DE69836684T2

DE69836684T2 - Unterstützung von vollständigen bäumen in hochleistungsnetzwerkgeräten

Info

Publication number: DE69836684T2
Application number: DE69836684T
Authority: DE
Inventors: Shimon Sunnyvale Muller; Ariel Cupertino Hendel
Original assignee: Sun Microsystems Inc
Current assignee: Sun Microsystems Inc
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1998-06-24
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2018-06-25
Also published as: EP1005738A1; ATE349117T1; US6081512A; DE69836684D1; US6816467B1; EP1753187A2; EP1005738A4; JP3983305B2; JP2002508913A; WO1999000937A1; EP1005738B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Computer-Netzvorrichtungen. Insbesondere betrifft die Erfindung verbesserte Spanning-Tree-Unterstützung in einem mit IEEE 802.1d kompatiblen Netzvorrichtungs-Baustein.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) hat einen Netzwerk-Kommunikations-Standard 802.1 d mit dem Titel „Media Access Control (MAC) Bridges", zugelassen am 31. Mai 1990, entwickelt (im Folgenden „IEEE 802.1d"). Kurz gefasst, beschreibt IEEE 802.1d Funktionen, die von kompatiblen Bridges, die ein Spanning-Tree-Protokoll enthalten, auszuführen sind, Aufbau und Wartung einer Filterungs-Datenbank, Weiterleitung und Filterung von Rahmen sowie Übertragung von Bridge Protocol Data Units (BPDUs). Eine BPDU ist eine spezielle Nachricht, die Bridges an einander übertragen, um die Feststellung eines Spanning Tree zu erleichtern. Die primäre Funktion des Spanning-Tree-Protokolls ist, Schleifen in dem überbrückten Netz zu vermeiden. Das Spanning-Tree-Protokoll bewirkt dies durch Aktivierung und Deaktivierung von bestimmten Anschlüssen an einer Netzvorrichtung, basierend auf Verhandlungen mit angrenzenden Vorrichtungen.
Das Patent US 560669 offenbart ein Verfahren zum Weiterleiten von Konfigurationsmitteilungen in einer schleifenfreien Topologie der Spanning-Tree-Ausführung.
Mehrere Einschränkungen von lernenden Bridges nach dem Stand der Technik wurden von dem Rechtsnachfolgern der vorliegenden Erfindung beobachtet. Beispielsweise kann der Übergang eines Anschlusses von dem gesperrten Zustand in den nicht gesperrten Zustand bewirken, dass angeschlossene Teilnetze mit Paketen überflutet werden, die an Knoten adressiert sind, die zu diesen Teilnetzen gehören. Dies Überflutung resultiert in einer nicht effizienten Operation der lernenden Bridge. Zudem ist die konventionelle Herangehensweise auf Anschluss-Ebene an das Spanning-Tree-Protokoll, das von lernenden Bridges nach dem Stand der Technik verwendet wird, mit dem Konzept des Trunking inkompatibel.
Im Allgemeinen kann Trunking als ein Mittel zum Bereitstellen von Bandbreitenaggregation zwischen zwei Punkten in einem Netz (z. B. zwischen zwei Netzvorrichtungen) gedacht werden. Die mehrfachen physikalischen Netzverbindungen, die zwei Vorrichtungen aneinander koppeln, können kombiniert werden, um einen logischen Kanal, der als „Trunk" bezeichnet wird, zwischen der ersten Vorrichtung und der zweiten Vorrichtung zu bilden. So weit das Spanning-Tree-Protokoll betroffen ist, ist ein Trunk eine Schleife. Folglich wird die konventionelle Herangehensweise auf Anschluss-Ebene mindestens N-1 Anschlüsse eines N-Anschluss-Trunks sperren, um die vermeintliche Schleife zu eliminieren.
Basierend auf dem Vorstehenden ist es wünschenswert, eine Netzvorrichtung bereitzustellen, die eine intelligentere Spanning-Tree-Verarbeitung bietet. Insbesondere ist es wünschenswert, das Spanning-Tree-Protokoll auf einer Trunk-Ebene anstatt auf der Anschluss-Ebene durchzuführen, so dass alle Anschlüsse eines Trunks in Bezug auf das Spanning-Tree-Protokoll in einer gleichen Weise behandelt werden. Es ist außerdem wünschenswert, einen oder mehr Zwischenzustände bereitzustellen, um den Übergang eines Anschlusses von dem gesperrten Zustand in den nicht gesperrten Zustand zu erleichtern, um Überflutung zu reduzieren. Weiterhin wäre es vorteilhaft, verbesserte Verfahren für BPDU-Empfang und -Übertragung bereitzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bereitstellen von Spanning-Tree-Unterstützung werden beschrieben. Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Netzvorrichtung zwei oder mehr Anschlüsse, die Teil eines Trunks sind. Einer der zwei oder mehr Anschlüsse wird für Teilnahme in einem Protokoll einer schleifenfreien Topologie ausgewählt. Dann wird das Protokoll zur Feststellung der schleifenfreien Topologie für den ausgewählten Anschluss ausgeführt. Wenn das Protokoll zur Feststellung der schleifenfreien Topologie angibt, dass der ausgewählte Anschluss gesperrt ist, werden alle anderen Anschlüsse des Trunks gesperrt.
Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Satz von Zuständen zur Assoziation mit jedem Anschluss einer Netzvorrichtung bereitgestellt. Der Satz von Zuständen enthält einen „gesperrten" Zustand, in dem sowohl Lernen als auch Weiterleiten blockiert sind, einen Zustand „nur lernen", in dem Lernen zugelassen ist und Weiterleiten blockiert bleibt, und einen Zustand „nicht gesperrt", in dem sowohl Lernen als auch Weiterleiten zugelassen sind. Als Reaktion auf eine Anzeige von einem Protokoll zur Feststellung der schleifenfreien Topologie, dass ein Anschluss der Netzvorrichtung zu entsperren ist, wird ein Zustand, der mit dem ersten Anschluss assoziiert ist, für eine vorbestimmte Zeitdauer in den Zustand „nur lernen" versetzt. Dann wird der Zustand, der mit dem ersten Anschluss assoziiert ist, nach der vorbestimmten Zeitdauer in den Zustand „nicht gesperrt" versetzt. Dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung gestattet einem Anschluss, mit dem Lernen zu beginnen, bevor er aktiv an normaler Weiterleitung/Überbrückung von Verkehr teilnimmt. Übergang in den Nur-Lernen-Zustand vor dem Übergang in den nicht gesperrten Zustand für eine temporäre Zeitdauer reduziert vorteilhaft Überflutung.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein gesperrter Anschluss zum Empfangen von Konfigurationsmitteilungen durch Bereitstellung eines Eingangsschnittstellen-Adressregisters in jedem Anschluss einer Netzvorrichtung konfiguriert. Das Eingangsadressregister zum Filtern von Adressen, die nicht mit einer Adresse übereinstimmen, ist hierin enthalten. Ein Protokoll zur Feststellung der schleifenfreien Topologie wird für einen Anschluss des Netzes ausgeführt. Wenn das Protokoll zur Feststellung der schleifenfreien Topologie angibt, dass der Anschluss zu sperren ist, wird eine Multicast-Adresse, die mit Konfigurationsmitteilungen assoziiert ist, in das Eingangsschnittstellen-Adressregister des Anschlusses geschrieben. In dieser Weise wird der erste Anschluss anschließend Konfigurationsmitteilungen annehmen und alle anderen Pakete filtern.
Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung können Konfigurationsmitteilungen über gesperrte Anschlüsse einer Netzvorrichtung weitergeleitet werden. Eine Zentraleinheit (ZE/CPU) erzeugt eine Konfigurationsmitteilung und einen korrespondierenden Satz von Steuerinformationen. Die Steuerinformationen enthalten ein Directed-Mode-Flag, das angibt, ob Paketkopfanpassung zu vermeiden ist oder nicht. Die Steuerinformationen enthalten außerdem Informationen bezüglich eines Ausgangsanschlusses, an den die Konfigurationsmitteilung zu übertragen ist. Dabei ist der spezifizierte Ausgang ein Ausgang, der vorher von einem Protokoll zur Feststellung der schleifenfreien Topologie gesperrt wurde. Nach der Erzeugung der Konfigurationsmitteilung übergibt die ZE die Konfigurationsmitteilung und den korrespondierenden Satz von Steuerinformationen an die Netzvorrichtung zur Übertragung. Basierend auf dem Directed-Mode-Flag leitet eine ZE-Schnittstelle die Konfigurationsmitteilung weiter an den spezifizierten Ausgangsanschluss.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird als Beispiel und nicht durch Beschränkung in den Figuren der beigefügten Zeichnungen veranschaulicht, in denen die gleichen Bezugsnummern auf ähnliche Elemente verweisen und von denen:
1 zwei Vorrichtungen zeigt, die in Kommunikation über einen Trunk gekoppelt sind.
2 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines beispielhaften Netzelements zeigt, das die Lehren der vorliegenden Erfindung inkorporiert.
3 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines beispielhaften Schaltelements zeigt, das in der Switch/im Schalter von 2 eingesetzt werden kann.
4 ein Blockdiagramm zeigt, dass die Interaktion von Spanning-Tree-Filterschaltungen und Spanning-Tree-Lernschaltungen nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
5 ein Ablaufdiagramm zeigt, das Spanning-Tree-Verarbeitung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
6 ein Ablaufdiagramm zeigt, das Medien-Zugriffssteuerung (MAC)-Adressregister-Konfiguration nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
7 ein Ablaufdiagramm zeigt, das von ZE ausgehende Paketübertragung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
8 ein Ablaufdiagramm zeigt, das Anschlussübergang von dem gesperrten Zustand in den nicht gesperrten Zustand nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bereitstellung von Spanning-Tree-Unterstützung in einer Netzvorrichtung werden beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden zu Erläuterungszwecken zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Es wird jedoch für Fachleute offenkundig sein, dass die vorliegende Erfindung ohne einige dieser spezifischen Einzelheiten praktiziert werden kann. In anderen Fällen werden gut bekannte Strukturen und Vorrichtungen in Blockdiagrammform dargestellt.
Die vorliegende Erfindung enthält verschiedene Schritte, die nachstehend beschrieben werden. Die Schritte können in von Maschinen ausführbaren Befehlen ausgeführt werden, die verwendet werden können, um zu bewirken, dass ein Allzweck- oder Spezialprozessor, der mit den Befehlen programmiert ist, die Schritte ausführt. Alternativ können die Schritte der vorliegenden Erfindung von spezifischen Hardwarekomponenten ausgeführt werden, die Hardwarelogik zur Programmierung der Schritte enthalten, oder von jeder Kombination von programmierten Computerkomponenten und kundenspezifischen Hardwarekomponenten.
Während das Verfahren der vorliegenden Erfindung verbesserte Spanning-Tree-Unterstützung für das Spanning-Tree-Protokoll des IEEE 802.1d bereitstellt, ist es leicht ersichtlich, dass das Verfahren nicht nur auf das Spanning-Tree-Protokoll des IEEE 802.1d anwendbar ist, sondern auf jedes Protokoll zur Feststellung der schleifenfreien Topologie, das anstrebt, Netztopologie-Schleifen zu eliminieren und/oder zu verhindern.
TRUNKING IM ÜBERBLICK
Wie oben diskutiert, kann Trunking im Allgemeinen als ein Mittel zum Bereitstellen von Bandbreitenaggregation zwischen zwei Punkten in einem Netz gedacht werden.
Bezug nehmend auf 1, sind eine erste Vorrichtung 105 und eine zweite Vorrichtung 110 durch eine Pluralität von physikalischen Netzverbindungen 115–117 verbunden. Die erste Vorrichtung 105 und die zweite Vorrichtung 110 können Netzvorrichtungen wie ein Server, ein Client, ein Verstärker, eine Bridge, ein Router, ein Brouter, ein Switch oder dergleichen sein. Die erste Vorrichtung 105 enthält die Anschlüsse 106–109 und die zweite Vorrichtung 110 enthält die Anschlüsse 111–114. Die Anschlüsse versehen die Vorrichtung mit Zugang zu der angeschlossenen Netzverbindung durch Implementierung von geeigneten Netzprotokollen wie das Ethernet-Protokoll. In diesem Beispiel wurden die physikalischen Netzverbindungen 115–117 kombiniert, um einen logischen Kanal, einen „Trunk" 140, zwischen der ersten Vorrichtung 105 und der zweiten Vorrichtung 110 zu bilden.
Da ein Trunk per Definition mehrfache physikalische Routen zwischen zwei gegebenen Knoten in einem Netz bereitstellt, wird er aus der Perspektive des Spanning-Tree-Protokolls als eine Schleife angesehen. Daher wird das Spanning-Tree-Protokoll mindestens zwei der drei Verbindungen von Trunk 140 deaktivieren.
EIN BEISPIELHAFTES NETZELEMENT
Ein Überblick über eine Ausführungsform eines Netzelements, das nach den Lehren der vorliegenden Erfindung operiert, ist in 2 dargestellt. Das Netzelement wird genutzt, um eine Zahl von Knoten und Endstationen in einer Auswahl von verschiedenen Weisen zu verschalten. Insbesondere wäre es eine Anwendung des verteilten Multilayer-Netzelements (MLDNE), Pakete nach vordefinierten Routing-Protokollen über eine homogene Datenverbindungsschicht wie der Standard IEEE 802.3, auch bekannt als Ethernet, zu leiten. Andere Routing-Protokolle können auch verwendet werden.
Die verteilte Architektur des MLDNEs kann konfiguriert werden, um Mitteilungsverkehr in Übereinstimmung mit einer Zahl von bekannten oder zukünftigen Routingalgorithmen zu leiten. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das MLDNE konfiguriert, um Mitteilungsverkehr unter Verwendung der Internet-Suite von Protokollen handzuhaben, und insbesondere des Transmission Control Protocol (TCP) und des Internet Protocol (IP) über die Ethernet-LAN-Standard- und Medien-Zugriffssteuerung-(MAC)-Datenverbindungsschicht. Das TCP wird hier auch als ein Layer-4-Protokoll bezeichnet, während IP wiederholt als ein Layer-3-Protokoll bezeichnet wird.
In einer Ausführungsform des MLDNEs ist ein Netzelement konfiguriert, um Paketroutingfunktionen in einer verteilten Weise zu implementieren, d. h. verschiedene Teile einer Funktion werden von verschiedenen Teilsystemen in dem MLDNE ausgeführt, während das Schlussergebnis der Funktion für die externen Knoten und Endstationen transparent bleibt. Wie aus der nachstehenden Diskussion und dem Diagramm in 2 ersichtlich, hat das MLDNE eine skalierbare Architektur, die es dem Designer gestattet, die Zahl der externen Verbindungen durch Hinzufügen zusätzlicher Teilsysteme vorhersagbar zu erhöhen, wodurch eine größere Flexibilität bei der Definition des MLDNE als ein unabhängiger Router ermöglicht wird.
Wie in 2 in Blockdiagrammform dargestellt, enthält das MLDNE 201 eine Zahl von Teilsystemen 210, die unter Verwendung einer Zahl von internen Verbindungen 241 vollständig vermascht und vernetzt sind, um einen größeren Switch zu erzeugen. Mindestens eine interne Verbindung verkoppelt beliebige zwei Teilsysteme. Jedes Teilsystem 210 enthält ein Schaltelement 200, das mit einer Weiterleitungs- und Filterungs-Datenbank 240, auch als Weiterleitungs-Datenbank bezeichnet, verkoppelt ist. Die Weiterleitungs- und Filterungs-Datenbank kann einen Weiterleitungsspeicher 213 und einen assoziierten Speicher 214 enthalten. Der Weiterleitungsspeicher (oder die Datenbank) 213 speichert eine Adresstabelle, die zur Abgleichung mit den Kopfinformationen von empfangenen Paketen verwendet wird. Der assoziierte Speicher (oder die Datenbank) speichert Daten, die mit jedem Eintrag in dem Weiterleitungsspeicher assoziiert sind, der zum Identifizieren von Weiterleitungsattributen zum Weiterleiten der Pakete durch das MLDNE verwendet wird. Eine Zahl von externen Anschlüssen (nicht dargestellt), die über Eingangs- und Ausgangsfähigkeiten verfügen, binden die externen Verbindungen 217 an. In einer Ausführungsform unterstützt jedes Teilsystem mehrere Gigabit-Ethernet-Anschlüsse, Fast-Ethernet-Anschlüsse und Ethernet-Anschlüsse. Interne Anschlüsse (nicht dargestellt) in jedem Teilsystem, die auch Eingangs- und Ausgangsfähigkeiten haben, koppeln die internen Verbindungen 241 an. Unter Verwendung der internen Verbindungen kann das MLDNE mehrere Schaltelemente zusammen verbinden, um einen Multigigabit-Switch zu bilden.
Das MLDNE 201 enthält weiterhin ein Zentralverarbeitungssystem (CPS) 260, das durch einen Kommunikationsbus 251 wie den Peripherkomponentenbus (PCI) an das individuelle Teilsystem 210 gekoppelt ist. Das CPS 260 enthält eine Zentraleinheit (ZE) 261, die an einen Zentralspeicher 263 gekoppelt ist. Der Zentralspeicher 263 enthält eine Kopie der Einträge, die in den individuellen Weiterleitungsspeichern 213 der verschiedenen Teilsysteme enthalten sind. Das CPS hat eine direkte Steuerungs- und Kommunikations-Schnittstelle zu jedem Teilsystem 210 und stellt eine gewisse zentralisierte Kommunikation und Steuerung zwischen Schaltelementen bereit.
EIN BEISPIELHAFTES SCHALTELEMENT
3 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm, das eine beispielhafte Architektur des Schaltelements von 2 darstellt. Das dargestellte Schaltelement 200 enthält eine Zentraleinheit-(ZE)-Schnittstelle 315, einen Koppelstrukturblock 310, eine Netzschnittstelle 305, eine kaskadierende Schnittstelle 325 und einen Gemeinschaftsspeichermanager 320.
Ethernetpakete können durch jeden einen der drei Schnittstellen 305, 315 oder 325 in das Netzschaltelement 200 gelangen oder es verlassen. Kurz ausgedrückt, operiert die Netzschnittstelle 305 gemäß einem korrespondierenden Ethernet-Protokoll, um Ethernetpakete von einem Netz (nicht dargestellt) zu empfangen oder um Ethernetpakete über einen oder mehrere Anschlüsse (nicht dargestellt) in das Netz zu übertragen. Eine optionale kaskadierende Schnittstelle 325 kann eine oder mehr interne Verbindungen (nicht dargestellt) zum Verschalten von Schaltelementen enthalten, um größere Switches zu erzeugen. Beispielsweise kann jedes Schaltelement mit anderen Schaltelementen in einer vollständig vermaschten Topologie verbunden werden, um einen Mehrlayer-Switch zu bilden, wie oben beschrieben. Alternativ kann ein Switch ein einzelnes Schaltelement 200 mit oder ohne die kaskadierende Schnittstelle 325 umfassen.
Die ZE 261 kann Befehle oder Pakete über die ZE-Schnittstelle 315 an das Netzschaltelement 200 übertragen. In dieser Weise können ein oder mehr Softwareprozesse, die in der ZE ablaufen, Einträge in einer externen Weiterleitungs- und Filterungs-Datenbank 240 verwalten, wie Hinzufügen neuer Einträge und Ungültigmachen unerwünschter Einträge. In alternativen Ausführungsformen kann die ZE jedoch mit Direktzugang zu der Weiterleitungs- und Filterungs-Datenbank 240 versehen sein. In jedem Fall gleicht der ZE-Anschluss der ZE-Schnittstelle 315 für Zwecke der Paketweiterleitung einem generischen Eingangsanschluss in das Schaltelement 200 und kann behandelt werden, als wäre er einfach ein weiterer externen Netzschnittstellenanschluss. Da jedoch Zugang zu dem ZE-Anschluss über einen Bus wie einen Peripherkomponentenbus (PCI) erfolgt, benötigt der ZE-Anschluss keinerlei Medien-Zugriffssteuerung(MAC)-Funktionalität.
Zurückkehrend zur Netzschnittstelle 305, werden jetzt die zwei Hauptaufgaben der Eingangspaketverarbeitung und Ausgangspaketverarbeitung kurz beschrieben. Eingangspaketverarbeitung kann von einer oder mehr Eingangsanschlüssen der Netzschnittstelle 305 durchgeführt werden. Eingangspaketverarbeitung enthält das Folgende: (1) Empfangen und Überprüfen von eingehenden Ethernetpaketen, (2) gegebenenfalls Modifizieren von Paketköpfen, (3) Anfordern von Pufferzeigern von dem Gemeinschaftsspeichermanager 320 zum Speichern von eingehenden Paketen, (4) Anfordern von Weiterleitungsentscheidungen von dem Koppelstrukturblock 310, (5) Übertragen der eingehenden Paketdaten an den Gemeinschaftsspeichermanager 320 für temporäre Speicherung in einem externen Gemeinschaftsspeicher 230 und (5) Weiterleiten des Pufferzeigers (der Pufferzeiger) nach Empfang der Weiterleitungsentscheidung an den Ausgangsanschluss (die Ausgangsanschlüsse), auf den (die) von der Weiterleitungsentscheidung verwiesen wird. Ausgangspaketverarbeitung kann von einem oder mehr Ausgangsanschlüssen der Netzschnittstelle 305 durchgeführt werden. Ausgangspaketverarbeitung enthält Anfordern von Paketdaten von dem Gemeinschaftsspeichermanager 320, Übertragen von Paketen in dem Netz und Anfordern der Freigabe des Puffers (von Puffern), nachdem Pakete übertragen wurden.
Die Netzschnittstelle 305, die ZE-Schnittstelle 315 und die kaskadierende Schnittstelle 325 sind an den Gemeinschaftsspeichermanager 320 und den Koppelstrukturblock 310 gekoppelt. Vorzugsweise sind kritische Funktionen wie Paketweiterleitung und Paketzwischenspeicherung zentralisiert, wie in 3 dargestellt. Der Gemeinschaftsspeichermanager 320 stellt eine effiziente zentralisierte Schnittstelle zu dem externen Gemeinschaftsspeicher 230 zum Zwischenspeichern von eingehenden Paketen bereit. Der Koppelstrukturblock 310 enthält eine Suchmaschine und Lernlogik zum Durchsuchen und Pflegen der Weiterleitungs- und Filterungs-Datenbank 240 mit der Unterstützung der ZE.
Der zentralisierte Koppelstrukturblock 310 enthält eine Suchmaschine, die Zugang zu der Weiterleitungs- und Filterungs-Datenbank 240 für die Schnittstellen 305, 315 und 325 bietet. Paketkopf-Abgleichung, Layer-2-basiertes Lernen, Layer-2- und Layer-3-Paketweiterleitung, Filterung und Alterung sind beispielhafte Funktionen, die von dem Koppelstrukturblock 310 durchgeführt werden können. Jeder Eingangsanschluss ist mit dem Koppelstrukturblock 310 verkoppelt, um Weiterleitungsentscheidungen für empfangene Pakete zu empfangen. Die Weiterleitungsentscheidung gibt den Ausgangsanschluss (die Ausgangsanschlüsse) (z. B. externer Netzanschluss oder interner kaskadierender Anschluss) an, über den (die) das korrespondierende Paket übertragen werden soll. Auch zusätzliche Informationen können in der Weiterleitungsentscheidung enthalten sein, um Hardware-Routing wie eine neue MAC-Zieladresse (DA) für MAC-DA-Ersetzung zu unterstützen. Weiterhin kann außerdem eine Prioritätsangabe in der Weiterleitungsentscheidung enthalten sein, um Priorisierung von Paketverkehr durch das Schaltelement 200 zu erleichtern.
In der vorliegenden Ausführungsform werden Ethernetpakete von dem Gemeinschaftsspeichermanager 320 zentral zwischengespeichert und verwaltet. Der Gemeinschaftsspeichermanager 320 verschaltet jeden Eingangsanschluss und Ausgangsanschluss und führt dynamische Speicherzuweisung bzw. -freigabe für diese durch. Während der Eingangspaketverarbeitung werden ein oder mehr Puffer in dem externen Gemeinschaftsspeicher 230 zugewiesen und ein eingehendes Paket wird von dem Gemeinschaftsspeichermanager 320 als Reaktion auf Befehle, die beispielsweise von der Netzschnittstelle 305 empfangen wurden, gespeichert. Anschließend ruft der Gemeinschaftsspeichermanager 320 das Paket während der Ausgangspaketverarbeitung aus dem externen Gemeinschaftsspeicher 230 ab und gibt Puffer frei, die nicht mehr benutzt werden. Zur Gewährleistung, dass keine Puffer freigegeben werden, bis alle Ausgangsanschlüsse die Übertragung der darin gespeicherten Daten abgeschlossen haben, überwacht der Gemeinschaftsspeichermanager 320 vorzugsweise auch die Puffer-Inhaberschaft.
Die vorliegende Erfindung kann in einem Schaltelement wie dem Schaltelement 200 enthalten sein. Das Verfahren und die Vorrichtung, die hierin beschrieben werden, sind jedoch gleichermaßen anwendbar auf andere Arten von Netzvorrichtungen wie Verstärker, Bridges, Router, Brouter und andere Netzvorrichtungen.
SPANNING-TREE-LERNEN UND -FILTERN
Die Spanning-Tree-Logik von 4 führt Ausgangspaketfilterung durch und verhindert Lernen unter bestimmten Umständen. Vor der Diskussion der Spannung Tree-Logik werden jedoch kurz Filtern und Lernen angesprochen.
Filtern ist der Prozess von selektivem Verwerfen von Paketen in dem Switch, ohne die erforderliche Konnektivität zu verlieren. Hinsichtlich der Weiterleitung werden, wenn ein Anschluss in einem der hierin definierten zwei gesperrten Zustände ist, Pakete, die für Knoten in dem Teilnetz dieses Anschlusses bestimmt sind, gefiltert.
Layer-2-basiertes Lernen ist der Prozess von ständiger Aktualisierung des Medien-Zugriffssteuerung-(MAC)-Adressabschnitts der Weiterleitungs-Datenbank basierend auf dem Verkehr, der durch die Schaltvorrichtung fließt. Wenn ein Paket in die Schaltvorrichtung gelangt, wird in der Datenbank ein Eintrag erzeugt (oder ein vorhandener Eintrag wird aktualisiert), der die MAC-Quelladresse des Pakets mit dem Eingangsanschluss, in dem das Paket angekommen ist, korreliert. In dieser Weise lernt die Schaltvorrichtung, in welchem Teilnetz ein gegebener Knoten residiert.
Wie nachstehend ausführlicher diskutiert wird, kann das Schaltelement, wenn ein Eingangsanschluss in einem von zwei nicht gesperrten Zuständen in Bezug auf Lernen ist, Lernen basierend auf die Quelladresse des empfangenen Pakets durchführen. In einem dritten Zustand erfolgt jedoch kein Lernen.
4 zeigt ein Blockdiagramm der Spanning-Tree-Lern- und -Filterlogik innerhalb des Koppelstrukturblocks 310 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist für jeden von N Anschlüssen ein Spanning-Tree-Register vorgesehen. Anschluss 1 korrespondiert mit einem ersten Spanning-Tree-Register 413, Anschluss N korrespondiert mit dem letzten Trunk-Register 423. Ein Spanning-Tree-Zustand kann für jeden Anschluss bereitgestellt werden, um anzugeben, ob das Spanning-Tree-Protokoll den bestimmten Anschluss gesperrt hat oder nicht oder ob der Anschluss zum Empfangen und Übertragen von Paketen frei bleibt. In diesem Beispiel enthalten die Spanning-Tree-Register 413–423 ein Zweibit-Feld ST_State, das einen der Spanning-Tree-Zustände „gesperrt", „nicht gesperrt" und „nur lernen", die weiter unten diskutiert werden, speichern kann. Während für die Zwecke dieses Beispiels die Spanning-Tree-Zustandsinformationen als in Registern gespeichert beschrieben wurden, wird anerkannt werden, dass zahlreiche andere Speichermechanismen möglich sind.
Die Spanning-Tree-Lern- und -Filterlogik der vorliegenden Erfindung enthält auch einen Spanning-Tree-Filterblock 430 für jeden Anschluss und einen gemeinsamen Spanning-Tree-Lernblock 440. Die Register sind an den korrespondierenden Filterblock 430 und den Lernblock 440 gekoppelt, um die Spanning-Tree-Zustandsinformationen für diese Blöcke bereitzustellen.
Nach der vorliegenden Ausführungsform erzeugt der Lernblock 440 während des Lernprozesses ein Einbit-Flag dont_learn. Wie aus dem Namen ersichtlich sein kann, gibt das Flag dont_learn in einem ersten Zustand an, dass in Bezug auf das aktuelle Paket kein Lernen erfolgen soll. Interne Logik des Lernblocks 440 bestimmt, ob Lernen für den Eingangsanschluss ermöglicht ist oder nicht. Es kann beispielsweise sein, dass der Anschluss gesperrt ist oder durch das Spanning-Tree-Protokoll angewiesen wurde, kein Lernen durchzuführen. Diese Bestimmung kann in Bezug auf den Spanning-Tree-Zustand in dem Register ST_State, das mit dem Eingangsanschluss korrespondiert, erfolgen. Wenn Lernen in dem Eingangsanschluss ermöglicht ist, ist Verarbeitung der Leitung dont_learn logisch null, anderenfalls ist die Leitung dont_learn eine logische 1.
In dieser Ausführungsform kann ein Satz von N Bits verwendet werden, um eine Weiterleitungs-Anschlussmaske für N Anschlüsse zu codieren. Wenn das Bit in Position X des Satzes von N Bits in einem Weiterleitungszustand ist, ist das Paket an Anschluss X weiterzuleiten. Wenn das Bit jedoch in einem Filterzustand ist, ist das Paket zu filtern. Durchschnittsfachleute im Fachgebiet werden natürlich erkennen, dass alternative Repräsentationen verwendet werden können.
In jedem Fall empfängt jeder Filterblock 430 während des Weiterleitungsprozesses die Anschlussmaske als einen Eingang von der Weiterleitungs-Datenbank 240. In alternativen Ausführungsformen kann die von den Spanning-Tree-Filterungsblöcken empfangene Anschlussmaske ein Zwischenwert sein. Das heißt, dass die Anschlussmaske vor dem Ankommen an dem Spanning-Tree-Filterblock 430 bereits von einem oder mehr Filterungsprozessen geändert worden sein kann. Jeder Spanning-Tree-Filterblock 430 trägt ein Bit zur Weiterleitungs-Anschlussmaske bei (z. B. FwdPortMask[N:1]), die schließlich zu dem Eingangsanschluss übertragen wird, der die Weiterleitungsentscheidung für dieses bestimmte Paket angefordert hat. Der Spanning-Tree-Filterblock 430 lässt nur zu, dass Pakete, die für „nicht gesperrte" Ausgangsanschlüsse bestimmt sind, weitergeleitet werden, indem der ST_State des korrespondierenden Anschlusses mit der Codierung „nicht gesperrt" verglichen wird. Damit wird der Ausgang des Spanning-Tree-Filterungsblocks für einen bestimmten Anschluss der Weiterleitungszustand sein, wenn der ST_State des Anschlusses in Bezug auf den Ausgang nicht gesperrt ist; anderenfalls wird der Ausgang der Filterzustand sein.
SPANNING-TREE-VERARBEITUNG
5 zeigt ein Ablaufdiagramm, das Spanning-Tree-Verarbeitung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. In Schritt 510 wird das konventionelle Spanning-Tree-Protokoll für jeden Anschluss durchgeführt, der nicht an einem Trunk teilnimmt, wenn vorhanden. Beispielsweise werden Konfigurations-BPDUs mit anderen Netzvorrichtungen in dem Netz ausgetauscht, um die Root Bridge und die designierte Bridge zu bestimmen, wie in IEEE 802.1d beschrieben. Die Einzelheiten des Spanning-Tree-Protokolls wie das Format der Konfigurations-BPDUs und Timerwerte sind für das Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich. Derartige Informationen sind jedoch in IEEE 802.1 d verfügbar.
Die Schritte 520–540 führen die verbesserte Spanning-Tree-Verarbeitung auf Trunk-Ebene durch. In Schritt 520 wird ein einzelner Anschluss der gebündelten Anschlüsse ausgewählt, mit dem das Spanning-Tree-Protokoll durchgeführt werden soll. Beispielsweise kann der Anschluss mit der kleinsten Anschluss-Nummer ausgewählt werden. In Schritt 530 wird Spanning-Tree-Verarbeitung an den nicht ausgewählten gebündelten Anschlüssen gesperrt. Beispielsweise kann die Bildung von Konfigurations-BPDUs verhindert werden. Es ist ersichtlich, dass andere Verfahren zum Ausschließen von nicht ausgewählten Anschlüssen verfügbar sind.
In Schritt 540 wird das Spanning-Tree-Protokoll unter Verwendung des in Schritt 520 ausgewählten Anschlusses durchgeführt. In Schritt 550 wird bestimmt, ob der ausgewählte Anschluss durch das Spanning-Tree-Protokoll gesperrt werden soll. Wenn ja, werden in Schritt 560 alle Anschlüsse des Trunks, an dem der ausgewählte Anschluss teilnimmt, gesperrt. Anderenfalls bleiben alle Anschlüsse des Trunks ungesperrt und wird die Verarbeitung mit Schritt 570 fortgesetzt.
In Schritt 570 wird eine Prüfung durchgeführt, um festzustellen, ob alle Trunks verarbeitet wurden. Wenn ja, ist die Spanning-Tree-Verarbeitung auf Trunk-Ebene abgeschlossen, anderenfalls wird die Verarbeitung mit Schritt 520 fortgesetzt. In dieser Weise werden Trunks als die Einheit der Operation für die Zwecke des Spanning-Tree-Protokolls anstelle von Anschlüssen behandelt. Vorteilhaft werden alle gebündelten Anschlüsse eines gegebenen Trunks denselben Spanning-Tree-Zustand haben.
Wichtig ist, dass bei der Anpassung von Trunking und des IEEE 802.1d Spanning-Tree-Protokolls der Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung es als vorteilhaft festgestellt hat, einzelne Anschlüsse als Trunks der Größe eins zu behandeln. Diese vereinfachende Annahme kann eingesetzt werden, um Teile der oben beschriebenen Verarbeitung zu vereinfachen oder zu eliminieren. Beispielsweise kann der Schritt 510 in alternativen Ausführungsformen umgangen werden. Das heißt, anstatt individuelle Anschlüsse als einen Spezialfall zu behandeln, können alle Anschlüsse als Trunks behandelt werden.
Zurückkehrend zu Schritt 520, wird anerkannt werden, dass zahlreiche andere Weisen zur Auswahl eines einzelnen Anschlusses einer Pluralität von gebündelten Anschlüssen verfügbar sind. Die tatsächliche Weise der Auswahl des Anschlusses ist nicht so wichtig wie Beschränkung der Anwendung des Spanning-Tree-Protokolls auf einen einzelnen Anschluss jedes Trunks. Während es für bestimmte Implementierungen vorteilhaft sein kann, einen Anschluss in einer besonderen Weise auszuwählen, wird anerkannt, dass jede Weise zur Auswahl eines Anschlusses in einem Trunk für die Zwecke der oben beschriebenen Verarbeitung genügen wird.
Es ist zu beachten, dass in alternativen Ausführungsformen der nachstehend beschriebene zusätzliche Zustand „nur lernen" auch verwendet werden kann, anstatt die Anschlüsse auf die zwei konventionellen Zustände „gesperrt" und „nicht gesperrt" zu beschränken.
KONFIGURATIONSMITTEILUNGS-EMPFANG
Vor der Beschreibung eines beispielhaften Prozesses für Konfigurationsmitteilungs-Empfang, der von der vorliegenden Erfindung genutzt wird, wird die Filterungslogik in Netzschnittstellen-Anschlüssen kurz umrissen. Jeder Anschluss der Netzschnittstelle 305 enthält eine Medien-Zugriffssteuerung (MAC). In Bezug auf eingehenden Paketverkehr dient die MAC als eine Eingangsschnittstelle. Die MAC kann programmiert werden, um selektiv eingehende Pakete zu empfangen. Für diesen Zweck enthält die MAC eine MAC-Adressenfilterungslogik. Die MAC-Adressenfilterungslogik enthält ein MAC-Adressregister und einen MAC-Adresskomparator. Basierend auf dem Zustand der MAC (z. B. Promiscous-Modus) und der Adresse, die in das MAC-Adressregister programmiert wurde, wird die MAC-Filterungslogik eingehende Pakete, die an eine spezifische Adresse gerichtet sind, empfangen und andere filtern oder alle eingehenden Pakete empfangen. Normalerweise enthält das MAC-Adressregister die MAC-Unicast-Adresse des Anschlusses. In dieser Weise wird eingehenden Paketen, die an die geeignete MAC-Adresse gerichtet sind, gestattet, durch die MAC in das Schaltelement 200 zu gelangen. Alle anderen Pakete werden jedoch gefiltert (z. B. verworfen).
Wenn ein eingehendes Paket empfangen wird, vergleicht die MAC-Filterungslogik die MAC-Zieladresse (DA) des Pakets mit dem Wert in dem MAC-Adressregister. Wenn die MAC-DA übereinstimmt, wird das Paket von dem Schaltelement 200 empfangen, anderenfalls wird das Paket gefiltert.
Jetzt Bezug nehmend auf 6, zeigt ein Ablaufdiagramm die MAC-Adressregister-Konfiguration nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Konfigurationsmitteilungen wie BPDUs müssen normalerweise zwischen Vorrichtungen, die als Bridges in einem Netz fungieren, ausgetauscht werden. Dies ist oft selbst dann so, wenn ein bestimmter Anschluss beispielsweise durch das Spanning-Tree-Protokoll gesperrt wurde. Folglich wird ein Mechanismus zum Sperren von anderem Paketverkehr benötigt, während es gestattet wird, dass BPDUs über gesperrte Anschlüsse empfangen werden, und ein derartiger Mechanismus wird jetzt beschrieben.
In Schritt 610 erfolgt eine Bestimmung von dem Spanning-Tree-Protokoll, dass ein Anschluss gesperrt werden soll. In Schritt 620 wird die Adresse, an die BPDUs übertragen werden, in das MAC-Adressregister programmiert. Programmieren der BPDU-Multicast-Adresse in das MAC-Adressregister hat die Wirkung, dass sämtlicher Paketverkehr außer BPDUs gefiltert wird. Folglich können BPDUs noch empfangen werden, wenn ein Anschluss in einem gesperrten Zustand ist, wodurch gestattet wird, dass BPDUs weiterhin von beispielsweise der ZE verarbeitet werden können.
In Schritt 630 wird eine Bestimmung von dem Spanning-Tree-Protokoll vorgenommen, dass ein Anschluss entsperrt werden soll. In Schritt 640 wird die MAC-Unicast-Adresse in das MAC-Adressregister programmiert.
ZE-ABGEHENDE PAKETÜBERTRAGUNG
7 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ZE-abgehende Paketübertragung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Spezielle ZE-abgehende Pakete wie BPDUs müssen fähig sein, einen gesperrten Anschluss zu überqueren. BPDUs müssen unter den Vorrichtungen, die als Bridges in einem Netz fungieren, ausgetauscht werden. Dies ist wieder selbst dann so, wenn ein bestimmter Anschluss gesperrt wurde. Daher stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Übertragen von Paketen, insbesondere BPDUs, durch gesperrte Anschlüsse bereit, ohne eine besondere Logik an jedem der Anschlüsse zu erfordern.
Von der ZE 261 erzeugten Paketen sind Steuerungsinformationen beigefügt. Die Steuerungsinformationen können Informationen über das Paket enthalten, um die Paketverarbeitung (z. B. Weiterleitung oder Übertragung) durch das Schaltelement 200 zu erleichtern. Beispielsweise kann ein Directed-Mode-Flag in den Steuerungsinformationen vorgesehen sein, um anzugeben, dass das Paket an einen spezifizierten Ausgangsanschluss zu senden ist. In diesem Fall wird die normale Paketkopf-Abgleichung und Weiterleitungs-Datenbank-Suche ausgelassen, und das Paket wird ohne Bezugnahme auf eine Weiterleitungsentscheidung von der Koppelstruktur 310 an den spezifizierten Ausgangsanschluss übertragen. Es wird verstanden, dass andere Flags und Steuerungsinformationen auch in den Steuerungsinformationen inkorporiert sein können.
Es ist zu beachten, dass für die Zwecke dieses bestimmten Beispiels angenommen wird, dass Ausgangsfilterungsentscheidungen an einer zentralisierten Stelle wie der Koppelstrktur 310 und nicht an den individuellen Ausgangsanschlüssen getroffen werden. Damit wird angenommen, dass die Ausgangsanschlüsse jegliche Pakete, die ihnen übergeben werden, übertragen.
In Schritt 710 erzeugt die ZE 261 ein Directed-Mode-Paket zur Übertragung über einen bestimmten Ausgangsanschluss. Normalerweise wird dieses Paket eine BPDU für Unterstützung eines Spanning-Tree-ähnlichen Protokolls sein. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass der Directed Mode nicht auf die Übertragung von BPDUs beschränkt ist. Anschließend empfängt in Schritt 720 die ZE-Schnittstelle 215 das Paket und die Steuerungsinformationen.
In Schritt 730 bestimmt die ZE-Schnittstellenlogik unter Bezug auf die Steuerungsinformationen, ob das Paket ein Directed-Mode-Paket ist oder ein Paket, das in der konventionellen Weise (z. B. vermittelt) weiterzuleiten ist.
Wenn festgestellt wird, dass das Paket ein Directed-Mode-Paket ist, wird das Paket an einen oder mehr Ausgangsanschlüsse, die in den Steuerungsinformationen spezifiziert wurden, übermittelt (Schritt 740). Anderenfalls fordert die ZE-Schnittstellenlogik eine Weiterleitungsentscheidung für das Paket von der Koppelstruktur 210 an und übermittelt das Paket nach dem Empfang einer derartigen Weiterleitungsentscheidung an einen oder mehr darin angegebene Ausgangsanschlüsse (Schritt 735). Unabhängig von den Routing-Mechanismen (z. B. mit dem Paket assoziierte Steuerungsinformationen oder eine Weiterleitungsentscheidung von der Koppelstruktur 310) wird das Paket in Schritt 750 von dem einen oder mehr Ausgangsanschlüssen übertragen.
SPANNING-TREE-ZUSTÄNDE
Vor der Diskussion von 8 werden die von der vorliegenden Erfindung verwendeten Spanning-Tree-Zustände kurz beschrieben. Spanning-Tree-Zustände für Anschlüsse können die folgenden enthalten: (1) nicht gesperrt, (2) nur lernen und (3) gesperrt.
Im Zustand „nicht gesperrt" oder „ungesperrt" können Eingangsanschlüsse empfangene Pakete frei an geeignete Ausgangsanschlüsse gemäß Weiterleitungsentscheidungen, die beispielsweise von der Koppelstruktur 310 empfangen wurden, weiterleiten. Weiterhin können Ausgangsanschlüsse ausgehende Pakete frei übertragen.
Im Zustand „nur lernen" können Eingangsanschlüsse Layer-2-Lernen durchführen, aber empfangene Pakete werden gefiltert. Am eingehenden Anschluss empfangene Pakete können jedoch an die ZE weitergeleitet werden. Mit der Ausnahme von Directed-Mode-Paketen (z. B. BPDUs) ist Paketübertragung über Ausgangsanschlüsse in diesem Zustand gesperrt.
Im Zustand „gesperrt" werden von Eingangsanschlüssen empfangene Pakete gefiltert und wird kein Lernen durchgeführt. Wie oben können jedoch an dem bestimmten Eingang empfangene Pakete an die ZE zur Verarbeitung weitergeleitet werden. Außerdem ist, wie oben, Paketübertragung über Ausgangsanschlüsse mit der Ausnahme von Directed-Mode-Paketen von der ZE 261 generell gesperrt.
ZUSTANDSÜBERGANG
Jetzt Bezug nehmend auf 8, wird ein beispielhaftes Verfahren des Übergangs eines Anschlusses vom gesperrten Zustand in den nicht gesperrten Zustand beschrieben. In Schritt 810 wird eine Anzeige von einem Spanning-Tree-Prozess empfangen, einen bestimmten gesperrten Anschluss zu entsperren. In Schritt 820 wird der Anschluss, anstatt ihn sofort in den nicht gesperrten Zustand zu versetzen, in einen Zwischenzustand versetzt, in dem Lernen durchgeführt werden kann, aber in dem Übertragung noch gesperrt ist. Der oben beschriebene Zustand „nur lernen" kann beispielsweise verwendet werden. Es wird verstanden, dass zusätzliche Zwischenzustände vorgesehen werden können.
In Schritt 830 wird der Anschluss für eine vorbestimmte Zeitdauer in dem Nur-Lernen-Zwischenzustand gehalten. Die vorbestimmte Zeitdauer kann unter Bezug auf Netzbedingungen wie Verkehrsmuster, Knotenverteilung usw. bestimmt werden. Durchschnittsfachleute des Fachgebiets werden in der Lage sein, geeignete Zeitbereiche für diesen Zwischenzustand unter Bezugnahme auf diese und andere Netzbedingungen zu bestimmen. Schließlich wird der Anschluss in Schritt 840 von dem Zwischenzustand in den nicht gesperrten Zustand versetzt.
In der vorstehenden Patenschrift wurde die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen davon beschrieben. Es ist jedoch offenkundig, dass verschiedene Abwandlungen und Veränderungen daran vorgenommen werden können, ohne den großen Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die Patentschrift und Zeichnungen sind daher in einem veranschaulichenden und nicht in einem einschränkenden Sinn anzusehen.

Claims

Verfahren zum Weiterleiten von Konfigurationsmitteilungen in einem Netz über einen gesperrten Anschluss, das Verfahren die folgenden Schritte umfassend: Generieren einer Konfigurationsmitteilung und eines korrespondierenden Satzes von Steuerungsinformationen durch eine Zentraleinheit (ZE), wobei der korrespondierende Satz von Steuerungsinformationen ein Directed-Mode-Flag enthält, das anzeigt, dass Paketkopfanpassung zu vermeiden ist, und anzeigt, dass die Konfigurationsmitteilung zu einem spezifizierten Ausgangsanschluss zu übertragen ist; Übertragen der Konfigurationsmitteilung und des korrespondierenden Satzes von Steuerungsinformationen durch die ZE zu einer Netzvorrichtung für Übertragung; Weiterleiten der Konfigurationsmitteilung, basierend auf dem Directed-Mode-Flag, durch eine ZE-Schnittstelle zu dem spezifizierten Ausgangsanschluss, wobei der spezifizierte Ausgangsanschluss vorher durch ein schleifenfreies Topologie-Discovery-Protokoll gesperrt wurde; und Übertragen der Konfigurationsmitteilung durch den spezifizierten Ausgangsanschluss in dem Netz.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Konfigurationsmitteilungen Bridge Protocol Data Units (BPDUs) umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Eingangsschnittstellen-Adressregister ein Medienzugriffssteuerungs-(MAC)-Adressregister umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das schleifenfreie Topologie-Discovery-Protokoll das Spanning-Tree-Protokoll umfasst.