СПОСОБ И СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ СЕТИ Ethernet Российский патент 2011 года по МПК H04L12/42 

Область техники

Настоящее изобретение относится к системе передачи данных, а более конкретно к способу и системе автоматической защиты сети Ethernet.

Предпосылки создания изобретения

Документ RFC 3619 определяет способ автоматического защитного переключения в сети Ethernet (Ethernet Automatic Protection Switching, EAPS) для решения проблемы медленной сходимости при нарушениях в сети, когда оборудование Ethernet имеет топологию кольцевой сети, и для обеспечения времени сходимости в пределах 50 мс. Кольцо EAPS состоит из нескольких связанных узлов, каждое кольцо имеет несколько доменов EAPS, и каждый домен может определять свой главный узел и транзитные узлы, группу виртуальных локальных сетей (Virtual Local Area Networks, VLAN), принадлежащих некоторому домену EAPS, для пересылки данных абонента и управляющую VLAN для пересылки сообщений EAPS. Для определенного домена EAPS главный узел блокирует трафик сервисной VLAN по одному порту, чтобы гарантировать, что сервисная VLAN не будет формировать кольцо, таким образом избегая вызываемого кольцом "широковещательного шторма".

Технология EAPS решает проблему медленной сходимости одиночной кольцевой сети. Однако практическое построение сетей связи сравнительно усложнено, и может существовать несколько взаимодействующих между собой колец. На фиг.1-1 показана топология нескольких взаимодействующих между собой колец EAPS, где S1, S2, S3, S4 формируют кольцо 1, и S1 является главным узлом 11 главного кольца; S3, S4 и S5 формируют кольцо 2, и S5 является главным узлом 12 подчиненного кольца; S3, S4 и S6 формируют кольцо 3, и S6 является главным узлом 12 подчиненного кольца. В нормальных условиях сервисная VLAN между S1 и S2 в кольце 1 блокирована, также как и сервисная VLAN между S5 и S3 в кольце 2 и сервисная VLAN между S6 и S4 в кольце 3. Предположим, что линия связи между S3 и 84 отказывает, три главных узла: в кольце 1, кольце 2 и кольце 3 выполнят защитное переключение, чтобы деблокировать трафик соответствующей сервисной VLAN после выявления вышеупомянутого отказа, при этом S1, S2, S3, S4, S5 и S6 формируют несколько замкнутых петель в сети, как показано на фиг.1-2, которые вызовут "широковещательный шторм" и тем самым вызовут перегрузку сети.

В патенте CN 1747439A, озаглавленном "Способ устранения отказов в смежных кольцах в системе автоматической защиты Ethernet", раскрыто решение, в котором одно кольцо выбирается из нескольких смежных колец EAPS в качестве главного кольца, в то время как другие являются подчиненными кольцами, при этом каждое кольцо имеет главный узел, и когда взаимодействующие узлы обнаруживают отказ в совместно используемой прямой соединительной линии, разные аварийные уведомления соответственно передаются в главное кольцо и в подчиненные кольца, затем главный узел главного кольца выполняет защитное переключение, в то время как главные узлы подчиненных колец самоблокируются и соответствующее защитное переключения не выполняется. После блокирования, сообщения для диагностики кольца главных узлов подчиненных колец выполняют диагностику большого кольца посредством линий связи главного кольца.

Хотя этот способ может до некоторой степени улучшать устойчивость смежных колец EAPS к отказам, он имеет следующие ограничения.

1) В этом способе две или более линии, включая совместно используемую линию связи в главном кольце, не должны отказывать одновременно, например, если линия связи между S1 и S2 и линия связи между S3 и S4 главного кольца в сети, показанной на фиг.1-1, отказывают одновременно, как показано на фиг.2-2, главные узлы S5 и S6 подчиненных колец выполнят защитное переключение, при этом сеть представляет собой замкнутую петлю, сформированную S3, S4, S5 и S6 и вызывающую "широковещательный шторм", тем самым вызывая перегрузку сети.

2) Линия связи между смежными узлами должна быть совместно используемой прямой соединительной линией, а не совместно используемой непрямой соединительной линией, например, если добавить узел S7 в показанную на фиг.1-1 совместно используемую прямую соединительную линию между S3 и S4, как показано на фиг, 2-1, то отказ узла 87 и прекращение пересылки не будут обнаружены взаимодействующими узлами S3 и S4, и этот способ будет неэффективен.

3) Из-за эффекта блокирования главных узлов подчиненных колец, если кольцевая сеть действительно нуждается в быстром переключении подчиненных колец, например, если в главном кольце откажут две линии связи, включая совместно используемую линию, эффект блокирования значительно увеличит задержку переключения обслуживания, ведущую к потере большого объема данных.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение предлагает способ и систему автоматической защиты сети Ethernet, позволяющие избежать ухудшения рабочих характеристик сети или ее перегрузки, вызываемых замкнутой петлей, возникшей в результате отказа, таким образом значительно улучшая устойчивость к отказу Ethernet в случае, когда топология сети является сложной.

Чтобы решить вышеупомянутую проблему, настоящее изобретение предлагает способ автоматической защиты сети Ethernet; когда имеются несколько физических колец, смежных в домене управления, домен управления разбивается на составные части в виде иерархической структуры, содержащей одно главное кольцо и ранжированные по уровням связывающие сегменты, и один главный узел и несколько транзитных узлов конфигурируются как для главного кольца, так и для каждого связывающего сегмента, в то же время узлы, соединяющие, по меньшей мере, два уровня, конфигурируются как граничные узлы; главный узел и транзитные узлы главного кольца взаимодействуют друг с другом, чтобы выявлять состояние линий связи в главном кольце и выполнять переключение обслуживания, когда главное кольцо отказывает или восстанавливается после отказа; главный узел и транзитные узлы каждого связывающего сегмента взаимодействуют друг с другом, чтобы выявлять состояние связывающего сегмента и выполнять переключение обслуживания, когда связывающий сегмент данного уровня отказывает или восстанавливается после отказа.

Кроме того, вышеупомянутый способ может иметь следующий отличительный признак:

упомянутый домен управления имеет узлы нескольких колец, поддерживающих одну и ту же сервисную VLAN и использующих одну и ту же управляющую VLAN; упомянутый связывающий сегмент имеет граничные узлы, которые используют линии связи совместно с главным кольцом или связывающим сегментом более высокого уровня, и части, не используемые совместно.

Кроме того, вышеупомянутый способ может иметь следующий отличительный признак:

при конфигурировании граничных узлов два порта конфигурируются в главном кольце или связывающем сегменте более высокого уровня как главный узел или транзитные узлы главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня; один порт доступа конфигурируется в связывающем сегменте на уровне доступа как главный узел или транзитный узел этого связывающего сегмента и называется граничным управляющим узлом, когда является главным узлом связывающего сегмента; в то же время он называется граничным вспомогательным узлом, когда является транзитным узлом связывающего сегмента; когда по меньшей мере один граничный узел связывающего сегмента принимает сообщение обновления адресов протокола управления доступом к среде передачи (Media Access Control, MAC), посланное другими узлами связывающего сегмента, он пересылает сообщение обновления адресов в узлы главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня.

Кроме того, вышеупомянутый способ может иметь следующий отличительный признак:

упомянутый главный узел и транзитные узлы главного кольца взаимодействуют друг с другом, чтобы выявлять состояние линий связи в главном кольце, принимая в аварийном режиме аварийный сигнал об отказе от других узлов или активно передавая диагностическое сообщение в режиме диагностики, причем режим диагностики подразумевает, что главный узел периодически посылает диагностическое сообщение HELLO ("приветствия") из основного порта, и это сообщение в конце концов возвращается во вспомогательный порт главного узла посредством пересылки транзитными узлами, когда кольцо находится в нормальном состоянии, а если время ожидания приема сообщения HELLO истекло, линия связи рассматривается как имеющая отказ.

Кроме того, вышеупомянутый способ может иметь следующий отличительный признак:

упомянутый главный узел и транзитные узлы связывающего сегмента взаимодействуют друг с другом, чтобы выявлять состояние линий связи в главном кольце, принимая в аварийном режиме аварийный сигнал об отказе от других узлов или активно передавая диагностическое сообщение в режиме диагностики, причем режим диагностики подразумевает следующее.

Когда главный узел не является граничным управляющим узлом, он блокирует возможность пересылки трафика сервисной VLAN по вспомогательному порту и периодически посылает сообщение HELLO из основного порта и вспомогательных портов соответственно, и сообщение HELLO передается граничным вспомогательным узлам посредством пересылки транзитными узлами, когда связывающий сегмент находится в нормальном состоянии, и граничный вспомогательный узел возвращает сообщение в соответствующий основной порт и вспомогательный порт главного узла через порт доступа, и если время ожидания приема сообщения HELLO в порте истекло, линия связи рассматривается как имеющая отказ.

Когда главный узел является граничным управляющим узлом, он блокирует возможность пересылки трафика сервисной VLAN по порту доступа, то есть по вспомогательному порту, и периодически посылает сообщение HELLO из порта доступа, и сообщение HELLO передается граничным вспомогательным узлам на другой стороне связывающего сегмента посредством пересылки транзитными узлами, если связывающий сегмент находится в нормальном состоянии, и граничный вспомогательный узел возвращает из порта доступа сообщение в конце концов в порт доступа граничного управляющего узла, и если время ожидания приема сообщения HELLO в порте истекло, линия связи рассматривается как имеющая отказ.

Кроме того, вышеупомянутый способ может иметь следующий отличительный признак:

когда главное кольцо отказывает, процесс переключения обслуживания является следующим: при обнаружении, что линия связи главного кольца отказала, главный узел главного кольца деблокирует возможность пересылки трафика сервисной VLAN по своему вспомогательному порту, посылает из основного порта и вспомогательного порта сообщение обновления МАС-адресов, которое пересылается только в главное кольцо, обновляет таблицу МАС-адресов связанных узлов главного кольца, и связанные узлы осуществляют защитное переключение обслуживания согласно обновленной таблице адресов.

Когда главное кольцо восстанавливается после отказа, процесс переключения обслуживания является следующим: при обнаружении, что линия связи главного кольца отказала, главный узел главного кольца блокирует возможность пересылки трафика сервисной VLAN по своему вспомогательному порту, посылает из основного порта и вспомогательного порта сообщение обновления МАС-адресов, которое посылается только в главное кольцо, и обновляет таблицу МАС-адресов связанных узлов главного кольца, и связанные узлы осуществляют защитное переключение обслуживания согласно обновленным адресам, причем восстановление после отказа линии связи главного кольца, обнаруженного главным узлом главного кольца, включает то, что вспомогательный порт заново принимает сообщение HELLO от основного порта.

Кроме того, вышеупомянутый способ может иметь следующий отличительный признак.

Процесс переключения обслуживания, когда связывающий сегмент отказывает, является следующим.

Когда главный узел связывающего сегмента не является граничным управляющим узлом, он посылает сообщение обновления МАС-адресов другим узлам связывающего сегмента на той стороне, где он расположен, и граничные вспомогательные узлы на этой стороне пересылают сообщение узлам главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня.

Когда главный узел связывающего сегмента является граничным управляющим узлом, он посылает сообщение обновления МАС-адресов связывающему сегменту через порт доступа, а также узлам главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня.

Граничные вспомогательные узлы на другой стороне связывающего сегмента посылают сообщение обновления МАС-адресов узлам на их главного кольца отказала, главный узел главного кольца деблокирует возможность пересылки трафика сервисной VLAN по своему вспомогательному порту, посылает из основного порта и вспомогательного порта сообщение обновления МАС-адресов, которое пересылается только в главное кольцо, обновляет таблицу МАС-адресов связанных узлов главного кольца, и связанные узлы осуществляют защитное переключение обслуживания согласно обновленной таблице адресов.

Когда главное кольцо восстанавливается после отказа, процесс переключения обслуживания является следующим: при обнаружении, что линия связи главного кольца отказала, главный узел главного кольца блокирует возможность пересылки трафика сервисной VLAN по своему вспомогательному порту, посылает из основного порта и вспомогательного порта сообщение обновления МАС-адресов, которое посылается только в главное кольцо, и обновляет таблицу МАС-адресов связанных узлов главного кольца, и связанные узлы осуществляют защитное переключение обслуживания согласно обновленным адресам, причем восстановление после отказа линии связи главного кольца, обнаруженного главным узлом главного кольца, включает то, что вспомогательный порт заново принимает сообщение HELLO от основного порта.

Кроме того, вышеупомянутый способ может иметь следующий отличительный признак.

Процесс переключения обслуживания, когда связывающий сегмент отказывает, является следующим.

Когда главный узел связывающего сегмента не является граничным управляющим узлом, он посылает сообщение обновления МАС-адресов другим узлам связывающего сегмента на той стороне, где он расположен, и граничные вспомогательные узлы на этой стороне пересылают сообщение узлам главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня.

Когда главный узел связывающего сегмента является граничным управляющим узлом, он посылает сообщение обновления МАС-адресов связывающему сегменту через порт доступа, а также узлам главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня.

Граничные вспомогательные узлы на другой стороне связывающего сегмента посылают сообщение обновления МАС-адресов узлам на их стороне связывающего сегмента через порт доступа, после того, как связанные узлы упомянутого связывающего сегмента, главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня принимают сообщение обновления МАС-адресов, они обновляют таблицу МАС-адресов и осуществляют защитное переключение обслуживания согласно обновленной таблице адресов.

Кроме того, вышеупомянутый способ может иметь следующий отличительный признак.

Упомянутый граничный вспомогательный узел конфигурируется так, чтобы он мог обработать аварийное сообщение об отказе и оценить, истекло ли время ожидания приема сообщения HELLO, если граничный вспомогательный узел обнаруживает прерывание линии связи, принимает аварийное сообщение об отказе от транзитных узлов или истекает время ожидания приема сообщения HELLO в порте доступа, связывающий сегмент рассматривается как имеющий отказ.

Если упомянутый граничный вспомогательный узел принимает сообщение обновления МАС-адресов, посланное узлом связывающего сегмента через порт доступа перед обнаружением отказа линии связи, он пересылает сообщение узлам главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня, если он принимает сообщение обновления МАС-адресов, посланное другим граничным узлом того связывающего сегмента, в котором он расположен, перед обнаружением отказа линии связи, он пересылает сообщение связанным узлам этого связывающего сегмента через порт доступа, если он не принимает сообщение обновления МАС-адресов перед обнаружением отказа линии связи, он пересылает сообщение узлам главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня, а также связанным узлам связывающего сегмента через порт доступа.

Кроме того, вышеупомянутый способ может иметь следующий отличительный признак.

После того, как главный узел связывающего сегмента обнаруживает отказ или восстановление после отказа своего связывающего сегмента, он посылает сообщение обновления МАС-адресов главному кольцу или связывающему сегменту более высокого уровнями сообщение пересылается граничным портом, чтобы выполнить быстрое защитное переключение соответствующего подчиненного кольца; после того, как упомянутый граничный узел обнаруживает отказ или восстановление после отказа своего связывающего сегмента, он непосредственно посылает сообщение обновления МАС-адресов главному кольцу или связывающему сегменту более высокого уровня, чтобы выполнить быстрое защитное переключение соответствующего подчиненного кольца.

Кроме того, вышеупомянутый способ может иметь следующий отличительный признак:

процесс переключения обслуживания, когда связывающий сегмент восстанавливается после отказа, является следующим: после того, как главный узел связывающего сегмента обнаруживает, что связывающий сегмент, ранжированный по уровням, восстанавливается после отказа, включая то, что порт, посылающий сообщение HELLO, принимает сообщение HELLO, возвращаемое граничным вспомогательным узлом, он блокирует возможность пересылки трафика соответствующей сервисной VLAN по вспомогательному порту, и когда главный узел не является граничным управляющим узлом, вышеупомянутое сообщение обновления адресов посылается из основного порта и вспомогательного порта узлам главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня посредством пересылки граничным вспомогательным узлом; когда упомянутый главный узел является граничным управляющим узлом, он посылает через порт доступа сообщение обновления адресов связывающему сегменту, а также узлам главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня; после того, как другие узлы связывающего сегмента, а также узлы главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня принимают сообщение обновления МАС-адресов, они обновляют свои таблицы МАС-адресов и осуществляют защитное переключение обслуживания согласно обновленной таблице адресов.

Кроме того, вышеупомянутый способ может иметь следующий отличительный признак.

Когда связывающий сегмент восстанавливается после отказа, если граничный вспомогательный узел принимает сообщение обновления адресов от совместно используемой линии связи перед приемом сообщения обновления адресов, посланного главным узлом через связывающий сегмент, он пересылает сообщение узлам связывающего сегмента через свой порт доступа, а не узлам главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня, то есть сообщение выводится из кольца.

Система автоматической защиты Ethernet, предлагаемая настоящим изобретением, включает домен управления, состоящий из узлов нескольких колец, которые поддерживают одну и ту же сервисную VLAN и используют одну и ту же управляющую VLAN, и имеется возможность, что несколько физических колец являются смежными в домене управления; при этом домен управления представляет собой иерархическую структуру, содержащую главное кольцо и связывающие сегменты, ранжированные по уровням, и каждый связывающий сегмент содержит граничные узлы, которые используют линии связи совместно с главным кольцом или связывающим сегментом более высокого уровня, и части, не используемые совместно, главное кольцо и каждый связывающий сегмент имеют главный узел, в то время как другие узлы являются транзитными узлами, причем

упомянутый главный узел главного кольца отвечает за стратегию и управление главным кольцом, включая выявление состояния линий связи в главном кольце и переключение обслуживания, когда главное кольцо отказывает или восстанавливается после отказа;

упомянутые транзитные узлы главного кольца используются для помощи главному узлу главного кольца в выявлении состояния кольца и переключении обслуживания под управлением главного узла;

упомянутый главный узел связывающего сегмента отвечает за стратегию и управление этим связывающим сегментом, включая выявление состояния этого связывающего сегмента и переключение обслуживания, когда связывающий сегмент отказывает или восстанавливается после отказа;

упомянутые транзитные узлы связывающего сегмента используются для помощи главному узлу этого связывающего сегмента в выявлении состояния кольца и переключении обслуживания под управлением главного узла;

упомянутые граничные узлы используются для помощи главному узлу этого связывающего сегмента в выявлении состояния этого связывающего сегмента и пересылки сообщения обновления МАС-адресов этого связывающего сегмента и связывающих сегментов более низких уровней узлам главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня;

после того, как узлы главного кольца и связывающего сегмента принимают сообщение обновления МАС-адресов, они обновляют свои таблицы МАС-адресов и осуществляют защитное переключение обслуживания согласно обновленной таблице адресов.

Кроме того, вышеупомянутая система может иметь следующий отличительный признак:

упомянутый граничный узел конфигурирует два порта в главном кольце или связывающем сегменте более высокого уровня в качестве главного узла или транзитных узлов главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня; одновременно он конфигурирует порт доступа в связывающем сегменте на уровне доступа в качестве главного узла или транзитного узла этого связывающего сегмента, и порт доступа называется граничным управляющим узлом, когда служит как главный узел связывающего сегмента, и называется граничным вспомогательным узлом, когда служит как транзитный узел связывающего сегмента.

Кроме того, вышеупомянутая система может иметь следующий отличительный признак:

упомянутый главный узел и транзитные узлы главного кольца взаимодействуют друг с другом, чтобы выявлять состояние линий связи в главном кольце, принимая в аварийном режиме аварийный сигнал об отказе от других узлов или активно передавая диагностическое сообщение в режиме диагностики;

упомянутый главный узел и транзитные узлы в связывающем сегменте взаимодействуют друг с другом, чтобы выявлять состояние линий связи главного кольца, принимая в аварийном режиме аварийный сигнал об отказе от других узлов или активно передавая диагностическое сообщение в режиме диагностики;

когда главный узел связывающего сегмента не является граничным управляющим узлом, он блокирует возможность пересылки трафика сервисной VLAN по вспомогательному порту и периодически посылает сообщение HELLO из основного порта и вспомогательных портов, соответственно, сообщение HELLO передается в граничный вспомогательный узел через транзитные узлы, и граничный вспомогательный узел возвращает сообщение соответствующему основному порту и вспомогательному порту главного узла через порт доступа, и если время ожидания приема сообщения HELLO в порте истекло, линия связи рассматривается как имеющая отказ;

когда главный узел является граничным управляющим узлом, он блокирует возможность пересылки трафика сервисной VLAN по вспомогательному порту, то есть по порту доступа, и периодически посылает сообщение HELLO из порта доступа, и сообщение HELLO пересылается в граничный вспомогательный узел с другой стороны через транзитные узлы, и граничный вспомогательный узел возвращает сообщение порту доступа граничного управляющего узла через порт доступа, и если время ожидания приема сообщения HELLO в порте истекло, линия связи рассматривается как имеющая отказ.

Кроме того, вышеупомянутая система может иметь следующий отличительный признак:

когда главный узел связывающего сегмента не является граничным управляющим узлом, после выявления отказа линии связи он посылает сообщение обновления МАС-адресов другим узлам связывающего сегмента на той стороне, где он располагается;

когда главный узел связывающего сегмента является граничным управляющим узлом, после выявления отказа линии связи он посылает сообщение обновления МАС-адресов связывающему сегменту через порт доступа и узлам главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня;

если граничный вспомогательный узел находится на той же стороне, что и главный узел, когда связывающий сегмент отказывает, посылает сообщение узлам главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня; если граничный вспомогательный узел находится не на той же стороне, что и главный узел, он посылает сообщение обновления МАС-адресов узлам на этой стороне связывающего сегмента через порт доступа;

после того, как связанные узлы упомянутого связывающего сегмента, главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня принимают сообщение обновления МАС-адресов, они обновляют свои таблицы МАС-адресов и осуществляют защитное переключение обслуживания согласно обновленной таблице адресов.

Кроме того, вышеупомянутая система может иметь следующий отличительный признак:

упомянутый граничный вспомогательный узел конфигурируется так, чтобы он мог обрабатывать аварийное сообщение об отказе и оценивать, истекло ли время ожидания приема сообщения HELLO, и служить в качестве временного главного узла, чтобы обнаруживать отказ линии связи; если упомянутый граничный вспомогательный узел принимает сообщение обновления МАС-адресов, посланное узлами связывающего сегмента через порт доступа, перед обнаружением отказа линии связи, он пересылает сообщение узлам главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня, если он принимает сообщение обновления МАС-адресов, посланное другим граничным узлом этого связывающего сегмента, перед обнаружением отказа линии связи, он пересылает сообщение связанным узлам этого связывающего сегмента через порт доступа, если он не принимает сообщение обновления МАС-адресов перед обнаружением отказа линии связи, он пересылает через порт доступа сообщение обновления МАС-адресов узлам главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня, а также связанным узлам связывающего сегмента.

Кроме того, вышеупомянутая система может иметь следующий отличительный признак:

после того, как главный узел связывающего сегмента обнаруживает, что связывающий сегмент, ранжированный по уровням, восстанавливается после отказа, он блокирует возможность пересылки трафика соответствующей сервисной VLAN по вспомогательному порту, и если главный узел связывающего сегмента не является граничным управляющим узлом, вышеупомянутое сообщение обновления адресов посылается из основного порта и вспомогательного порта; если упомянутый главный узел связывающего сегмента является граничным управляющим узлом, он посылает через порт доступа сообщение обновления адресов связывающему сегменту, а также узлам главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня.

Подводя итоги, можно сказать, что технология автоматической защиты Ethernet "Интеллектуальное кольцо Ethernet фирмы ZTE" (ZTE Ethernet Smart Ring, ZESR), предлагаемая настоящим изобретением, упрощает сложную топологию сети, преобразуя ее в иерархическую структуру с главным кольцом и связывающими сегментами, ранжированными по уровням, таким образом представляя сложный процесс диагностики неисправностей в кольцевой сети в виде упрощенного, ранжированного по уровням и локализованного процесса и фундаментально решая проблему защитного переключения при отказе Ethernet, когда топология сети усложнена, а также устраняя ситуацию, в которой сеть не пригодна для использования из-за замкнутой петли трафика, вызванной отказом, таким образом улучшая устойчивость кольцевой сети к отказам, расширяя область применения сетей связи Ethernet ZESR в соответствии со способом настоящего изобретения, а также значительно повышая надежность и гарантируя стабильность обслуживания.

Краткое описание чертежей

Ниже настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи и формы осуществления.

На фиг.1-1 показана топология взаимодействующих колец EAPS.

Фиг.1-2 иллюстрирует состояние, когда отказывает линия общего пользования взаимодействующих колец EAPS, показанных на фиг.1.

На фиг.2-1 показана топология взаимодействующих колец с непрямой совместно используемой соединительной линией.

Фиг.2-2 иллюстрирует состояние, в котором отказали две линии связи главного кольца.

На фиг.3-1 показана топология иерархической сети ZESR в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.3-2 иллюстрирует основную идею способа автоматической защиты Ethernet ZESR в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.4-1 иллюстрирует результат защитного переключения в соответствии с настоящим изобретением, когда отказывает главное кольцо ZESR.

Фиг.4-2 иллюстрирует результат защитного переключения, когда связывающий сегмент_1 уровня 1 отказывает, как показано на фиг.4-1.

Фиг.4-3 иллюстрирует результат защитного переключения, когда связывающий сегмент_2 уровня 1 отказывает, как показано на фиг.4-2.

Фиг.4-4 иллюстрирует результат защитного переключения, когда главное кольцо и связывающий сегмент_2 уровня 1 восстанавливается после отказа, показанного на фиг.4-3.

На фиг.5 показана блок-схема формы осуществления в соответствии с настоящим изобретением.

Предпочтительные формы осуществления настоящего изобретения

Главная идея настоящего изобретения является следующей.

Настоящее изобретение вводит понятия главного кольца, уровня и связывающего сегмента. Если взять в качестве примера сеть Ethernet, показанную на фиг.3-1, то S1, S2, S3 и S4 на фиг.3-1 формируют главное кольцо и S1 является его главным 11 узлом; S3, S4, S5 и S6 формируют подчиненное кольцо 1 уровня 1 и S5 является его главным 12 узлом; S3, S4, S7 и S8 формируют подчиненное кольцо 2 уровня 1 и S7 является его главным 12 узлом; при этом подчиненные кольца более низких уровней полагают, что подчиненные кольца или главное кольцо на более высоких уровнях постоянно соединены друг с другом, как показано на фиг.3-2. Кроме того, введено понятие граничного 33 узла, чтобы разбить сложный процесс диагностики кольца сети до упрощенного, ранжированного по уровням и локализованного процесса, и таким образом фундаментально решить проблему защитного переключения в случае неисправности Ethernet, когда топология сети является сложной.

Ниже настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи и формы осуществления изобретения.

Согласно способу автоматической защиты Ethernet, применяемому в форме осуществления настоящего изобретения, домен управления сначала представляют в виде иерархической структуры с главным кольцом и связывающими сегментами, ранжированными по уровням, и конфигурируют узлы, а затем выполняют диагностику и переключение обслуживания согласно главному кольцу и связывающим сегментам, ранжированным по уровням. Как показано на фиг.5, способ включает следующие шаги.

Шаг 510: во-первых, топологию сети домена управления разбивают, образуя иерархическую структуру с главным кольцом и связывающими сегментами, ранжированными по уровням, и согласно результату разбиения главный узел и несколько транзитных узлов конфигурируют для главного кольца и каждого связывающего сегмента, а также конфигурируют граничные узлы.

В настоящем изобретении несколько узлов кольца, поддерживающих одну и ту же сервисную VLAN (узлы в кольцевой сети), определяются в домене управления (домене управления ZESR), и эти узлы используют одну и ту же управляющую VLAN (VLAN, в которой располагается сообщение протокола ZESR). Во-первых, конфигурируются управляющая VLAN и сервисная VLAN в домене управления, и когда домен состоит из нескольких физических колец, он представляется в виде иерархической структуры с главным кольцом и связывающими сегментами, ранжированными по уровням. Связывающий сегмент каждого уровня считается прямо или непрямо связанным с главным кольцом, то есть связывающий сегмент уровня 1 непосредственно соединен с главным кольцом, в то время как связывающие сегменты на других уровнях непосредственно соединены со связывающим сегментом более высокого уровня так, чтобы непрямо соединяться с главным кольцом. Одно из колец указывается как главное кольцо и его уровень определяется как Уровень 0, в то же время другие кольца вырождаются и становятся связывающими сегментами, соединенными с главным кольцом или связывающим сегментом их более высокого уровня, и линия связи содержит граничные узлы, которые используют линии связи совместно с главным кольцом или связывающим сегментом более высокого уровня, а также не используемые совместно части. В этой форме осуществления чем меньше значение уровня, тем выше он находится. Если домен управления имеет только одно кольцо, это кольцо конфигурируется как главное кольцо.

В домене управления ZESR узлы конфигурируются согласно иерархической структуре и типы конфигурации являются следующими: главный узел и транзитные узлы главного кольца, главный узел и транзитные узлы связывающих сегментов и специальный вид узлов (граничные узлы), и сконфигурированная система содержит:

главный узел главного кольца: главное кольцо имеет главный узел, ответственный за стратегию и управление главным кольцом, например выявление состояния линий связи в главном кольце и переключение обслуживания, когда главное кольцо отказывает или восстанавливается после отказа;

транзитные узлы главного кольца: все другие узлы главного кольца, кроме главного узла, являются транзитными узлами главного кольца и используются для помощи главному узлу главного кольца в выявлении состояния кольца и выполнении переключения обслуживания под управлением главного узла;

главный узел связывающего сегмента: каждый связывающий сегмент имеет главный узел, отвечающий за стратегию и управление этим связывающим сегментом, такое как выявление состояния этого связывающего сегмента и переключение обслуживания, когда связывающий сегмент отказывает или восстанавливается после отказа;

транзитные узлы связывающего сегмента: все другие узлы в связывающем сегменте, кроме главного узла, являются транзитными узлами этого связывающего сегмента и используются для помощи главному узлу связывающего сегмента в выявлении состояния кольца и выполнении переключения обслуживания под управлением главного узла;

граничный узел: то есть узел, соединяющий одновременно по меньшей мере два уровня в домене, при этом граничный узел имеет два порта в главном кольце или связывающем сегменте более высокого уровня и может служить в качестве главного узла или транзитного узла; в то же время имеется порт доступа в связывающем сегменте на уровне доступа (низком уровне), который может служить главным узлом или транзитным узлом связывающего сегмента, и когда он служит главным узлом связывающего сегмента, он считается граничным управляющим узлом, и имеется не более одного граничного управляющего узла; а когда он служит транзитным узлом связывающего сегмента, он считается граничным вспомогательным узлом, и граничных вспомогательных узлов может быть несколько. Граничные узлы используются для помощи главному узлу связывающего сегмента в выявлении состояния связывающего сегмента и для пересылки сообщения обновления МАС-адресов этого связывающего сегмента узлам главного кольца или узлам связывающего сегмента более высокого уровня.

В данной форме осуществления изобретения упомянутый граничный узел различным образом обрабатывает диагностическое сообщение главного узла связывающего сегмента и диагностическое сообщение главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня, то есть он возвращает сообщение главному узлу своего связывающего сегмента и пересылает или без изменений передает сообщение следующему узлу главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня согласно первоначальному направлению. Кроме того, когда по меньшей мере один граничный узел связывающего сегмента на уровне доступа принимает сообщение обновления МАС-адресов, посланное другими узлами этого связывающего сегмента, он пересылает сообщение обновления адресов узлам главного кольца или узлам связывающего сегмента более высокого уровня.

В частности, граничный вспомогательный узел в этой форме осуществления может быть сконфигурирован так, чтобы он мог обрабатывать аварийное сообщение об отказе и оценивать, истекло ли время ожидания приема сообщения HELLO ("Приветствия"), и граничный вспомогательный узел может использоваться как временный главный узел, чтобы обнаруживать отказ линии связи; если упомянутый граничный вспомогательный узел принимает сообщение обновления МАС-адресов, посланное узлом связывающего сегмента через порт доступа, перед обнаружением отказа линии связи, он пересылает это сообщение узлам главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня; если он принимает сообщение обновления МАС-адресов, посланное другим граничным узлом того связывающего сегмента, в котором он располагается, перед обнаружением отказа линии связи, он пересылает сообщение связанным узлам связывающего сегмента через порт доступа; если он не принимает сообщение обновления МАС-адресов перед обнаружением отказа линии связи, он пересылает сообщение узлу главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня, а также связанным узлам связывающего сегмента через порт доступа.

Следует отметить, что главный узелуглавного кольца может быть в объекте одновременно граничным узлом и даже граничным управляющим узлом. То есть главный узел главного кольца и главный узел связывающего сегмента могут быть одними тем же узлом. Специфические функции всех вышеупомянутых узлов описаны в других местах в этом описании и здесь не будут перечисляться.

Шаг 520а: упомянутый главный узел и транзитные узлы главного кольца взаимодействуют друг с другом, чтобы выявлять состояние линий связи в главном кольце и выполнять переключение обслуживания, когда главное кольцо отказывает или восстанавливается после отказа.

В этой форме осуществления имеются два режима выявления отказа линии связи: одним является аварийный режим, в котором если узел обнаруживает отказ линии связи, то посылает аварийное сообщение об отказе, и главный узел главного кольца или связывающего сегмента выполняет соответствующее переключение обслуживания после приема сообщения отказа от других узлов главного кольца или связывающего сегмента; другим является режим диагностики, в котором главный узел активно посылает диагностическое сообщение, например он периодически посылает сообщение HELLO для обнаружения отказа линии связи, и если главный узел не принимает сообщение HELLO, посланное в определенное время, линия связи рассматривается как имеющая отказ в сети. Режим диагностики является хорошим дополнением к аварийному режиму и он представляет собой главный технический способ для выявления того, что сеть восстанавливается после отказа.

Что касается главного кольца, то главный узел и транзитные узлы главного кольца взаимодействуют друг с другом, чтобы выявлять состояние линий связи в главном кольце в режиме диагностики ив аварийном режиме, и главный узел периодически посылает сообщение HELLO из основного порта, и это сообщение пересылается во вспомогательный порт главного узла посредством пересылки транзитными узлами, когда кольцо находится в нормальном состоянии. Если главное кольцо устойчиво и прерывания линии связи в кольце нет, главный узел будет блокировать возможность пересылки трафика соответствующей сервисной VLAN по вспомогательному порту, чтобы избежать «широковещательного шторма», вызванного замкнутой петлей. Режим диагностики аналогичен такому режиму в известном уровне техники.

Если линия связи отказывает в главном кольце, главный узел главного кольца принимает событие прерывания линии связи (то есть непосредственно обнаруживает прерывание линии связи и принимает аварийное сообщение об отказе, посланное транзитным узлом) или он решает, что время ожидания приема сообщения HELLO истекло, и главное кольцо переходит в состояние "Ring Failed" ("кольцо неисправно"), и возможность передачи сервисной VLAN по вспомогательному порту деблокируется. Так как топология кольца изменяется, главный узел должен послать сообщение обновления МАС-адресов "RING-DOWN-FLUSH-FDB", которое пересылается только в главном кольце из основного порта и вспомогательного порта, чтобы обновить таблицу МАС-адресов связанных узлов в главном кольце, и узлы осуществляют быстрое защитное переключение обслуживания согласно обновленной таблице адресов. Основной порт и вспомогательный порт главного узла используются для передачи сообщения обновления МАС-адресов одновременно, чтобы ускорить обновление таблицы адресов с целью осуществить быстрое переключение обслуживания.

Если главный узел главного кольца обнаруживает, что главное кольцо восстанавливается после отказа, например вспомогательный порт заново принимает сообщение HELLO из главного порта, то главное кольцо переходит в состояние "Ring Complete" ("кольцо целое"), возможность передач и соответствующей сервисной VLAN по вспомогательному порту блокируется, и сообщение обновления МАС-адресов "RING-UP-FLUSH-FDB", которое пересылается только в главном кольце, передается основному порту и вспомогательному порту, чтобы обновить сообщение обновления МАС-адресов связанных узлов главного кольца, и связанные узлы главного кольца осуществляют переключение обслуживания согласно обновленной таблице адресов. Оба порта используются для передачи сообщения одновременно, чтобы ускорить передачу сообщения с целью осуществить быстрое переключение.

Шаг 520b: главный узел и транзитные узлы связывающего сегмента каждого уровня выявляют состояние своих связывающих сегментов и отвечают за переключение обслуживания, когда связывающий сегмент отказывает или восстанавливается после отказа.

Когда главный узел не является граничным управляющим узлом, он периодически посылает сообщение HELLO из основного порта и вспомогательного порта, и сообщение посылается в граничный вспомогательный узел посредством пересылки транзитными узлами, когда связывающий сегмент находится в нормальном состоянии, и граничный вспомогательный узел реализует режим "эхо" для этого сообщения в порте доступа, и в конце концов сообщение возвращается в соответствующий основной порт и вспомогательный порт главного узла. Когда главный узел является граничным управляющим узлом, он периодически посылает сообщение HELLO из порта доступа, и сообщение посылается в граничный вспомогательный узел на другой стороне связывающего сегмента посредством пересылки транзитным узлом, когда связывающий сегмент находится в нормальном состоянии, и граничный вспомогательный узел реализует режим "эхо" для сообщения в порте доступа, и в конце концов сообщение возвращается в порт доступа граничного управляющего узла. Подводя итоги, можно сказать, что этот режим диагностики связывающего сегмента отличается от режима в известном уровне техники, и обнаружение отказов выполняется только для связывающего сегмента, и не связано с тем, является ли главное кольцо или связывающий сегмент более высокого уровня локальным и ранжированным по уровням. Он является способом для выявления прерывания диагностического сигнала в режиме «эхо». Однако способ диагностики связывающих сегментов им не ограничивается и асинхронный режим также может быть применен.

Если связывающий сегмент, ранжированный по уровню, отказывает, главный узел связывающего сегмента принимает событие прерывания линии связи (то есть непосредственно обнаруживает прерывание линии связи или принимает аварийное сообщение об отказе, посланное транзитными узлами), или решает, что время ожидания приема сообщения HELLO в порте истекло, то тогда связывающий сегмент переходит в состояние "Seg Failed" ("сегмент неисправен"), и возможность пересылки трафика сервисной VLAN по соответствующему порту деблокируется.

В этой форме осуществления граничный вспомогательный узел может также обнаруживать отказ связывающего сегмента, включая прием события прерывания (непосредственно обнаруживая прерывание линии связи или принимая аварийное сообщение об отказе, посланное транзитными узлами), или же, если время ожидания приема сообщения HELLO порта доступа истекло, то есть он не принимает сообщение HELLO, посланное главным узлом связывающего сегмента в заданное время, узел переходит в состояние "Master Down" ("главный узел неисправен") и связывающий сегмент также переходит в состояние "Seg Failed" ("сегмент неисправен").

Если связывающий сегмент устойчив и прерывания линии связи нет, главный узел блокирует возможность пересылки трафика соответствующей сервисной VLAN по вспомогательному порту, чтобы избежать "широковещательного шторма", вызванного замкнутой петлей. Если главный узел является граничным управляющим узлом, порт доступа, конечно, является блокированным портом, когда линия связи находится в нормальном состоянии, и он также считается вспомогательным портом граничного управляющего узла, соответствующего подчиненному кольцу в этом описании.

Так как топология связывающего сегмента изменяется, главный узел должен послать сообщение обновления МАС-адресов "SEG-DOWN-FLUSH-FDB" другим узлам этого связывающего сегмента и узлам главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня, и связанные узлы обновляют таблицу МАС-адресов и быстро осуществляют защитное переключение обслуживания согласно обновленной таблице адресов. Переключение обслуживания в том подчиненном кольце, где расположен связывающий сегмент, может быть выполнено должным образом и нет никакой задержки, так как не имеется никакого эффекта блокирования.

Когда главный узел не является граничным управляющим узлом, вышеупомянутое сообщение обновления адресов посылается из основного порта и вспомогательного порта, и если один из портов соединяется с отказавшей линией связи, сообщение не должно посылаться. Сообщение пересылается граничным вспомогательным узлом на этой стороне узлам главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня (если граничный вспомогательный узел на этой стороне обнаруживает отказ линии связи прежде чем он принимает сообщение обновления МАС-адресов, посланное узлами связывающего сегмента из порта доступа, он может активно переслать сообщение обновления МАС-адресов узлам главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня и переслать сообщение другим узлам связывающего сегмента на той стороне, где он располагается, через порт доступа). Если главный узел является граничным управляющим узлом, он посылает это сообщение обновления адресов узлам главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня помимо связывающего сегмента через порт доступа. В вышеупомянутом состоянии, когда граничный узел пересылает это сообщение в главное кольцо или в связывающий сегмент более высокого уровня, предпочтительно, если сообщение пересылается через два порта одновременно, чтобы ускорить обновление.

При вышеупомянутой обработке таблица МАС-адресов на той стороне (принимая отказавшую линию связи в качестве границы), где расположен главный узел связывающего сегмента, обновляется, в то время как таблица МАС-адресов узлов на другой стороне связывающего сегмента обновляется граничным вспомогательным узлом на этой стороне, то есть этот граничный вспомогательный узел служит в качестве "временного главного узла" и подробности его работы будут описаны ниже.

Если граничный вспомогательный узел не принимает сообщение обновления МАС-адресов, пересылаемое граничным узлом на другой стороне, прежде, чем он обнаруживает отказ связывающего сегмента, граничный вспомогательный узел посылает сообщение обновления МАС-адресов "SEG-DOWN-FLUSH-FDB" через порт доступа и два порта главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня, и связанные узлы главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня, а также связанные узлы связывающего сегмента между этим граничным вспомогательным узлом и отказавшим узлом обновляют таблицу МАС-адресов.

Если граничный вспомогательный узел принимает сообщение обновления МАС-адресов, пересылаемое граничным узлом на другой стороне, перед обнаружением отказа связывающего сегмента, он должен только вывести сообщение обновления МАС-адресов из кольца, то есть переслать сообщение узлам на той стороне связывающего сегмента, где он расположен, через порт доступа.

С помощью вышеупомянутой функции диагностики граничный вспомогательный узел может посылать сообщение обновления главному кольцу, связывающему сегменту более высокого уровня или связывающему сегменту на той стороне, где он располагается, перед приемом сообщения обновления МАС-адресов, пересылаемого граничным узлом на другой стороне, чтобы осуществить быстрое переключение.

После приема сообщения обновления МАС-адресов граничный вспомогательный узел может останавливать обнаружение отказов. Кроме того, если МАС-адрес связывающего сегмента уровня 2 обновляется и сообщается смежному с ним связывающему сегменту уровня 1, связывающий сегмент уровня 1 должен передать это сообщение обновления МАС-адресов главному кольцу, то есть главное кольцо должно знать топологию связывающих сегментов, ранжированных по уровням, в реальном времени во всем домене управления.

Когда главный узел связывающего сегмента, ранжированного по уровням, обнаруживает, что связывающий сегмент, ранжированный по уровням, восстанавливается после отказа (например, основной порт и вспомогательный порт главного узла, который не является граничным узлом, принимает сообщение HELLO, возвращенное граничным вспомогательным узлом, или порт доступа граничного управляющего узла принимает сообщение HELLO, возвращенное граничным вспомогательным узлом), то есть связывающий сегмент переходит в состояние "Seg Complete", возможность пересылки трафика соответствующей сервисной VLAN по вспомогательному порту блокируется, и сообщение обновления МАС-адресов "SEG-UP-FLUSH-FDB" посылается другим узлам этого связывающего сегмента и узлам главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня, и связанные узлы обновляют таблицу МАС-адресов и осуществляют быстрое защитное переключение обслуживания согласно обновленной таблице адресов.

Когда главный узел не является граничным управляющим узлом, вышеупомянутое сообщение обновления адресов посылается из основного порта и вспомогательного порта (если сообщение посылается из одного порта, переключение обслуживания будет относительно медленным). Это сообщение пересылается узлам главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня через граничный вспомогательный узел. Когда главный узел является граничным управляющим узлом, сообщение посылается узлам главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня, помимо связывающего сегмента, через порт доступа; предпочтительно, чтобы сообщение пересылалось через два порта. В этой форме осуществления для граничного вспомогательного узла, если он принимает сообщение обновления адресов от совместно используемой линии связи прежде, чем он принимает сообщение обновления адресов, посланное главным узлом через связывающий сегмент, он пересылает сообщение узлам связывающего сегмента через порт доступа, а не узлам главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня, то есть сообщение выводится из кольца. Конечно, если требование для скорости переключения обслуживания при восстановлении после отказа не очень строгое, применять этот способ не требуется.

Пример в соответствии со способом настоящего изобретения будет описан подробно в сочетании с различными состояниями практической линии связи и топологии сети, соответственно показанными на фиг.3-1,4-1, 4-2, 4-3 и 4-4:

1) Практическая топология сети и логическое разделение. Как показано на фиг.3-1, 4-1, 4-2, 4-3 и 4-4, узлы кольца находятся в одном и том же домене управления, и S1, S2, S3 и S4 формируют главное кольцо и 81 является его главным 11 узлом; S3, S4, S5 и S6 формируют подчиненное кольцо 1 уровня 1, и другие части подчиненного кольца 1, кроме совместно используемой линии связи между S3 и S4, формируют связывающий сегмент_1 уровня 1, и S5 является главным узлом 12 подчиненного кольца 1, то есть он является главным узлом связывающего сегмента_1; S3, S4, S7 и S8 формируют подчиненное кольцо 2 уровня 1, при этом другие части подчиненного кольца 2, кроме совместно используемой линии связи между S3 и S4, формируют связывающий сегмент_2 уровня 1, и S7 является главным 12 узлом подчиненного кольца 2, то есть он является главным узлом связывающего сегмента_2; S3 и S4 являются граничными вспомогательными 33 узлами, и когда топология кольцевой сети устойчива, соответствующий главный узел блокирует возможность пересылки трафика сервисной VLAN по своему вспомогательному порту.

2) Случай без отказа. Как показано на фиг.3-1, возможность пересылки трафика сервисной VLAN по линии связи S1-S2, линии связи S5-S3 и линии связи S7-S8 блокирована, и сообщение HELLO главного узла S1 посылается через основной порт и возвращается во вспомогательный порт через главное кольцо; сообщение HELLO главного узла S5 передается через оба порта и посылается к граничным узлам S3 и S4 через связывающий сегмент_1 уровня 1, и граничные узлы посылают сообщение HELLO обратно двум передающим портам S5; процесс генерации и передачи сообщения HELLO главного узла S7 подобен процессу S5.

3) Случай отказа:

1. Отказывает главное кольцо: как показано на фиг.4-1, отказывает линия связи S3-S4 и аварийное сообщение об отказе посылается от S3 и S4 главному узлу S1; после того, как S1 принимает аварийный сигнал, он деблокирует возможность пересылки трафика сервисной VLAN по линии связи S1-S2 и посылает сообщение обновления МАС-адресов, чтобы обновить таблицу МАС-адресов связанных узлов главного кольца.

2. Отказывает связывающий сегмент_1 уровня 1: как показано на фиг.4-2, отказывает линия связи S5-S6, после того, как главный узел S5 обнаруживает отказ линии связи, он деблокирует возможность пересылки трафика сервисной VLAN по линии связи S3-S5 и посылает сообщение обновления МАС-адресов к граничному узлу S3, который пересылает сообщение в главное кольцо, чтобы обновить таблицу МАС-адресов связанных узлов главного кольца или ранжированных по уровням связывающих сегментов. В то же время, S4 также обнаруживает отказ линии связи и если S4 не принимает сообщение обновления МАС-адресов (посылаемое S3) связывающего сегмента_1 уровня 1 от главного кольца перед обнаружением отказа линии связи, он генерирует сообщение обновления МАС-адресов и посылает сообщение обоим портам главного кольца, чтобы обновить таблицу МАС-адресов связанных узлов главного кольца, и в то же время посылает сообщение обновления МАС-адресов в S6 через порт доступа.

3. Кроме того, связывающий сегмент_2 уровня 1 также отказывает: как показано на фиг.4-3, линия связи S4-S8 отказывает, аварийное сообщение об отказе посылается от S8 главному узлу S7, после того, как S7 принимает аварийный сигнал, он деблокирует способность пересылки сервисной VLAN по линии связи S7-S8 и одновременно посылает сообщение обновления МАС-адресов граничному узлу S3, который пересылает сообщение в главное кольцо, чтобы обновить таблицу МАС-адресов связанных узлов главного кольца и связывающего сегмента. В то же время S4 также обнаруживает отказ линии связи, и если 84 не принимает сообщение обновления МАС-адресов (посылаемое S3) связывающего сегмента_2 уровня 1 от главного кольца перед обнаружением отказа линии связи, он генерирует сообщение обновления МАС-адресов и посылает сообщение обоим портам главного кольца, чтобы обновить таблицу МАС-адресов связанных узлов главного кольца.

4) Случай отказа:

4. Кроме того, главное кольцо и связывающий сегмент_2 уровня 1 восстанавливаются после отказа: как показано на фиг.4-4, когда главный узел S1 главного кольца использует режим диагностики для обнаружения, что главное кольцо восстанавливается после отказа, он блокирует возможность пересылки трафика сервисной VLAN по линии связи S1-S2 и посылает сообщение обновления МАС-адресов, чтобы обновить таблицу МАС-адресов связанных узлов главного кольца; когда главный узел S7 связывающего сегмента_2 уровня 1 обнаруживает, что связывающий сегмент восстанавливается после отказа, он блокирует возможность пересылки трафика сервисной VLAN по линии связи S7-S8 и посылает сообщение обновления МАС-адресов граничным узлам S3 и S4, которые решают, переслать ли сообщение главному кольцу согласно текущему состоянию конечного автомата (сообщение не будет пересылаться главному кольцу, если или S3 или S4 находит, что сообщение обновления МАС-адресов, пересылаемое другим граничным узлом, принимается в главном кольце), он обновляет таблицу МАС-адресов связанных узлов главного кольца и узлов, ранжированных по уровням связывающих сегментов.

Промышленная применимость

Техническая проблема, решаемая настоящим изобретением, состоит в том, чтобы осуществить автоматическую защиту Ethernet при сложной топологии сети. Сложная топология сети включает отдельное кольцо, взаимодействующее кольцо, кольцо с многоуровневым пересечением или звездообразную структуру сетей связи.

Изобретение относится к сетям передачи данных. Технический результат заключается в предотвращении ухудшения рабочих характеристик сети Ethernet, вызываемых замкнутой петлей, возникшей в результате отказа. Сущность изобретения заключается в том, что система автоматической защиты сети Ethernet включает домен управления, образованный узлами множества колец, поддерживающих одну и ту же сервисную VLAN и использующих одну и ту же управляющую VLAN. Домен управления включает многочисленные физические кольца, причем некоторые из них могут быть смежными; домен разбивают на составные части в виде иерархической структуры, содержащей главное кольцо (ГК) и иерархические связывающие сегменты (СС); главный узел (ГУ) и несколько транзитных узлов (ТУ) конфигурируют для ГК и каждого СС, в то же время узел, который соединяет по меньшей мере два уровня, конфигурируют как граничный узел; ГУ и ТУ ГК взаимодействуют друг с другом, чтобы выявлять состояние линии связи ГК и переключать обслуживание, когда ГК отказывает или восстанавливается после отказа; ГУ и ТУ каждого СС взаимодействуют друг с другом, чтобы выявлять состояние СС и переключать обслуживание, когда СС этого уровня отказывает или восстанавливается после отказа. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Способ автоматической защиты сети Ethernet, в котором, когда имеется несколько физических колец, смежных в домене управления, домен управления сначала разбивают на составные части в виде иерархической структуры, содержащей одно главное кольцо и ранжированные по уровням связывающие сегменты, при этом один главный узел и несколько транзитных узлов конфигурируют как для главного кольца, так и для каждого связывающего сегмента, при этом узлы, соединяющие по меньшей мере два уровня, конфигурируют как граничные узлы; главный узел и транзитные узлы главного кольца взаимодействуют друг с другом для выявления состояния линий связи в главном кольце и выполнения переключения обслуживания, когда главное кольцо отказывает или восстанавливается после отказа; главный узел и транзитные узлы каждого связывающего сегмента взаимодействуют друг с другом для выявления состояния связывающего сегмента и выполнения переключения обслуживания, когда связывающий сегмент данного уровня отказывает или восстанавливается после отказа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что:
упомянутый домен управления имеет узлы нескольких колец, поддерживающих одну и ту же сервисную виртуальную локальную сеть (VLAN) и использующих одну и ту же управляющую VLAN; упомянутый связывающий сегмент имеет граничные узлы, которые используют линии связи совместно с главным кольцом или связывающим сегментом более высокого уровня, и части, не используемые совместно.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что:
при конфигурировании граничных узлов два порта конфигурируют в главном кольце или связывающем сегменте более высокого уровня как главный узел или транзитные узлы главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня; один порт доступа конфигурируют в связывающем сегменте на уровне доступа как главный узел или транзитный узел этого связывающего сегмента и считают граничным управляющим узлом, когда он является главным узлом связывающего сегмента; а когда он является транзитным узлом связывающего сегмента, его считают граничным вспомогательным узлом; и когда по меньшей мере один граничный узел связывающего сегмента принимает сообщение обновления МАС-адресов, посланное другими узлами связывающего сегмента, он пересылает сообщение обновления адресов в узел главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что:
упомянутый главный узел и транзитный узел главного кольца взаимодействуют друг с другом, чтобы выявлять состояние линий связи в главном кольце, принимая в аварийном режиме аварийный сигнал об отказе от других узлов или активно передавая диагностическое сообщение в режиме диагностики, причем в режиме диагностики главный узел периодически посылает диагностическое сообщение HELLO ("приветствие") из основного порта, и это сообщение в конце концов возвращается во вспомогательный порт главного узла посредством пересылки транзитными узлами, когда кольцо находится в нормальном состоянии, и если время ожидания приема сообщения HELLO истекло, линия связи рассматривается как имеющая отказ.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что:
упомянутый главный узел и транзитные узлы связывающего сегмента взаимодействуют друг с другом, чтобы выявлять состояние линий связи в главном кольце, принимая в аварийном режиме аварийный сигнал об отказе от других узлов или активно передавая диагностическое сообщение в режиме диагностики, причем в режиме диагностики:
когда главный узел не является граничным управляющим узлом, он блокирует возможность пересылки трафика сервисной VLAN по вспомогательному порту и периодически посылает сообщение HELLO из основного порта и вспомогательного порта соответственно, и сообщение HELLO передается в граничные вспомогательные узлы посредством пересылки транзитными узлами, когда связывающий сегмент находится в нормальном состоянии, и граничный вспомогательный узел возвращает сообщение в соответствующий основной порт и вспомогательный порт главного узла через порт доступа, и если время ожидания приема сообщения HELLO в порте истекло, линия связи рассматривается как имеющая отказ;
когда главный узел является граничным управляющим узлом, он блокирует возможность пересылки трафика сервисной VLAN по вспомогательному порту, то есть по порту доступа, и периодически посылает сообщение HELLO из порта доступа, и сообщение HELLO передается в граничные вспомогательные узлы на другой стороне связывающего сегмента посредством пересылки транзитными узлами, когда связывающий сегмент находится в нормальном состоянии, и граничный вспомогательный узел в конце концов возвращает из порта доступа сообщение в порт доступа граничного управляющего узла, и если время ожидания приема сообщения HELLO в порте истекло, линия связи рассматривается как имеющая отказ.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что:
процесс переключения обслуживания при отказе главного кольца является следующим: главный узел главного кольца деблокирует возможность пересылки трафика сервисной VLAN по его вспомогательному порту при обнаружении отказа главного кольца, посылает из основного порта и вспомогательного порта сообщение обновления МАС-адресов, которое пересылается только в главном кольце, и обновляет таблицу МАС-адресов связанных узлов главного кольца, и связанные узлы осуществляют защитное переключение обслуживания согласно обновленной таблице адресов;
процесс переключения обслуживания, когда главное кольцо восстанавливается после отказа, является следующим: главный узел главного кольца блокирует возможность пересылки трафика сервисной VLAN по его вспомогательному порту при обнаружении отказа линии связи главного кольца, посылает из основного порта и вспомогательного порта сообщение обновления МАС-адресов, которое пересылается только в главном кольце, и обновляет таблицу МАС-адресов связанных узлов главного кольца, и эти узлы осуществляют защитное переключение обслуживания согласно обновленным адресам, причем восстановление после отказа линии связи главного кольца, обнаруженного главным узлом главного кольца, включает повторный прием сообщения HELLO вспомогательным портом от основного порта.

7. Способ по п.3, отличающийся тем, что процесс переключения обслуживания, когда связывающий сегмент отказывает, является следующим:
когда главный узел связывающего сегмента не является граничным управляющим узлом, он посылает сообщение обновления МАС-адресов другим узлам связывающего сегмента на той стороне, где он расположен, и граничные вспомогательные узлы на этой стороне пересылают сообщение узлам главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня;
когда главный узел связывающего сегмента является граничным управляющим узлом, он посылает сообщение обновления МАС-адресов через порт доступа связывающему сегменту, а также узлам главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня;
граничные вспомогательные узлы на другой стороне связывающего сегмента посылают сообщение обновления МАС-адресов узлам на их стороне связывающего сегмента через порт доступа; после приема сообщения обновления МАС-адресов связанные узлы упомянутого связывающего сегмента, главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня обновляют таблицу МАС-адресов и осуществляют защитное переключение обслуживания согласно обновленной таблице адресов.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что:
упомянутый граничный вспомогательный узел конфигурируют так, чтобы он мог обработать аварийное сообщение об отказе и оценить, истекло ли время ожидания приема сообщения HELLO; и если граничный вспомогательный узел обнаруживает разрыв линии связи, принимает аварийное сообщение об отказе от транзитных узлов или истекает время ожидания приема сообщения HELLO в порте доступа, связывающий сегмент рассматривается как имеющий отказ;
если упомянутый граничный вспомогательный узел принимает сообщение обновления МАС-адресов, посланное узлом связывающего сегмента через порт доступа, перед обнаружением отказа линии связи, он пересылает сообщение узлам главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня, если он принимает сообщение обновления МАС-адресов, посланное другим граничным узлом того связывающего сегмента, в котором он расположен, перед обнаружением отказа линии связи, он пересылает сообщение связанным узлам этого связывающего сегмента через порт доступа, если он не принимает сообщение обновления МАС-адресов перед обнаружением отказа линии связи, он пересылает сообщение узлам главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня, а также связанным узлам связывающего сегмента через порт доступа.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что:
после того как главный узел связывающего сегмента обнаруживает отказ или восстановление после отказа связывающего сегмента, он посылает сообщение обновления МАС-адресов главному кольцу или связывающему сегменту более высокого уровня, и сообщение пересылается граничным портом, чтобы выполнить быстрое защитное переключение соответствующего подчиненного кольца; после того, как упомянутый граничный узел обнаруживает отказ или восстановление после отказа своего связывающего сегмента, он непосредственно посылает сообщение обновления МАС-адресов главному кольцу или связывающему сегменту более высокого уровня, чтобы выполнить быстрое защитное переключение соответствующего подчиненного кольца.

10. Способ по п.3, отличающийся тем, что:
процесс переключения обслуживания, когда связывающий сегмент восстанавливается после отказа, является следующим: после того, как главный узел связывающего сегмента обнаруживает, что ранжированный по уровню связывающий сегмент восстанавливается после отказа, включая то, что порт, посылающий сообщение HELLO, принимает сообщение HELLO, возвращенное граничным вспомогательным узлом, он блокирует возможность пересылки трафика соответствующей сервисной VLAN по вспомогательному порту, и когда главный узел не является граничным управляющим узлом, вышеупомянутое сообщение обновления адресов посылается из основного порта и вспомогательного порта узлам главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня посредством пересылки граничным вспомогательным узлом; когда упомянутый главный узел является граничным управляющим узлом, он посылает через порт доступа сообщение обновления адресов связывающему сегменту, а также узлам главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня; после приема сообщения обновления МАС-адресов другие узлы связывающего сегмента, а также узлы главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня обновляют свои таблицы МАС-адресов и осуществляют защитное переключение обслуживания согласно обновленной таблице адресов.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что:
когда связывающий сегмент восстанавливается после отказа, если граничный вспомогательный узел принимает сообщение обновления адресов от совместно используемой линии связи перед приемом сообщения обновления адресов, посланного главным узлом через связывающий сегмент, этот граничный вспомогательный узел пересылает сообщение узлам связывающего сегмента через свой порт доступа, а не узлам главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня, то есть сообщение выводится из кольца.

12. Система автоматической защиты сети Ethernet, содержащая домен управления, состоящий из узлов нескольких колец, которые поддерживают одну и ту же сервисную VLAN и используют одну и ту же управляющую VLAN, причем возможно, что несколько физических колец являются смежными в домене управления, при этом домен управления представляет собой иерархическую структуру, содержащую главное кольцо и связывающие сегменты, ранжированные по уровням, где каждый связывающий сегмент содержит граничные узлы, которые используют линии связи совместно с главным кольцом или связывающими сегментами более высокого уровня, и части, не используемые совместно, главное кольцо и каждый связывающий сегмент имеют главный узел, в то время как другие узлы являются транзитными узлами, причем
упомянутый главный узел главного кольца отвечает за стратегию главного кольца и за управление главным кольцом, включая выявление состояния линий связи в главном кольце и переключение обслуживания, когда главное кольцо отказывает или восстанавливается после отказа;
упомянутые транзитные узлы главного кольца используются для помощи главному узлу главного кольца в выявлении состояния кольца и переключении обслуживания под управлением главного узла;
упомянутый главный узел связывающего сегмента отвечает за стратегию связывающего сегмента и за управление этим связывающим сегментом, включая выявление состояния этого связывающего сегмента и переключение обслуживания, когда связывающий сегмент отказывает или восстанавливается после отказа;
упомянутые транзитные узлы связывающего сегмента используются для помощи главному узлу этого связывающего сегмента в выявлении состояния кольца и переключении обслуживания под управлением главного узла;
упомянутые граничные узлы используются для помощи главному узлу этого связывающего сегмента в выявлении состояния этого связывающего сегмента и пересылки сообщения обновления МАС-адресов этого связывающего сегмента и связывающих сегментов более низких уровней узлам главного кольца или узлам связывающих сегментов более высокого уровня;
после приема сообщения обновления МАС-адресов узлы главного кольца и связывающего сегмента обновляют свои таблицы МАС-адресов и осуществляют защитное переключение обслуживания согласно обновленной таблице адресов.

13. Система по п.12, отличающаяся тем, что:
упомянутый граничный узел конфигурирует два порта в главном кольце или связывающем сегменте более высокого уровня в качестве главного узла или транзитных узлов главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня; одновременно он конфигурирует порт доступа в связывающем сегменте на уровне доступа в качестве главного узла или транзитного узла связывающего сегмента, и порт доступа считается граничным управляющим узлом, когда он является главным узлом связывающего сегмента, и считается граничным вспомогательным узлом, когда является транзитным узлом связывающего сегмента.

14. Система по п.13, отличающаяся тем, что:
упомянутый главный узел и транзитные узлы главного кольца взаимодействуют друг с другом, чтобы выявлять состояния линий связи в главном кольце, принимая в аварийном режиме аварийный сигнал об отказе от других узлов или активно передавая диагностическое сообщение в режиме диагностики;
упомянутый главный узел и транзитные узлы в связывающем сегменте взаимодействуют друг с другом, чтобы выявлять состояния линий связи главного кольца, принимая в аварийном режиме аварийный сигнал об отказе от других узлов или активно передавая диагностическое сообщение в режиме диагностики;
когда главный узел связывающего сегмента не является граничным управляющим узлом, он блокирует возможность пересылки трафика сервисной VLAN по вспомогательному порту, то есть по порту доступа, и периодически посылает сообщение HELLO из основного порта и вспомогательного порта соответственно; сообщение HELLO передается в граничный вспомогательный узел посредством пересылки транзитными узлами, и граничный вспомогательный узел возвращает сообщение соответствующему основному порту и вспомогательному порту главного узла через порт доступа, и если время ожидания приема сообщения HELLO в порте истекло, линия связи рассматривается как имеющая отказ;
когда главный узел является граничным управляющим узлом, он блокирует возможность пересылки трафика сервисной VLAN по вспомогательному порту и периодически посылает сообщение HELLO из порта доступа, сообщение HELLO пересылается в граничный вспомогательный узел на другой стороне посредством пересылки транзитным узлом, и граничный вспомогательный узел возвращает сообщение порту доступа граничного управляющего узла через порт доступа, и если время ожидания приема сообщения HELLO в порте истекло, линия связи рассматривается как имеющая отказ.

15. Система по п.13, отличающаяся тем, что:
когда главный узел связывающего сегмента не является граничным управляющим узлом, после выявления отказа линии связи он посылает сообщение обновления МАС-адресов другим узлам связывающего сегмента на той стороне, где он располагается; когда главный узел связывающего сегмента является граничным управляющим узлом, после выявления отказа линии связи он посылает сообщение обновления МАС-адресов связывающему сегменту через порт доступа и узлам главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня;
если граничный вспомогательный узел находится на той же стороне, что и главный узел, когда связывающий сегмент отказывает, он посылает сообщение узлам главного кольца или узлам связывающего сегмента более высокого уровня; если граничный вспомогательный узел не находится на той же стороне, что и главный узел, он посылает сообщения обновления МАС-адресов узлам на этой стороне связывающего сегмента через порт доступа;
после приема сообщения обновления МАС-адресов связанные узлы упомянутого связывающего сегмента, главного кольца или связывающего сегмента более высокого уровня обновляют таблицы МАС-адресов и осуществляют защитное переключение обслуживания согласно обновленной таблице адресов.

16. Система по п.13, отличающаяся тем, что:
упомянутый граничный вспомогательный узел конфигурируется так, чтобы он мог обрабатывать аварийное сообщение об отказе и оценивать, истекло ли время ожидания приема сообщение HELLO, и использоваться в качестве временного главного узла для обнаружения отказа линии связи; если упомянутый граничный вспомогательный узел принимает сообщение обновления МАС-адресов, посланное узлами связывающего сегмента через порт доступа, перед обнаружением отказа линии связи, он пересылает сообщение узлам главного кольца или узлам связывающего сегмента более высокого уровня, если он принимает сообщение обновления МАС-адресов, посланное другим граничным узлом связывающего сегмента, в котором он располагается, перед обнаружением отказа линии связи, он пересылает сообщение связанным узлам связывающего сегмента через порт доступа, если он не принимает сообщение обновления МАС-адресов перед обнаружением отказа линии связи, он пересылает через порт доступа сообщение обновления МАС-адресов узлам главного кольца или узлам связывающего сегмента более высокого уровня, а также связанным узлам связывающего сегмента.

17. Система по п.13, отличающаяся тем, что:
после того, как главный узел связывающего сегмента обнаруживает, что связывающий сегмент, ранжированный по уровню, восстанавливается после отказа, он блокирует возможность пересылки трафика соответствующей сервисной VLAN по вспомогательному порту, и если главный узел связывающего сегмента не является граничным управляющим узлом, вышеупомянутое сообщение обновления адресов посылается из основного порта и вспомогательного порта; если упомянутый главный узел связывающего сегмента является граничным управляющим узлом, он посылает через порт доступа сообщение обновления адресов связывающему сегменту, а также узлам главного кольца или узлам связывающего сегмента более высокого уровня.