结构交换机中的生成树的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开内容涉及网络管理。更具体而言，本公开涉及一种用于高效地促进对于结构交换机(fabric switch)的外部生成树(spanning tree)支持的方法和系统。
【背景技术】
[0002]因特网的增长已经随之带来对于带宽的日益增长的需求。因而，设备销售商竞相构建各自能够支持大量终端设备的更大和更快交换机以高效地移动更多流量。然而，交换机的大小不能无限地增长。聊举数个因素，它受物理空间、功率消耗和设计复杂度限制。一种用于面对该挑战的方式是互连多个交换机以支持大量用户。在层3的网络中互连这样大量的交换机需要通常由网络管理员执行的对相应交换机的繁琐和复杂配置。这样的配置包括指派用于相应接口(例如端口)的地址和配置用于交换机的路由协议。这些问题可以通过在层2中互连交换机来解决。
[0003]—种用于增加交换机系统的吞吐量的方式是使用交换机堆叠(stacking)。在交换机堆叠中，以特殊模式互连多个更小规模的相同交换机以形成更大的逻辑交换机。对于交换机堆叠所需的人工配置和拓扑限制的数量在堆叠达到某个大小时变得繁琐得令人望而却步，这排除交换机堆叠在构建大规模交换系统中成为实际选项。
[0004]随着层2(例如，以太网)交换技术继续演进，传统上已经成为层3(例如，因特网协议或者IP)网络的特点的、更像路由的功能正在迀移到层2中。特别地，大量链路透明互连(TRILL)协议的新近发展允许以太网交换机更像路由设备一样工作。TRILL克服了常规生成树协议的固有低效率，这迫使层2交换机被耦合在逻辑生成树拓扑中以避免形成回路(looping)。TRILL通过在交换机中实施路由功能和在TRILL报头中包括跳计数来允许路由桥(RBridge)被耦合在任意拓扑中而没有形成回路的风险。
[0005]尽管在任意拓扑中耦合交换机给网络带来许多希望的特征，但是对于促进外部生成树支持来说，仍然存在一些未解决的问题。
【发明内容】
[0006]本发明的一个实施例提供一种交换机。该交换机包括分组处理器和生成树管理模块。分组处理器从消息获得与生成树关联的信息。生成树管理模块响应于获得的信息优于生成树的本地可用信息来确定用于生成树的交换机的本地端口的端口角色是根端口并且用于生成树的本地端口的端口状态是阻止。
[0007]在该实施例的变化中，该交换机包括通知模块，其生成针对远程交换机的通知消息，该通知消息包括获得的?目息。
[0008]在该实施例的变化中，生成树管理模块响应于来自远程交换机的批准而将用于生成树的本地端口的端口状态改变成转发。
[0009]在该实施例的变化中，如果交换机从来自远程交换机的消息中接收到生成树的较优信息，则生成树管理模块重新确定用于生成树的本地端口的端口角色。应当注意该消息不是生成树的控制消息。
[0010]在该实施例的变化中，生成树管理模块在本地节点根优先级矢量中存储生成树的最佳本地可用信息和在本地节点根优先级表中存储与远程交换机关联的生成树的最佳信息。
[0011]在该实施例的变化中，交换机还包括维护结构交换机中的成员资格的结构交换机管理模块。结构交换机被配置为容纳多个交换机并且作为单个交换机操作。生成树管理模块在生成树中将结构交换机表示为单个交换机。
[0012]在又一变化中，交换机还包括向本地端口指派端口标识符的端口管理模块。该端口标识符在结构交换机的边缘端口之中是唯一的。生成树管理模块使用端口标识符以参与生成树、由此促进本地端口表现为由结构交换机代表的单个交换机的端口。
[0013]在又一变化中，端口管理模块在交换机的端口标识符分配表的条目中存储端口标识符。如果针对交换机出现状态更新事件，则端口管理模块将该条目标记为过时。排除结构交换机的其它成员交换机向边缘端口指派该过时条目。
[0014]在又一变化中，如果状态更新事件的影响结束，则端口管理模块向本地端口重新指派端口标识符。
[0015]在又一变化中，如果已经达到端口标识符数目的限制并且过时条目满足一个或者多个重新分配标准，则端口管理模块向第二端口重新指派过时条目的端口标识符。
[0016]在又一变化中，重新分配标准包括:(i)过时条目的年龄；以及(ii)条目是否由于配置的事件或者学习的事件而过时的指示。
[0017]在又一变化中，如果已经达到端口标识符数目的限制和在端口标识符分配表中的过时条目不可用，则端口管理模块排除该交换机为本地端口启用生成树。
[0018]在又一变化中，结构交换机管理模块还确定用于结构交换机的第一交换机标识符。该第一交换机标识符不同于与第二结构交换机关联的第二交换机标识符。在第一交换机标识符与第二交换机标识符之间的该不同基于随机数或者配置的数目。
[0019]在该实施例的变化中，交换机还包括:链路聚合模块，其将本地端口与远程交换机的第二端口结合作为虚拟链路聚合的单个逻辑端口来操作。链路聚合模块还在交换机与远程交换机之间选择主交换机。主交换机包括在本地端口与第二端口之间的选择的端口。该选择的端口作为逻辑端口的代表活跃地参与到生成树中。
[0020]在又一变化中，链路聚合模块基于交换机是否已经接收到生成树的最新近的控制消息来选择主交换机。
[0021]在又一变化中，链路聚合模块进一步基于与交换机和远程交换机关联的第一标识符是否比第二标识符较差来选择主交换机。第一标识符与第一结构交换机关联而第二标识符与第二结构交换机关联。结构交换机被配置为容纳多个交换机并且作为单个交换机操作。
【附图说明】
[0022]图1A图示根据本发明的一个实施例的具有分布式生成树端口状态确定的示例性结构交换机。
[0023]图1B图示根据本发明的一个实施例的用于促进分布式生成树端口状态确定的示例性节点根优先级矢量数据结构。
[0024]图1C图示根据本发明的一个实施例的用于促进分布式生成树端口状态确定的示例性节点根优先级表。
[0025]图2A呈现流程图，该流程图图示根据本发明的一个实施例的结构交换机的成员交换机确定本地边缘端口的生成树端口状态的过程。
[0026]图2B呈现流程图，该流程图图示根据本发明的一个实施例的结构交换机的成员交换机生成用于确定远程边缘端口的生成树端口状态的响应消息的过程。
[0027]图3A图示根据本发明的一个实施例的结构交换机的边缘端口的示例性留置端口标识符指派。
[0028]图3B图示根据本发明的一个实施例的用于结构交换机中的留置端口标识符指派的示例性端口标识符分配表。
[0029]图4A呈现流程图，该流程图图示根据本发明的一个实施例的结构交换机的成员交换机更新端口标识符分配表中的端口标识符的状态的过程。
[0030]图4B呈现流程图，该流程图图示根据本发明的一个实施例的结构交换机的成员交换机同步端口标识符分配信息与新加入的成员交换机的过程。
[0031]图4C呈现流程图，该流程图图示根据本发明的一个实施例的结构交换机的返回成员交换机分配端口标识符并且向本地边缘端口指派端口状态的过程。
[0032]图4D呈现流程图，该流程图图示根据本发明的一个实施例的结构交换机的新加入的成员交换机分配端口标识符并且向本地边缘端口指派端口状态的过程。
[0033]图5呈现流程图，该流程图图示根据本发明的一个实施例的结构交换机的成员交换机对于端口标识符分配表中的条目校验重新分配标准的过程。
[0034]图6A图示根据本发明的一个实施例的向结构交换机的示例性留置和唯一标识符指派。
[0035]图6B图示根据本发明的一个实施例的用于结构交换机的示例性唯一标识符。
[0036]图7A呈现流程图，该流程图图示根据本发明的一个实施例的结构交换机的成员交换机关联唯一标识符与结构交换机的过程。
[0037]图7B呈现流程图，该流程图图示根据本发明的一个实施例的结构交换机的返回成员交换机关联唯一标识符与本地交换机的过程。
[0038]图8A图示根据本发明的一个实施例的具有生成树支持的示例性虚拟链路聚合。
[0039]图8B图示根据本发明的一个实施例的在结构交换机之间具有生成树支持的示例性虚拟链路聚合。
[0040]图9图示根据本发明的一个实施例的具有生成树支持的虚拟链路聚合的伙伴交换机的示例性状态图。
[0041]图10图示根据本发明的一个实施例的具有分布式生成树协议支持的交换机的示例性架构。
【具体实施方式】
[0042]呈现以下描述以使本领域技术人员能够实现和使用本发明，并且在具体应用及其要求的上下文中提供以下描述。对公开的实施例的各种修改将容易为本领域技术人员所清楚，并且这里定义的一般原理可以应用于其它实施例和应用，而未脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不限于所示实施例，而是将被赋予与权利要求一致的最广范围。
[0043]概沭
[0044]在本发明的实施例中，通过针对结构交换机的相应成员交换机中的边缘端口运行分布式生成树协议来解决结构交换机作为单个交换机参与外部生成树这样的问题。在结构交换机中，耦合在任意拓扑中的任何数目的交换机可以在逻辑上作为单个交换机操作。结构交换机可以是可以作为单个以太网交换机操作的以太网结构交换机或者虚拟群集交换机(VCS)。任何成员交换机可以在“即插即用”模式中加入或者离开结构交换机而无任何人工配置。在一些实施例中，在结构交换机中的相应交换机是大量链路透明互连(TRILL)路由桥(RBridge)。
[0045]在层2网络(例如，以太网)中耦合三个或者更多交换机和设备时，在这些交换机之中可能存在层2外部回路(即，由交换机的外部连接创建的回路)。为了打破该外部回路，相应交换机运行生成树协议，该协议确定交换机的相应端口的端口状态(例如，阻止或者转发)。转发端口活跃地参与到生成树中而阻止端口不经由生成树转发分组。
[0046]然而，生成树协议通常被设计用于个别交换机在本地判决端口状态。由于结构交换机对外部表现为单个交换机，所以结构交换机作为单个交换机参与到结构交换机外部的生成树中。因而，成员交换机不能做出本地判决，而可能需要广泛和易延迟的同步以判决边缘端口的端口状态。其它挑战包括生成树重新会聚而没有由于成员交换机返回到结构交换机所致的拓扑改变、在邻近结构交换机之中的标识符冲突和在虚拟链路聚合(VLAG)中经由边缘端口的低效率转发。
[0047]为了解决结构交换机作为单个交换机参与到外部生成树中的这种问题，用于结构交换机的相应成员交换机中的边缘端口的分布式生成树协议确定边缘端口的端口状态。该分布式生成树协议促进结构交换机的相应成员交换机的边缘端口的同步的生成树端口状态标识。通过向边缘端口指派相应留置(retentive)端口标识符来进一步增强分布式生成树的效率。在成员交换机离开和返回到结构交换机时，对应边缘端口保持相同相应端口标识符而不使生成树重新会聚。
[0048]另外，向相应结构交换机指派唯一层2标识符。因而，在多个结构交换机相互耦合时，相应结构交换机可以作为相应单个交换机参与到外部生成树协议中而不引起冲突。另夕卜，在不同成员交换机(这些成员交换机被称为伙伴交换机)中的多个边缘端口可以参与虚拟链路聚合。选择接收最新近控制分组的边缘端口来参与外部生成树；因此选择经由生成(spanning)提供最高效转发的端口。
[0049]应当注意结构交换机与常规交换机堆叠不相同。在交换机堆叠中，基于特定拓扑在公共位置(经常在相同机架内)互连并且以特定方式人工地配置多个交换机。这些堆叠的交换机通常地共享公共地址、例如IP地址，因此它们可以被外部寻址为单个交换机。另夕卜，交换机堆叠需要端口和交换机间链路的大量人工配置。对于人工配置的需要禁止交换机堆叠在构建大规模切换系统时成为可行选项。由交换机堆叠所施加的拓扑限制也限制可以被堆叠的交换机的数目。这是因为很难(如果不是不可能)设计如下堆叠拓扑:该堆叠拓扑允许整个交换机带宽随着交换机单元的数目充分地缩放。
[0050]对照而言，结构交换机可以包括具有独立地址的任意数目的交换机、可以基于任意拓扑而无需广泛人工配置。交换机可以驻留在相同位置或者被分布于不同位置。这些特征克服交换机堆叠的固有限制并且使得有可能构建可以被视为单个逻辑交换机的大型“交换机群”。由于结构交换机的自动配置能力，所以个别物理交换机可以动态地加入或