[发明专利]一种基于RSTP改进型单环路冗余备份的实现

说明书

所属领域

本发明涉及一种基于RSTP改进型单环路冗余备份的实现。在工业通信领域，环路冗余备份一直是一个十分重要的课题。常用的链路冗余备份的方式有端口汇聚(TRUNK)、环路备份等等，一种基于RSTP改进型单环路冗余备份的实现基于环路备份的思想，在标准RSTP协议的基础上，对根桥选举的过程以及状态机转化机制进行彻底的改写，使RSTP仅仅实现单环路的链路冗余备份功能，同时使RSTP的自愈时间大大缩短。经过测试，一种基于RSTP改进型单环路冗余备份的实现能够达到4台交换机组成单环路网络，理论自愈时间控制在15ms左右的效果，大大提高网络的可靠性。

技术背景

目前最通用的环路备份协议是RSTP(Rapid Spanning Tree Protocol，快速生成树协议)，RSTP从STP(Spanning Tree Protocol，生成树协议)的基础上发展而来。RSTP能够在网络拓扑发生变化的情况下，以更快的速率进行网络收敛，通过相关的算法，将很复杂的环路网络“修剪”成树形网络结构，已达到链路冗余备份的目的。正是由于RSTP能够支持很复杂的网络拓扑结构，因此RSTP主要存在以下两点缺陷。

第一点缺陷：由于整个交换网络最终会成为一棵生成树，在网络规模比较大的时候会导致较长的收敛时间，拓扑改变的影响面也较大。

第二点缺陷：在网络结构对称的情况下，单生成树不会产生网络短暂不能通信的情况。但是，在网络结构不对称的时候，单生成树就会影响网络的连通性，网络设备之间会出现数秒甚至数十秒的无法通信的情况。这种情况在大型的网络结构(例如：城域网)中，会造成极大的带宽浪费。

一种基于RSTP改进型单环路冗余备份的实现正是针对RSTP的以上两点缺陷，对RSTP的算法进行彻底的改写，使RSTP仅仅实现单环路的链路冗余备份功能，大大缩短网络收敛时间，提供更实用、更可靠的链路冗余备份的功能。

发明内容

本发明是为了提供一种基于RSTP协议的改进型单环路实现，仅仅支持单环路，可以使环路网络的收敛时间大大缩短，从而提高网络的可靠性。

经过改进的RSTP算法，不再支持多种复杂的网络连接方式，仅仅支持单个环路的网络拓扑结构。不再支持复杂网络连接方式，意味着不需要很复杂的网络交换和状态切换算法，可以缩短整个环路拓扑结构的收敛时间。

本发明仍然采用RSTP的BPDU结构，但是此算法不能够与标准的RSTP协议相兼容，因为本发明中对RSTP的算法做了彻底的改进。

在本发明中，网络设备会间隔10ms的时间，去检查本身端口的连接状态是否发生了改变，这对加快网络收敛时间有着至关重要的作用。

在本发明中，需要明确两个概念：设备角色和端口状态。设备角色有两种角色，第一种是普通网络设备，第二种是根网络设备。端口状态分为三种状态，禁用状态(DISABLED)、阻塞状态(BLOCK)、转发状态(FORWARD)。

普通网络设备相对于根网络设备而言，普通网络设备只用转发BPDU报文，最终所有的组环端口都会被置为转发状态。根网络设备只会存在于最后一个link up的网线的两端网络设备中的某一台之中，当单环网络稳定之后，阻塞端口只会存在于根网络设备上。

禁用状态、阻塞状态、转发状态都是相对于组环端口而言。禁用状态指端口无法收发任何数据报文；阻塞状态指端口只可以收发BPDU数据报文，其它类型的数据报文都会被丢弃；转发状态指端口可以转发任何类型的数据报文。

为了防止网络风暴，在网络设备初始化的时候，所有的成环端口会被置为禁用状态(DISABLED)。