在基于以太网的网络中进行的伪线路对等体地址的自动发现的制作方法

专利名称：在基于以太网的网络中进行的伪线路对等体地址的自动发现的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及在网络上进行服务仿真，并且尤其涉及用于使伪线路(Pseudo-Wire，PW)对等体交换地址信息以便在基于以太网的网络上支持PW服务的自动机制。
背景技术：
目前，边缘到边缘的伪线路仿真(Pseudo Wire EmulationEdge-to-Edge，PWE3)被描述成了一种用于在分组交换网络(PSN)上仿真诸如ATM、帧中继或以太网等服务的本质属性的机制。PW的必要功能包括封装那些到达进入端口的服务特定的协议数据单元(PDU)，经由某条路径或隧道来对其进行传送，对它们的定时和顺序进行管理，以及任何其他那些为尽可能如实地仿真服务的行为和特性所必需的操作。对外界的观察者而言，PW是作为选定服务的非共享链路或电路而被感知的。
在边缘到边缘的伪线路仿真架构中，对等体之间的伪线路用于在分组交换网络上仿真普及型服务，例如ATM、帧中继、以太网以及TDM服务。在PW对等体与所仿真服务的主要部件进行通信之前，在对等体当中需要交换处于对等实体的各个层上的寻址信息。例如，根据提供仿真的网络的类型和特性，对等实体可以用诸如IP地址之类的协议地址来标识，或者也可以用MAC地址来标识。
在当前采用的电信网络中存在多种类型的传输技术。这其中的某些技术是以电路为基础的，而其他技术则以帧/分组为基础。基于帧/分组的技术已经得到了广泛使用，并且其带宽效率很高。在某种程度上，由于基于帧/分组的技术的可用性和效率，基于TDM的服务供应商迫切需要具有在基于帧/分组的网路上传送基于TDM的业务的能力。
Internet工程任务组(IETF)中的边缘到边缘的伪线路仿真工作组建议将PW的概念用于在基于帧/分组的网络上的TDM链路(例如E1、T1或更高)的传输，以便满足这种需要。然而，PW寻址方法和PW供应(provisioning)过程仍未被规定，尤其是在要顾及到保护性切换需求的时候更是如此。对PW服务规划而言，一致并且直观的寻址方案才是合乎需要的。此外，对PW服务交付而言，简单和自动的PW供应过程是合乎需要的。
目前需要的是那些能使PW对等体交换信息以便在基于以太网的网络上支持PW服务的机制。

发明内容
简要来说，依照本发明的方法在网络环境中提供了伪线路对等体地址发现。更特别地，在这里提供了可使PW对等体交换信息以便在基于以太网的网络上支持PW服务的方法。当PW对等体识别出与PW的远端相关联的一个或多个MAC地址未知时，准备一个地址请求分组，并且从与该PW对等体相关联的每一个MAC地址广播该分组。远端对等体为它的相关联的每一个MAC地址产生一个地址响应分组，并且响应于从其处发送地址请求分组的各个MAC地址来单播所述地址响应分组。
在本发明的另一个方面中，依据本地PW标识符的值或是协议地址，在具有与PW相关联的两个或多个MAC地址的节点上，将一个MAC地址指定为主地址。


图1描述的是在每一端都存在两个端口的时候执行的PW对等体地址发现操作。
图2是描述用于在以太网上进行地址发现处理以便实现伪线路(PW)仿真的方法。
图3是描述用于获取伪线路的目标端的物理地址的方法的流程图。
具体实施例方式
总体上，本发明的实施例在边缘到边缘的伪线路仿真架构内部为基于以太网的网络提供了一种自动的PW对等体发现机制。这个地址发现过程包括PW管理实体在不需要运营商干预的情况下交换物理地址(例如基于以太网的网络的MAC地址)。此外，当PW对等体由多个物理地址所支持的时候，可以出于保护目的而确定优先级。
在这里，对“单个实施例”、“一个实施例”或类似表述的描述意味着，在本发明的至少一个实施例中包含了结合实施例所描述的特定特征、结构、操作或特性。因此，在这里出现的这种短语或表述没有必要全都涉及同一个实施例。此外，在一个或多个实施例中可以以任何适当的方式组合各种特定特征、结构、操作或特性。
术语与PWE3结合使用的某些术语包含了下文中给出的各种用语和表述。
附连电路(Attachment Circuit，AC)指的是那些将客户边缘附连到供应商边缘(PE)的物理或虚拟电路。AC可以是帧中继DLCI、ATM VPI/VCI、以太网端口、VLAN、HDLC链路、物理接口上的PPP连接、来自L2TP隧道的PPP会话、MPLS LSP等。
客户边缘(Custom Edge，CE)指的是发起和/或终止服务的某一端的设备。CE并不知道它使用的是仿真服务而不是本来的服务、这里使用的分组交换网络(PSN)指的是使用以太网、IP或MPLS作为用于分组转发机制的网络。
供应商边缘(Provider Edge，PE)指的是向CE提供PWE3的设备。
伪线路(PW)指的是一种用于将仿真电路的主要部件从一个PE经由PSN传送到另一个PE的机制。
边缘到边缘的伪线路仿真指的是一种在PSN上对服务(例如T1专用线或帧中继)的本质属性进行仿真的机制。
伪线路PDU指的是在PW上发送的协议数据单元(PDU)，它包含了用于仿真预期服务所需要的全部数据和控制信息。
地址解析协议(ARP)是一种可供末端站使用以确定同一LAN上的另一个站的物理地址的现有协议。然而，应该指出的是，有很多种方法可以将地址解析协议用于标准和专用的功能。这些功能中的每一个功能都使用了由互联网分配号码管理组(IANA)指定的已注册协议类型。类似地，对本发明中的结合了ARP的不同实施例而言，这些实施例使用了这种专用协议类型。本发明的这些实施例利用了现有协议(ARP)，并且将PW供应过程自动化，而不修改该协议。应该了解的是，本发明并不仅限于使用ARP来确定物理地址，并且在本发明的替换实施例中可以用任何适当的硬件、软件或硬件和软件的组合来确定物理地址。
如果没有使用本发明，那么系统运营商可能需要为每一个端口的MAC地址人工地保持一个全系统的(system-wide)数据库，其中PW可以使用或者也可以不使用这些端口，此外，这种数据库必须包含需要以准实时方式更新的物理端口操作状态，以使这种数据更为实用。此外，在提供PW服务之前，系统运营商还需要确定使用怎样的本地物理端口以及远程物理端口来为PW提供服务。更进一步来说，系统运营商还需要在PW的两端手动输入物理地址，以便提供PW。
应该理解的是，源和目的地MAC地址都是在以太网帧内部的字段。更特别地，目的地MAC地址字段标识的是一个或多个即将接收以太网帧的站，而源MAC地址标识的则是发起帧的站。虽然IEEE802.3标准允许这些地址地段为2字节或6字节长，但是典型的以太网实施方式使用6字节的地址。
在本发明的示范性实施例中，PW寻址方案包含了处于物理或虚拟桥接以太网的单个广播域内部的唯一的20比特的PW标识符(PWID)，该标识符表示的是到其对等体的PW端点。在这个域的内部，其中可以将PW ID的值提供给一组以太网MAC地址以及可选的VLAN ID的组合，其中通过可选的VLAN ID可以到达PW端点。如下文中更详细描述的那样，在广播请求和相应的单播响应(例如ARP请求/响应消息)中也传送了PW ID。应该指出的是，本发明局限于利用任意比特长度的PW ID的实施方式。
本发明的不同实施例提供了一种自动的PW对等体地址发现过程，其中包括使用请求得到地址信息的广播请求。应该指出的是，以太网端点支持ARP协议。本发明的某些实施例在IP应用的范围之外扩展或修改了ARP协议，以便发现PW对等体。ARP是在IETFRFC826(1982版，可以从IETF RFC网页中获取)中定义的，它提供了一种与不同的网络拓扑结构以及不同的上层协议一起工作的一般机制。一般来说，ARP是在网络以以太网为基础并且上层协议是IP的情况下使用的。然而，应该理解，对于使ARP分组适应于对等体地址发现过程的PW应用来说，网络自身仍旧基于以太网，而上层则变成了PW应用。
当在具有分配的PW ID以及可选的VLAN的本地节点上提供PW实例时，该实例将会尝试与目标对等体进行通信，以便确定应当用于为PW提供服务的一个或多个物理地址。依照本发明的这个发现过程是在PW应用层请求对等传输服务的时候启动的，但是目标的物理地址则是未知的或已经过期的。本领域技术人员应该理解，与IP应用相比，在使用PW应用时，由于PW与IP应用具有不同特性，因此，在为MAC地址以及高速缓存(也就是本地表格存储器)大小设置ARP高速缓存超时的过程中有可能存在差异。一般来说，由PW仿真的服务类型不像IP那样是动态的。对于以太网用户来说，PW和IP在很多方面都存在差异。例如，每一个以太网主机上的IP用户数量通常是1，然而，即使不到上千，每一个以太网主机上的PW用户也还是很多。另外，每一个IP用户的会话通常是突发和短暂性的，而PW的会话则通常会持续好几天或者实际上更长。鉴于这些不同的特性，很明显，IP-＞MAC的保留记录与PW-＞MAC的保留纪录用于不同的目的。
在一个实施例中，其中根本没有使用用于PW-＞MAC记录的老化方案。与此相反，在删除PW或者随后将其忽略的时候，将会删除PW-＞MAC记录。在即将建立PW的时候总是启动ARP，而不会参考先前的PW-＞MAC记录。这样一来，记录PW-＞MAC 1、PW-＞MAC 2始终可以持续与PW的使用期限一样长的时间。换句话说，在提供PW的第一个节点的时候，无论当前存储的PW-MAC记录(它表示先前的PW)怎样，这时都会从第一节点的与PW相关联的每一个端口广播地址请求分组。这样可以消除与IP记录的ARP高速缓存超时有关的复杂性问题。
在下文中给出了涉及PW供应过程、协议过程以及ARP扩展的进一步描述和实例，其中这些描述全都假设PW节点支持多个以太网端口，并且每一个端口都与一个MAC地址相关联。应该理解的是，本发明并不仅限于使用具有与单个MAC地址相关联的多个端口的PW对等体。
在本发明的不同实施例中，为了提供PW，在具有唯一的本地PWID以及目标PW ID的每一端都创建了一个PW实例。本地PW实例绑定到一组一个或多个可用物理端口以及每一个端口所附连的可选VLAN。
PW实例保持一个列有本地MAC地址以及相应的可选VLAN ID的列表，并且可以使用该列表来到达目标PW对等体。与本地PW结构、针对PW的本地端口分配、远程PW对等体结构以及PW对等体和远程物理端口分配相独立地，可以分配任何本地物理端口，以便为PW提供服务。如果目标PW ID与列有目标MAC地址以及相应的可选VLAN ID的列表的映射可用，则还会保持该映射。
某些依照本发明的PW对等体地址发现过程使用了经过扩展的ARP请求以及响应分组来解析目标PW对等体所处的一个或多个MAC地址。在启动地址发现过程的时候，在以太网LAN或VLAN的域中会广播一个请求。一旦接收到一个或多个响应，就可以确定PW对等体的主MAC地址。当分配一个物理端口以便为PW提供服务时，这时应当从该物理端口广播ARP请求，其中该请求分组包含了本地PW ID(在为发送方的协议地址所规定的字段中)以及远程PW ID(在为目标的协议地址所规定的字段中)。被分配用于为目标PW实例提供服务的每一个可用端口都会使用它所具有的用于所述PW的本地MAC地址来对ARP请求独立地做出响应。
在下文中将对用于确定这些端口的有效/备用作用的示范性处理进行描述。更特别地，一个PW实例只有一个有效端口，如果目标端(即目标节点)上存在其他端口，那么这些端口将被指定为备用端口。PW的每一侧的有效端口负责发送和接收用于所服务的PW的净荷业务。有效端口向远端对等体上的有效端口进行发送，但是也可以从处于PW的相对端的对等体的有效和备用端口上进行接收。对偶数值的PW ID来说，具有最低MAC地址的端口将被指定为主端口，而其他与该MAC地址相关联的端口则被指定为备用端口。对奇数值的PWID来说，具有最高MAC地址的端口将被指定为主端口，而其他与MAC地址相关联的端口则被指定为备用端口。这样一来，在PW的一侧上可以在独立于另一侧的情况下对保护方式进行配置。例如，当对等体在对等体地址发现处理期间接收到一个以上的响应时，该对等体会在这几个响应中选择所接收到的MAC地址之一作为有效地址，并且将其他地址存储为为到达远端对等体的备用或者替换MAC地址。当检测到无法到达PW的主地址时，PW的发起端将会切换到用于PW的远端的备用或者替换MAC地址。应该理解的是，在本发明的范围以内，还可使用替换规则用于选择将哪些端口作为有效端口以及将哪些端口作为备用端口。
下文中显示的表1概述了适合在本发明中使用的已修改ARP分组中的字段。应该指出的是，对于协议类型值而言，通常由IANA在注册提交之后分配具体值。然而，本发明并不局限于协议类型的任何特定值。更一般地来说，本发明并不局限于任何特定的数字或值，与此相反，这些示范性的数字和值代表的是所描述的信息。作为举例而不是限制，只要接收实体理解所传递的信息的含意，那么硬件地址长度可以用任何比特序列或其他信令方案来表示。
表1ARP消息字段

参考图1，其中描述了依照本发明的示范性方法。在第一组操作中，在具有本地PW ID E1以及目标PW ID E2的节点1上提供了PW1，其中该PW1经由MAC地址M1和M2附连到VLAN V1上。为了方便起见，该信息可以用如下格式表示PWn(本地ID，远程ID，VLAN ID)。随后，在具有本地PW ID E2以及目标PW ID E1的节点2上提供了PW1，其中PW1经由MAC地址M3以及M4附连到VLANV1。在用于PW的节点上，需要并提供了两个PW ID，即识别其自身的本地PW以及用于表示所要到达的对等体的远程PWID。
当在节点1上提供PW1时，如果任何需要到达PW端点E2的对等体MAC地址是未知的(例如M3、M4或这二者)，那么节点1的PW实例将会启动扩展的ARP请求的广播，其中该请求至少包含了目标PW ID E2、源MAC地址以及源PW ID E1。如图1所示，节点1包含了MAC地址M1以及M2。根据这种结构，其中存在一个与M1相关联的扩展的ARP请求广播分组(1)以及一个与M2(2)相关联的扩展的ARP请求广播分组(2)。也就是说，每一个端口M1和M2都会广播一个地址请求分组。
仍旧参考图1，可以看出，在VLAN V1域中，从M1和M2广播的扩展ARP请求分组将会以任意顺序到达除M1、M2自身之外的所有附连电路(3、4)。处于相同端并且用于广播PW实例的ARP请求被识别和丢弃(5，6)。
如果在处理请求时提供了PW1，那么M3将会返回一个针对来自M1和M2的各个请求的成功的ARP响应(7)；否则，不会返回响应。在接收到所广播的扩展ARP请求的情况下，处于节点2上的PW1将会知道对于PW端点E1来说远端MAC地址是M1和M2(11)。此外，如果在处理请求时提供了PW1，那么M4会返回一个针对来自M1和M2的各个请求的成功的ARP响应(8)；否则，将不会返回响应。在接收到所广播的扩展ARP请求的情况下，节点2上的PW1将会知道对于PW端点E1来说远端MAC地址是M1和M2，。换句话说，M3将会接收到来自M1和M2中的每一个的广播请求，并且会对M1和M2中的每一个做出响应；而且M4会接收到来自M1和M2中的每一个的广播请求，并且会对M1和M2中的每一个做出响应。
来自M3和M4的响应以任意顺序到达M1(9)。类似地，来自M3和M4的响应也以任意顺序到达M2(10)。发起端可以等待预定时段，以便在它执行主路径选择处理之前接收所有响应。在图1的示范性实施例中，E1是奇数，E2是偶数，M1＜M2，并且M3＜M4；因此，如每一端上的具有箭头的虚线所示，为节点1上的PW1选择的主路径是从M2到M3。当在节点2上提供PW1时，这时已经解析了对等体的地址。节点2上的PW1的主路径是从M3到M2(11)。
参考图2，显示了示范性的PW对等体地址发现方法。更特别地，用于在以太网上进行地址发现以便执行伪线路(PW)仿真的方法包括在第一PW的第一节点上提供(202)第一PW标识符，以及在第一PW的第二节点上提供第二PW标识符。这些PW标识符在物理或虚拟局域网的单个广播域中是唯一的。在提供了PW标识符之后，确定(204)与第二节点上的第一PW相关联的一个或多个MAC地址中至少有一个地址在第一节点上是不可用的。然后，从第一节点广播(206)第一地址请求分组。图2中的示范性方法还包括在第一节点上接收(208)来自与第二节点上的第一PW相关联的一个或多个MAC地址中的每一个地址的地址响应分组。这样一来，为到达PW的远端所需要的所有物理地址现在在PW的第一端上都是可用的。
参考图3，本发明的另一个示范性实施例提供了一种用于获取伪线路的目标端的物理地址的方法，其中包括在第一节点提供(302)第一PW，所述第一PW具有第一协议地址，所述第一节点具有与第一节点上的第一PW相关联的第一物理地址。然后确定(304)PW的目标端的物理地址是否未知。如果确定缺少物理或硬件地址信息，则准备(306)第一地址请求分组。一旦准备了第一地址请求分组，就通过在第一节点所附连的网络上广播(308)第一地址请求分组来继续执行该方法。此外，在第一物理地址上接收(310)第一地址响应分组，并且第一地址响应分组包含了第二物理地址，其中第二物理地址与该第一PW的目标端上的第一PW相关联。
结论本发明的不同实施例提供了用于获取伪线路对等体地址信息以便在伪线路链路上以恰当方式建立通信的方法。
本发明的某些实施例的优点在于在以太网或VLAN环境中通过使用广播的固有特性来减少实施方式的复杂性。
本发明某些实施例的另一个优点在于外部控制协议不必执行建立过程，由此只需要较少的操作过程。
本发明某些实施例的另一个优点在于在建立处理期间交换的至少一部分信息可以用于冗余备份，由此提高了整个系统的可靠性。
本发明的不同方面可以作为基于电路的解决方案来实现，其中包括在单个集成电路上的可能的实现方式。对本领域技术人员来说，应该理解的是，电路元件的不同功能可以作为软件程序中的处理操作来实现。该软件可以在例如数字信号处理器、微控制器或通用计算机中使用。也就是说，本发明可以作为具有所需要的计算资源、存储器资源和通信资源的设备来实现，以便在基于以太网的网络中执行这里描述的用于PW对等体地址发现的功能。这种设备也称为网络节点。
本发明可以采用方法以及用于实践该方法的设备的形式来实现。此外，本发明还可以采用有形介质中包含的程序代码的形式来实现，举例来说，所述有形介质可以是穿孔卡、磁带、软盘、硬盘驱动器、CD-ROM、DVD、闪存卡或其他任何机器可读的存储介质，在将程序代码加载到诸如计算机之类的机器中并由该机器执行的时候，该机器将会成为一个用于实施本发明的设备。此外，举例来说，无论保存在存储介质中、加载到机器中和/或由机器执行、还是经由诸如电线、电缆、光纤、电磁辐射之类的传输介质或载体进行传输，本发明都可以用程序代码的形式实现，其中在将程序代码加载到诸如计算机这类的机器中并由该机器加以执行的时候，该机器将会变成一个用于实施本发明的设备。如果在通用处理器上实现，那么程序代码段将会与处理器相结合，以便提供以类似于特定逻辑电路的方式工作的独特设备。
应该理解的是，本发明并不局限于上述实施例，而是包含了处于附加权利要求及其等价含义的范围以内的任何和所有实施例。
权利要求
1.一种在以太网上进行地址发现以便执行伪线路(PW)仿真的方法，包括在第一PW的第一节点上提供(202)第一PW标识符，在第一PW的第二节点上提供第二PW标识符；确定(204)与第二节点上的第一PW相关联的一个或多个MAC地址中至少有一个地址在第一节点上是不可用的；从第一节点广播(206)第一地址请求分组(1)；以及在第一节点上接收(208)来自与第二节点上的第一PW相关联的一个或多个MAC地址中的每一个地址的地址响应分组(9，10)。
2.根据权利要求1的方法，还包括将与第二节点上的第一PW相关联的一个或多个MAC地址中的一个地址指定为主地址。
3.根据权利要求2的方法，其中指定主地址的步骤包括确定第二PW标识符是偶数，并且将具有最小值的MAC地址指定为主地址。
4.根据权利要求2的方法，其中指定主地址的步骤包括确定第二PW标识符是奇数，并且将具有最大值的MAC地址指定为主地址。
5.根据权利要求1的方法，其中第一地址请求分组(1)标识与第一节点上的第一PW相关联的第一MAC地址；并且所述方法还包括从第一节点广播第二地址请求分组(2)，所述第二地址请求分组(2)标识与第一节点上的第一PW相关联的第二MAC地址。
6.一种用于获取伪线路(PW)的目标端的物理地址的方法，包括a)在第一节点上提供(302)第一PW，所述第一PW具有第一协议地址，并且第一节点具有与第一节点上的第一PW相关联的第一物理地址；b)准备(306)第一地址请求分组(1)；c)在第一节点所附连的网络上广播(308)第一地址请求分组(1)；d)在第一物理地址上接收(310)第一地址响应分组(9)，所述第一地址响应分组(9)包含第二物理地址，第二物理地址与第一PW的目标端上的第一PW相关联。
7.根据权利要求6的方法，其中第一PW的目标端具有第二协议地址，所述网络是以太网，并且第一和第二物理地址是MAC地址。
8.根据权利要求6的方法，还包括在第一物理地址上接收第二地址响应分组(10)，第二地址响应分组(10)包含第三物理地址，第三物理地址与第一PW的目标端上的第一PW相关联。
9.根据权利要求8的方法，其中所述网络是以太网，并且第一、第二和第三物理地址是MAC地址；并且所述方法还包括至少部分地根据第二协议地址的值而将第二和第三物理地址之一指定为目标端的主地址，以及将第二和第三物理地址中的另一个地址指定为目标端的备用地址。
10.根据权利要求9的方法，其中将第二和第三物理地址之一指定为主地址的步骤包括确定第二协议地址是偶数还是奇数；如果第二协议地址是偶数，则将第二和第三物理地址中具有较小的MAC地址的一个地址指定为主地址；以及如果第二协议地址是奇数，则将第二和第三物理地址中具有较大的MAC地址的一个地址指定为主地址。
全文摘要
本方法在网络环境中提供了伪线路(PW)对等体地址发现。更特别地，在这里提供了使PW对等体交换信息以便在基于以太网的网络上支持PW服务的方法。当PW对等体识别出与PW的远端相关联的MAC地址未知时，准备一个地址请求分组，并且从每一个与所述PW对等体相关联的MAC地址广播该分组。远端对等体为其相关联的每一个MAC地址产生地址响应分组，并且响应于发送了地址请求分组的每一个MAC地址而单播所述地址响应分组。在本发明的其他方面中，在具有与PW相关联的两个或多个MAC地址的节点上，根据本地PW标识符的值或是协议地址将其中一个MAC地址指定为主地址。
文档编号H04L29/06GK1822570SQ20061000902
公开日2006年8月23日 申请日期2006年2月16日 优先权日2005年2月17日
发明者梁世昌, 林文科 申请人:朗迅科技公司