专利名称：用于确定以太网帧的转发方向的方法
用于确定以太网帧的转发方向的方法本发明涉及一种用于确定以太网帧的转发方向以将所述以太网帧转发到目 标的方法，以及适用于执fi^样一种方法的以太网交换机。目前，通常在本地网络(LAN)中所使用的以太网技术，为了在城域网 (Metronetz)中得到应用而被进一步发展。为了能实 W所希望的服务要求的 网络质量，在以太网的进一步发展中，首先需要在高可用性(故障安全性)方 面的努力。因为在城域网领域中经常使用环状拓扑(环路)，并且简单的环路 十分容易受到干扰(电缆破损或者松动的插头在通常情况下导致网络故障或过 载)，所以也必须在环状结构体系中提供高可用性。对于高可用性特别感兴趣的是用于在以太网交换机中确定转发方向的机 制。交换机检查每个连续的帧(有时在文献中也出现概念帧和包来代替帧)的 目标MAC地址(MAC:媒体访问控制(Media Access Control))并在相应的 方向上转发所述每个连续的帧。对ltkM常使用自学习机制，所述自学习机制在 所有到达的帧中提取源地址。至所学习的地址的通信业务通常通过端口被传 送，其中从中提取了源地址的帧到达所述端口。如果没有转发信息可用，另P么 大多进行泛洪(niitung)，也就是说帧在属于相应网络分段的所有端口上被发 送。由此使网络大小确定、通信业务工程(Traffic Engineering)和服务质量的 保持变得困难。在以太网网络中所使用的公知方法是STP方法(生成树协议(SpanningTree Protocol))。以太网交换机在转发帧时能够以定时器控制的方式转换到另一个 端口，但由此只能获得在推荐配置情况下约为30 45秒和在优化配置的情况 下约为8 12秒的相对较长的转换时间/中断。此外在STP方法中环路避免以 端口阻塞为基础。因此在正常运行时，不能提供完全的网络容量。利用RTSP (快速生j^t对协议(Rapid Spanning Tree Protocol))可以使中断 时间縮短。中断时间与网络大小有关。此外通常在差错消除后立即进行泛洪， 这可能导致损害服务质量。像EAPS (以太网自动保护交换(Etherent Automatic Protection Switching)), RRSTP (Riverstone的快速生成树协议(Riverstone's Rapid Spanning Tree)) 之类的基于环的环路避免方法、或者西门子股份公司(DE 10 004 432)和西门 子股份公司/赫思曼(Hirechmann) (DE 298 20 587)的被专利的方法是公知的。 在这些方法中，在选择性地被称为冗余管理器或者主机的享有特权的交换机 中，通过阻塞线路来中断环状的环路。通过定期地用信号发送消息，检查环的坚固性，并且必要时再次打开被阻 塞的端口。除了这种差错识别之外，其它交换机也可以报告差错，并且执行本 地转换。当然在这种方法中环结构是必要的，所述环结构在城域网络中不能总 是被作为前提。此外，在这里也出现之前所述的在中断之后的泛洪。因此与高 可用性相关的相应的服务质量得不到保证。由于端口阻塞，在正常运行时同样 不是^网络容量可供j顿。所有之前戶;M方法的共同点是，由于端口阻塞而在正常运行中不能实现网络负荷的分配。北电网络(MLT,多线中继(Multi Line Truncking))禾卩3COM (XRN，可扩展弹性网络技术(Expandable Resilient Networking))的新方法通 过在交换机之间不断地交换整个转发数据库(FDB)来避免这个问题。当然这 种交换导致了明显更高的网络负荷。此外由于成对设计，这种方法只是有条件 土te合于接入拓扑。本发明的任务是，确定以太网帧的转发方向用以在避免常规方法的缺点的情况下将戶;M以太网帧转发给目标。根据本发明，该任务fflii带有权禾腰求1特征的一种方法得以解决。本发 明有利的改进方案由从属权利要求得出。为了解决该任务，介绍一种方法，所述方法用于确定以太网帧的转发方向 以借助于以太网交换机将所述以太网帧转发给目标(比如终端设备)，其中帧 被第一交换机接收。第一交换机确定，帧的原始地址不是在交换机中所记录的 用于转发帧的目标地址。原始地址作为用于转发帧的新的目标地址被记录在第 一交换机中。由第一交换机将新的目标地址传送给第二以太网交换机，并且根 据目标i也址的到达，由第二交换机确定转发方向用于将帧传送到由新的目标地址戶;f^合出的目标。这个方法通常在网络中、比如城域网中被实施。戶腿网络例如包含多个以 太网交换机。于是第一交换机是首先接收帧的网络交换机。这样的交换机通常 具有至少一个边缘端口、也就是没有信息从网络的其他交换机到达的端口。第 一交换机可以通过帧到达该端口而识别出，所述第一交换机是网络的接收帧的 第一交换机。第二交换机同样可以把新的目标地址传送或者通知给另一 以太网交换机。通过分别通知给相邻交换机例如借助于桥接帧(Bridge Frame)将新 的目标地址传送到除了第一交换机之外网络的所有交换机。桥接帧在此是一种 帧，所述帧在两个交换机之间被发送，并且包含比如关于确定转发方向的帧的 目标地址或交换机地址的信息。这于是具有与在正EE标准802.1中所定义的 配置BPDU (桥接协议繊单元(Bridge Protocol Data Unit))相似的功能。根 据目标地址到达交换机，网络的交换机确定转发方向用于把帧传输到由新的目 标地址戶;^合出的目标并且把目标地址传送到相邻的交换机。因为在网络拓扑的进程中交换机可以具有多个相邻交换机，所以当在网络 中传播新的目标地址时常常由交换机接收多个带有目标地址的消息。该交换机 于是可以记录多个转发方向，并且根据量度信息进行评估。为了这个目的，在 向相邻交换机传送时，量度信息和/或与第一交换机相关的地址信息(比如以太 网地址)与目标地址一起被传送。为了确定通过获得桥接帧的交换机的转发方 向，于是例如存在如下两种实施方式 桥接包包含目标地址和量度信息。交换机于是记录已获得了桥接帧的方 向作为转发方向，所述转发方向ffl31量度信息被评估。-桥接包包含目标地址和第一交换机的地址。如果交换机已知网络的拓扑，那么确定在量度意义上最佳的通路和可能的替代ffi^各并记录所属的转发方向。这种实施方式尽管对交换机提出了更高的要求，但也有优点，即在桥接包到达时确定最佳的ffll 各。传送相同地址的其他桥接包于是可以被丢弃。在每个交换机中都可以设置转发数据库用于记录多个转发方向。这在交换机处发生故障的情况下能够实现帧的转发方向的一种快速本地转换，原因在于 存在用于转发帧的替代通路。量度信息可以涉及用于在网络交换机之间传输的 跳数和/或传输成本。因此可以根据量度信息在所有戶形己录的转发方向下选出用 于将帧转发到目标的最佳通路。在相同的量度中，可以实现在就量度等效而言 所有端口上的分配或者端口之一的选择。这种选择可以自动进行或者通过配置 来确定。作为自动选择方齒列如可以选出地址信息到达首先所经由的端口。可 以分析地址信息用来确定通路或者替换通路，所述替换通路是在交换机发生故 障时的替代通路。对于单播、组播和广播通信业务可以执行转发决定。对于单 播通信业务，转发决定基于目标地±止和在转发数据库中的相应记录。通常只针对通过对于源地址具有最低量度(Metrik)的端口而到达的帧进行组播和广播 通信业务的转发。通过其他端口到达的组播禾旷播帧l觑f余。根据本发明的一种扩展方案，针对关于目标地址的通知的传播预先规定一 种中断标准，用以限制网络内部的信令负荷。如果由相邻交换机已经转交了到 达的目标地址，或者如果就相邻交换机而言满足了与目标地址的传递相关的中 断标准，那么例如不将目标地址传送给该相邻交换机。中断标 IM以下方式给出如果关于目标地址可达性的具有更有效的量度信息的消息已经被发送给 相邻交换机，那么目禾恭也址不被传送到相邻交换机。在根据本发明方法中，交换机具有特别的功能，戶腿交换机首先记录新的 目标地址，然后将该新的目标地址继续传送给一个或几个交换机。由于这个交 换机的唯一性，可以避免在导致帧泛洪的常规方法中的情形。例如通过端口、 即边缘端口进行对交换机的识别，其中带有未知地址的以太网帧到达所述端 口。关于这个地址，交换机于是在以下意义上具有一种启动器功能，或者说是一种启动器(Initiator)交换机即新地址向其他交换机的通知由启动器交换机 来启动。如果对地址的可能清除同样由启动器交换机发起，则是有意义的。在此如在常规以太网中那样通过启动器交换禾;ixt凊除进行时控。如果在可预先规定的时间间隔内没有要转发给该地址的帧到达，那么该地址在该可预先规定的 时间间隔之后被清除。但是只有启动器执行这种时效功能。如果帧被删除，那 么所有其他的交换* 31桥接帧再次被告知这一点。本发明的一种改进方案是启动器功能性的传输。在此，如果启动器功能性 向第一交换机的传输是所期望的，那么到达第一交换机的边缘端口的帧的目标 地址由该第一交换机传送到第二交换机，其中所述帧之前己经到达了网络的其他交换机的另一边缘端口。所述其他交换机被第一交换禾;ui知，并且记录目标地址作为将帧转发给另一网络交换机所要求的目标地址。也就是说，第一交换 机成为新的启动器交换机，并把启动器功能的接收或用于要发送到目标地址的 帧的转发方向的转换传送到包含有另一边缘端口的其他交换机。这个其他交换 机、也就是旧的启动器交换机清除作为启动器交换机的记录，并只保留转发信 息。与此相反如果转换是不期望的，那么到达第一交换机的边缘端口的这样一
种帧可以被第一交换机忽略。如果不应为带有目标地址的帧确定转发方向，那么有意义的是，不再转发 帧，而是清除帧。帧的泛洪可以如此被避免。在这种方法中有利的是，转发方向的自学习顺定不再受限于路径或通路， 而是在齡网络中进行分配。由此，所有有关的转发信息(比如目标地址)在 所有交换机中是已知的，并且能M转换到可替代的路径上。也就是说，在一 个或几个网络元件(比如交换机，线路)发生故障时能够实现网络的不中断运 行。由此产生不依赖于网络大小的十分短的转换时间。此外可以在多个路径上 分配负荷。端口的阻塞没有发生，也就是说，整个网络容量完全可供使用。由 于转发信息是已知的，所以可以不需要泛洪。于是这不产生附加的通信业务。 没有产生服务质量的损害。这种方法能够实现在带有不同拓扑(如环状和级联) 的接入网络中对以太网的高效使用。该方法的特征在于其高效性、快速性和自 主性，并且从而相对于公知的方法表现出明显的进步。下面，本发明在实施例的框架中借助于附图
作进一步描述。该图显示了带 有本发明交换机的以太网网络结构。该图显示了网络的五个交换机(Sl， S2， S3， S4， S5)以及与交换机Sl 的边缘端口 El:l相连的计^11，戶;M计^m用以太网地址X表示。在此示出 了其他的边缘端口，例如在交换机S1处的E1:2、E1:3和在交换机S2处的E2:1、 E2:2、 E3:2等等。如果由计算机所发送的帧通过边缘端口 El:l到达交换机Sl， 而该计^m的源地址X在Sl的转发繊库中还不存在，那么这个地址被接纳 在这个类娥库中。于是交换机S1是用于到地址X的ffl^各选择的所谓启动器。 随后向所连接的相邻交换机(也即交换机S2和交换机S3)以桥接帧形式明确 地转发信息。这种桥接帧这里例如包含关于地址X和交换机S1的地址的信息。 交换机S2和S3分析到达的桥接帧，将项添加到数据库，并且也将桥接帧发送 到相应网络分段的所有其他端口 。比如交换机S2将会对从交换机Sl所获得的 信息进行处理，并转发到交换机S4和S5。職帧保存有标识潞径长度的一个 字段，戶舰路径长度比如通3^兆数(跳的数量)或者连接成本来描述。因此交 换机S4将能够从交换机S2的桥接帧中推断出转发到地址X的帧在网络内 通过交换机S2需要两跳。在添加到转发数据库中之后，交换机S4将桥接帧发 送到交换机S3和S5。现在在交换机S3中存在针对经由两个不同的端口要发
送给地址X的帧的转发信息。经由端口 3:1可以至腿在网络内具有跳数为1的 目标，经由端口 3:4可以到达在网络内具有跳数为3的目标。两项者敞接纳在 数据库中。此外可以在路径上以相同的量度分配负荷(比如在交换机S4处的 端口 4:2和4:3)。由交换机一直转发^t帧，直至U不必要在相应的方向上转发 为止。如果信息已经经由较短的方向ilil交换机S2 (跳数2)和S3 (跳数3) 被转发，那么例如交换机S4不会把至哒的信息经由端口 4:5 (瑕擞3)传憩lj 交换机S3和2。在识别出网络差错时，交换机改变其转发表，并将相应的信息转发到其他 的交换机。在交换机S2故障时，比如交换机S3和交换机S5通知跳数从2 (方向交换机S2)改变成3 (方向交换机S4)。
权利要求
1. 用于确定以太网帧的转发方向用以借助于以太网交换机(Sl， S2， S3, S4， S5)将所述以太网帧转发到目标的方法，其中-帧由第一交换机(Sl)接收，-确定帧的原鄉魁止不是在^^机(Sl)中船己录的用于转发帧的目敏ML -将原始地址作为用于转发帧的新目极也址(X)记录在第一交换机(Sl)中，-将新的目标地址(X)从第一交换机(Sl)传送到第二以太网交换机(S2， S3)，并且-根据目标地址(X)的到达，由第二交换机(S2， S3)确定转发方向， 用于把帧转发到由新的目标地址(X)所给出的目标。
2. 如权利要求1所述的方、法，其特征在于，-将新的目标地址(X)从第二交换机(S2， S3)传送到其他以太网交换 机(S4， S5)，并且-根据目标地址(X)的到达，由所述其他交换机(S4， S5)确定转发方 向，用于把帧转发到由新的目标地址(X)戶飛合出的目标。
3. 如权利要求1或2中任一项戶;M的方法，其特征在于，-给出一个网络，所述网络包含多个以太网交换机(Sl， S2， S3， S4， S5)，-通过由相邻交换ma知而将新的目标地址(X)传送到网络的除了第一交换机(Sl)之外的所被换机(S2， S3， S4， S5)，并且-根据目标地址(X)的到达，由网络的交换机(Sl， S2， S3, S4， S5)确定转发方向，用以把帧传输到由新的目标地址(X)戶尼合出的目标。
4. 如权禾腰求3戶诚的方法，其特征在于，除了 -已经由相邻交换机转交了到达的目殿也址(X)，或者 -就相邻交换机而言满足与目标地址(X)的传输相关的中断标准， -根据在交换机中目标地址(X)的到达，将目标地址(X)传送到相邻交换机。
5. 如权利要求1至4中任一项戶，的方法，其特征在于， -多个转发方向被记录，并且根据量度信息的标准被评估。
6. 如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在向相邻交换 机传送时，量度信息和目标地址(X) —起被传送。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于， -量度信息是关于跳数和/^接方式的。
8. 如前述任一项权利要求戶腿的方法，其特征在于， -在向相邻交换机传送时，与第一交换机(Sl)相关的地址信息、例如以太网地址与目标地址一起被传送。
9. 如权利要求4至8中任一项所述的方法，其特征在于， -中断标7顿过以下方式给出如果关于目f动也址(X)可达性的带有更有效量度的消息己经被传送至湘邻交换机，那么目标地址(X)不被传送到相邻 交换机。
10. 如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于， -第一交换机(Sl)是首先接收帧的网络交换机。
11. 如权禾腰求10戶舰的方法，其特征在于，-网络的交换机(Sl， S2， S3， S4， S5)的边缘端口是没有信息从网络的 其他交换机到达的端口，-第一交换机(Sl)包含边缘端口 (El: 1)，并且-第一交换机(si)通过帧在戶;M端口 (El: 1)处的到达而识别出，该第一交换机是网络的接收帧的第一交换机(Sl)。
12. 如权利要求ll所述的方法，其特征在于，-到达第一交换机(Sl)的边缘端口 (El: 1)的、先前已经到达了另一边 缘端口的帧被第一交换机(Sl)忽略。
13. 如权利要求12戶腿的方法，其特征在于，-到达第一交换机(Sl)的边缘端口 (El: 1)的、先前已经到达了网络的 另一交换机(S2)的另一边缘端口的帧的目标地址(X)，从第一交换机(Sl) 被传送到第二交换机(S2， S3)，-并且另一交换机(S2)记录目标地址(X)作为将帧传送到网络的另一 交换机(S3， S4， S5)所要求的目标地址(X)。
14. 以太网交换机，具有用于实施如权禾腰求1至13中ji^项戶腿的方法 的装置。
全文摘要
根据本发明介绍了一种用于确定以太网帧的转发方向用以借助于以太网交换机将帧转发到目标、比如计算机的方法，其中帧由第一交换机(S1)接收。第一交换机(S1)确定，帧的原始地址不是在交换机(S1)中所记录的用于转发帧的目标地址。帧的原始地址作为新的目标地址(X)通过第一交换机(S1)记录用以转发帧。新的目标地址(X)从第一交换机(S1)被传送到第二以太网交换机(S2，S3)，并且根据目标地址(X)的到达，第二交换机(S2，S3)确定转发方向，以将帧传送到由新的目标地址(X)所给出的目标。
文档编号H04L12/56GK101147367SQ200680002536
公开日2008年3月19日 申请日期2006年1月3日 优先权日2005年1月18日
发明者T·朗古思 申请人:诺基亚西门子通信有限责任两合公司