[发明专利]一种自组分域冗余转发交换机

说明书

技术领域

本发明涉及一种生成树技术领域，具体地说是一种自组分域冗余转发交换机。

背景技术

生成树协议是一种二层管理协议，它通过有选择性地阻塞网络冗余链路来达到消除网络二层环路的目的，同时具备链路的备份功能。生成树协议包括，IEEE 802.1D生成树协议（STP）、IEEE 802.1w快速生成树协议（简写：RSTP，英文全称 rapid spanning Tree Protocol）、以及IEEE 802.1q多生成树协议（MSTP）。STP协议中定义了根桥（Root Bridge）、根端口（Root Port）、指定端口（Designated Port）、路径开销（Path Cost）等概念，通过构造一棵自然树的方法达到裁剪冗余环路的目的，同时实现链路备份和路径最优化。

当拓扑发生变化时，如链路故障或者有新的设备添加到拓扑中，新的配置消息要经过一定的时延才能传播到整个网络，生成树协议需要根据新的变化重新进行收敛计算过程。收敛过程包括从根桥到所有的桥计算新的生成树以及将某些桥端口指定为“转发”或“丢弃”。通过该收敛过程，提供了无环回的拓扑。

RSTP为根端口和指定端口设置了快速切换用的替换端口（Alternate Port）和备份端口（Backup Port）两种角色，当根端口/指定端口失效的情况下，替换端口/备份端口就会无时延地进入转发状态，同时，两个交换端口的点对点链路中，指定端口只需与下游网桥进行一次握手就可以无时延地进入转发。这样RSTP加快了建立生成树的收敛时间。

MSTP将快速生成树协议和虚拟局域网（VLAN)技术二者的最好方面结合了起来。 在MSTP中，可以将若干VLAN映射到单一生成树实例，这里称作 MST实例（MSTI)，并且每个生成树实例独立于其他生成树实例。每个MSTI由一个区域中本地有意义的MSTI号码来识别；MSTI不跨越MST区域。这种方式为数据业务量提供了多个转发路经，支持了负载平衡，并减少了支持大量VLAN所需的生成树实例的数目。

生成树协议能够解决网络环路问题，但是有些端口被阻塞，造成网络带宽浪费。生成树协议数据单元BPDU（BPDU是运行STP的交换机之间交换的消息帧）在快速生成树协议RSTP每个交换机之间传送信息；其结构包括根ID、根路径代价、指定的桥ID、指定的端口ID、端口ID；每一个端口接收到BPDU后，将与自已保持BPDU向量进行比较；如果接收到的BPDU信息优先于端口保存向量信息，那么将触发重新计算所有端口角色〔例如，根端口、指定端口、备份端口和替代端口〕，即重新生成一颗新的端口树；包括在生成的树中选择一个根桥、每个桥上的根端口、每个链路或指定端口、替代端口、备份端口；根桥具有最低的桥标识符，根端口提供到根桥的最短矩离，替代端口和备份端口将在在其它网络部件故障的情况下连通；任何端口可以处于转发（forwarding）、丢弃（discarding）或学习（learning）状态中。

处于丢弃（discarding）状态的端口只有旁边的链路断开，该端口才能切换成转发状态进行报文传递；正常情况下，丢弃状态的端口不进行报文传递。如图1所示，生成树是根据当前端口到root之间路径花费作为衡量，对于sw2端口与sw1端口之间路径是最优的。但是由于sw3端口A处于discarding状态（阻断），局部路径如端口sw2和端口sw3之间路径并不是最优，端口sw2和端口sw3之间的通信需要通过端口sw1和端口sw4才能进行，所以这样没有充分利用链路资源，造成带宽浪费。

发明内容

本发明的技术任务是提供一种采用优化数据链路层二层局部链路的方法减少网络路径中阻塞的端口，针对每一条报文选取最佳的转发路径，同环路链路和主链路可以负载均衡，可有效使用带宽资源同时又不会引起转发混乱以及广播风暴的一种自组分域冗余转发交换机。

本发明的技术任务是按以下方式实现的，生成树由交换机生成，生成树中二层MAC地址转发表里包含了MAC地址与转发端口对应关系，即二层MAC地址转发表包括MAC地址、端口所属的VLAN ID、转发出端口的端口号，在MAC地址转发表的表项中增加了辅助优先转发出端口的端口号，转发出端口由生成树中的转发（forwarding）端口构成，辅助优先转发出端口由生成树中的涉及（Involving）端口组成，辅助优先转发出端口的端口号用来记录和选择局部链路中报文较快的转发路径；生成树由交换机自组分域生成。