使用逐跳虚拟局域网分类进行多路径交换

摘要

本申请涉及使用逐跳虚拟局域网分类进行多路径交换。披露了一种用于使用逐跳虚拟局域网(VLAN)重新映射来进行多路径交换的方法和装置。在该方法和装置中，数据包被转发以便在第一端口和第二端口之一上进行传输。该设备识别该数据包的VLAN ID为第二VLAN ID并且将第二VLAN ID改变为第一VLAN ID。然后评估用于在第二端口上转发该数据包的分类设置条目的一个或多个标准。如果满足该标准则在该第二端口上转发该数据包，并且该数据包与该第二VLAN ID相关联。替代性地，如果动态条目指定在该第一端口上转发该数据包，则在该第一端口上转发该数据包，并且该数据包与该第一VLAN ID相关联。

说明书

技术领域

本申请涉及使用逐跳虚拟局域网分类来在连接设备网络中桥接数据。

背景技术

电气与电子工程师协会(IEEE)802.1Q兼容设备中的生成树允许多个这种设备在局域网中使用无环路拓扑进行连接。然而，因为有用链路被禁用以便确保在每对设备之间仅有一条路径，所以这种拓扑可能导致次选路径。此外，树形拓扑不允许负载均衡或优先传输某些类型的通信量，如高优先级数据包。

发明内容

如家庭网络中的电视接收器、智能电视、平板计算机和无线路由器等设备在局域网(LAN)上彼此连接。由IEEE 802.1Q定义的虚拟LAN(VLAN)可以用于将物理连接的LAN分成逻辑子组。通过多生成树协议(MSTP)，生成树将VLAN安排为树形结构来阻止广播环路。在树形结构中，在给定VLAN上的两个设备之间可以仅存在一个开放的通信路径。例如，智能电视和无线路由器可能能够使用Wi-Fi和以太网来彼此通信，但是这些连接中的仅有一个连接可以在虚拟局域网中使用，并且其他连接必须是未利用的或不可用的。

为了增加在网络中输送的数据量，可以建立第二虚拟局局域网。第二虚拟局域网与已经建立的虚拟局域网共存，但不使用生成树，并且使能所有有用链路。第二虚拟局域网具有与现有虚拟局域网的身份分开的身份。当需要时，使用第二虚拟局域网来为数据(如优先级数据)提供替代性路径。

在网络中的设备之间交换的数据可以在任何时候采用通过现有默认的虚拟局域网或第二虚拟局域网使能的通信路径。当数据使用在网络中的替代性路径时，对包括在数据中的虚拟网络标识符进行操控。如由IEEE 1905.1定义的分类设置用于将数据引导至替代性路径，而如由802.1Q定义的传统分类用于将数据引导至默认路径。

附图说明

图1示出了具有多个连接设备的环境。

图2示出了根据至少一个实施例的连接设备的示例。

图3示出了具有多个连接设备的环境。

图4示出了其中有多个设备连接的网络。

图5示出了其中有多个设备使用两个VLAN连接的网络。

图6A和图6B示出了在参考图5描述的网络中进行包桥接的流程图。

图7示出了一种用于对数据包进行虚拟局域网(VLAN)标识符(ID)重新映射的方法。

具体实施方式

图1示出了具有多个连接设备102的环境100。设备102可以包括能够与另一个设备102a进行通信的任何类型的设备102a。在图1中，该多个连接设备包括智能电视102a、平板计算机102b、机顶盒102c、接收器102d和无线/有线路由器102e。这些设备使用任何类型的无线或有线通信协议彼此通信。例如，设备102可以使用电气与电子工程师协会(IEEE)802.3(也被称为以太网)、IEEE 802.11(通俗地被称为Wi-Fi)、IEEE 1901电力线带宽(BPL)或同轴电缆多媒体联盟(MoCA)通信协议进行通信。

每个设备102可以使用一个或多个不同协议进行通信。例如，在一个时刻，设备102可以使用IEEE 802.11与另一个设备102进行通信，而在另一个时刻，设备102可以使用IEEE802.11和802.3两者与另一个设备进行通信。此外，在任何时刻，两个设备102可以使用另个不同通信协议彼此通信。因此，在任何时间点两个设备102之间可以存在多通信路径。

在环境100中，平板计算机102b、机顶盒102c和无线/有线路由器102e是第一虚拟局域网(VLAN)(即，例如，无线VLAN)的一部分。有线/无线路由器102e、智能电视102a和接收器102d可以是第二VLAN(即有线VLAN)的一部分。源于平板计算机102b以及发往接收器102d的数据可以使用穿过两个VLAN的路径。例如，数据可以在第一VLAN上从平板计算机102b传输到无线/有线路由器102e。然后，数据可以在第二VLAN上从无线/有线路由器102e传输到接收器102d。每个VLAN与单独且不同的VLAN标识符(ID)相关联。常规系统中的单独且不同的VLAN ID防止数据包在VLAN之间交叉。为了使数据能够无缝桥接并且能够进行VLAN交叉，如在此所描述的那样使用二层交换/桥接技术来执行VLAN ID重新映射。

图2示出了根据至少一个实施例的连接设备102b的示例。设备102b包括：多个通信端口110，多个物理层实体112，多个介质访问控制(MAC)实体114，多个接口服务访问点(SAP)116，包括转发实体120、服务访问点122以及逻辑链路控制(LLC)层124的网络使能层118。

该多个通信端口110、物理层实体112、介质访问控制实体114和服务访问点116、以及网络使能层118、服务访问点122和逻辑链路控制层124是设备102b的数据平面123的一部分。设备102b还具有管理平面125。设备102b包括用于该多个物理层实体112和该多个介质访问控制实体114的站管理实体(SME)126、网络使能管理实体128、网络使能管理实体128的服务访问点130、以及作为管理平面125的一部分的更高层实体132。

数据平面123确定通过设备102b对包进行的路由。数据(例如，打包为一个或多个数据包)从逻辑链路控制124和更高层(未示出)经由服务访问点122到达网络使能层118。网络使能层118可以是IEEE 1905.1协议层。符合IEEE 1905.1协议的设备可以包括网络使能层118以使能使用无线和有线协议的家庭网络。

网络使能层118的转发实体120识别应当用于传输数据的端口110。如在此所描述的，每个端口110与特定通信协议相关联，如IEEE802.3或IEEE 802.11以及其他。此外，每个端口110具有该多个物理层实体112中的一个相应物理层实体112、该多个介质访问控制实体114中的一个介质访问控制实体114以及该多个接口服务访问点116中的一个接口服务访问点116。

在确定将用于传输数据的通信协议之后，转发实体120将数据转发至对应于该协议的接口服务访问点116。值得注意的是，确定通信协议还可以包括确定用于传输数据的端口110。通过接口服务访问点116将数据提供给介质访问控制实体114。介质访问控制实体114可以对数据执行某些操作。例如，介质访问控制实体114可以移除或改变数据包的报头的字段。然后，介质访问控制实体114将数据提供给物理层实体112。物理层实体112例如通过执行调制和编码来对数据进行操作，并且在与用于传输的通信协议相关联的通信端口110上输出数据。

管理平面125控制数据平面123的操作。网络使能管理实体128在服务访问点130上从更高层实体132处接收控制信息。网络使能管理实体128与网络使能层118以及其转发实体120进行通信以便控制转发实体120的转发操作。类似地，介质访问控制和物理层站管理实体(SME)126控制设备102b用来进行通信的通信协议的对应的介质访问控制实体114和物理层实体112的操作。

图3示出了具有多个连接设备102的环境300。设备102包括第一设备102c、第二设备102d和第三设备202。第一设备102c可以使用两个不同的通信协议进行通信。第一设备102c具有第一端口110a和第二端口110b。第一端口110a根据第一通信协议传输和接收数据包，并且第二端口110b根据第二通信协议传输和接收数据包。

类似于第一设备102c，第二设备102d具有三个端口：第一端口110c、第二端口110d和第三端口110e。第一端口110c与第一通信协议相关联。第二设备102d的第一端口110c可以用于发送数据至第一设备102c的第一端口110a以及从第一设备102c的第一端口110a接收数据。第二设备102d的第二端口110d与第二通信协议相关联。第二设备102d的第二端口110d可以用于发送数据至第一设备102c的第二端口110b以及从第一设备102c的第二端口110b接收数据。

第二设备102d的第三端口110e可以用于根据不同于第一和第二通信协议的第三通信协议来传输和接收数据。虽然第二设备102d不可以使用第三端口110e与第一设备102c进行通信，但是第三端口110e可以用于发送数据至第三设备202或从第三设备202接收数据。第三设备202配备有用于根据第三通信协议进行通信的第三端口110f。第二设备102d与第三设备202之间的数据的通信可以发生在各自的第三端口110e、110f上。

图4示出了多个设备110i在其中连接的网络400。图4示出的类似于参考图3所描述的那些实体的实体具有相同的参考数字。该多个设备110i根据生成树拓扑连接，该生成树拓扑可以是多生成树实例(MSTI)。在树形拓扑中，第一设备102c和第二设备102d使用它们各自的第一端口110a、110c进行通信。第二设备102d和第三设备202使用它们各自的第三端口110e、110f进行通信。设备102c、102d的第二端口110b、110d不用于在网路400的树形拓扑中输送数据。第一和第三设备102c、202没有被装备成用于使用相同的协议进行通信。因此，第一设备与第三设备102c、202之间的通信量由第二设备102d桥接。

图4的网络400中展示的树形拓扑不允许多路径通信。例如，第一和第二设备102c、102d使用它们各自的第一端口110a、110c进行通信而不使用它们各自的第二端口110b、110d同时进行通信。网络400的生成树拓扑具有在图4中表示为VID1并且还在在此指VLAN1的唯一虚拟局域网(VLAN)标识符(VID)。

在VLAN1上通信的数据可以包括在其VLAN(即，VID1)ID的包头中。在常规路由系统中，数据不可以在具有不同身份的其他VLAN上桥接(例如，使用二层VLAN重新映射)。

网络400的设备可以配备有多路径通信(即，使用两个不同端口或通信协议同时地进行通信的能力)。多路径通信使网络400中的可用路径上的通信量负载均衡，并且减小网络400中的路由延迟。此外，多路径通信增加第一设备102c与第二设备102d之间的数据的吞吐量。例如，相比于仅使用IEEE 802.11或IEEE 802.3进行通信，如果设备102c、102d使用IEEE 802.11和IEEE 802.3同时地进行通信，则在设备102c、102d之间通信的数据量增加。代替图4中示出的树形拓扑，多路径通信引起覆盖在树形拓扑顶上的网格拓扑。

图5示出了其中有多个设备102使用两个VLAN连接的网络500。图5示出的类似于参考图3所描述的那些实体的实体具有相同的参考数字。此外，第一设备102c包括第一转发实体120a，并且第二设备102d包括第二转发实体120b。转发实体120a、120b评估数据包并且确定数据应当在其上传输的端口。因此，转发实体120a、120b是每个设备102c、102d的通信量仲裁器。

除了借助于配置的生成树VLAN(其VLAN ID为1)而已经存在于网络500中的设备102c、102d、202之间的通信路径之外，网络500还具有覆盖在生成树顶上的多路径VLAN(其VLAN ID为2)。多路径VLAN用于桥接满足标准的某些类型的数据。

生成树VLAN在各自的设备102c、102d的第一端口110b、110c上转发第一设备102c与第二设备102d之间的数据。此外，在各自的设备102d、202的第三端口110e、110f上转发第二设备102d与第三设备202之间的数据。这些端口可以出于学习和转发状态，由此学习状态指示采用与转发路径相反的方式相反地转发返回通信量。生成树VLAN阻止第一设备102c的第二端口110b和第二设备102d的第二端口110d桥接设备102c、102d之间的通信量。

多路径VLAN补充生成树VLAN并且利用阻止的端口110b、110d来在第一设备102c与第二设备102d之间输送数据。多路径VLAN可以出于转发和非学习状态。因此，设备102c、102d可以在多路径VLAN上转发通信量。可以独立地评估反向通信量来确定将在其上桥接该反向通信量的端口。在非学习状态中，反向通信量不必使用与转发通信量相同的路由。在设备102c、102d、202之间桥接的数据可以在不同时间点上使用由生成树VLAN或多路径VLAN提供的通信路径。

参考图5描述的设备102c、102d、202中的每一个设备可以具有指示设备102c、102d、202桥接数据所采用的方式的桥接表条目。

第一设备102c具有包括分类设置条目和动态条目在内的以下桥接表条目：

第一设备：

分类设置条目：

发往第二或第三设备的优先级4的通信量→端口2

动态条目：

到第二或第三设备的所有其他通信量→端口1

分类设置条目替代动态条目。分类设置条目涉及多路径VLAN，并且指定将发往第二或第三设备102d、202的优先级四的通信量转发至第二端口110b。另一方面，动态条目涉及生成树VLAN并且指定将到第二或第三设备102d、202的所有其他通信量转发至第一端口110a。

类似的，第二设备102d具有包括分类设置条目和动态条目在内的桥接表条目。第二设备102d的桥接表条目如下：

第二设备：

分类设置条目：

发往第一设备的优先级4的通信量→端口2

动态条目：

到第一设备的所有其他通信量→端口1

到第三设备的所有通信量→端口3

分类设置条目替代动态条目。分类设置条目指定将发往第一设备102c的优先级四的通信量转发至第二端口110d。动态条目涉及生成树VLAN，并且指定将到第一设备102c的所有其他通信量转发至第二设备102d的第一端口110c，并且将到第三设备202的所有通信量转发至第二设备102d的第三端口110e。

另一方面，第三设备202不是多路径VLAN的一部分。第三设备202的桥接表条目包括指定将所有通信量转发至第三设备202的第三端口110f的动态条目。第三设备202的桥接表条目如下：

第三设备：

动态条目：

到第一设备的所有通信量→端口3

到第二设备的所有通信量→端口3

当数据在VLAN之间桥接时，VLAN可以使用相同的通信协议或不同的通信协议。例如，数据可以在使用相同通信协议(如IEEE802.11)的具有不同VLAN ID的两个VLAN之间桥接。替代性地，数据可以在使用不同通信协议的具有不同VLAN ID的两个VLAN之间桥接，由此，例如，一个VLAN可以使用IEEE 802.11协议，而另一个VLAN可以使用IEEE 802.3。

图6A示出了在参考图5描述的网络500中进行包桥接的流程图。网络包括第一设备102c、第二设备102d和第三设备202。在602处，第一设备102c获得数据包。数据包包括具有多个字段的报头，该报头包括包的目的地址、包的源地址、以太网类型(EtherType)、包的VLAN ID以及包的优先级代码点(Priority Code Point，PCP)。以太网类型指定用于封装该包的有效负载的协议。VID指定在其上接收该包的VLAN的身份。优先级代码点指定该包的优先级，该优先级为0与7之间的数字。例如，如果使用多路径VLAN接收包，则VLAN ID将为VID2，并且如果使用生成树VLAN接收该包，则VLAN ID将为VID 1。

所获得的包具有第三设备202的目的地址。第一设备102c(或转发实体120a或其入口分类实体)在604处识别该包的VLAN ID。如果需要，之后第一设备102c(或其入口分类实体)在606处映射数据包的VLAN ID。执行对包的VLAN ID的映射以便使该包能够在从一个VLAN到另一个VLAN的桥接期间交叉，并且使所有设备能够绑定到桥接表中的默认VLAN。例如，如果VLAN ID为VID 2，则可能将该包的转发约束到由多路径VLAN提供的网络中的路径。因此，在获得该包之后，第一设备102c将该包的VLAN ID从VID 2改变为VID 1。这是因为生成树VLAN是网路500的默认VLAN。第一设备可以经常将该包的VLAN ID改变为默认VLAN的VLAN ID。如果接收具有VLAN ID为VID 1的包，则该包的VLAN ID不改变并保持为VID 1。

在608处，第一设备102c判定是否满足分类设置条目604a的一个或多个标准。如果做出肯定判定，则在610处，第一设备102c将该包转发至第二端口110b并将该包的VLAN ID设置为VID 2。将该包的VLAN ID设置为VID2是因为该包是经由用于在多路径VLAN上输送数据的第一设备102c的第二端口110b来进行传输的。

如果在608处做出否定判定，则在612处，第一设备102c评估该包的动态条目。如果包发往第二设备102d或第三设备202并且不是优先级四的包，则动态条目指定将使用第一设备102c的第一端口110a来转发该包。因此，在614处，第一设备102c将该包转发至第一端口110a。因为在606处包的VLAN ID变为VID 1并且因为使用第一端口110a进行的通信由其VLAN ID为VID 1的生成树VLAN提供，因此该包的VLAN ID保持为VID 1。

在616处，第二设备102d从第一设备102c处接收该包。如果需要，在618处，第二设备102d将该包的VLAN ID重新映射至VID 1的默认生成树VLAN ID。例如，如果在第二端口110d处接收到该包(借助于在610处的转发)，则该包将具有为VID 2的VLAN ID并且该VLANID将被重新映射至VID 1。然而，如果在第一端口110c处接收到包(借助于在614处的转发)，则该包将具有为VID 1的VLAN ID并且该VLAN ID将不需要重新映射至默认VLAN ID。

在620处，第二设备102d判定是否满足分类设置条目604b的一个或多个标准。在此示例中，该包被发往第三设备202，而一个或多个标准需要将要发往第一设备102c的包利用多路径VLAN。因此，该包将不满足所述一个或多个标准。在622处，第二设备102d评估动态条目606b、608b。动态条目606b指定应当将到第三设备202的所有通信量转发至第二设备102d的第三端口110e。

因此，在624处，第二设备102d将该包转发至第三端口110e。该包的VLAN ID保持为VID 1。在626处，第三设备202在其第三端口110f处接收该包。

值得注意的是，重新映射该包的VLAN ID使得能够在两个VLAN之间交叉并避免了将在多路径VLAN上传输的包约束到多路径VLAN。例如，没有VLAN ID重新映射，发往第三设备202的优先级四的包将在多路径VLAN上从第一设备102c传输至第二设备102d。然而，没有VLAN重新映射，该包不会在生成树VLAN上从第二设备102d桥接至第三设备。这是因为第二设备102d的动态条目606b、608b仅应用于VID 1包。

图7示出了用于对数据包的VLAN ID进行重新映射的方法700。在该方法中，在702处，设备102接收数据包。在704处，设备102使用映射表来映射数据包的VLAN ID。映射VLANID包括将VLANID从多路径VLAN的VLAN ID改变为默认VLAN的VLAN ID。然后，在706处，设备102使用数据包的映射VLAN ID来评估分类设置条目。在708处，设备102基于评估的结果改变数据包的VLAN ID。在710处，设备102传输具有改变后的VLAN的数据包。

可将以上所描述的各实施例进行组合以提供进一步实施例。

鉴于以上的详细说明，可以对实施例做出这些和其他改变。总之，在以下权利要求书中，所使用的术语不应当被解释为将权利要求书局限于本说明书和权利要求书中所披露的特定实施例，而是应当被解释为包括所有可能的实施例、连同这些权利要求有权获得的等效物的整个范围。因此，权利要求书并不受本披露的限制。