[发明专利]生成生成树的方法

说明书

技术领域

本发明涉及在网络中生成生成树的方法。

背景技术

诸如以太网网络等用于交换信息的网络包括通过链路互连的节点。在网络中一对端节点之间建立的连接会由于节点或链路故障而突然中断。已开发出了检测故障条件的一些方法。

“生成树协议”[1](STP)是用于以太网的第一个弹性方法，主要开发用于避免环路以避免广播消息循环。STP也通过激活未使用的链路而提供路径冗余。在出现链路故障时，以前的备份链路被激活以便到达被分隔的网络段。生成树的结构开始是在桥之间选择根桥。其余的桥计算到根桥的最短距离。提供到根桥的此最短路径的端口为根端口。桥在桥协议数据单元(BPDU)消息中交换生成树控制信息。在线使用时STP的主要缺陷是其收敛速度慢。故障转移时间大约为10秒，一般为30到60秒不等，并且取决于网络装置的数量。STP的又一缺陷是它难以控制。也就是说，可配置第一个树，但不可预测在故障后形成的树。

“快速生成树协议”[2](RSTP)是以太网弹性协议发展的下一步。它保持了与STP中相同的术语和大部分参数。与STP最重要的不同是端口的可能操作状态数量从5种状态减少为3种状态。此外，在端口中的消息处理不取决于其在生成树中的作用。BPDU保持为相同的格式，只引入了少量的变化，即，使用标志字节的所有比特。STP的缺陷之一是在BPDU到达其根端口时，非根桥只生成BPDU。与此不同，在RSTP中，每个桥在例如每2秒的预定时间间隔生成所谓的问候BPDUA。此外，更快的老化应用于协议信息，即，如果在三个连续问候期中未收到问候，则它立即老化。因此，BPDU用作桥之间的持续可用机制，这使恢复可更快实现。RSTP的收敛时间减少大约几秒，因此，仍不适用于电信级网络。

环状拓朴在光学网络中扮演重要作用时，为此拓朴开发了特殊的环路保护和弹性方案。它称为“以太网自动保护交换”(EAPS)[3]。在此方案中，在环中有一个所谓的主节点，它通过阻塞其端口之一而阻塞在一个方向上转发的数据。此端口只侦听在另一端口发出的定期消息，消息的及时到达表示正常操作。这些消息在出现故障时未到达，因此，主节点激活以前阻塞的端口。故障也可借助于特殊消息由任何节点指示。在修复后，主节点再次阻塞该端口。可实现的恢复时间大约为50毫秒。但是，对于环形拓朴没有更好的体系结构，在更复杂的拓朴中，无法应用此方案。

随着虚拟LMT(VLAN)[4]使用的扩展，由于相同的STP实例不满足所有VLAN，并且每个VLAN的生成树不易处理，因此，现有标准明显不充分。因此，IEEE开发了“多生成树协议(MSTP)”[5]。MSTP合并了RSTP和VLAN的最佳特性。MSTP引入的主要改进是几个VLAN可分配到单个生成树实例。这些实例不止一个时相互独立。生成树实例的最大数量取决于以太网交换机；它甚至可达到一千个实例。因此，MSTP减少了支持大量VLAN所需的生成树实例数量。此外，通过提供多个路径，借助于MSTP也可实现负载平衡。除此之外，也可能将以太网网络分成多个区，这通过减少生成树的大小而使得大型网络更易于处理。因此，MSTP伸缩性好于其祖先，但其收敛并不好于RSTP的收敛。

MSTP的属性引发了基于MSTP的容错方案的想法。此想法在Viking系统[6]中也适用，在该系统中，构建了生成树，使得对于不共享中间链路或节点的两个不同生成树中的任何端节点对有至少两个交换路径。每个生成树实例对应于一个特定的VLAN，因此，VLAN的显式选择产生了生成树的隐式选择。发生故障时，端节点要更改VLAN以便选择备用路径。故障检测是基于网络交换机提供的支持。网络中的每个交换机配置为在发生故障时向中央管理器发送SNMP陷阱。中央管理器是中央服务器，负责网络的总体操作，包括故障处理。在故障通知后，中央服务器找出受影响的VLAN，并通知端节点为使用备份VLAN而必需的重新配置。每个端节点要运行客户端模块，该模块负责在操作期间的VLAN选择。客户端也调用负载测量，测量结果定期发送到中央管理器。因此，存在使用结构化生成树的中央协调业务管理。此系统提供的故障转移时间略少于一秒。