[实用新型]能在50毫秒以内清除转发表的以太网交换机

说明书

技术领域

本实用新型涉及数字通信领域中的以太网交换机，主要是一种能在50毫秒以内清除转发表的以太网交换机。

背景介绍

“自愈环”是一种成网的方式，网中的节点连接成一个环，当环中的一个节点、或者一条链路因故障而断开时，其余的节点仍旧连接成网，只是网络的拓扑变了，并且网络中全部或部分流量的方向和路径也自动改变，以适应新的网络形态。所以，自愈环中单个节点或链路的故障不会使其余节点与网络断开连接，整个环形网络具有“容错”和“自愈”的能力。当断开的节点或链路恢复正常时，这种环形网络又可以自动恢复原先的环形连接，并使网络流量自动恢复适合环形网络的方向和路径。这样的环形网络称为“自愈环”。自愈环对故障的出现或恢复作出反应的时间要求控制在50毫秒，所以，在发生/恢复故障时，通信短暂中断的时间不应超过50毫秒。

随着IP技术的发展，在某些应用中已经有了构筑基于IP技术的以太网自愈环的需求。可是，普通的以太网是不允许成环的，如果物理上成环，就要在某些节点上断开某些端口的逻辑连接，形成逻辑上不含回路(不成环)的树型拓扑(链形拓扑是树形拓扑的一种特例)。这个目的可以通过采用“生成树(SpanningTree)”算法实现，也可以通过别的方法实现。

但是，在网络的拓扑改变以后，还有个怎么处理各台交换器中的转发表(Address Resolution Lookup)、即ARL的问题。转发表的作用类似于路由器中的路由表，只是转发表用于二层交换而路由表用于三层交换；另一个显著的区别是二层转发表的表项都是由交换机通过其“自学习”机制自动生成的，而不像路由表那样需要加以配置。当交换机从一个端口上接收到一个以太网包时，就从其“源地址”字段得知来自哪一个节点，并从而知道这个节点可以通过这个端口到达，这就成为转发表中的一个表项，以后凡是去向这个节点的包就从这个端口转发出去。网络的拓扑改变以后，许多流量的方向和路径都需要改变，如果网中的各台交换机仍按原来的转发表进行转发，许多以太网包就会实际上被丢弃而不能到达其目的地，使通信中断，直至转发表中的这些信息因为“老化”而失效。老化的周期一般在几分钟，这显然是不可接受的。

有两个办法可以让转发表快速地达到正确反映新的网络拓扑，：

1、使网络中所有的节点都发出一个广播包。当一个节点发出的广播包到达网内的每一台交换机的时侯，这些交换机就知道了这个节点在哪一个方向(端口)上，交换机的自学习机制就会更新其转发表中的相应表项。

2、使网中的所有交换机快速清除其转发表，使其成为空白。这样，当一个以太网包来到一台交换机时，由于转发表中没有反映其目标节点存在于何处的信息，就会由交换机向(除其到达端口以外的)所有端口复制泛发(flooding)。由于一般的设备节点都只接受以其为目标的包，这些泛发的包绝大部分都会被丢弃；而交换机则会加以转发或进一步泛发，最后这个包终将到达目标节点。然后，只要一有来自该节点的反向流量，转发表中就又有了关于这个节点的信息。

在规模比较小的网络中，第一种办法当然更好。但是，如果节点的数量比较大，那么第二种也不失为一种可行的办法。第二种办法的缺点在于网中所有的交换机都需要清除转发表而重新学习，有点像是“城门失火，殃及池鱼”，因为有些交换机本来并不需要全部从新学习，有些流量本来没有必要受到干扰。

但是，如果节点的数量比较大，那么第一种办法所要求的每个节点一个广播包也会引起网络中短暂的拥挤，从而使原有的流量受到影响。另一方面，在第二种办法中，如果网中的交换机清除其转发表的速度足够地块，那就也未尝不可接受，因为自愈环发生故障的概率毕竟很低。

于是，问题在于自愈环中的以太网交换机是否能足够快地清除其转发表。交换机芯片的重启可以快速地清除其转发表。可是交换机芯片一般不提供通过软件控制重启芯片的功能，也不提供清除转发表的功能，只是在芯片上提供一根用于芯片重启的引线，而现有交换机的设计则都是把交换机芯片的硬件重启引线和CPU、内存等等的重启合并在一起。这样，要么就是整个交换机一起重启、从而涉及重启后整个系统的引导、初始化过程，要么就只能通过软件逐项删除转发表中的表项，而缺少一种快速清除整个转发表的手段。

实用新型内容

本实用新型的目的就是要克服上述技术的不足，而提供一种能够在50毫秒以内清除其转发表的以太网交换机。