埠進行比較，判斷是 單埠環路故障還是多埠環路故障，同時報告告警信息； 步驟4，環路故障恢復情況監測及處理環路檢測定時器模塊調用環路檢測自動 恢復定時器模塊與環路檢測接收定時器模塊同步計時，環路檢測報文接收模塊開始嘗試從 受控狀態被置為受控的用戶埠接收環路檢測報文，如果超過環路檢測定時器超時時間後 依然未收到環路檢測報文，則認為該用戶埠下不存在環路，環路檢測定時器模塊置該用 戶埠的環路狀態標記為無環路、置受控狀態標記為不受控； 步驟5，重複步驟2到4，根據環路檢測執行的周期時間周期性的檢測用戶埠是 否存在環路及存在環路的用戶埠是否恢復正常。 在上述技術方案的基礎上，步驟1中所說的環路檢測收發信息表的表項包括用 戶埠號、發送的Vlan ID、發送的時間戳、發送的隨機序列號、發送的環路檢測報文計數、 接收的Vlan ID、接收的時間戳、接收的隨機序列號、接收的環路檢測報文計數；環路檢測收
7發信息表的表項以用戶埠號為索引。 在上述技術方案的基礎上，步驟1中所說的環路狀態標記、受控狀態標記分別被 初始化為無環路、不受控。 在上述技術方案的基礎上，步驟1中所說的乙太網交換晶片的報文重定向規則由
規則條件和規則動作構成，其具體內容為 規則條件1 :乙太網類型=0x9001， 規則條件2 :目的MAC地址=廣播地址， 規則條件3 :源MAC地址=0NU的MAC地址， 規則動作收到的報文重定向到CPU ; 上面3個規則條件需要同時滿足，才執行規則動作。
以下通過一個具體實施例進一步說明本發明所述方法 環路檢測初始化模塊完成初始化的具體步驟可以如圖5所示，具體步驟簡述如 下 步驟1. l，環路檢測初始化模塊初始化乙太網交換晶片每個用戶埠的環路檢測 收發信息表，該表的表項如圖4所示；該表以用戶埠號為索引，表項內容包括用戶埠 號，發送的VLAN ID，發送的時間戳，發送的隨機序列號、發送的環路檢測報文計數、接收的 VLANID，接收的時間戳，接收的隨機序列號、接收的環路檢測報文計數；
步驟1. 2，初始化每個用戶埠的環路狀態標記和受控狀態標記，其中環路狀態標 記初始化為"不存在環路"，受控狀態標記初始化為"不受控"； 步驟1. 3，初始化用戶埠的環路檢測接收定時器和環路檢測自動恢復定時器的
超時時間，分別記為Tl和T2 ;在本發明中Tl和T2針對所有用戶埠都設置成相同的值，
如確有需求，採用現有技術還可以針對單個用戶設置成不同的值，同時初始化環路檢測報
文發送模塊執行的周期T3和環路檢測報文定時器模塊執行的周期T4 ; 步驟1. 4，初始化乙太網交換晶片的報文重定向規則； 規則的格式如下 規則=規則條件+規則動作； 規則條件=規則域+規則操作符+規則域的值+規則域掩碼值；
規則動作={丟棄、重定向到某個埠等};
規則域=(用戶埠號、目的MAC地址、源MAC地址、乙太網類型、VLAN ID等};
規則操作符={ =、> = 、< = 、 ！=等}; 規則域的值和規則域掩碼值分別用數值表示，通常情況下分別用6個字節來表 示。 一條規則允許存在多個規則條件，各規則條件之間是"並且"的關係，只有當各規則條 件均成立時，才執行相應的規則動作。 根據上述格式，假設環路檢測初始化模塊初始化報文重定向規則如下 規則條件 (1)乙太網類型=0x9001， (2)目的MAC地址二廣播地址， (3)源MAC地址=0NU的MAC地址， 規則動作收到的報文重定向到CPU ;
上面3個規則條件對應的掩碼值均為以下6個字節0xf f ， 0xf f ， Oxf f ， Oxf f ， Oxf f ， 0xff，3個規則條件需要同時滿足，才執行"收到的報文重定向到CPU"的規則動作。
步驟1. 5，同時創建並運行三個任務環路檢測報文發送任務、環路檢測報文接收 任務和環路檢測報文定時器任務，這三個任務分別對應著環路檢測報文發送模塊、環路檢 測報文接收模塊以及環路檢測定時器模塊，並且是永遠執行的，其中環路檢測報文發送任 務和環路檢測報文定時器任務是按環路檢測執行的周期時間周期運行的，環路檢測報文接 收任務則是收到了環路檢測報文才開始運行，未收到環路檢測報文時則處於等待狀態。
本發明所述的環路檢測報文格式如圖3所示目的MAC地址+源MAC地址+VLAN 信息+乙太網類型+淨荷+填充字節+校驗和，其中淨荷部分的具體格式為源用戶埠號 +源用戶埠的VLAN ID+時間戳+隨機序列號；所構造的環路檢測報文中，VLAN信息中的 VLAN ID和淨荷部分的源用戶埠的VLAN ID相同。所述VLAN信息是從其它配置模塊中獲 取的，該模塊並沒有在本發明的軟體模塊結構圖中標識出來，VLAN信息的獲取可以採用現 有技術實現。如果沒有獲取到VLAN信息，則報文中源MAC地址之後的VLAN信息不填寫，淨 荷部分的源用戶埠的VLAN ID填寫為O。淨荷部分的隨機序列號針對每個埠是唯一的 和隨機的。 圖6是環路檢測報文發送模塊/接收模塊/定時器模塊的處理流程，其中環路檢 測報文發送模塊的具體工作步驟如下 步驟1.環路檢測報文發送模塊周期性的為每個用戶埠構造環路檢測報文，並 向該用戶埠發送。這裡的周期發送的間隔時間記為T3， T3可調，但是需要滿足T3 > Tl 這個條件。 步驟2.生成環路檢測報文環路檢測報文發送模塊為每個用戶埠構造環路檢 測報文時需要生成一個隨機數，按照圖3的格式生成環路檢測報文。 步驟3.環路檢測報文發送模塊為每個用戶埠生成環路檢測報文後，發送至以 太網交換晶片對應的用戶埠。 步驟4.環路檢測報文發送模塊發送環路檢測報文後，將環路檢測報文中淨荷部 分的信息填寫到對應用戶埠的環路檢測發送信息中。例如填寫的信息為用戶埠號 =P0RT1 ，發送的VLAN ID = VLAN1 ，發送的時間戳=TIMESTAMP1 ，發送的隨機序列號= SESSI0N1。同時將用戶埠 P0RT1的環路檢測報文發送計數記為l，環路檢測報文接收計數 記為0。這樣記錄的目的是為了檢測在一個發送周期內，環路檢測報文接收的計數是否超過 發送的計數以便判斷環路檢測報文是否是偽造的。
環路檢測報文接收模塊的具體工作步驟如下 步驟1.環路檢測報文接收模塊等待接收、處理環路檢測報文乙太網交換晶片收 到環路檢測報文後，將符合報文重定向規則的環路檢測報文重定向到CPU,由環路檢測報文 接收模塊處理。 步驟2.環路檢測報文接收模塊分析環路檢測報文的淨荷，淨荷中的內容包括發 送的用戶埠號=PORT 1 ，發送的VLAN ID = VLAN1 ，發送的時間戳=TIMESTAMP1 ，發送的隨 機序列號=SESSIONl。 步驟3.環路檢測報文接收模塊記錄環路檢測報文接收時的狀態信息，例如接 收到環路檢測報文的用戶埠號=P0RT2，接收的VLANID = VLAN2，接收的時間戳=TMESTAMP2，接收的隨機序列號二 SESSI0N2，同時P0RT2接收的環路檢測報文計數加1。其 中接收到環路檢測報文的用戶埠號來自該報文重定向到CPU時乙太網交換晶片通知CPU 的附加信息，接收的VLAN信息來自環路檢測報文中的VLAN信息而不是淨荷中的VLAN信 息。接收的時間戳是指環路檢測報文接收處理模塊執行至此時所獲取的系統當前時間。接 收的隨機序列號來自環路檢測報文淨荷中的隨機序列號。 步驟4.環路檢測報文接收模塊按照圖7所示的方法判斷接收到的環路檢測報文 是否是偽造的，如果是偽造的，則直接丟棄該報文並轉至步驟1等待接收下一個環路檢測 報文，否則轉至步驟5; 步驟5.判斷該報文淨荷的P0RT1與接收到環路檢測報文的用戶埠號P0RT2是 否相等，如果相等，則認為是單埠環路故障，轉至步驟6，否則認為是雙埠環路故障，轉 至步驟7。 步驟6.如果P0RT1存在單埠環路故障，可以進一步判斷單埠是在一個VLAN
內部發生了環路故障還是在多個VLAN內部。如果接收到的環路檢測報文中的VLAN信息
(例如VLAN2)與淨荷中發送的VLAN ID(例如VLAN1)相等，則認為是在單個VLAN內部發生
了環路故障，否則認為是在多個VLAN內部發生了環路故障。轉至步驟8。 步驟7.如果P0RT1下存在雙埠環路故障，即從P0RT1發送出去的環路檢測報文
從P0RT2收到了 ，同時從P0RT1發送的VLAN信息為VLAN1，而從P0RT2收到的VLAN信息為
VLAN2，則此時向網管報告P0RT1的VLAN1與P0RT2的VLAN2形成了環路。 步驟8.出現環路故障後，不論是單埠環路故障還是多埠環路故障，都進行相
關的告警處理，同時將接收埠 P0RT2的環路狀態標記為"存在環路"，將受控狀態標記置
為"受控"狀態，在TL00P表中索引到P0RT2的記錄表項，記錄相應的接收VLAN信息，接收
的時間戳，接收的隨機序列號。 步驟9.在乙太網交換晶片上對應於P0RT2增加"不是環路檢測的報文全部丟棄" 的規則，即P0RT2隻能通過環路檢測報文，其它的報文都將被丟棄。這裡需要使用兩條不同 優先級的規則聯合來實現 (1)高優先級規則同環路檢測初始化流程中步驟1. 4中的規則。 [OOSS] (2)低優先級規則
規則條件 用戶埠號=P0RT2，源MAC地址二 00:00:00:00:00:01，值掩碼為0x00，0x00， 0x00， 0x00， 0x00， 0x00，實際上任意報文都可以匹配該規則的條件，因此可以理解該規則的
條件為一任意的條件。
規則的動作丟棄。 乙太網交換晶片首先匹配高優先級的規則，即將環路檢測報文重定向到CPU ;對 於其他不匹配高優先級規則的報文，乙太網交換晶片則會匹配到低優先級的規則，而任何 報文都會匹配到該低優先級的規則，因此實現了 "不是環路檢測的報文全部丟棄"的規則。
如果僅隔離單個VLAN內的報文，即需要將特定VLAN內的報文丟棄，則需要將低優 先級規則的條件改為 用戶埠號=P0RT2並且VLAN ID = VLAN1，值掩碼均為0xff ，0xff ，0xff ，0xff ， 0xff，0xff。
環路檢測定時器模塊的具體工作步驟如下 步驟1.環路檢測定時器模塊周期性逐一對用戶埠進行下面的操作步驟2 步
驟8，周期的間隔時間為T4， T4可調，需要滿足T4 < Tl並且T4 < T2這兩個條件。 步驟2.檢測用戶埠的環路檢測報文接收定時器是否超時，以P0RT1為例，其判
斷條件如下，兩個條件需要同時滿足 (1) P0RT1的環路狀態標記為"不存在環路"； (2)當前時間戳-PORTl的發送時間戳>=環路檢測定時器接收超時時間11。當 前時間戳是指環路檢測定時器模塊執行此時所獲取的系統當前時間。 步驟3.如果滿足上述條件，則判定P0RT1下面沒有環路，將P0RT1的環路狀態標 記為"不存在環路"，轉至步驟4。否則表示收到了環路檢測報文，這在環路檢測報文接收模 塊中已經處理了。 步驟4.設置P0RT1的受控狀態標記為"不受控"，轉至步驟1繼續下一個用戶埠 的判斷。 步驟5.檢測用戶埠的環路檢測自動恢復定時器是否超時，以P0RT1為例，其判
斷條件如下，兩個條件需要同時滿足 (l)PORTl的環路狀態標記為"存在環路"， (2)當前時間戳-PORTl的接收時間戳>=環路檢測自動恢復定時器超時時間丁2。
步驟6.如果滿足上述條件，則認為P0RT1下的環路已經消除。轉至步驟7。否則 認為該埠下的環路沒有消除。轉至步驟8。 步驟7.如果P0RT1下的環路已經消除，則可以解除埠的"受控"狀態，刪除該端
口上對應的低優先級的規則，從而使數據可以正常轉發。P0RT1的受控標記置為"不受控"。 步驟8.如果P0RT1下的環路沒有消除，即在超時時間T2內環路檢測報文接收模
塊仍然接收到該報文，則不做處理，P0RT1需要繼續處於"受控"狀態。 圖7給出了判斷是否存在偽造的環路檢測報文的處理流程，具體步驟為 步驟1.環路檢測報文接收模塊接收到環路檢測報文並且進行解析後，獲取報文
淨荷中的發送埠號，發送VLAN信息，發送的時間戳和發送的隨機標識符信息。 步驟2.以報文淨荷中的發送埠號為索引，匹配TLOOP中的內容，匹配條件是報
文淨荷中的隨機序列號和TL00P中對應用戶埠表項的隨機序列號相等。若不等，則直接
丟棄該環路檢測報文。若相等，則轉至步驟3。 步驟3.比較報文淨荷中的時間戳信息與TL00P表項中記錄的該埠的時間戳信 息的差值是否在預設的接收超時時間(Tl)內，若不在該範圍內，則直接丟棄該環路檢測報 文。若在相應的範圍內，則轉至步驟4。 步驟4.比較該用戶埠至上次發送以後埠未被"受控"之前所接收到的環路檢 測報文的個數是否大於l，若滿足該條件，則認為該埠下的設備在偽造環路檢測報文，否 則不是。對於偽造的環路檢測報文，也需要報告給網管。 以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用於限制本發明，凡在本發明精神和原 則之內所做的任何修改、等同替換和改進等，均含於本發明的保護範圍之內。
權利要求
一種檢測乙太網環路並且自動恢復的方法，其特徵在於包括以下步驟步驟1，環路檢測初始化模塊完成初始化，初始化的內容包括乙太網交換晶片每個用戶埠的環路檢測收發信息表、環路狀態標記、受控狀態標記、環路檢測定時器超時時間、環路檢測執行的周期時間和乙太網交換晶片的報文重定向規則，同時創建並運行三個任務環路檢測報文發送任務、環路檢測報文接收任務和環路檢測報文定時器任務；步驟2，構造、收發、分析環路檢測報文，判斷是否存在環路環路檢測報文發送模塊根據環路檢測執行的周期時間周期性的為每個用戶埠構造環路檢測報文，並從每個用戶埠向乙太網網絡中發送該環路檢測報文並記錄發送信息到每個用戶埠所對應的環路檢測收發信息表中；同時環路檢測定時器模塊調用環路檢測接收定時器模塊開始計時，並且環路檢測報文接收模塊開始嘗試從每個用戶埠接收環路檢測報文，如果超過環路檢測定時器超時時間後依然未收到環路檢測報文，則認為該用戶埠下不存在環路，如果在環路檢測定時器超時時間內收到環路檢測報文，且經過環路檢測報文防偽造模塊檢驗確認該環路檢測報文真實有效，則認為該用戶埠下存在環路，並記錄接收信息到該用戶埠所對應的環路檢測收發信息表中；步驟3，標誌位賦值，當用戶埠下存在環路時，報文重定向到CPU並發出警告信息；當用戶埠下不存在環路時，環路檢測定時器模塊置該用戶埠的環路狀態標記為無環路、置受控狀態標記為不受控；當用戶埠下存在環路時，依據乙太網交換晶片的報文重定向規則，環路檢測報文被重定向到CPU，由環路檢測報文接收模塊處理；環路檢測報文接收模塊置該用戶埠的環路狀態標記為有環路、置受控狀態標記為受控，受控狀態是指被置為受控的用戶埠除了環路檢測報文的收發之外，丟棄掉其它報文；然後根據接收信息逆向查找到發送該環路檢測報文的用戶埠，對發送和接收的用戶埠進行比較，判斷是單埠環路故障還是多埠環路故障，同時報告告警信息；步驟4，環路故障恢復情況監測及處理環路檢測定時器模塊調用環路檢測自動恢復定時器模塊與環路檢測接收定時器模塊同步計時，環路檢測報文接收模塊開始嘗試從受控狀態被置為受控的用戶埠接收環路檢測報文，如果超過環路檢測定時器超時時間後依然未收到環路檢測報文，則認為該用戶埠下不存在環路，環路檢測定時器模塊置該用戶埠的環路狀態標記為無環路、置受控狀態標記為不受控；步驟5，重複步驟2到4，根據環路檢測執行的周期時間周期性的檢測用戶埠是否存在環路及存在環路的用戶埠是否恢復正常。
2. 如權利要求1所述的檢測乙太網環路並且自動恢復的方法，其特徵在於步驟1中所說的環路檢測收發信息表的表項包括用戶埠號、發送的Vlan ID、發送的時間戳、發送的隨機序列號、發送的環路檢測報文計數、接收的Vlan ID、接收的時間戳、接收的隨機序列號、接收的環路檢測報文計數；環路檢測收發信息表的表項以用戶埠號為索引。
3. 如權利要求1所述的檢測乙太網環路並且自動恢復的方法，其特徵在於步驟1中所說的環路狀態標記、受控狀態標記分別被初始化為無環路、不受控。
4. 如權利要求1所述的檢測乙太網環路並且自動恢復的方法，其特徵在於步驟1中所說的乙太網交換晶片的報文重定向規則由規則條件和規則動作構成，其具體內容為規則條件1 :乙太網類型=0x9001，規則條件2 :目的MAC地址=廣播地址，規則條件3 :源MAC地址=0NU的MAC地址，規則動作收到的報文重定向到CPU ;上面3個規則條件需要同時滿足，才執行規則動作。
全文摘要
一種檢測乙太網環路並且自動恢復的方法，涉及乙太網環路的檢測與恢復，包括以下步驟步驟1，環路檢測初始化模塊完成初始化；步驟2，構造、收發、分析環路檢測報文，判斷是否存在環路；步驟3，標誌位賦值，當存在環路時報文重定向到CPU並發出警告信息；步驟4，環路故障恢復情況監測及處理；步驟5，重複步驟2到4。本發明所述的檢測乙太網環路並且自動恢復的方法，可以檢測單埠與雙埠的環路故障，也可以檢測到環路並且能夠判斷相應的環路是否消除從而將環路恢復，同時提供了防止用戶偽造環路檢測報文來造成環路阻塞的假象的解決策略，具有對乙太網交換晶片的硬體配置要求低，實現簡單的特點。
文檔編號H04L12/26GK101707538SQ200910223878
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月25日 優先權日2009年11月25日
發明者曾顏, 楊曉 申請人:烽火通信科技股份有限公司