以太网桥设备、基于以太网桥设备的数据传输方法及应用

摘要

本发明提供一种以太网桥设备、基于以太网桥设备的数据传输方法及应用，本发明的基于以太网桥设备的数据传输方法的核心为：根据生成树协议修改以太网桥设备中VLAN标识对应的以太网桥设备端口，所述以太网桥设备根据修改后的所述VLAN标识对应的以太网桥设备端口进行数据传输。本发明的以太网桥设备的组网端口可以不进行MAC地址学习，只需要其用户端口进行MAC地址学习，降低了接入汇聚网络对网络汇聚设备MAC地址表存储空间的要求，同时，避免了因部分用户的MAC地址学习不到，以太网桥设备广播发送用户下行报文的现象；从而实现了节约网络带宽、提高网络的稳定性、降低接入汇聚网络的组建成本的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及网络通讯技术领域，具体涉及一种以太网桥设备、基于以太网桥设备的数据传输方法及应用。

背景技术

宽带接入网的网络模型如附图1所示。

在图1中，宽带接入网络系统主要包括：用户接入设备、网络汇聚设备、BRAS(宽带接入服务器)、AAA(认证计费服务器)等。其中，用户接入设备如DSLAM(数字用户线接入复用器)、LAN Switch(以太网桥)等。网络汇聚设备如ATM交换机、以太网桥等。

用户接入设备用于实现用户线路汇接功能，网络汇聚设备将用户接入设备连接到宽带接入服务器，宽带接入服务器终结用户接入链路层，并配合认证计费服务器实现用户的接入认证和计费。用户接入设备和网络汇聚设备工作于二层模式，只处理数据报文中的链路层信息，并根据链路层地址信息进行报文转发。

由于以太网器件成本的大幅度下降，L2/L3(二层/三层)交换机的交换容量及性能的不断提升，新建的宽带接入网络通常采用基于以太网的技术，即用户接入设备采用以太网接口如FE/GE等实现上行，接入汇聚网络采用以太网桥设备构建。为了保证用户接入的安全和服务质量，每台用户接入设备通常采用独占一个或多个VLAN的方式。

为了提高接入汇聚网络的可靠性，保证接入汇聚网络不会因为网络中个别节点、个别链路的故障而导致整个网络的瘫痪，接入汇聚网络通常采用如附图2所示的环形网络拓扑结构。

图2的网络中运行有STP/RSTP(Spanning Tree Protocol/Rapid Spanning TreeProtocol生成树协议/快速生成树协议)，以消除网络循环连接带来的问题，并保证发生网络故障时能够自愈。图2所示网络的工作原理如下：

当网络中的所有节点、所有链路都正常时，通过运行STP/RSTP协议，将以太网桥设备SW2的A端口和以太网桥设备SW3的B端口阻塞，以消除了网络环路。此时，DSLAM1所接入的用户的接入路径为：DSLAM1→SW2的B端口→SW1的A端口→BAS；DSLAM2所接入的用户的接入路径为：DSLAM2→SW3的A端口→SW1的B端口→BRAS。

当SW1与SW3之间的链路发生故障时，通过运行STP/RSTP协议，解除SW2、SW3原来被阻塞的端口。此时，DSLAM2的接入路径改为：DSLAM2→SW3的B端口→SW2的B端口→SW1的A端口→BRAS。

当DSLAM2的接入路径改变后，SW1、SW2、SW3通过学习报文的SMAC地址所在的端口，修改MAC地址表。SW1、SW2、SW3在对报文进行转发时，根据报文的目的MAC地址查找MAC地址表，确定该报文对应的输出端口，进行报文转发。如果SW1、SW2、SW3的MAC地址表中没有该MAC地址的记录，则将该报文进行广播，即为每个端口都复制一份该报文。

为保证每个以太网桥设备都可以学习到通过该接入汇聚网络接入的所有用户的MAC地址，接入汇聚环网中的每个以太网桥设备的MAC地址表空间必须足够大，如图2中，设定DSLAM1和DSLAM2各接入4000个用户，则SW1、SW2、SW3的MAC地址表必须能够学习至少8000个MAC地址。

在组建接入汇聚环网时，如果采用具有MAC地址表空间大等优点的高端以太网桥设备，则组网成本太高；如果采用价格低廉、MAC地址表通常在8k以下的中低端以太网桥设备组网，可能会出现部分用户的MAC地址学习不到的现象，这样，发往这部分用户的报文只能采用广播方式，浪费了网络带宽，增加了网络的不稳定性；在采用中低端以太网桥设备且需要接入大量用户时，为保证网络的稳定性，需要组建多个环，最终还是增加了组网成本。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种以太网桥设备、基于以太网桥设备的数据传输方法及应用，通过修改VLAN标识对应的网络汇聚设备端口，以实现节约网络带宽、提高网络的稳定性、降低接入汇聚网络的组建成本的目的。

为达到上述目的，本发明提供的基于以太网桥设备的数据传输方法，包括步骤：

a、根据生成树协议修改以太网桥设备中VLAN标识对应的以太网桥设备端口；

b、所述以太网桥设备根据修改后的所述VLAN标识对应的以太网桥设备端口进行数据传输。

所述生成树协议包括：快速生成树协议。

所述步骤a具体包括：

根据生成树协议修改VLAN成员端口列表中VLAN标识与以太网桥设备端口的对应关系。

所述以太网桥设备为：基于生成树协议的接入汇聚环网中通过其他以太网桥设备与宽带接入服务器连接的以太网桥设备。

所述步骤a具体包括：

确定以太网桥设备中参与组建所述环网的两个组网端口及与用户接入设备连接的用户端口；

设定禁止组网端口进行MAC地址学习；

当用户端口对应的VLAN标识对应的链路出现故障时，确定所述VLAN标识对应的用户端口和组网端口；

根据生成树协议将所述VLAN标识与用户端口、组网端口的对应关系修改为所述VLAN标识与用户端口、另外一个组网端口的对应关系。

所述步骤b具体包括：

所述以太网桥设备接收用户端口传输来的本地用户的上行报文，并确定该用户端口对应的VLAN标识，根据所述VLAN标识通过VLAN内广播或流规则定向将所述上行报文传输至对应的组网端口；

同时，所述以太网桥设备接收从其组网端口传输来的本地用户的下行报文，通过VLAN内广播或MAC地址表将所述下行报文传输至对应的用户端口。

本发明提供的一种以太网桥设备，包括：存储模块、传输模块和修改对应端口模块；

所述存储模块中存储有VLAN标识与以太网桥设备端口的对应关系；

所述传输模块根据其接收数据的VLAN标识、存储模块中存储的对应关系传输所述数据；

所述以太网桥设备还设置有修改对应端口模块，所述修改对应端口模块根据生成树协议修改存储模块中存储的VLAN标识对应的以太网桥设备端口。

本发明的以太网桥设备的预定端口可以不进行MAC地址学习。

本发明提供的宽带接入网络中的接入汇聚网络，包括：一个局端以太网桥设备和多个非局端以太网桥设备；

所述局端以太网桥设备为其端口与宽带接入服务器连接的以太网桥设备；非局端以太网桥设备通过局端以太网桥设备与宽带接入服务器连接，并通过其组网端口与所述局端以太网桥设备组成基于生成树的环网；

所述非局端以太网桥设备包括：存储模块、传输模块和修改对应端口模块；

所述存储模块中存储有VLAN标识与以太网桥设备端口的对应关系；

所述传输模块根据其接收的数据的VLAN标识、存储模块中存储的对应关系传输所述数据；

所述非局端以太网桥设备的预定端口不进行MAC地址学习，且所述以太网桥设备还设置有修改对应端口模块，所述修改对应端口模块根据生成树协议修改存储模块中存储的VLAN标识对应的以太网桥设备端口。

本发明还提供一种接入汇聚网络的数据传输方法，包括：

c、确定接入汇聚网络中的局端以太网桥设备和非局端以太网桥设备；

d、当所述非局端以太网桥设备的用户端口对应的VLAN标识对应的链路出现故障时，所述非局端以太网桥设备根据生成树协议修改该VLAN标识对应的太网桥设备端口；

e、所述非局端以太网桥设备根据所述修改后的对应关系和与其连接的用户接入设备及局端以太网桥设备进行报文交互。

设定局端以太网桥设备的标识为预定值，且所述步骤c具体包括：

根据以太网桥设备的标识确定接入汇聚网络中的局端以太网桥设备和非局端以太网桥设备。

通过上述技术方案的描述可知，本发明的以太网桥设备能够在链路出现故障时，通过修改VLAN标识对应的以太网桥设备端口，使以太网桥设备能够将数据通过修改后的VLAN对应的端口进行传输，使以太网桥设备的组网端口可以不进行MAC地址学习、仅用户端口进行MAC地址学习，因此，本发明不需要接入汇聚网络中的每个以太网桥设备的MAC地址表空间都支持全网用户的MAC地址，降低了接入汇聚网络对以太网桥设备MAC地址表存储空间的要求，同时，避免了因部分用户的MAC地址学习不到，以太网桥设备广播发送用户下行报文的现象；从而实现了节约网络带宽、提高网络的稳定性、降低接入汇聚网络的组建成本的目的。

附图说明

图1是宽带接入网的网络模型示意图；

图2是接入汇聚网络的环形网络拓扑结构示意图；

图3是本发明的接入汇聚网络的环形网络拓扑结构示意图；

图4是本发明的接入汇聚网络的数据传输示意图。

具体实施方式

本发明以太网桥设备和数据传输方法的核心均为：根据生成树协议修改以太网桥设备中VLAN标识对应的以太网桥设备端口，以太网桥设备根据修改后的所述VLAN标识对应的以太网桥设备端口进行数据传输。

本发明通过修改VLAN标识对应的以太网桥设备端口，可以使以太网桥设备的预定端口如组网端口不需要进行MAC地址学习，使以太网桥设备的MAC地址表空间可以不支持全网用户的MAC地址。

由此可知，本发明降低了接入汇聚网络对网络汇聚设备MAC地址表存储空间的要求，避免了因部分用户的MAC地址学习不到，网络汇聚设备广播发送用户下行数据报文的现象，使本发明可以采用价格低廉、MAC地址表通常在8k以下的中低端网络汇聚设备进行组网，不但降低了接入汇聚网络的组网成本，节约了网络带宽、提高了网络的稳定性，而且，还增加了接入汇聚网络的可扩展性。

下面基于本发明的核心思想对本发明的以太网桥设备和基于以太网桥设备的数据传输方法做进一步的描述。

本发明中的生成树协议包括：STP和RSTP。

本发明组建的基于STP/RSTP的接入汇聚环网如附图3所示，在图3中，可以将以太网桥设备、以太网桥设备的端口区分出以下概念：

局端以太网桥设备：和BRAS连接的以太网桥设备，如附图3中的SW1。局端以太网桥设备总是作为STP/RSTP协议中的根桥，为易于识别局端以太网桥设备和非局端以太网桥设备，可以将局端以太网桥设备的ID(标识)设置为一个特征值，如最小的ID。局端以太网桥设备的MAC地址表需要支持全网用户的MAC地址。

非局端以太网桥设备：通过局端以太网桥设备和BRAS连接的以太网桥设备，如附图3中的SW2、SW3。

组网端口：非局端以太网桥设备中参与组建基于STP/RSTP的接入汇聚环网的两个端口，如附图3中示出的SW2的A端口和B端口为组网端口，本发明禁止非局端以太网桥设备的组网端口的MAC地址学习过程。

用户端口：非局端以太网桥设备中接本地用户、或者接本地用户接入设备如DSLAM的端口，如附图3中示出的SW2的端口为用户端口，本发明的用户端口可以进行MAC地址学习。

基于STP/RSTP的接入汇聚环网中，非局端以太网桥设备的组网端口不进行MAC地址学习，且以太网桥设备中设置有存储模块、传输模块和修改对应端口模块。

存储模块中存储有VLAN标识与以太网桥设备端口的对应关系，该对应关系可以以VLAN成员端口列表的形式存储。

修改对应端口模块主要用于在VLAN标识对应的链路出现故障时，根据生成树协议修改存储模块中存储的VLAN标识对应的以太网桥设备端口，使具有该VLAN标识的数据报文能够通过修改后的以太网桥设备端口成功传输。

传输模块主要用于获取其接收的数据报文的VLAN标识，并将该VLAN标识与存储模块中存储的对应关系进行匹配，确定该VLAN标识对应的以太网桥设备端口，并根据该端口和VLAN传输该数据报文。

在接入汇聚网络中，流量模型总是汇聚型的，用户接入设备如DSLAM之间不需要数据互通，同时，为了保证用户接入的安全性和服务质量，通常会采用每台用户接入设备独占一个或多个VLAN的方式。因此，在规划和分配整个网络的VLAN时，需要保证不同的DSLAM使用不同的VLAN。

由此，可以将接入汇聚网络中的任何一条VLAN都可以看成是点到点的链路，是连接BRAS和目标DSLAM的点到点的链路。

本发明将接入汇聚网络中的VLAN区分为穿透VLAN、本地VLAN，对于非局端以太网桥设备来说，如果一个VLAN不是它所接入的本地用户或本地用户接入设备所在的VLAN，则称这个VLAN为穿透VLAN；反之，为本地VLAN。如图3中，对于SW2来说，vlan1是本地VLAN，vlan2是穿透VLAN；对于SW3来说，则vlan2是本地VLAN，vlan1是穿透VLAN。

本发明可以对所有的非局端以太网桥设备区分穿透VLAN和本地VLAN，在VLAN成员端口列表中，对于穿透VLAN，其端口成员包括且仅包括非局端以太网桥设备中的两个组网端口，而对于本地VLAN，其端口成员包括且仅包括非局端以太网桥设备中的一个组网端口和一个用户端口，这个组网端口可以称为该非局端以太网桥设备中的根端口。如在图3中，SW2中的vlan1是本地VLAN，其端口成员包括一个用户端口C，一个组网端口B，组网端口B为根端口，SW2中的vlan2是穿透VLAN，其端口成员包括两个组网端口A和B。

当网络中的所有节点、所有链路都正常时，通过运行STP/RSTP协议，将SW2的A端口和SW3的B端口阻塞，以消除了网络环路。此时，DSLAM1所接入的用户的接入路径为：DSLAM1→SW2的B端口→SW1的A端口→BAS，即VLAN1对应的根端口为SW2的组网端口B；DSLAM2所接入的用户的接入路径为：DSLAM2→SW3的A端口→SW1的B端口→BRAS，即VLAN2对应的根端口为SW3的组网端口A。

当SW1与SW3之间的链路发生故障时，通过运行STP/RSTP协议，解除SW2、SW3原来被阻塞的端口。SW1、SW3的组网端口不进行MAC地址学习。DSLAM2的接入路径需要改为：DSLAM2→SW3的B端口→SW2的B端口→SW1的A端口→BRAS，此时，SW3中修改对应端口模块应将VLAN2对应的根端口修改为SW3的组网端口B，即将SW3的VLAN成员端口列表中的VLAN2标识对应的根端口A修改为另外一个组网端口B。

在进行上述修改后，本发明的非局端以太网桥设备如附图3中的SW2，对于从其端口C接收的本地用户的上行报文，在该非局端以太网桥设备只有一个用户端口时，采用VLAN1内广播的方式将上行报文通过SW1传输至BRAS；在非局端以太网设备有多个用户端口时，使用流规则，将上行报文定向发送到组网端口，并通过SW1传输至BRAS。对于从SW2的组网端口接收的本地用户的下行报文，在该非局端以太网桥设备只有一个用户端口时，采用VLAN1内广播的方式将下行报文传输至用户端口C，再根据SW2中的MAC地址表传输至对应的用户；在该非局端以太网桥设备有多个用户端口时，根据SW2中的MAC地址查找转发至对应的用户。SW2对于穿透VLAN的数据传输主要采用广播方式。

下面结合附图4对本发明的宽带接入网络中的接入汇聚网络和数据传输方法进一步说明。

图4中的(a)图为基于RSTP的环网中各网络节点SW和各VLAN链路均正常工作时，各SW的端口状态以及VLAN成员端口列表、MAC地址表的内容；图4中的(b)图为SW1和SW3之间的VLAN链路故障后，基于RSTP的接入汇聚环网通过运行RSTP协议实现网络自愈后，各SW的端口状态以及VLAN成员端口列表、MAC地址表的内容。

图4的(a)图中，通过运行RSTP协议，阻塞SW2中的A端口和SW3中的B端口，确定ID最小的SW1为局端以太网桥设备，SW2、SW3为非局端以太网桥设备。SW2的组网端口为端口A和端口B，根端口为端口B，SW2的用户端口为端口C；SW3的组网端口为端口A和端口B，根端口为端口A，SW3的用户端口为端口C3；对于SW2来说，vlan1是本地VLAN，vlan2是穿透VLAN；对于SW3来说，则vlan2是本地VLAN，vlan1是穿透VLAN。

在SW1的VLAN成员端口列表中，VLAN1、VLAN2的成员端口均为SW1的端口A、B和C。SW2的VLAN成员端口列表中，VLAN1的成员端口为SW2的组网端口B和用户端口C，VLAN2的成员端口为SW2的组网端口A、B。SW3中VLAN1的成员端口为SW3的组网端口A和B，VLAN2的成员端口为SW3的组网端口A和用户端口C。

SW1的所有端口都需要进行MAC地址学习形成MAC地址表，SW1的MAC地址表中，端口与MAC地址的对应关系为：MAC1对应SW1的端口A、MAC2对应SW1的端口B、MAC3对应SW1的端口C。

SW2、SW3的用户端口需要进行MAC地址学习形成MAC地址表，SW2的MAC地址表中，端口与MAC地址的对应关系为：MAC1对应SW2的端口C。SW3的MAC地址表中，端口与MAC地址的对应关系为：MAC2对应SW3的端口C。

当SW1和SW3之间链路故障后，通过运行RSTP协议，解除SW2的端口A和SW3的端口B的阻塞状态；此时，SW3的根端口应修改为SW3的端口B，SW3中修改VLAN2的成员端口为SW3的组网端口B和用户端口C。SW1通过学习更新其MAC地址表中MAC2对应的端口为SW1的A；SW2、SW3中的MAC地址表不需要更新。

SW1将宽带接入服务器传输来的发往MAC2地址的数据报文根据其MAC地址表传输至SW2，由SW2传输至SW3，并由SW3根据VLAN的成员端口列表中VLAN2对应的SW3的组网端口B和用户端口C传输至对应的用户接入设备，SW3将用户接入设备传输来的发往宽带接入服务器的数据报文根据其VLAN的成员端口列表中，VLAN2对应的SW3的组网端口B和用户端口C传输至SW2，由SW2传输至SW1，并由SW1根据其VLAN的成员端口列表中VLAN2对应的SW1的组网端口A、B、C传输至宽带接入服务器。

虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，本发明的申请文件的权利要求包括这些变形和变化。