[发明专利]单环网络拓扑重建方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种单环网络拓扑重建方法及系统。

背景技术

生成树协议(Spanning-Tree Protocol，简称为STP)是一种两层协议，通过一种专用的算法来发现网络中的物理环路，并产生一个逻辑的无环(loop-free)拓扑结构。生成树协议的主要功能包括：

(1)维持一个无环路的网络，避免网络风暴，如果一个设备在拓扑中发现一个回路，它将阻塞一个或多个冗余的端口，使环形拓扑转变成树形拓扑。

(2)当网络拓扑发生变化时，生成树协议将重新配置交换机的各个端口以避免链接丢失或者出现新的回路。

STP实施以上两项功能的示意图可以参见图1，图1为相关技术中基于STP协议的网络拓扑重建过程的示意图。如图1所示，开始的环状网络拓扑转换成了树形拓扑，即由图1中的第一附图转换成第二附图的形式。当节点G，E之间的链路出现故障的时候，开始网络拓扑重建的过程，网络拓扑结构由第二附图转变成了第三副图的形式。

为了清楚了解STP协议，首先介绍STP中几个关键的概念，(1)根桥、(2)根端口、(3)选取端口。可以参见图1，根桥是树形结构的根节点，即图1中所示节点A；根端口是非根桥上向根桥方向即父节点转发数据帧的端口，每个非根桥上只有一个根端口，例如，图1中所示的节点B的两个端口中与节点A连接链路的端口(图中所示端口R)；选取端口是根桥或非根桥向子节点方向转发数据的端口，例如，节点B的另一端口(图中所示端口D)。其中，根桥(节点A)的所有端口都是选取端口。在STP协议中，各个节点的角色和节点中端口的状态是选举产生的，选举过程就是通过BPDU将各个节点的一些参数进行比较，从而选出根桥，根端口和选取端口。STP协议中规定了端口的四种状态：阻塞状态(blocking)，监听状态(listening)，学习状态(learning)和前向状态(又可称转发数据状态，forwording)，blocking是阻塞状态不能转发数据，forwarding是可以转发数据的状态，其它两个状态时从blocking转换到forwarding状态的中间状态，STP规定只用根端口和选取端口可以转发数据，所以将根端口和选取端口赋予forwarding状态，其它端口都是blocking状态，各个节点的端口状态稳定后，拓扑建立的过程也就完成了。现行的标准STP协议遵循IEEE 802.1D标准，具体的选举过程请参看标准。除了这几个关键的概念之外，STP协议还规定了几个关键的时间参数：

(1)hello time：发送标准网桥协议数据单元(Bridge Protocol Data Unit，简称为BPDU)消息的间隔；

(2)forward delay：转发延迟，STP协议规定了端口的四种状态：blocking，listening，learning和forwording。forwarding delay是listening或learning状态的持续时间。缺省值为15s。

(3)max age：最大存活周期，BPDU消息的最大有效时间。缺省值为20s。

STP使用上述时间参数，控制标准BPDU消息的发送，状态的转换和判断何时进行拓扑的重建。

标准STP协议的突出问题是当拓扑发生变化时收敛时间过长。根据STP协议，拓扑重建流程如下：假设现在有三个运行stp协议的网桥，它们如图2所示连接成环网，选举过程完成后，网桥C的P1端口成为blocking状态。若连接A和C的链路发生故障，则C的P2端口接收不到标准BPDU消息，导致P2端口的标准BPDU消息存储时间超过max age，网桥C重新进行选举过程。此时，根据STP协议P1将被选举为指定端口，这样，P1将从blocking状态转换成forwarding状态，根据如图3所示的状态转换图，此间要经历两个forwarding delay的时间。可见按照标准STP协议，按缺省值计算拓扑重建最多需要50s的时间。