专利名称：一种以太环网三层路由转发快速切换的方法
技术领域：
本发明涉及以太环网的故障切换保护技术，特别涉及一种支持三层路由业 务的以太环网快速切换的方法。
背景技术：
以太环网作为 一种应用于宽带城域网的以太网技术，目前得到了越来越广 泛的应用，它解决了传统的基于以太网的城域系统保护能力弱、延迟大以及故障恢复时间长等问题；以太环网还能够提供50ms级的快速保护特性、提高了 服务质量和网络的可靠性，又因其兼容传统的以太网协议，因此成为城域宽带 接入汇聚层网络的 一种重要的技术选择。现有的以太环网模式下，以太环网内承载的业务一般是二层业务，二层业 务是指开放系统互连(OSI)参考模型的数据链路层业务。二层业务依靠快速 的本地刷新转发数据库(FLUSH-FDB, FLUSH Forwarding DataBase)特性和 广播特性，能够为以太环网提供50ms内的快速切换以及业务不丢包的网络传 输性能。但如果以太环网内承载的是三层路由或称三层转发业务，则数据报文 的转发需要通过地址解析协议(ARP， Address Resolution Protocol)信息查找下 一跳路由，而ARP信息的获取需要通过本地接口向对端直连接口发ARP请求， 或对端直连接口发送ARP宣告，或有对端的数据流时才能建立起ARP信息。 这样，在环网链路切换的情况下，三层路由的下一跳地址需要通过ARP解析才 能建立，因而ARP的解析时间成为链路切换的瓶颈，导致以太环网内的三层路 由业务达不到50ms级的收敛切换速度。所述三层路由业务是指经过OSI参考 模型的网络层路由交换的业务，三层交换机能够较好地满足二层业务和三层业 务的需求。
图1为现有以太环网三层路由业务转发过程示意图，如图1所示，该以太环网起始和终止于汇聚层交换机的环网端口，该以太环网中有5台环网接入设 备，称之为节点S1-节点S5;其中Sl为以太环网的主节点，主节点与以太环网 有两个接口，分别称为主端口和从端口。环网在没有发生链路中断以及设备故 障时的正常工作状态下，以太环网上的用户业务数据流沿着主端口到接入环网 设备再到从端口的方向传送；也可将组播数据流以相反的方向在以太环网内传 送。当环网主节点Sl的乂人端口阻塞时，节点S4的三层3各由业务自三层接口 a 通过节点S3再向节点S2的三层接口 b转发。图2、图3、图4为现有以太环网链路故障后三层路由业务重新恢复转发的 过程图2为现有以太环网链路故障三层路由业务中断示意图，如图2所示，节 点S2和节点S3之间链路发生故障，三层路由业务此时无法转发。图3为现有以太环网链路故障时ARP解析的过程示意图，如图3所示，以 太环网协议能够在50ms内进行快速收敛切换，打开节点Sl的从端口 ，但是节 点S4的三层接口 a到节点S2的三层接口 b的下一跳信息却没有随之变化、或 者下一跳信息已丟失，此时，数据流仍然按照S4-S3-S2方向转发或者直接在节 点S4丢弃，三层路由业务中断，节点S4的三层路由业务转发失败。此时节点 S4的三层接口 a将沿S4-S5-S1-S2的方向向S2重新发送ARP请求，以获取下 一跳地址信息，当节点S2收到ARP请求后即返回响应请求。图4为现有以太环网链路故障后建立下一跳信息的过程示意图，如图4所 示，节点S4收到节点S2返回的响应，请求建立下一跳信息，此时三层路由业 务由S4-S5-S1-S2方向转发至节点S2的三层接口 b,即三层路由业务恢复正常 转发。在上述链路故障恢复的过程中，以太环网协议已经在50ms内恢复，但是 节点S4的三层路由业务的下一跳信息的重新建立，必须依靠ARP解析才能完 成，ARP解析过程所花费的时间在秒级范围，这远远超过了环网本身50ms的
控制级，因此不能保证三层路由业务的可靠性和服务质量。 发明内容有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种以太环网中三层路由转发快速 切换的方法，以提高以太环网的三层路由业务的实时性和可靠性。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的一种以太环网三层i 各由转发快速切换的方法，该方法包括a、 为每个环网节点的端口设置行为标识符，并设定行为标识符的存活时间；b、 系统监视以太环网的网络状态，若链路发生故障或链路处于恢复状态， 则执行步骤c;否则，网络保持正常运行状态；c、 启用环网内所有节点的行为标识符，并对行为标识符的存活时间进行计 时，环网节点发送ARP信息请求重建下一跳路由；d、 发送ARP请求信息的环网节点收到目的节点的响应信息后，完成下一 跳路由的重建，直到行为标识符超出存活时间后使其失效，结束本次切换过程。其中，步骤b所述系统监视以太环网的网络状态具体为根据以太环网协 议信令判断网络状态。步骤c所述启用环网内所有节点的行为标识符具体为使所有环网节点端 口转发出的三层路由业务，从该节点的另 一个环网端口复制转发一份。步骤c所述环网节点发送ARP信息请求重建下一跳路由具体为所述以太 环网节点在行为标识符启用后，发送当前环网节点下一跳IP的ARP请求，重 新建立三层路由业务的下一跳信息。步骤d进一步包括行为标识符在存活时限内环网发生动荡，系统将重置 行为标识符的存活时间，直至行为标识符再次超时失效。本发明所提供的以太环网三层路由转发快速切换的方法，具有以下优点1 )本发明通过为每个环网节点的环网端口增加一行为标识符，并为行为标 识符设定存活时间，当环网故障或者环网恢复时，启用行为标识，并使行为标 识符在三层业务的下一跳信息重新建立后失效，由于从环网端口转发出去的三
层路由业务，从该节点的另 一个环网端口复制转发一份所需的时间大大低于ARP解析下一跳地址所需的时长，保证了三层业务能在50ms内快速切换。2 )本发明通过为行为标识符设定存活时间，可以使行为标识符在其存活时 间内，如果环网发生动荡，系统可以通过重置^f亍为标识符的存活时间，使三层 业务在转发的过程中不中断，避免了行为标识和三层业务反复转发的动荡。
图1为现有以太环网三层路由业务转发过程示意图；图2为现有以太环网三层路由业务中断示意图；图3为现有以太环网链路故障时ARP解析的过程示意图；图4为现有以太环网链路故障后建立下一跳信息的过程示意图；图5为本发明以太环网三层路由转发快速切换的方法流程图；图6为本发明环网链路发生故障时环网节点启用行为标识符示意图；图7为本发明环网链路故障时行为标识符生效示意图；图8为本发明环网链路故障时重新建立ARP信息的示意图；图9为本发明环网链路故障时行为标识符撤销过程示意图；图IO为本发明环网链路恢复时行为标识符启用示意图；图11为本发明环网链路恢复时重新建立ARP信息的过程示意图；图12为本发明环网链路恢复时行为标识符撤销过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图及本发明的实施例对本发明的方法作进一步详细的说明。 本发明的基本思想是在以太环网内每个节点的环网端口设置用于标识三 层路由转发业务的行为标识符，并为该行为标识符设定存活时间。其中，所述行为标识符用于完成如下动作所有从此环网端口转发出去的 三层路由业务，从该节点的另一个环网端口复制转发一份。以太环网正常工作 状态下，行为标识符仅仅存在，不做任何动作； 一旦环网故障或环网恢复时，
该行为标识符立即生效。行为标识符在三层业务下一跳信息重建后就失效，避 免三层业务因下一跳没有建立完成而导致业务中断。当行为标识符失效后，该行为即撤销不存在，仅保留行为标识符；当行为标识符还在存活时间内时，如 果环网震荡，就重置存活时间，以避免行为标识和三层业务转发的动荡。图5为本发明以太环网三层路由转发快速切换的方法流程图，如图5所示， 本发明方法包括如下过程步骤501:为以太环网内每个节点的环网端口设置行为标识符，并设定行 为标识符的存活时间。所述行为标识符，仅用于标记从环网端口转发出去的三层路由业务，当启 用时，具体完成如下动作使所有从此环网端口转发出去的三层路由业务，从 该节点的另一个环网端口复制转发一份。以太环网在网络正常的状态下，标识 符仅存在三层路由业务的环网端口中，但并不启用。一般来说，行为标识符的存活时间默认设置为10秒。实际应用中，根据以 太环网的ARP解析时间的不同也可将存活时间设为2秒、3秒等。当行为标识 符被启用后，系统就对该行为标识符的存活时间进行计时。步骤502:系统根据以太环网协议信令判断当前网络状态，若网络状态为 环网链路故障，则执行步骤503;若网络状态为环网链路恢复，则执行步骤505。步骤503:环网内所有节点立即启用行为标识符，使该行为生效，环网节 点发送ARP信息，请求重新建立下一跳路由。所述启用行为标识符，使该行为生效具体为使所有从此环网端口转发出 去的三层路由业务，从该节点的另 一个环网端口复制转发一份。图6为本发明环网链路发生故障时环网节点启用行为标识符示意图， 如图6所示，环网链路故障，环网收敛快速切换的同时，在环网的每个节点下 发行为标识符，该4亍为生效。行为标识符生效和环网链^各切换时间j呆持一致， 甚至小于环网50ms的快速收敛时间。图7为本发明环网链路故障时行为标识符生效示意图，如图7所示，由于
三层业务的下一跳信息没有更新，三层路由业务仍沿着S4-S3-S2的方向转发， 但因为此时行为标识符已经生效，故S4-S3-S2方向转发的三层业务数据流被复 制到S4腸S5的环网方向。图8为本发明环网链路故障时重新建立ARP信息的示意图，如图8所示， 此时节点S4因为沿S4-S3-S2方向的三层业务转发失败，沿S4-S5-S5-S2方向 重新发送ARP信息，请求建立到节点S2的下一跳地址，待收到节点S2的回应 后下一跳地址重新建立。步骤504:直至行为标识符超出其存活时间，将该行为标识符的动作撤销， 结束本次三层路由转发切换过程。若行为标识符在存活时间内环网动荡，系统将重置行为标识符的存活时间， 但其行为保持不变，直到行为标识符再次超时后再撤销该行为标识符的动作， 此时环网恢复正常。图9为本发明环网链路故障时行为标识符撤销过程示意图，如图9所示， 下一跳信息已重新建立，待行为标识符到存活时间后，删除行为标识符，三层 路由业务数据流按照正常的转发路径转发；若在行为标识符的存活时间内，环 网反复动荡，即每次环网发生故障或者故障恢复时，系统通过重置行为标识符 的存活时间，可以避免行为标识符反复增加和删除所造成三层路由业务反复中 断现象。步骤505:环网内所有节点立即启用行为标识符，使该行为标识符的行为生 效，环网节点发送ARP信息，请求重新建立下一跳路由。图10为本发明环网链路恢复时行为标识符启用示意图，如图IO所示，环 网链路恢复，环网收敛快速切换的同时，在环网的每个节点下发行为标识符， 行为生效，行为标识符生效和环网链路切换时间保持一致。由于三层业务的下 一跳没有更新，三层业务还沿着S4-S5-S1-S2方向转发，因为环网已经阻塞节 点S1的从端口，该方向的业务数据流被中断，但因为此时行为标识符已生效， 因此S4-S5-S1-S2方向转发的三层数据流-波复制到S4-S3-S2环网方向传送，三 层业务在50ms内#1快速切换。
图11为本发明环网链路恢复时重新建立ARP信息的过程示意图，如图11 所示，节点S4重新主动发送ARP请求建立到S2的下一跳，S2回应请求后下 一跳重新建立。步骤506:直至行为标识符超出其存活时间，将该行为标识符的动作撤销， 结束本次三层路由转发切换过程。若行为标识符在存活时间内环网动荡，系统将重置行为标识符的存活时间， 但其行为保持不变，直到行为标识符再次超时后再撤销该行为标识符的动作， 此时环网恢复正常。图12为本发明环网链路恢复时行为标识符撤销过程示意图，如图12所示， 下一跳重新建立完成后，行为标识符失效并删除行为标识符，此时仅保留标识 符，三层业务流按照正常的转发路径转发；若在行为标识符存活时间内，环网 反复动荡，每次环网故障或者恢复，重置行为标识符的存活时间，避免行为标 识符反复安装删除造成三层业务的反复中断。以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
权利要求
1、一种甲以太坏网三层路由转发快速切换的方法，其特征在于，该方法包括a、为每个环网节点的端口设置行为标识符，并设定行为标识符的存活时间；b、系统监视以太环网的网络状态，若链路发生故障或链路处于恢复状态，则执行步骤c；否则，网络保持正常运行状态；c、启用环网内所有节点的行为标识符，并对行为标识符的存活时间进行计时，环网节点发送ARP信息请求重建下一跳路由；d、发送ARP请求信息的环网节点收到目的节点的响应信息后，完成下一跳路由的重建，直到行为标识符超出存活时间后使其失效，结束本次切换过程。
2、 根据权利要求1所述的三层路由转发快速切换的方法，其特征在于，步 骤b所述系统监^L以太环网的网络状态具体为#4居以太环网协议信令判断网 络状态。
3、 根据权利要求1所述的三层路由转发快速切换的方法，其特征在于，步 骤c所述启用环网内所有节点的行为标识符具体为使所有环网节点端口转发 出的三层路由业务，从该节点的另 一个环网端口复制转发一份。
4、 根据权利要求1所述的三层路由转发快速切换的方法，其特征在于，步 骤c所述环网节点发送ARP信息请求重建下一跳路由具体为所述以太环网节 点在行为标识符启用后，发送当前环网节点下一跳IP的ARP请求，重新建立 三层路由业务的下一跳信息。
5、 根据权利要求1所述的三层路由转发快速切换的方法，其特征在于，步 骤d进一步包括行为标识符在存活时限内环网发生动荡，系统将重置行为标 识符的存活时间，直至行为标识符再次超时失效。
全文摘要
本发明公开了一种以太环网三层路由转发快速切换的方法，通过在以太环网节点的环网端口增加用于标识三层路由转发的行为标识符，并为该行为标识符设定存活时间，当以太环网正常工作时，该行为标识符仅仅存在，但并不做任何动作；一旦环网故障或环网恢复时，即启用行为标识符使其完成节点的环网端口转发的三层路由业务从该节点的另一个环网端口复制转发一份。行为标识符在三层业务下一跳信息重建后老化，当行为标识符老化后，该行为即撤销而仅保留标识符；当行为标识符在存活时间内时，如果环网震荡，就重置存活时间，以避免行为标识和三层业务转发的动荡，从而保证了以太环网中三层路由业务能在50ms内快速切换的要求。
文档编号H04L29/06GK101141468SQ20071018156
公开日2008年3月12日 申请日期2007年10月23日 优先权日2007年10月23日
发明者辉 高 申请人:中兴通讯股份有限公司