一種自適應快速環路檢測和環路阻斷的方法及裝置的製作方法
2023-04-24 06:32:01
專利名稱：一種自適應快速環路檢測和環路阻斷的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及乙太網環路檢測和阻斷技術領域，特別涉及自適應快速環路檢測和環路阻斷的方法及裝置。
背景技術：
隨著區域網的發展，用戶通過乙太網交換機接入網絡越來越多，安裝區域網時常出現的問題主要是網絡形成環路，在有些情況下錯誤地連接了一根線纜，就可以使整個網絡癱瘓，如圖1a和圖1b的所示情況，在一臺乙太網交換機上存在一個自環頭，或者在該乙太網交換級連的乙太網交換機或者網橋上存在自環頭或環路情況。在上述兩種組網情況下，PC機都存在不能正常和伺服器通信的可能性。在圖1a的情況下，PC機與伺服器通信時，開始會發送一個ARP廣播報文，到達設備後，設備會將PC的MAC地址學習到交換機的埠PORT1上。同時，該廣播報文會在二層網絡中廣播，因此會送到接自環頭的埠PORT6和接伺服器的埠PORT8上。由於埠PORT6上接了一個自環頭，於是，該報文會原封不動的送回到埠PORT6上。由於報文中的源MAC地址為PC機的MAC地址，這樣，就會導致PC機的MAC地址從埠PORT1上移動到PORT6上。當伺服器回應的單播ARP的報文送到交換機後，根據二層交換原理，通過目的MAC尋址查找出埠，就會找到埠PORT6，然後將報文從埠PORT6送出去。這樣，PC機就不能和伺服器進行正常的通信了。圖1b的情況和圖1a是類似的，環回或環路情況存在於級連的交換機。同樣會導致MAC地址的學習錯誤，使正常的網絡通訊中斷。圖1b的情況更接近於實際的網絡情況。更難於發現和定位。這種環回情況對於二層網絡來說是災難性的，二層網絡越大，影響範圍越大。為了避免這種情況發生，必須採用環路檢測方法，利用環路檢測可以準確的發現網絡中是否存在這種情況，及時解決問題。為了檢測網絡中存在的環回和阻斷環回，目前大多都要求設備上有用做管理和收發報文的CPU。圖2是傳統的基於CPU收發報文方式檢測網絡中存在環回的方法示意圖，如圖2所示，環路檢測是通過CPU收發報文來進行的，CPU通過在設備的埠上發送一種特殊的報文，並檢測該報文是否能夠從發送出去的埠送回來，來確定這個埠上是否存在環回情況。當鏈路上某埠下存在環回情況時，從該埠發送出去的檢測報文必須能夠從該埠送回到本設備的CPU；當CPU從某埠發出的檢測報文不能送回到本設備的該埠，則可以確認該埠下環回不存在。因為網絡是一個隨時都有可能存在變動的對象，因此環路檢測是一個持續的過程，也就是說，在設備上需要每隔一定時間間隔進行一次檢測，來確定各個埠上是否存在環回，以及上次發現存在環回的埠上環回是否已經消失等情況。
從上述對基於CPU收發報文方式檢測網絡中是否存在的環回過程的分析，可以看出其最大的缺點在於為了檢測二層網絡中的環路，需要設備上添加CPU，對於家庭和小企業而言，的確是望而生畏而且可能成本高昂，同時每隔一定時間間隔進行一次檢測，在各個埠上收發報，來確定各個埠上是否存在環回，這樣會佔用各個埠的一定的帶寬，會對一些正常數據流產生影響。
發明內容
本發明的目的是提供一種自適應快速環路檢測和環路阻斷的方法及裝置，能夠在二層網絡中自適應快速的檢測環路和阻斷環路，避免廣播風暴的影響並且不佔用埠的帶寬，同時使設備的成本將低。
本發明的技術方案為一種自適應快速環路檢測和環路阻斷的方法，按以下步驟進行(1)輸入單元將從埠接收和發送的乙太網幀的介質訪問控制層的源MAC地址、VLAN ID標識號和埠號，輸送給計算單元，計算單元將乙太網幀的介質訪問控制層的源MAC地址、VLANID標識號和埠號相加構造成一個具有特定比特位的關鍵信息並輸送給邏輯運算單元、學習單元和比較控制單元；(2)邏輯運算單元對得到的關鍵信息作並行的冗餘循環CRC-10的邏輯運算，得到一個關鍵信息表的地址索引值輸送給學習單元和查找單元；(3)學習單元根據所得的關鍵信息和地址索引值自動的構成關鍵信息表；(4)查找單元根據所得的地址索引值，查找構成關鍵信息表中與之對應的表項，得到表項中的關鍵信息輸送給比較控制單元，比較控制單元將得到表項中的關鍵信息與從計算單元得到的關鍵信息進行對比，如相同，則說明該埠下的網絡出現了環路，將接收到的該數據包丟棄，並阻斷廣播風暴的擴散，將環路的影響限制在該埠以下的網絡中，若不相同，則該數據包不丟棄，作正常的轉發處理。
一種自適應快速環路檢測和環路阻斷的裝置，包括輸入單元、計算單元、邏輯運算單元、學習單元、查找單元、比較控制單元，其特徵在於發送輸入單元依次與計算單元、邏輯運算單元，邏輯運算單元分別與學習單元和查找單元相連，學習單元和查找單元相連之間互連，查找單元與比較控制單元相連；輸入單元用於提取從埠接收的乙太網幀的介質訪問控制層的源MAC地址、VLAN ID標識號和埠號；計算單元用於將乙太網幀的介質訪問控制層的源MAC地址，VLAN ID標識號和埠號相加，構造成一個具有特定比特位的關鍵信息；邏輯運算單元用於對得到的關鍵信息作並行的冗餘循環CRC-10的邏輯運算，得到一個關鍵信息表的地址索引值；學習單元用於根據所述的關鍵信息和地址索引值自動的構成關鍵信息表；查找單元用於根據所得到的地址索引值，查找構成關鍵信息表中與之對應的表項，得到表項中的關鍵信息，比較控制單元用於將表項中的得到關鍵信息與給定的關鍵信息作並行比較，根據比較的結果，執行對應的操作處理。
還包括定時器單元，定時器單元與學習單元相連，定時器單元用於關鍵信息表中的表項老化處理，根據設定的時間間隔，使關鍵信息表中的表項可周期性的逐一自動刷新，自動適應網絡拓撲的變化。
在學習單元中連入定時器單元，對關鍵信息表中的表項進行老化處理，具體步驟發如下在學習單元根據所得的關鍵信息和地址索引值自動的構成關鍵信息表的同時啟動定時器單元，記錄每條表項在表中已存在的時間；判斷對應表項是否超過設定時間，如超過，進行刪除，如沒超過，則保留；如果刪除的表項對應的數據包還在發送，則這條表項還會學習到，如不存在，則會被其他的新的表項所代替，這一過程稱為表項的刷新，使表中的信息能依據網絡拓撲的變化而不斷的自動更新。
由於採用了上述技術方案，與現有的技術相比，本發明具有如下有益效果本發明採用將從埠接收和發送的乙太網幀的介質訪問控制層的源MAC地址，VLAN ID標識號和埠號，構造成一個具有特定比特位的關鍵信息，作並行的冗餘循環CRC-10的邏輯運算，組成關鍵信息表，根據關鍵信息表的表項與得到的關鍵信息比較，判斷該埠下環路是否存在，和對其環路阻斷。該方法與傳統的基於CPU收發報文方式檢測網絡中是否存在環回的方法不同，其主要區別在於以前，大多採用CPU發特定的報文方式，本發明不發送特定的報文，不需要CPU，而是採用埠上正常發送和接收的乙太網幀的介質訪問控制層的源MAC地址、VLAN ID標識號和埠號作為判斷依據，將從埠發送的乙太網幀的介質訪問控制層的源MAC地址，VLAN ID標識號和埠號，構造成一個具有特定比特位的關鍵信息，對此關鍵信息作邏輯運算，得到關鍵信息表的地址索引值，然後將給定的關鍵信息寫入索引值對應的表項中，並通過老化機制，使關鍵信息表中的表項周期性的自動刷新，自動適應網絡拓撲的變化，同時將從埠接收的乙太網幀的介質訪問控制層的源MAC地址、VLAN ID標識號和埠號，構造成一個具有特定比特位的關鍵信息，對此關鍵信息作邏輯運算，得到關鍵信息表的地址索引值，根據索引值查找關鍵信息表的與之對應的表項，得到的表項的關鍵信息，判斷表項的關鍵信息與給定的關鍵信息是否相同，如相同，則將該數據包丟棄，如不相同，則數據包不丟棄。
本發明採用埠上發送和接收的源MAC地址、VLAN ID標識號和埠號作為關鍵信息組成關鍵信息表和判斷埠下出現環路的依據，對關鍵信息作邏輯運算是冗餘循環CRC-10的邏輯運算。其優點在於使網絡上環路可以快速的檢測到，並阻斷，可以自動的適應網絡拓撲的變化，同時不佔用埠的帶寬，也可降低二層乙太網設備的成本。
圖1是網絡中存在的環回的示意圖。
圖2是傳統的基於CPU收發報文方式檢測網絡中存在的環回的方法示意圖。
圖3是本發明的自適應快速環路檢測和阻斷的方法示意圖。
圖4是本發明實施例中的自適應快速環路檢測和阻斷的方法流程圖。
圖5是本發明自適應快速環路檢測和阻斷的裝置方框圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細說明。
圖3是本發明的自適應快速環路檢測和阻斷的方法的流程示意圖。
如圖3所示，本發明的思路是在埠發送數據包時，將其所包含的源MAC地址、VLAN表示號和埠號獲取，構成一個60比特位的關鍵信息，將此將此關鍵字進行並行的冗餘循環CRC-10邏輯運算，邏輯運算得到10比特位結果作為關鍵信息表的地址索引值，將對應的關鍵信息寫入地址索引值對應的表項中，即存入一張寬度為64，深度為1024的表中，這一過程稱為學習過程，構成一個64×1024的關鍵信息表，表中的每條表項記錄了該埠對應的已發送包的源MAC地址和VLAN標識符信息；同時在每條表項生成時，啟動定時器，記錄每條表項在表中已存在的時間，對超過設定時間的表項，進行刪除，如果刪除的表項對應的數據包還在發送，則這條表項還會學習到，如不存在，則會被其他的新的表項所代替，這一過程稱為表項的刷新，使表中的信息能依據網絡拓撲的變化而不斷的自動更新；根據乙太網的特點，從本埠發送出去的數據包是不能回到本埠的特點，並且源MAC地址的唯一性等特點，當埠收到數據包時，將其所包含的源MAC地址、VLAN表示號和埠號獲取，構成一個60比特位的關鍵信息，將此關鍵字進行並行的冗餘循環CRC-10邏輯運算，邏輯運算得到10比特位結果作為關鍵信息表的地址索引值，根據地址索引值得到其在關鍵信息表中對應的表項，這一過程成為查找；找到對應的表項後，將其與得到的關鍵信息比較，若相同，則說明該埠下的網絡出現了環路，將接收到的該數據包丟棄，阻斷廣播風暴的擴散，將環路的影響限制在該埠以下的網絡中，若不相同，則該數據包不丟棄，作正常的轉發處理。其中60比特位的關鍵字是由{VLAN_ID+MAC}構成，冗餘循環CRC-10的邏輯運算採用的是64比特位的並行CRC-10運算，CRC-10的生成多項式為C(x)＝x10+x9+x5+x4+x+1。
本實施例中的關鍵信息表的表項數目最多可以有64×1024個，基於實際網絡的特點和系統設備的性價比，可以將表項數目設置為64×4K個或64×8K個。
圖4是本發明實施例中的自適應快速環路檢測和阻斷的方法的流程示意圖。如圖4所示，具體操作步驟包括A、在埠發送數據包時，將其所包含的源MAC地址、VLAN表示號和埠號獲取，構成一個60比特位的關鍵信息；B、將此關鍵字進行並行的冗餘循環CRC-10邏輯運算，邏輯運算得到10比特位結果作為關鍵信息表的地址索引值；C、對應的關鍵信息寫入地址索引值對應的表項中，即存入一張寬度為64，深度為1024的表中，構成一個64×1024的關鍵信息表，表中的每條表項記錄了該埠對應的已發送包的源MAC地址和VLAN標識符信息；D、同時在每條表項生成時，啟動定時器，記錄每條表項在表中已存在的時間；E、判斷對應表項是否超過設定時間，設定的時間範圍為60秒到600秒，可根據網絡的需要來設定，如超過，進行刪除，如沒超過，則保留，如果刪除的表項對應的數據包還在發送，則這條表項還會學習到，如不存在，則會被其他的新的表項所代替，這一過程稱為表項的刷新，使表中的信息能依據網絡拓撲的變化而不斷的自動更新F、當埠收到數據包時，將其所包含的源MAC地址、VLAN表示號和埠號獲取，構成一個60比特位的關鍵信息；G、將此關鍵字進行並行的冗餘循環CRC-10邏輯運算，邏輯運算得到10比特位結果作為關鍵信息表的地址索引值；H、根據地址索引值得到其在關鍵信息表中對應的表項，這一過程成為查找；I、找到對應的表項後，將其與得到的關鍵信息比較，若相同，則說明該埠下的網絡出現了環路，將接收到的該數據包丟棄，阻斷廣播風暴的擴散，將環路的影響限制在該埠以下的網絡中，若不相同，則該數據包不丟棄，作正常的轉發處理。
根據在埠上接收和發送數據包的源MAC地址和VLAN ID標識號，重複執行上述A到I操作步驟，可完成環路的檢測和阻斷操作。
一種自適應快速環路檢測和環路阻斷的裝置，如圖5所示，包括輸入單元、計算單元、邏輯運算單元、學習單元、查找單元、比較控制單元、定時器單元，發送輸入單元依次與計算單元、邏輯運算單元，邏輯運算單元分別與學習單元和查找單元相連，學習單元和查找單元相連之間互連，查找單元與比較控制單元相連；定時器單元與學習單元相連，輸入單元用於提取從埠接收的乙太網幀的介質訪問控制層的源MAC地址、VLAN ID標識號和埠號；計算單元用於將乙太網幀的介質訪問控制層的源MAC地址，VLAN ID標識號和埠號相加，構造成一個具有特定比特位的關鍵信息；邏輯運算單元用於對得到的關鍵信息作並行的冗餘循環CRC-10的邏輯運算，得到一個關鍵信息表的地址索引值；學習單元用於根據所述的關鍵信息和地址索引值自動的構成關鍵信息表；查找單元用於根據所得到的地址索引值，查找構成關鍵信息表中與之對應的表項，得到表項中的關鍵信息，比較控制單元用於將表項中的得到關鍵信息與給定的關鍵信息作並行比較，根據比較的結果，執行對應的操作處理；定時器單元與學習單元相連，定時器單元用於關鍵信息表中的表項老化處理，根據設定的時間間隔，使關鍵信息表中的表項可周期性的逐一自動刷新，自動適應網絡拓撲的變化。
權利要求
1.一種自適應快速環路檢測和環路阻斷的方法，按以下步驟進行(1)輸入單元將從埠接收和發送的乙太網幀的介質訪問控制層的源MAC地址、VLANID標識號和埠號，輸送給計算單元，計算單元將乙太網幀的介質訪問控制層的源MAC地址、VLANID標識號和埠號相加構造成一個具有特定比特位的關鍵信息並輸送給邏輯運算單元、學習單元和比較控制單元；(2)邏輯運算單元對得到的關鍵信息作並行的冗餘循環CRC-10的邏輯運算，得到一個關鍵信息表的地址索引值輸送給學習單元和查找單元；(3)學習單元根據所得的關鍵信息和地址索引值自動的構成關鍵信息表；(4)查找單元根據所得的地址索引值，查找構成關鍵信息表中與之對應的表項，得到表項中的關鍵信息輸送給比較控制單元，比較控制單元將得到表項中的關鍵信息與從計算單元得到的關鍵信息進行對比，如相同，則說明該埠下的網絡出現了環路，將接收到的該數據包丟棄，並阻斷廣播風暴的擴散，將環路的影響限制在該埠以下的網絡中，若不相同，則該數據包不丟棄，作正常的轉發處理。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在學習單元中連入定時器單元，對關鍵信息表中的表項進行老化處理，具體步驟發如下在學習單元根據所得的關鍵信息和地址索引值自動的構成關鍵信息表的同時啟動定時器單元，記錄每條表項在表中已存在的時間；判斷對應表項是否超過設定時間，設定的時間範圍為60秒到600秒，如超過，進行刪除，如沒超過，則保留；如果刪除的表項對應的數據包還在發送，則這條表項還會學習到，如不存在，則會被其他的新的表項所代替，這一過程稱為表項的刷新，使表中的信息能依據網絡拓撲的變化而不斷的自動更新。
3.一種自適應快速環路檢測和環路阻斷的裝置，包括輸入單元、計算單元、邏輯運算單元、學習單元、查找單元、比較控制單元，其特徵在於發送輸入單元依次與計算單元、邏輯運算單元，邏輯運算單元分別與學習單元和查找單元相連，學習單元和查找單元相連之間互連，查找單元與比較控制單元相連；輸入單元用於提取從埠接收的乙太網幀的介質訪問控制層的源MAC地址、VLANID標識號和埠號；計算單元用於將乙太網幀的介質訪問控制層的源MAC地址，VLANID標識號和埠號相加，構造成一個具有特定比特位的關鍵信息；邏輯運算單元用於對得到的關鍵信息作並行的冗餘循環CRC-10的邏輯運算，得到一個關鍵信息表的地址索引值；學習單元用於根據所述的關鍵信息和地址索引值自動的構成關鍵信息表；查找單元用於根據所得到的地址索引值，查找構成關鍵信息表中與之對應的表項，得到表項中的關鍵信息，比較控制單元用於將表項中的得到關鍵信息與給定的關鍵信息作並行比較，根據比較的結果，執行對應的操作處理。
4.根據權利要求3所述的自適應快速環路檢測和環路阻斷的裝置，其特徵在於還包括定時器單元，定時器單元與學習單元相連，定時器單元用於關鍵信息表中的表項老化處理，根據設定的時間間隔，使關鍵信息表中的表項可周期性的逐一自動刷新，自動適應網絡拓撲的變化。
全文摘要
本發明涉及一種自適應快速環路檢測和環路阻斷的方法及裝置，該方法及裝置的關鍵是在每個埠上持續不斷地檢測，是否接收到其自身發送出去的乙太網數據包，如果檢測到，則將該數據包丟棄並將該埠設置為阻塞狀態，這樣就阻斷了環路，限制了乙太網中廣播風暴的擴散和傳播，避免了廣播風暴對其他正常數據業務的影響。本發明不需要CPU，採用埠上發送和接收的乙太網幀的48比特位的介質訪問控制層的源MAC地址和12比特位的VLAN ID標識號，作為關鍵信息，對其進行邏輯運算，學習、查找和比較等操作，提高了環路檢測和預防的自適應性和速度，同時不佔用網絡的帶寬，不影響網絡上的正常數據業務的傳輸。
文檔編號H04L12/26GK1988476SQ20061012549
公開日2007年6月27日 申請日期2006年12月19日 優先權日2006年12月19日
發明者徐旺生 申請人:武漢烽火網絡有限責任公司