实现二三层兼容弹性分组数据环网上环和下环处理方法

摘要

本发明涉及一种实现二三层兼容RPR环网的上环和下环处理方法。该方法包括在RPR设备中设置上环转发判断及处理模块，该模块进行以下处理：根据以太网数据帧的源和目的MAC地址是否能在环节点MAC地址表或主机MAC地址与RPR节点对应表中找到，以及该以太网数据帧的目的地址是单播地址还是非单播地址，来将该以太网数据帧分为局域模式或远程模式进行封装处理；此外该方法还包括在RPR设备中设置下环转发判断及处理模块，该模块进行以下处理：根据RPR数据帧的转发模式将其重新组合成以太网数据帧，并且根据该RPR数据帧的Flooding标志以及转发模式来进行源主机地址与RPR节点地址的对应关系的学习。

说明书

技术领域

本发明涉及一种实现二三层兼容RPR(Resilient Packet Ring，弹性分组数据环)环网技术的方法，更具体地说，涉及一种实现二三层兼容RPR环网的上环和下环处理方法。

背景技术

随着宽带价值链及宽带业务运营模式的逐渐建立，宽带业务正逐渐成为各运营商拓展业务领域，增加收入、增强竞争力的焦点。适应宽带业务的城域网设备在应用中占据越来越重要的位置。

传统城域网的解决方案主要是SDH(Synchronous Digital Hierarchy，同步数字分级)或以太网方式，这两种方式各有优缺点：

SDH环网的优点是高可靠性，满足用户的通信要求；能够提供保护和快速恢复机制；但是其点到点、电路交换的设计目标也为它带来了诸多缺点：1、带宽在节点间点到点的链路中固定分配并保留；2、带宽不能根据网络中流量的实际情况而改变，不利于带宽的高效利用；3、广播和组播报文将分成多个单播完成，浪费带宽；4、通常为实现保护机制，50％的带宽将保留，未能提供灵活的选择机制。

以太网技术具有成本低、简洁、易扩展、以及便于IP(Internet Protocol)包的传输和处理等特点，但它在规模、端到端业务建立、质量保证、可靠性等方面还存在不少需要克服的难题。

RPR技术集IP的智能化、以太网的经济性和光纤环网的高带宽效率、可靠性于一体，为宽带IP城域网运营商提供了一个良好的组网方案。RPR技术使得运营商在城域网内以低成本提供电信级的服务成为可能，在提供类似SDH级网络可靠性的同时降低了传送费用。RPR有别于传统以太网最吸引人的特点是具有电信级的可靠性，使其并不局限于处理面向数据的业务传送需求，同时可以形成处理多业务传送的综合传输解决方案。可以这样说，RPR是IP技术与光网络技术直接融合的产物，它源于客户对IP业务发展的需求，顺应最新的技术潮流，为IP城域网的建设带来了一套低成本、高品质的解决方案。

与SDH拓扑结构类似，RPR为互逆双环拓扑结构。不同的是，RPR的双环都能够传送数据。靠近外部的环称为外环，靠近里边的称为内环。RPR外环的数据传送方向为顺时针方向，内环的数据传送方向为逆时针方向。外环和内环都传送数据包和控制包，内环的控制包携带外环数据包的控制信息，反之亦然。

节点与环配合，完成各种数据操作。常用的基本数据操作包括：

上载(insert)：节点设备把从其他接口转发的报文插入到RPR环的数据流中，是将节点业务首次承载到RPR环网上的操作动作。

下载(copy)：节点设备从RPR环的数据流中接收数据，交给节点的上层协议作相应处理；对应该RPR节点是该业务的目的节点情况。

路过(transit)：将途经本节点的数据流继续转发到下一个节点；对应该RPR节点不是该业务的目的节点情况。

剔除(strip)：使途径本节点的数据不再向下一节点转发；对应该节点是业务的目的节点，或者节点业务的TTL(Time To Live)到期的情况。

RPR环可以自动发现环上有多少节点，节点的MAC地址及节点之间的位置关系如何，也即具有自动进行拓扑发现的功能。

RPR自动拓朴发现由拓扑发现控制报文完成。节点周期地在外环上发送拓扑报文，携带自己的节点标识(Mac地址，又称源节点信息)和自己的节点信息域(包括节点Mac地址、环标识、Wrap标识等)，环上其它节点在收到这个拓扑发现报文后，将自己的节点信息追加到报文的后面，并传递给下一个节点。当这个报文回到源节点(源节点和自己节点相同)时，节点将顺序提取所有的节点信息，形成拓扑信息表。

拓扑报文传送过程中，如果碰到环回节点，拓扑报文需要在内环绕行，并回到外环，在回到外环之前，沿途节点不能追加节点信息到拓扑报文内，只能转发，并减少控制TTL域。新拓扑是节点业务路径选择的主要/重要依据，如果拓扑有更新，去往环节点的最优路径可能会有所变化，节点需要调整业务选环，以保证环上带宽得到最佳利用。为了防止拓扑由于某些原因发生突变，RPR协议规定，只有连续收到两份完全相同而和目前拓扑不一致的拓扑表后，拓扑表才能被更新。拓扑发现一般周期发生，周期可以调整。也可以按需发生，比如人工命令、倒换动作等。

根据业务转发的源和目的地址的不同，可以分为局域转发(Localforwarding)和远程转发(Remote forwarding)两种模式。这两种模式又各自分为已知单播转发以及未知单播、组播和广播转发。下面先描述RPR的局域转发模式。

(1)局域已知单播转发

局域转发模式中的已知单播转发是指上环的业务发起者和终结者都是环上的节点，即是与环直接相连的三层交换机或路由器发起的，其业务的源MAC地址和目的MAC地址都是环节点MAC地址。对于这种情况，要求与RPR节点相连的设备是一个三层设备，也可以说是RPR的三层环网，所以称之为三层转发。

在这种情况下，从三层交换机发出的IEEE 802.3以太网数据帧格式，需要变换成新的IEEE 802.17 RPR MAC格式在RPR环上传送。到了目的RPR节点以后，重新变换成原来的IEEE 802.3以太网数据帧格式。

转发RPR数据帧的格式是在原来的以太网数据帧格式的基础上，重新添加6个字节(TTL、baseRingControl、ttlbase、extRingControl各为一个字节、HEC为两个字节)的内容，并经过重新排列组合形成的。其中RPR MAC格式中的HEC是针对RPR头的校验，而FCS(4个字节)分别是针对RPR头以后的内容校验。这些域的具体定义可以参见IEEE 802.17标准。封装格式如图1所示。

(2)局域内的广播、组播及未知单播转发

局域内的广播和组播转发是指RPR业务的源节点是环MAC节点，而目的节点是全部环节点或者是一组环节点，与局域已知单播转发相同，属于三层转发。这种情况下对应的目的MAC地址是一个广播MAC地址或者是一个组播MAC地址。

如图1所示，在局域内的广播和组播转发情况下，RPR MAC数据帧格式的处理与局域已知单播格式完全相同，只是目的MAC地址是一个广播地址或者组播地址。

局域内的未知单播转发是指RPR业务的源节点是环MAC地址，而目的节点不是环节点MAC地址，而是某个未知环节点下面的一个主机MAC地址，即非RPR局域地址，是个远程主机地址，该业务需要经由某个环节点进行上下。局域未知单播转发也属于三层转发。

在局域未知单播的转发情况下，由于不知道确切的目的节点信息，所以该RPR数据帧需要在整个环上进行Flooding(泛洪)，以确保可以到达业务的目的主机。即环上的所有RPR节点都需要将业务复制下来，然后在各自节点下面的二层以太网络中继续Flooding，以确保业务最终到达目的主机。在这种情况下，RPR MAC帧在环网上的数据帧格式也与局域已知单播相同，只是在加上去的6个字节中有一个Flooding位，指示该数据帧是一个Flooding数据帧。

所谓远程转发是指下面的三种情况之一：该业务的IEEE 802.3以太网源MAC地址不是环节点的MAC地址；或者该业务的IEEE 802.3以太网目的MAC地址不是环节点的MAC地址；或者两者都不是环节点的MAC地址。从另外一个方面看，这时候的组网要求是RPR下面连接的不全部是L3交换机或者路由器，即RPR要组二层以太网，所以称之为二层转发。远程转发又分为已知单播转发以及未知单播、组播和广播转发情况。

(1)远程已知单播转发

如果上RPR环的IEEE 802.3以太网数据帧的源和目的MAC地址都不是环节点的MAC地址，那么这个IEEE 802.3的以太网数据帧在穿过RPR节点时，需要在某个RPR源节点上环，在某个RPR目的节点下环。因此，这个802.3的数据帧在穿过IEEE 802.17 RPR环网时，需要有两种MAC地址概念，一种是IEEE 802.3的源和目的MAC地址，一种是IEEE 802.17的源和目的MAC地址。前者代表业务的最终源和目的主机地址，后者代表需要跨过RPR环时的上环节点地址和下环节点地址。虽然这两者的MAC地址定义都是48比特的定义，但具体代表的含义不同。

RPR设备需要在IEEE 802.3的以太网数据帧上环时，在其前面添加18个字节的IEEE 802.17 RPR数据帧头。在下环时，重新还原成原来的IEEE802.3以太网数据帧格式。在添加的18个字节里面，除了TTL、baseRingControl、ttlbase、extRingControl、HEC这6个字节之外，还包括各为6个字节的上环RPR节点地址和下环RPR节点地址。具体封装格式如图2所示。

(2)远程广播、组播及未知单播转发

远程广播和组播转发是指802.3业务的目的MAC地址是广播或者是组播MAC地址，这种情况下的RPR数据帧格式与图2相同，只是相应的目的RPR节点地址为广播地址或者是组播地址。远程未知单播的转发处理格式与广播处理格式相同，都是需要在IEEE 802.3的以太网数据帧格式前面添加18个字节的IEEE 802.17 RPR数据帧头，然后在下环时还原成原来的IEEE 802.3以太网数据帧格式。

在下环时，设备如何知道是局域转发还是远程转发呢？这是在RPR头中的extRingControl字节中的一个位决定的，该位标明该RPR MAC数据帧采用的是哪种封装格式。

但是，在RPR标准中，对于设备如何在二三层混合设备组网的情况下，进行数据的承载和转发并没有具体的技术方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种根据二三层组网的具体情况来进行IEEE802.3的以太网格式与IEEE802.17的RPR格式的相互转换的方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种实现二三层兼容RPR环网的上环处理方法，其特征在于：在RPR设备中设置上环转发判断及处理模块或在RPR设备中通过软件进行上环转发判断及处理步骤，该模块或步骤进一步对上环的以太网数据帧进行以下处理：

1)判断该以太网数据帧的目的MAC地址是否为单播地址；

2)如果该以太网数据帧的目的MAC地址为单播地址，则在环节点MAC地址表中查找该数据帧的源MAC地址和目的MAC地址，并根据查找的结果决定RPR的封装格式，以实现兼容目前的三层RPR环网技术，并自动适应业务的二层RPR环网；

3)将封装后的RPR数据帧在RPR环网中转发。

此外，在所述步骤2)中，

a)如果在环节点MAC地址表中找到该以太网数据帧的源MAC地址和目的MAC地址，则使用RPR局域格式封装；

b)如果在环节点MAC地址表中未找到该以太网数据帧的源MAC地址且找到目的MAC地址，则使用RPR远程格式封装；

c)如果在环节点MAC地址表中，找到该以太网数据帧的源MAC地址且未找到目的MAC地址，则在主机MAC地址与RPR节点对应表中查找该目的MAC地址。

此外，在所述步骤b)中，进一步根据上环节点设置RPR头中的sourceStationID值。

此外，在所述步骤c)中，

i)如果该目的MAC地址在主机MAC地址与RPR节点对应表中找到，则使用RPR远程格式封装；

ii)如果该目的MAC地址在主机MAC地址与RPR节点对应表中未找到，则使用RPR局域格式封装。

此外，在所述步骤i)中根据该主机MAC地址与RPR节点对应表设置RPR头中的destinationStationID值，并根据环节点MAC地址表设置RPR头中的sourceStationID；在所述步骤ii)中将数据包设置为Flooding模式。

此外，如果在环节点MAC地址表中未找到该以太网数据帧的源MAC地址，且在主机MAC地址与RPR节点对应表中未找到目的MAC地址，则使用RPR远程格式封装，并根据上环节点设置RPR头中的sourceStationID值，并将该数据包设置为Flooding模式。

此外，所述上环转发判断及处理模块或通过软件进行的上环转发判断及处理步骤还进行以下处理：

1”)如果该以太网数据帧的目的MAC地址为非单播地址，则在环节点MAC地址表中查找该以太网数据帧的源MAC地址：

a’)如果找到该以太网数据帧的源MAC地址，则使用RPR局域格式进行封装；

b’)如果未找到该以太网数据帧的源MAC地址，则使用RPR远程格式进行封装处理，并根据上环节点设置RPR头中的sourceStationID值；

2”)将封装后的RPR数据帧在RPR环网中转发。

为了解决现有技术中的上述问题，本发明还提供一种实现二三层兼容RPR环网的下环处理方法，其特征在于：在RPR设备中设置下环转发判断及处理模块，该模块对需要进行转发处理的RPR数据帧进行以下处理：

1’)判断该RPR数据帧是局域转发模式还是远程转发模式；

2’)如果该RPR数据帧为局域转发模式，则从RPR数据帧中提取对应的源MAC地址和目的MAC地址，重新组合成新的以太网数据帧，并重新计算校验，得到转换后的以太网数据帧，并将其转发；

3’)如果该RPR数据帧为远程转发模式，则将RPR数据帧的RPR头去掉，得到以太网数据帧，并将其转发。

此外，如果该RPR数据帧为RPR局域转发模式，且该RPR数据帧的Flooding标志为有效，则学习源PC主机地址与RPR节点地址的对应关系，即将主机MAC地址与RPR节点对应表中的主机MAC地址和RPR节点两项都记录为sourceMacAddress值。

此外，如果该RPR数据帧为远程转发模式，则学习源PC主机地址与源RPR节点地址的对应关系，即将主机MAC地址与RPR节点对应表中的主机MAC地址项记录为sourceMacAddress值而将RPR节点项记录为sourceStationID值。

与现有的技术相比，本发明可以兼容目前的三层RPR环网技术，自动适应业务的二层RPR环网，并且适应过程是自动学习的，不需要软件或人工干预。满足了用户的多样化组网需求。

附图说明

图1是描述RPR局域封装格式的示意图；

图2是描述RPR远程封装格式的示意图；

图3是描述本发明上环业务转发处理的流程图；

图4是描述本发明下环业务转发处理的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明的完整技术方案包括对RPR环网上环业务进行转发处理和对下环业务进行转发处理两个环节。

1、上环业务转发处理

在业务进行RPR环网上环时，RPR芯片需要设置一个L2/L3层上环转发判断及处理模块，该模块判断应该采用哪种封装格式，目的RPR节点地址和源RPR节点地址如何封装。然后针对二层组网和三层组网的具体情况进行相应的封装处理。

该模块的输入为IEEE 802.3以太网数据帧，输出为IEEE 802.17 RPR数据帧。该模块能够自动适应业务的以太网二三层情况，进行相应的RPR局域或远程封装处理。其具体处理步骤如下：

如图3所示，首先判断IEEE 802.3以太网数据帧的目的MAC地址是单播地址还是非单播地址，如果是单播MAC地址，那么按照下面的步骤进行处理：

(1)在环节点MAC地址表中分别查找IEEE 802.3以太网数据帧的源MAC地址和目的MAC地址。前面介绍过，按照RPR标准的拓扑发现功能，RPR环节点的MAC地址表可以由特殊的RPR拓扑发现帧收集而来。

(2)如果源MAC地址和目的MAC地址都在环节点MAC地址表中找到，那么使用IEEE 802.17 RPR局域格式封装。在调整MAC地址位置的基础上，添加6个字节的RPR头内容，并计算HEC和FCS值。

(3)如果没有找到源MAC地址，而找到目的MAC地址，那么使用IEEE802.17 RPR远程格式进行封装处理，将RPR头中的destinationStationID设置为IEEE 802.3数据帧的目的地址，即destinationMacAddress，将RPR头中的sourceStationID设置为上环节点的MAC地址，并将RPR头中的远程转发标志设置为有效。

(4)如果找到源MAC地址，而目的MAC地址没有找到，那么继续在主机MAC地址与RPR节点对应表中查找目的MAC地址。这张表的内容是记录一个PC主机的MAC地址挂在哪个RPR节点下面，其作用和机制与普通二层以太网的MAC地址表类似，只是后者记录的是一个PC主机MAC地址在哪个端口下面，而前者是记录一个PC主机MAC地址在哪个RPR节点而已。这个表也是接收方向(即下环方向)自动学习得来的。

(5)如果在主机MAC地址与RPR节点对应表中找到目的MAC地址对应的RPR目的环节点ID，那么使用IEEE 802.17 RPR远程格式进行封装处理，将RPR头中的destinationStationID设置为相应的环节点的MAC地址，将sourceStationID设置为IEEE 802.3数据帧的源MAC地址，并将RPR头中的远程转发标志设置为有效。

(6)如果目的MAC地址没有找到对应的RPR目的环节点ID，那么使用IEEE 802.17 RPR局域格式进行封装处理。并将RPR头中的Flooding标志为有效。

(7)如果没有找到源MAC地址，也没有找到目的MAC地址，则使用IEEE802.17 RPR远程格式进行封装处理，将RPR头中的destinationStationID设置为IEEE 802.3数据帧的目的地址，即destinationMacAddress，将RPR头中的sourceStationID设置为上环节点的环节点ID的MAC地址，设置RPR头中的Flooding标志为有效，并将RPR头中的远程转发标志设置为有效。

至此完成IEEE 802.3的目的地址为单播地址的上环转发处理功能。下面介绍IEEE 802.3的目的MAC地址为非单播地址的上环转发操作步骤。

(1)使用IEEE 802.3以太网的源MAC地址，查找环节点MAC地址表。前面介绍过，按照RPR标准的拓扑发现功能，RPR环节点的MAC地址表可以由特殊的RPR拓扑发现帧收集而来。

(2)如果在环节点MAC地址表中找到源MAC地址，那么使用IEEE802.17 RPR局域格式进行封装。在调整MAC地址位置的基础上，添加6个字节的RPR头内容，并计算HEC和FCS。

(3)如果在环节点MAC地址表中没有找到源MAC地址，那么使用IEEE802.17 RPR远程格式进行封装处理，将RPR头中的sourceStationID设置为上环RPR节点的MAC地址，destinationStaionID设置为IEEE 802.3的目的MAC地址，并将RPR头中的远程转发标志设置为有效。

至此完成IEEE 802.3的以太网二三层数据帧转换成IEEE 802.17的RPR数据帧的上环转发处理功能。

2、下环业务转发处理

在业务下环时，RPR芯片需要设置一个下环转发判断及处理模块，该模块的输入为IEEE 802.17的RPR数据帧，输出为IEEE 802.3的以太网数据帧。该模块能够自动判断RPR数据帧采用的是哪种封装格式，然后针对不同的封装情况，完成相应的由IEEE 802.17封装帧到IEEE 802.3封装帧的转换工作。该模块还有一个功能是可以自动学习PC主机地址与RPR节点的对应关系。

具体处理步骤如下：

首先判断IEEE 802.17 RPR数据帧是局域转发(三层转发)模式还是远程转发(二层转发)模式，这个信息在RPR帧头中的extRingControl字节中有明确的标志位。如果是局域转发模式，那么按照下面的步骤进行处理：

(1)如果Flooding标志(这个信息在RPR帧头中的extRingControl字节中有明确的标志位)为无效，那么从RPR头中提取对应的源MAC地址和目的MAC地址，重新组合成新的IEEE 802.3以太网数据帧，并重新计算校验。就得到转换后的IEEE 802.3以太网的数据帧。

(2)如果Flooding标志为有效，那么重新形成新的IEEE 802.3以太网数据帧的过程与(1)相同，另外还需要学习源PC主机地址与RPR节点地址的对应关系。具体学习过程为：将主机MAC地址与RPR节点对应表中的主机MAC地址项和RPR节点项都记录为源MAC地址，即sourceMacAddress值，实际上这个表与二层交换机的MAC地址表类似，后者是记录MAC地址与物理或逻辑端口的对应关系，而前者是记录MAC地址与RPR节点的对应关系。

至此完成局域转发模式的RPR数据帧转换成以太网数据帧的转换处理和MAC地址的自动学习工作，下面介绍远程转发模式的转换处理步骤。

(1)去掉18个字节的RPR数据帧的帧头，就得到转换后的IEEE 802.3以太网的数据帧。

(2)学习源PC主机地址与源RPR节点地址的对应关系。具体学习过程为：将主机MAC地址与RPR节点对应表中的主机MAC地址项和RPR节点项分别记录为：sourceMacAddress和sourceStationID值。

这样就完成了上环、下环的完整转换过程，这个转换过程并且可以自动适应二层业务和三层业务，即对应的是二层交换机还是三层交换机或者是路由器。