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CN100442772C - 一种桥接转发方法 - Google Patents

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CN100442772C CNB2005101128821A CN200510112882A CN100442772C CN 100442772 C CN100442772 C CN 100442772C CN B2005101128821 A CNB2005101128821 A CN B2005101128821A CN 200510112882 A CN200510112882 A CN 200510112882A CN 100442772 C CN100442772 C CN 100442772C
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Abstract

本发明公开了一种桥接转发方法，将一个或一个以上端口和虚拟局域网VLAN构成的组合对应一个虚拟转发实例VSI，在多个{端口，VLAN}之间完成报文桥接转发、MAC地址学习以及源端口过滤。该方法包括以下步骤：从输入端口接收报文，获取该报文的输入虚拟局域网标识VLAN ID；使用输入端口和输入VLAN ID查找所述端口和VLAN与VSI的对应关系，得到对应的VSI；使用VSI和报文中的目的MAC地址查找MAC地址转发表，查找得到输出端口和输出VLAN ID，并根据所得到的输出端口和输出VLANID转发报文。根据本发明公开的方法，实现了以太网报文在多个VLAN之间的桥接转发。

Description

一种桥接转发方法
技术领域
本发明涉及交换技术领域，特别是指一种桥接转发方法。
背景技术
目前以太网桥接转发标准中规定在一个接入域内一个虚拟转发实例(VSI)对应一个虚拟局域网(VLAN)。以太网桥接转发是在一个VLAN内转发报文，如果要在不同VLAN之间转发报文，则必须使用IP路由实现转发。
图1为现有技术中在一个VLAN内桥接转发的流程图，一个VLAN内桥接转发使用目的媒体接入控制(MAC)地址和虚拟局域网标识(VLAN ID)查找MAC地址转发表得到出口信息，并根据出口信息转发报文，具体步骤如下所述：
步骤101：从输入端口接收报文，得到报文的输入VLAN ID；
步骤102：源MAC地址自学习，在该VLAN ID对应的MAC地址转发表中记录源MAC(SMAC)对应的输入端口；
步骤103：使用目的MAC(DMAC)查找该VLAN ID对应的MAC地址转发表；
步骤104：根据步骤103查找的结果，如果查找到单播转发，则执行步骤105；如果查找到多播转发，则执行步骤106；如果查找不到，则执行步骤108；
步骤105：从MAC地址转发表中查找得到输出端口，跳到步骤110；
步骤106：从MAC地址转发表中查找得到输出多播组号(MID)；
步骤107：使用MID查找多播表，得到输出端口的集合，跳到步骤110；
步骤108：确定广播转发该报文；
步骤109：得到该报文输入端口所在的VLAN对应的所有输出端口，跳到步骤110；
步骤110：判断输出端口与输入端口是否相同，如果是，则执行步骤111；否则，执行步骤112；
步骤111：丢弃该报文；
步骤112：转发报文至输出端口。
从上述桥接转发过程中，如果确定报文需要广播转发，由于一个VSI只对应一个VLAN，报文也只能在一个VLAN内进行广播转发。
目前对以太网桥接转发有以下几个标准/草案，分别介绍如下。
IEEE 802.1Q是虚拟桥接局域网的正式标准，该标准定义在一个物理桥设备上划分多个逻辑子网VLAN的方法。其中，多个指两个或两个以上。根据802.1Q标准，每个VLAN对应一个逻辑转发表。实现时，一般将一个MAC地址转发表按VLAN ID划分成多个逻辑转发表。在以太帧结构中加入4个字节，这4个字节统称为虚拟局域网标签(VLAN Tag)。在该4个字节中，用12比特表示VLAN ID。
IEEE802.1ad标准在IEEE802.1Q的基础上增加了：Q-in-Q，VLAN转换(VLAN Translation)。Q-in-Q是指运营商设备在边缘上为上述IEEE 802.1Q报文再增加一层VLAN Tag，报文本来的Tag称为CE-VLAN，运营商设备新增加的Tag称为P-VLAN。使用两层VLAN，使得用户使用的CE-VLAN与运营商使用的P-VLAN相互独立。VLAN Translation是指在网桥的一个端口上将一个VLAN ID转换成另一个VLAN ID。
draft-ietf-l2vpn-vpls-ldp-xx.txt草案规定P-VLAN与虚拟专用局域网服务(VPLS)之间的对应关系为一对一。
综上所述，现有技术存在以下缺点：
(1)在一个接入域内，VLAN与VSI是一一对应关系，不支持多个VLAN对应一个VSI的多对一的对应关系；
(2)以太网报文只能在一个VLAN内进行桥接转发，以太网桥接转发的现有技术中不支持多个VLAN间桥接转发，如果跨VLAN进行转发，必须使用IP路由；
(3)以太网报文只能桥接广播到一个VLAN，不支持桥接广播到多个VLAN。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种桥接转发方法，实现多个VLAN之间桥接转发。
为达到上述目的，本发明提供一种桥接转发方法，该方法包括：将一个或一个以上由端口和虚拟局域网VLAN构成的组合对应一个虚拟转发实例VSI，该方法包括以下步骤：
A.从输入端口接收报文，获取该报文的输入虚拟局域网标识VLAN ID；
B.使用输入端口和输入VLAN ID查找所述端口和VLAN与VSI的对应关系，确定对应的VSI；
C.使用VSI和报文中的目的媒体接入控制MAC地址查找MAC地址转发表，查找得到输出端口和输出VLAN ID，并根据所得到的输出端口和输出VLAN ID转发报文。
其中，步骤A所述获取报文的VLAN ID的步骤包括：判断报文中是否携带VLAN ID，如果是，则获取报文中的VLAN ID；否则，获取与输入端口相关的缺省VLAN ID，并在该报文中添加该VLAN ID。
其中，步骤C所述MAC地址转发表是通过学习建立，建立的步骤包括：学习报文中的源MAC地址、输入端口和输入VLAN ID，并记录到VSI对应的MAC地址转发表中。
其中，步骤C所述查找MAC地址转发表时，除使用VSI和报文中的目的MAC地址之外，进一步包括：输入VLAN ID。
其中，步骤C所述查找得到输出端口和输出VLAN ID的步骤包括：查找得到唯一的输出端口和输出VLAN ID；
步骤C所述转发报文的步骤包括：将输出VLAN ID添加到报文中，或用输出VLAN ID替换报文中输入VLAN ID之后，转发该报文至输出端口。
其中，步骤C所述查找得到输出端口和输出VLAN ID的步骤包括：如果查找MAC地址转发表的结果为输出多播组号MID，则使用MID查找多播表，得到输出端口和输出VLAN ID的集合；
步骤C所述转发报文的步骤包括：复制所得到的输出VLAN ID个数的报文，将各输出VLAN ID添加到各报文中，或用各输出VLAN ID替换各报文中的输入VLAN ID之后，转发各报文至各输出端口。
其中，步骤C所述查找得到输出端口和输出VLAN ID的步骤包括：如果在MAC地址转发表中未直接查找到对应的输出端口和输出VLAN ID，则将VSI对应的所有输出端口和输出VLAN ID作为查找得到的输出端口和输出VLAN ID；
步骤C所述转发报文的步骤包括：复制所得到的输出VLAN ID个数的报文，将各输出VLAN ID添加到各报文中，或用各输出VLAN ID替换各报文中的输入VLAN ID之后，转发各报文至各输出端口。
其中，所述转发报文至输出端口之前进一步包括：判断输出端口与输入端口是否相同，并判断输出VLAN ID和输入VLAN ID是否相同，如果上述两个判断结果都为是，则丢弃该报文；否则，转发该报文至输出端口。
其中，将从所述报文中学习到的输入VLAN ID对应成一个标签值或标签索引，然后在VSI对应的MAC地址转发表中记录输入VLAN ID对应的标签值或标签索引；
步骤C所述查找得到输出VLAN ID的步骤包括：得到标签值或标签索引，然后根据该标签值或标签索引得到对应的输出VLAN ID。
其中，所述VLAN为同一个以太网端口的一个或一个以上VLAN，或同一个以太接入网的不同端口的一个或一个以上VLAN，或一个以上以太接入网的不同端口的一个或一个以上VLAN。
其中，所述VLAN ID为一层或二层或二层以上。
本发明提供的桥接转发方法中，设置了{端口，VLAN}与VSI的对应关系，并在{端口，VLAN}之间进行桥接转发，实现了在多个VLAN之间的桥接转发，实现了多个VLAN对应一个VSI的多对一的对应关系，包括一对一的对应关系。广播报文也可以在VSI对应的所有端口和VLAN之间广播，支持了桥接广播到多个VLAN。在报文转发过程中，判断输入、输出端口与输入、输出VLAN ID是否相同，有效地进行了源端口过滤。本发明还支持多层VLAN ID之间的桥接转发。
附图说明
图1所示为现有技术中报文桥接转发流程图；
图2所示为本发明中作为实施例一的多个VLAN间桥接转发流程图；
图3所示为本发明中作为实施例二的多个VLAN间桥接转发流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面举具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。
本发明对传统的VLAN内报文转发方法进行扩展，以实现在多个VLAN间的桥接转发。本发明规定一个VSI是由若干个{端口，VLAN}组成，每个{端口，VLAN}看成一个虚端口，实现在虚端口之间完成报文桥接转发的功能。一个VSI可以由一个端口的一个或多个VLAN组成，也可以由多个端口的一个或多个VLAN组成。其中，VLAN的来源包括多种情况：来自同一个以太网端口的一个或多个VLAN；来自同一个以太接入网的不同端口的一个或多个VLAN；来自多个以太接入网的不同端口的一个或多个VLAN。
实施例1：图2为在多个VLAN间实现桥接转发的流程图，详细描述其步骤如下：
步骤201：从输入端口接收报文；
步骤202：分析报文中是否携带有VLAN ID，如果是，则获取报文中VLAN ID；否则，获取与输入端口相关的缺省的VLAN ID，并为该报文添加该VLAN ID；
步骤203：使用{输入端口，输入VLAN ID}查找映射表，确定对应的VSI，VSI用虚拟转发实例标识(VSI ID)表示，查找映射表得到的结果为对应的VSI ID，为了方便描述，定义{输入端口，输入VLAN ID}为输入虚端口；
步骤204：源MAC自学习，在VSI对应的MAC地址转发表中记录SMAC对应的输入端口和输入VLAN ID；
步骤205：从报文中获取DMAC，并使用{VSI ID，DMAC}查找MAC地址转发表，或者，从报文中获取DMAC和输入VLAN ID，并使用{VSI ID，DMAC，输入VLAN ID}查找MAC地址转发表；
步骤206：根据步骤205查找的结果，如果查找结果为单播转发，则执行步骤207；如果查找结果为多播转发，则执行步骤209；如果查找不到，则执行步骤213；
步骤207：从MAC地址转发表中查找得到{输出端口，输出VLAN ID}，为了方便描述，将{输出端口，输出VLAN ID}定义为输出虚端口；
步骤208：用输出VLAN ID替换报文中输入VLAN ID，跳到步骤217；
步骤209：从MAC地址转发表中查找得到输出多播组号MID；
步骤210：使用MID查找多播表，得到输出虚端口的集合，即{输出端口i，输出VLAN IDi}，其中i＝1...n，i为输出虚端口的序号，n为查找多播表得到的输出虚端口的总数；
步骤211：接收的报文复制n份；
步骤212：用输出VLAN IDi替换对应报文中输入VLAN ID，跳到步骤217；
步骤213：从MAC地址转发表中查找不到，则确定该报文需要广播；
步骤214：得到VSI对应的所有输出虚端口，即{输出端口j，输出VLANIDj}，其中j＝1...m，j为输出虚端口的序号，m为广播输出虚端口的总数；
步骤215：接收的报文复制m份；
步骤216：用输出VLAN IDj替换对应报文中输入VLAN ID，跳到步骤217；
步骤217：判断输出虚端口与输入虚端口是否完全相同，即判断输出端口与输入端口是否相同，并判断输出VLAN ID和输入VLAN ID是否相同，如果输出端口与输入端口相同，且输出VLAN ID与输入VLAN ID相同，则执行步骤218；如果输出端口与输入端口相同而输出VLAN ID与输入VLANID不同，或者输出VLAN ID与输入VLAN ID相同而输出端口与输入端口不同，则执行步骤219；
步骤218：丢弃该报文；
步骤219：转发该报文至输出端口。
上述方法中，步骤208、步骤212、步骤216中，用输出VLAN ID替换报文中VLAN ID。如果与IEEE 802.1ad协议中所述Q-in-Q业务配合使用，则保留原来的VLAN ID，而添加一层新的输出VLAN ID，即再加入4个字节，在该4个字节中用12比特表示该输出VLAN ID。
上述方法中，源端口抑制的步骤可以在得到输出虚端口后和替换VLANID之前进行。例如在单播转发情况下，步骤207中得到输出虚端口之后，就可以判断输出虚端口与输入虚端口是否完全相同，如果完全相同，则丢弃报文，结束流程；如果不完全相同，则执行步骤208所述的用输出VLAN ID替换报文中VLAN ID。
步骤203中所述映射表是为了规定多个虚端口的集合与VSI的对应关系而建立的，映射表中表项的形式为{端口，VLAN ID，VSI ID}，查找映射表时查找关键字为{端口，VLAN ID}，查找结果为与该虚端口对应的VSI ID。
如步骤204所述，MAC地址转发表是通过学习而建立的，在交换机内部可以建立一个MAC地址转发表，该MAC地址转发表中记录多个VSI中所学习到的内容，对应每一个VSI的部分用VSI ID区分；也可以建立多个MAC地址转发表，每个MAC地址转发表对应一个VSI。进行源MAC学习时，学习报文的输入端口和输入VLAN ID，并将学习信息写入到VSI对应的MAC地址转发表中。在MAC地址转发表中表项的形式为{VSI ID，MAC地址，端口，VLAN ID}，查找MAC地址转发表时查找关键字为{VSI ID，DMAC}或{VSI ID，DMAC，输入VLAN ID}，查找结果为对应的{输出端口，输出VLAN ID}。
在MAC地址转发表中，VLAN ID可以通过标签值或标签索引的形式间接地记录或查找，其中，存在VLAN ID与标签值或标签索引的对应关系。例如，将学习到的VLAN ID根据对应关系转换成一个标签值或标签索引，然后将该标签值或标签索引记录到MAC地址转发表中对应表项中。利用查找关键字查找输出虚端口时，如果输出VLAN ID用标签值或标签索引表示，则根据对应关系得到输出VLAN ID。
步骤210所述多播表是在交换机内部通过协议而软件建立的，多播表中表项的形式为{MID，输出端口，输出VLAN ID}，查找多播表时查找关键字为MID，查找结果为与该MID对应的所有{输出端口，输出VLAN ID}的集合。
步骤214所述得到VSI对应的所有输出虚端口是通过查找广播表得到的，广播表也是在交换机内部通过协议而软件建立的，广播表中表项的形式为{VSI ID，输出端口，输出VLAN ID}，查找广播表时查找关键字为VSI ID，查找结果为与该VSI ID对应的所有{输出端口，输出VLAN ID}的集合。
实施例2：实施例1中描述了输入VLAN ID为一个的桥接转发。但是，在有些应用环境中，输入VLAN ID和输出VLAN ID不只一层，有两层或两层以上。例如，根据IEEE 802.1ad标准的应用中，报文中携带有2层VLANID，在这种应用环境下，输入VLAN ID为2层，输出VLAN ID也可能需要2层。实施例2中，将若干{输入端口，输入外层VLAN，输入内层VLAN}绑定到一个VSI。下面结合图3详细介绍输入VLAN ID和输出VLAN ID都为2层的情况下的桥接转发的步骤。
步骤301：从输入端口接收报文；
步骤302：分析报文中是否携带有VLAN ID，如果是，则获取报文中VLAN ID，分别为外层VLAN ID和内层VLAN ID；否则，获取与输入端口相关的缺省的外层VLAN ID和内层VLAN ID，并为该报文添加外层VLANID和内层VLAN ID；
步骤303：使用输入虚端口，即使用{输入端口，输入外层VLAN ID，输入内层VLAN ID}查找映射表，确定对应的VSI ID；
步骤304：源MAC自学习，在VSI对应的MAC地址转发表中记录SMAC对应的输入端口、输入外层VLAN ID以及输入内层VLAN ID；
步骤305：从报文中获取DMAC，并使用{VSI ID，DMAC}查找MAC地址转发表，或者，从报文中获取DMAC、输入外层VLAN ID以及输入内层VLAN ID，并使用{VSI ID，DMAC，输入外层VLAN ID，输入内层VLANID}查找MAC地址转发表；
步骤306：根据步骤305查找的结果，如果查找结果为单播转发，则执行步骤307；如果查找结果为多播转发，则执行步骤309；如果查找不到，则执行步骤313；
步骤307：从MAC地址转发表中查找得到输出虚端口，即{输出端口，输出外层VLAN ID，输出内层VLAN ID}；
步骤308：用输出外层VLAN ID替换报文中输入外层VLAN ID，用输出内层VLAN ID替换报文中输入内层VLAN ID，跳到步骤317；
步骤309：从MAC地址转发表中查找得到输出多播组号MID；
步骤310：使用MID查找多播表，得到输出虚端口的集合，即{输出端口i，输出外层VLAN IDi，输出内层VLAN IDi}，其中i＝1...n，i为输出虚端口的序号，n为查找多播表得到的输出虚端口的总数；
步骤311：接收的报文复制n份；
步骤312：用输出外层VLAN IDi替换对应报文中输入外层VLAN ID，用输出内层VLAN IDi替换对应报文中输入内层VLAN ID，跳到步骤317；
步骤313：从MAC地址转发表中查找不到，则确定该报文需要广播；
步骤314：得到VSI对应的所有输出虚端口，即{输出端口j，输出外层VLAN IDj，输出内层VLAN IDj}，其中j＝1...m，j为输出虚端口的序号，m为广播输出虚端口的总数；
步骤315：接收的报文复制m份；
步骤316：用输出外层VLAN IDj替换对应报文中输入外层VLAN ID，用输出内层VLAN IDj替换对应报文中输入内层VLAN ID，跳到步骤317；
步骤317：判断输出虚端口与输入虚端口是否完全相同，即判断输出端口与输入端口是否相同，并判断输出外层VLAN ID和输入外层VLAN ID是否相同，并判断输出内层VLAN ID和输入内层VLAN ID是否相同，如果上述三者判断结果都相同，则执行步骤318；如果上述三者判断结果不都相同，则执行步骤319；
步骤318：丢弃该报文；
步骤319：转发该报文至输出端口。
综上所述，本发明将多个{端口，VLAN}组成一个集合，使得该集合属于一个VSI，以太网报文在同一个VSI的各{端口，VLAN}间相互转发，实现了多个VLAN间的桥接转发。桥接转发的总体思路是：从输入端口接收报文之后，获取报文中的VLAN ID；然后使用{输入端口，输入VLAN ID}查找上述{端口，VLAN}与VSI的对应关系，确定对应的VSI；使用{VSI，目的MAC}查找MAC地址转发表得到{输出端口，输出VLAN ID}，并根据所得到的{输出端口，输出VLAN ID}转发报文。其中，VLAN可以为一个，也可以为两个或多个VLAN的组合。例如，将若干{端口，外层VLAN，内层VLAN}和{端口，VLAN}绑定到一个VSI。
从输入报文中可以得到一层VLAN ID或二层VLAN ID或更多VLANID。
如果是1层VLAN ID，则使用{输入端口，输入VLAN ID}查表得到VSI；如果是2层VLAN ID，则使用{输入端口，输入外层VLAN ID，输入内层VLAN ID}查表得到VSI。
源MAC自学习过程中，将从报文中获取的VLAN ID依次记录在MAC地址转发表中。在转发过程中查找MAC地址转发表时，得出的输出VLANID可能为一层VLAN ID，也可能为两层或更多层，这与MAC地址学习过程中所记录的VLAN ID有关。
在报文转发时，用对应层的输出VLAN ID替换对应层的输入VLAN ID，或者是添加输出VLAN ID之后，转发至输出端口。
在进行源端口过滤时，比较输出端口与输入端口，并且比较对应层的输出VLAN ID和输入VLAN ID，根据上述比较结果，如果比较结果完全相同，则丢弃报文，否则转发报文。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1、一种桥接转发方法，其特征在于，将一个或一个以上由端口和虚拟局域网VLAN构成的组合对应一个虚拟转发实例VSI，该方法包括以下步骤：
A.从输入端口接收报文，获取该报文的输入虚拟局域网标识VLAN ID；
B.使用输入端口和输入VLAN ID查找所述端口和VLAN与VSI的对应关系，确定对应的VSI；
C.使用VSI和报文中的目的媒体接入控制MAC地址查找MAC地址转发表，查找得到输出端口和输出VLAN ID，并根据所得到的输出端口和输出VLAN ID转发报文。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A所述获取报文的VLANID的步骤包括：判断报文中是否携带VLAN ID，如果是，则获取报文中的VLANID；否则，获取与输入端口相关的缺省VLAN ID，并在该报文中添加该VLANID。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C所述MAC地址转发表是通过学习建立，建立的步骤包括：学习报文中的源MAC地址、输入端口和输入VLAN ID，并记录到VSI对应的MAC地址转发表中。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C所述查找MAC地址转发表时，除使用VSI和报文中的目的MAC地址之外，进一步包括：输入VLANID。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
步骤C所述查找得到输出端口和输出VLAN ID的步骤包括：查找得到唯一的输出端口和输出VLAN ID；
步骤C所述转发报文的步骤包括：将输出VLAN ID添加到报文中，或用输出VLAN ID替换报文中输入VLAN ID之后，转发该报文至输出端口。
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
步骤C所述查找得到输出端口和输出VLAN ID的步骤包括：如果查找MAC地址转发表的结果为输出多播组号MID，则使用MID查找多播表，得到输出端口和输出VLAN ID的集合；
步骤C所述转发报文的步骤包括：复制所得到的输出VLAN ID个数的报文，将各输出VLAN ID添加到各报文中，或用各输出VLAN ID替换各报文中的输入VLAN ID之后，转发各报文至各输出端口。
7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
步骤C所述查找得到输出端口和输出VLAN ID的步骤包括：如果在MAC地址转发表中未直接查找到对应的输出端口和输出VLAN ID，则将VSI对应的所有输出端口和输出VLAN ID作为查找得到的输出端口和输出VLAN ID；
步骤C所述转发报文的步骤包括：复制所得到的输出VLAN ID个数的报文，将各输出VLAN ID添加到各报文中，或用各输出VLAN ID替换各报文中的输入VLAN ID之后，转发各报文至各输出端口。
8、根据权利要求5、6或7所述的方法，其特征在于，所述转发报文至输出端口之前进一步包括：判断输出端口与输入端口是否相同，并判断输出VLANID和输入VLAN ID是否相同，如果上述两个判断结果都为是，则丢弃该报文；否则，转发该报文至输出端口。
9、根据权利要求5、6或7所述的方法，其特征在于，
将从所述报文中学习到的输入VLAN ID对应成一个标签值或标签索引，然后在VSI对应的MAC地址转发表中记录输入VLAN ID对应的标签值或标签索引；
步骤C所述查找得到输出VLAN ID的步骤包括：得到标签值或标签索引，然后根据该标签值或标签索引得到对应的输出VLAN ID。
10、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述VLAN为同一个以太网端口的一个或一个以上VLAN，或同一个以太接入网的不同端口的一个或一个以上VLAN，或一个以上以太接入网的不同端口的一个或一个以上VLAN。
11、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述VLAN ID为一层或二层或二层以上。
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