专利名称：一种缩短网络保护时间的方法及装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种缩短网络保护时间的方法及其装置，更具体地说，是一种在以太网中缩短以太网保护时间的方法及其装置。
背景技术：
早期的以太网(Ethernet)网桥(Bridge)采用基于媒体接入控制(Media Access Control；MAC)地址实现在网络设备不同端口之间的数据转发机制，每一个端口对应的是一个以太网的网段，也就是一个以太网的广播域。通过学习每个端口的MAC地址表的方式，网桥只转发不同端口间的通信。由于网桥依赖的是网络中存在的MAC地址和端口的地址表来进行数据的转发，所以一旦收到目的地址未知的数据包，只能利用广播的形式来寻址，其后果就是在一个环形网络中造成大量的流量即“广播风暴”，从而导致网络瘫痪。
为了解决“广播风暴”这一在二层数据网络中存在的问题，美国电气与电子工程师协会(Institute of Electrical and Electronics Engineers；IEEE)制定了由802.1D定义的生成树协议(Spanning Tree Protocol；STP)，它在防止产生环路的基础上提供路径冗余。生成树协议采用生成树算法(Spanning Tree Algorithm；STA)计算出一条到根网桥(Bridge Root)的无环路路径来避免和消除网络中的环路，它通过判断网络中存在环路的地方并阻断冗余链路来实现上述目的。STP协议确保在网络中到每个目的地都只有唯一路径，不会产生环路，从而能够达到管理冗余链路的目的。
为了建立一个无环路网络，802.1D定义的生成树协议中，网络设备的各个端口需要经历五种不同的状态，分别是堵塞(Blocking)、监听(Listening)、学习(Learning)、转发(Forwarding)、禁用(Disabled)。参与生成树协议的所有设备都通过数据消息的交换来获取网络中其它设备的信息，这些消息被称为网桥协议数据单元(Bridge Protocol Data Unit；BPDU)。网络中的各个结点设备通过BPDU知道哪个路径更为快捷、哪个结点成为树根(Bridge Root)的可能性最高，然后它首先选出整个网络的树根，其次计算每个叶结点到树根的路径，选择代价最小的成为通信路径，而另外的路径(一条或者多条)成为备份路径。每个结点在生成树算法完毕以前，所有的设备端口都只发送和接收报文信息，端口的状态处于初始化的阶段(Listening&Learning)，一旦完成初始化，那么成为通信路径的端口转变为“转发”的状态，用于数据的收发，而备份路径的端口成为“阻断”的状态，只侦听BPDU的数据。一旦通信路径失效，根据BPDU的报文，备份路径的端口将重新一轮计算的过程而成为“转发”的状态。
由上述可知，当通信路径或者通信设备发生故障时，将业务数据切换到备份链路上需要一定的时间，该时间称为保护倒换时间(Protection Shift Time)。生成树协议的保护倒换时间包括拓扑变化检测时间(Topology Change Detect Time)与收敛时间(Convergence Time)。其中拓扑变化检测时间是指设备端口检测到通信路径或者通信设备发生故障所需的时间。收敛时间是指重新设定网络中的设备端口状态所需的时间，其长短依赖于生成树端口状态的移动。
IEEE 802.1D协议虽然解决了链路闭合引起的环路问题，但是采用该协议，生成树的收敛时间需要约30～50秒的时间。对于早期的网络来说，由于网络带宽比较低，30～50秒的收敛时间尚可接受，但如今网络带宽很大并且语音和视频的应用要求网络必须具有更快的自愈能力，30～50秒的网络故障足以带来巨大的损失，IEEE 802.1D协议已经不能适应现代网络的需求。
为了加速网络自恢复，IEEE开发了802.1W定义的快速生成树协议(Rapid Spanning TreeProtocol；RSTP)，快速生成树协议的工作方式同802.1D类似，只是在链路状态切换时省却了802.1D所需的端口监听和堵塞的过程，将网络设备的各个端口需要经历的状态简化为三种学习(Learning)、转发(Forwarding)、丢弃(Discarding)。快速生成树协议在主干链路失效时可以更加快速地聚合到新的链路，网络的收敛时间从30～50秒缩短到约1秒左右。
目前，以太网(Ethernet)的应用已经从早期的局域网(Local Area Network；LAN)逐渐扩大到城域网(Metro)，这使得对以太网的故障快速恢复能力的要求也越来越高。尽管快速生成数协议提出了缩短网络的收敛时间的办法，但是并没有对缩短拓扑变化检测时间做出任何改进。
发明内容
因此，本发明的主要目的在于提供一种缩短网络保护时间的方法，通过该方法能够缩短生成树协议中的拓扑变化检测时间，从而缩短保护倒换时间，满足网络具有更快的自愈能力的要求。
为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的一种缩短网络保护时间的方法，上述网络包括至少一个网络接入层、至少一个网络层、至少一个传输层、至少一个应用层，上述网络接入层包括至少一个物理层和至少一个数据链路层，上述数据链路层包括以太网数据链路层和承载该以太网数据链路层的下层数据链路层，其中使用上述下层数据链路层作为触发源对生成树协议的拓扑变化进行检测。
其中，如果上述网络是位于接入层的网络，使用接入层网络的下层数据链路层作为触发源对生成树协议的拓扑变化进行检测，通常可以采用千兆比特无源光网络作为该接入层网络的下层数据链路层。
其中，如果上述网络是位于汇聚层的网络，使用汇聚层网络的下层数据链路层作为触发源对生成树协议的拓扑变化进行检测，通常可以采用同步数字传输体制作为该汇聚层网络的下层数据链路层。
本发明的技术方案还涉及一种缩短网络保护时间的装置，上述网络包括至少一个网络接入层、至少一个网络层、至少一个传输层、至少一个应用层，上述网络接入层包括至少一个物理层和至少一个数据链路层，上述数据链路层包括以太网数据链路层和承载该以太网数据链路层的下层数据链路层，上述装置包括至少一个发送单元，至少一个接收单元，上述发送单元实现上述下层数据链路层的功能，其中上述下层数据链路层检测到网络链路发生变化后，上述发送单元向上述接收单元发送消息。
其中，上述发送单元为应用程序特定集成电路；上述接收单元为中央处理器，生成树协议运行在上述接收单元中。
可见，本发明所提供的缩短网络保护时间的方法，具有以下的优点和特点(1)本发明的方法能够将生成树协议中的拓扑变化检测时间从秒的数量级缩短到毫秒的数量级，因而进一步缩短了生成树协议的保护倒换时间。
(2)本发明的方法用涉及具体技术的、位于下层的数据链路层代替原来以太网的数据链路层作为触发源进行生成树协议的拓扑变化检测，使得随着新技术的不断引入，可以使生成树协议中的拓扑变化检测时间不断缩短。
(3)本发明的方法与现有标准的兼容性好，对现有设备的改动小。
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细的描述，其中图1是现有技术中TCP/IP的4层网络模型示意图。
图2是将本发明应用在千兆比特无源光网络中的示意图。
图3是将本发明应用在多业务传输平台中的示意图。
具体实施例方式
传统的开放式系统互连参考模型(Open System Interface；OSI)，是一种通信协议的7层抽象的参考模型，其中每一层执行某一特定任务。该模型的目的是使各种硬件在相同的层次上相互通信。这7层是物理层(Physical Layer)、数据链路层(Data Link Layer)、网络层(NetworkLayer)、传输层(Transport Layer)、会话层(Session Layer)、表示层(Presentation Layer)和应用层(Application Layer)。
互联网(Internet)所采用的传输控制协议/网际协议(Transmission Control Protocol/InternetProtocol；TCP/IP)事实上并不严格遵循OSI模型，一般承认TCP/IP比7层OSI模型层次少(为3到5层)，通常认为TCP/IP协议是一个4层结构，如图1所示。
TCP/IP协议的网络结构中忽略了OSI模型中的某些特征，只综合了部分相邻OSI层的特征并分离其它各层。信息由4层结构中的应用层传送到物理层。当发送数据时，每层将其从上层接收到的信息作为本层数据，并在数据前添加控制信息头，然后一起传送到下一层。每层的接收数据过程与以上发送过程正好相反，其中在数据被传送到上一层之前要将其控制信息头移去。
图1中的TCP/IP4层模型以及每层主要功能描述如下■应用层(Application Layer)TCP/IP组中的应用层综合了OSI应用层、表示层以及会话层的功能。因此，在TCP/IP结构中，传输层以上的任何过程都称之为应用。在TCP/IP中，使用套接字(socket)和端口描述应用程序通信路径。大多数应用层协议与一个或多个端口号相关联。
■传输层(Transport Layer)TCP/IP结构中包含两种传输层协议。其一传输控制协议(TCP)，确保信息传输过程。其二用户数据报协议(UDP)，直接传输数据报，而不需要提供端对端可靠校验。两种协议对应不同的应用具有各自功能。
■网络层(Network Layer)TCP/IP网络层中的主要协议是网际协议(IP)。所有网络层以下或以上的各层通信在跨越TCP/IP协议栈时，都必须通过IP完成。此外，网络层还包含部分支持性协议，如ICMP，实施和管理路由过程。
■网络接入层(Network Access Layer)在TCP/IP结构中，网络接入层由数据链路层和物理层合并而成。TCP/IP网络接入层并没有重新定义新标准，而是有效利用原有数据链路层和物理层标准。IP可以采用多种技术使用数据链路协议并作为其接口界面，如以太网、令牌环(Token Ring)、光纤分布式数据接口(Fiber Distributed Data Interface；FDDI)、高速串行接口(High-Speed Serial Interface；HSSI)和异步传送模式(Asynchronous TransferMode；ATM)等。物理层中规定了硬件通信属性，但它不直接作为网络层及以上层的TCP/IP协议的接口。
图2是本发明的第一个实施例，表明在千兆比特无源光网络(Gigabit Passive Optical Network；GPON)中采用本发明方法情形。
传输网在横向上一般可分为三层结构核心层(Core Layer)、汇聚层(Aggregation Layer)、接入层(Access Layer)，其中接入层处在传输网的末端，由于用户端设备的多样化，因此在接入层要以相应的技术来进行不同业务的接入。GPON是一种可以用于接入层网络的技术，该技术由国际电信联盟标准化部门(International Telecommunication Union-TelecommunicationStandardization Sector；ITU-T)提出，由G.984.x系列标准予以标准化。GPON定义了一种全新的封装结构，即GPON封装方法(GPON Encapsulation Method；GEM)，GEM可以把ATM和其他协议的数据混合封装成帧。
采用GPON技术的网络模型如图2所示。该网络模型最下面是GPON物理层，物理层上面是数据链路层，该数据链路层包含一个GEM数据链路层和一个以太网数据链路层。根据本发明的方法，在采用GPON技术的网络结构中，检测拓扑变化是使用位于下层的GEM数据链路层，此时GEM数据链路层才是该网络结构中真正的数据链路层，位于它上面的以太网数据链路层可以认为是GEM数据链路层的业务层。
当通信路径或者通信设备发生故障时，上述GEM会立即在应用程序特定集成电路(Application-Specific Integrated Circuit；ASIC)芯片中产生一个“丢包”(Loss of Packet；LoP)的告警给中央处理器(Central Processing Unit；CPU)，CPU将LoP视为拓扑变化的触发源，在CPU接收到LoP消息后，启动运行在该CPU之上的生成树协议STP，从而计算出新的通信路径。
图3是本发明的第二个实施例，表明在汇聚层中采用多业务传输平台(Multi-Service TransportPlatform；MSTP)时应用本发明方法的情形。
传输网在横向上一般可分为三层结构核心层、汇聚层、接入层，其中汇聚层的主要功能为汇聚不同业务至核心层及连接、交换本地接入数据。MSTP是一种可以用于汇聚层网络的技术，它采用通用成帧规程(Generic Framing Procedure；GFP)实现更高的封装效率。上述GFP是ITU-T G.7041规范的一种通用的适配机制，可以透明地将上层的各种数据信号封装映射到同步数字传输体制/光传送网(Synchronous Digital Hierarchy/Optical Transmission Net；SDH/OTN)等物理层通道中传输。
采用MSTP技术的网络模型如图3所示。该网络模型最下面是采用SDH的物理层，物理层上面是数据链路层，该数据链路层包含一个GFP数据链路层和一个以太网数据链路层。根据本发明的方法，在采用MSTP技术的网络结构中，检测拓扑变化是使用位于下层的GFP数据链路层，此时GFP数据链路层才是该网络结构中真正的数据链路层，位于它上面的以太网数据链路层可以认为是GFP数据链路层的业务层。
当通信路径或者通信设备发生故障时，上述GFP会立即在应用程序特定集成电路ASIC芯片中产生一个“丢帧”(Loss of Frame；LoF)的告警给中央处理器CPU，CPU将LoF视为拓扑变化的触发源，在CPU接收到LoF消息后，启动运行在该CPU之上的生成树协议STP，从而计算出新的通信路径。
上述两个实施例分别从在网络模型中采用应用于接入层的技术GPON、应用于汇聚层的技术MSTP两种情况描述了本发明的主要过程，实际上在网络的数据链路层中采用的技术远远不止上述两种情况，但对数据链路层所采用的各种具体技术，都可以应用本发明的方法，将具体技术的下层数据链路层作为触发源进行生成树协议的拓扑变化检测，从而启动运行在CPU之上的生成树协议，计算出新的通信路径，这样能够将生成树协议中的拓扑变化检测时间从秒的数量级缩短到毫秒的数量级，因而进一步缩短了生成树协议的保护倒换时间，为实现电信级的以太网目标迈进了一步。
权利要求
1.一种缩短网络保护时间的方法，上述网络包括至少一个网络接入层、至少一个网络层、至少一个传输层、至少一个应用层，上述网络接入层包括至少一个物理层和至少一个数据链路层，上述数据链路层包括以太网数据链路层和承载该以太网数据链路层的下层数据链路层，其特征在于使用上述下层数据链路层作为触发源对生成树协议的拓扑变化进行检测。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于上述网络是位于接入层的网络，使用接入层网络的下层数据链路层作为触发源对生成树协议的拓扑变化进行检测。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于上述网络是位于汇聚层的网络，使用汇聚层网络的下层数据链路层作为触发源对生成树协议的拓扑变化进行检测。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于上述接入层的网络采用千兆比特无源光网络作为下层数据链路层。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于上述汇聚层的网络采用同步数字传输体制作为下层数据链路层。
6.一种缩短网络保护时间的装置，上述网络包括至少一个网络接入层、至少一个网络层、至少一个传输层、至少一个应用层，上述网络接入层包括至少一个物理层和至少一个数据链路层，上述数据链路层包括以太网数据链路层和承载该以太网数据链路层的下层数据链路层，上述装置包括至少一个发送单元，至少一个接收单元，上述发送单元实现上述下层数据链路层的功能，其特征在于上述下层数据链路层检测到网络链路发生变化后，上述发送单元向上述接收单元发送消息。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于上述发送单元为应用程序特定集成电路。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于生成树协议运行在上述接收单元中。
9.如权利要求6或8所述的方法，其特征在于上述接收单元为中央处理器。
全文摘要
本发明涉及一种缩短网络保护时间的方法，上述网络包括至少一个网络接入层、至少一个网络层、至少一个传输层、至少一个应用层，上述网络接入层包括至少一个物理层和至少一个数据链路层，上述数据链路层包括以太网数据链路层和承载该以太网数据链路层的下层数据链路层，本发明中，使用上述下层数据链路层作为触发源对生成树协议的拓扑变化进行检测。本发明能够将生成树协议中的拓扑变化检测时间从秒的数量级缩短到毫秒的数量级，因而进一步缩短了生成树协议的保护倒换时间。
文档编号H04J3/08GK1980142SQ200510105289
公开日2007年6月13日 申请日期2005年11月30日 优先权日2005年11月30日
发明者刘辉 申请人:西门子通信技术(北京)有限公司