CN1411213A - 以太网接入网虚拟局域网接入技术 - Google Patents

Abstract

本发明的以太网接入网虚拟局域网接入技术包括port端口和802.1Q协议，通过虚拟局域网标识Tag中的VLAN ID来实现VLAN的自动加入和灵活切换。本发明的实现方法是在交换设备软件的协议和功能模块内建立自适应VLAN子模块，自适应VLAN子模块又可分为以下几个子任务：中断检测任务，主处理任务，老化处理任务。实施本发明的以太网交换设备，由于采用了用Tag中的VLAN ID来进行VLAN的自动加入、删除、老化、切换等功能，较大程度地减少了普通VLAN功能所需要的网管手工配置，并且对组网的变化有较好的适应性。本发明有较强的实用性，可广泛应用于交换机通讯领域。

Description

以太网接入网虚拟局域网接入技术

技术领域

本发明涉及一种以太网接入网虚拟局域网接入技术。是用实时的软件自动配置代替繁琐的网管配置，对于组网变化有较好适应性，不需要复杂的网管配置的一种虚拟局域网接入技术。

背景技术

虚拟局域网VLAN(Vitrual Local Area Network)是近几年来在计算机和通信领域发展起来的一门新技术，在改善网络性能和可管理性方面都显示出巨大的作用和潜力。而其最具吸引力的优点是其灵活性和对广播域的有效控制，并且能够对用户组进行安全隔离。

VLAN的划分方式有多种，现在二层设备上比较常用的方法是基于port端口和802.1Q协议的混合方式。VLAN的划分和变动主要通过网管界面进行手工配置。

发明内容

本发明的目的是针对现有VLAN接入方法中VLAN的设定依靠管理员配置，并且对于组网连接变化、VLAN设置变更等情况所需维护工作量大等缺点而提出，具有VLAN自适应接入功能的交换机，可以通过识别数据包携带的802.1Q协议标识Tag中的vid(VLAN Identifier)来进行VLAN的自动加入，并且可以根据需要在不同的VLAN组中灵活切换，达到组网要求，大量减少手工配置，并且对于组网连接变化、VLAN设置变更等情况有较好的适应性。

本发明的技术方案是：以太网接入网虚拟局域网接入技术包括port端口和802.1Q协议，在以太网交换设备软件的协议和功能模块内建立自适应VLAN子模块，自适应VLAN子模块又可分为以下几个子任务：

1)  中断检测任务，

2)  主处理任务，

3)  老化处理任务。

所述的以太网接入网虚拟局域网接入技术，其中断检测任务定期查询芯片的中断寄存器，当数据包携带的Tag信息中的vid值与该端口当前的VLAN配置不匹配时，能够获取产生的中断，并根据当前VLAN配置产生不同的中断处理请求。

所述的以太网接入网虚拟局域网接入技术，其主处理任务是根据中断处理请求中的中断属性进行相应处理，如果中断属性表明不存在该vid值的VLAN，则根据中断处理请求内容创建新的VLAN，该VLAN的vid与中断处理请求内容中的vid值相同，并将该端口以Tag方式加入此VLAN；如果中断属性表明存在该vid值的VLAN，但端口不是该VLAN的成员，则将端口以Tag方式加入相应VLAN，端口用自适应方式加入VLAN(或创建VLAN)的同时，启动相应的定时器。

所述的以太网接入网虚拟局域网接入技术，其老化处理任务主要处理自适应方式加入VLAN的端口的定时器，以此方式控制自适应方式加入VLAN的端口或创建的VLAN的生存时间。定时器超时则删除自动加入的端口，如果该VLAN是自适应方式创建的，且端口是该VLAN的最后一个成员端口，则在删除该端口的同时，将该VLAN也删除。

所述的以太网接入网虚拟局域网接入技术，其中断检测任务能够通过查询获取此中断，并根据当前设置向主处理任务发出不同类型的中断处理请求，中断内容包括所收到数据包的VLAN Tag中vid的值和相应的端口号。

所述的以太网接入网虚拟局域网接入技术，是在每次查询中断后，加了一段时间的延时，目的在于控制查询中断的频率，如每隔80～120ms查询一次。

本发明的优点是：添加了自适应VLAN接入功能的交换机同不具此功能的交换机相比，具有配置简单、安全可靠等显著优点。组网中能够较大地减小网管开销和配置错误，增加了灵活性。

附图说明：

图1是交换设备系统框架的示意图；

图2是中断检测主处理任务流程图；

图3是主处理任务软件流程图；

图4是老化处理任务软件流程图；

图5是具体应用案例图。

具体实施方式：

自适应VLAN技术在现有VLAN技术的基础上实现。通过对交换机上添加此功能，则交换机能够根据端口所收到数据包的VLAN属性(VLAN Tag标签中vid的值)，灵活加入当前存在的任一VLAN中，并且可以根据需要在不同时间段加入不同的VLAN组，实现自由切换。

具体实现步骤说明如下：

图1是交换设备系统框架的示意图，整个系统分为五层模块，底层硬件包括CPU和交换芯片，第二层是嵌入式操作系统(RTOS)，提供系统软件的运行平台，第三层驱动模块，完成读写硬件芯片的寄存器、VLAN表等功能，第四层是协议和功能模块，实现交换设备所支持的协议和相关功能，第五层是界面和网管。自适应VLAN模块属于协议和功能模块的一个子模块，建立在VLAN功能模块之上。自适应VLAN功能模块内部又可分为以下几个子任务：

1)  中断检测任务，

2)  主处理任务，

3)  老化处理任务。

三个子任务在自适应VLAN功能开放时启动，一直运行到该功能关闭结束。

中断检测任务完成对芯片相应中断的检测。该任务的软件流程图如图2。当从某一端口有数据进入时，交换芯片能够检查数据包中的Tag值，并根据当前交换芯片中的VLAN过滤表进行判断，当数据包携带的Tag信息中的vid值与该端口当前的VLAN配置不匹配时，产生中断。中断检测任务能够通过查询中断寄存器获取此中断，并向主处理任务发出中断处理请求，其中包括：中断类型和中断内容。中断类型分两种：一种是当前不存在具有该vid值的VLAN，不妨设为中断类型1；另一种是当前存在该vid值的VLAN，但该端口不是其中成员，不妨设为中断类型2。中断内容包括所收到数据包的VLAN Tag中的vid值和端口号。在每次查询中断后，加了一段时间的延时，目的在于控制查询中断的频率，如每隔100ms查询一次。如所用交换芯片为Galnet2+系列(如GT48350、GT48360等)，所查询的中断寄存器为Interrupt Cause的第0位和Ingress Filter寄存器。其它主流交换芯片中亦有相应的中断寄存器。

主处理任务模块根据接收到的中断处理请求进行相应处理。流程如图3：解析中断处理请求中的中断属性，如果中断属性为第一种，即不存在该vid值的VLAN，则创建新的VLAN，并将该端口以Tag方式加入该VLAN；如果中断属性为第二种，即存在该vid值的VLAN，则将端口以Tag方式加入相应VLAN。端口用自适应方式加入VLAN(或创建VLAN)的同时，启动相应的定时器。

老化处理任务主要处理自适应方式加入VLAN的端口的定时器，流程图如图4。以此方式控制自适应方式加入VLAN的端口(或创建VLAN)的生存时间。定时器超时则删除自动加入的端口(或创建的VLAN)。如果该VLAN是自适应方式创建的，且端口是该VLAN的最后一个成员端口，则在删除该端口的同时，将该VLAN也删除。

有关界面和网管的说明：

1)设备的每个端口均可独立设置为开放或关闭自适应VLAN功能。

2)用自适应方式加入VLAN的端口(或创建的VLAN)，在网管界面上采用特殊表示方法，以区分于普通手工方式配置的VLAN及端口。

3)用自适应方式加入VLAN的端口(或创建的VLAN)，可以通过手工配置修改。也可以理解为自适应方式做为一种补充的配置方式，其优先级低于手工操作的配置。

本发明中所识别的VLAN Tag中vid范围遵循802.1Q协议规定，为1～4095。

图5是具体应用案例图，如图所示组网方式中：

a.交换机B连接用户，分别为用户2～用户q，交换机B通过端口Ba上联到交换机A的端口Ab。另有用户1通过交换机D连接到交换机A的A3端口。交换机C连接服务器组P，分别为服务器P1～服务器Pn，服务器M1也连接在交换机C上，交换机C通过端口Ca上联到交换机A的端口Ac。此外，服务器组M的成员服务器M2～服务器Mn直接连接在交换机A上。这里举的实例是实际应用中非常常见的组网情况。

b.在实际应用中，将服务器根据不同服务功能，划分不同的VLAN组。如服务器M1～服务器Mn属于同一个VLAN，vid＝100。服务器P1～服务器Pn属于同一个VLAN，vid＝300。网络中的用户可能根据需要访问不同的服务器组，如用户1、用户2需要访问服务器组M，其余用户需要访问服务器组P。

普通设置方法(即：图5中交换机均不具备自适应VLAN功能)：

网管人员根据用户需要来进行跨交换机的VLAN配置，并且每个交换机都要进行配置，具体配置方法，因交换机生产厂家和型号不同，会有差异，在此仅简单描述其配置过程：

交换机A：

配置端口Ab、Ac、Ad及服务器M2～服务器Mn所在端口在同一VLAN中，vid＝100；配置端口Ab、Ac在同一VLAN中，vid＝300。同交换机相连的端口Ab、Ac、Ad需要配置成Tag方式加入的端口，用Tag中的vid区分数据包属于哪个VLAN。

交换机B：

配置用户2所在端口B2和上联口Ba在同一VLAN中，vid＝100；配置其余用户所在端口和上联口Ba在同一VLAN中，vid＝300。其中上联端口Ba需要配置成Tag端口，用Tag中的vid区分数据属于哪个VLAN。

交换机C：

配置服务器M1所在端口Cm和上联口Ca，在同一VLAN中，vid＝100；

配置服务器P1～服务器Pn所在端口和上联口Ca，在同一VLAN中，vid＝300；其中上联端口Ca需要配置成Tag端口，用Tag中的vid区分数据属于哪个VLAN。

交换机D：

配置用户1所在端口D1和上联口Da，在同一VLAN中，vid＝100；其中上联端口Da需要配置成Tag端口，用Tag中的vid区分数据属于哪个VLAN。

当新添用户或用户移动时，如交换机B与交换机A的连接从端口Ab移动到了其它的端口，如移动到端口Aq。那么交换机A需要删掉端口Ab的VLAN配置，并且添加端口Aq相应的VLAN配置，将其加入到所要访问数据的VLAN组，以达到同样的访问不同服务器组的需求。又如交换机B的VLAN配置更改，从vid＝100改为vid＝300，那么交换机A也需要更改端口Ab的VLAN配置，从vid＝100的VLAN中删除，然后添加到vid＝300的VLAN中，才能达到通信要求。

普通方法的不便之处在于组网过程中和维护中，需要大量手工配置，并且比较繁琐。同时由于VLAN配置的复杂性增加了配置误操作的可能性。

自适应VLAN接入功能解决办法(图5中有具有自适应VLAN功能的交换机)：

不妨假设图5中所示的交换机A具备VLAN自适应接入的功能，则配置工作量明显减少，只需配置直接与用户端连接的交换机及端口的VLAN属性：

交换机B、C、D与普通设置方法相同，而交换机A只需配置连接服务器M2～服务器Mn的端口在同一VLAN，vid＝300即可；

尤其是当交换机A与交换机B、交换机C、交换机D互联的端口发生变化时，如交换机B与交换机A的连接从端口Ab移动到了其它端口，或者交换机C的VLAN配置发生变化，都不需要变更任何配置，就可正常工作。此外，当有新的交换机与交换机A连接时，也只需配置好新添加的交换机就可以正常工作，而无需更改交换机A的配置。

我们知道，通常直接连接用户的交换机及端口的VLAN配置是相对简单的，而交换机互连时，与多个交换机连接的交换机及其端口通常配置起来较复杂，并且多为一个端口属于多个VLAN和跨交换机配置VLAN的情况，也容易出错。同时如果出现移动、连接变化等情况，也需要进行手工修改配置，才能正常工作。显然，添加了自适应VLAN接入功能的交换机同不具此功能的交换机相比，具有配置简单、减少网管开销、灵活，安全可靠等显著优点。

在上述应用举例中，我们不妨以用户2访问服务器组M为例，看看自适应VLAN接入功能如何实现自动接入的，步骤如下：

1、交换机A各端口的自适应VLAN功能打开。

2、当用户2需要访问服务器组M时，交换机B的B2端口收到用户2发出的数据包，由于在交换机B上配置了端口B2、Ba同属于vid＝100的VLAN，且端口Ba是Tag端口，根据协议802.1Q的VLAN转发数据包的规则，用户2发出的数据包从端口Ba流出，并且携带有vid＝100的Tag。

3、交换机A的Ab端口接收到交换机2的端口Ba流出的携带有vid＝100的Tag的数据包，由于当前交换机A上有vid＝100的VLAN，但端口Ab.不是该VLAN的成员，交换芯片就会产生中断，自适应VLAN功能模块的中断检测子任务检测到该中断，发出中断处理请求，中断处理请求中包括了中断类型和中断内容，中断类型为2，内容包括vid值100和端口Ab的端口号。

4、交换机1的自适应VLAN功能模块的主处理任务接收到中断处理请求，根据中断类型和内容进行相应处理，中断类型为2，则自动在已有vid＝100的VLAN中以Tag方式添加端口Ab。此时交换机1中，服务器M2～服务器Mn所在端口、端口Ab都是vid＝100的VLAN的成员，从端口Ab的收到数据包根据协议802.1Q的VLAN转发数据包的规则，服务器M2～Mn可以收到。由于网络通信是数据交互，同样从服务器M2～Mn发出的数据包也能经过端口Ab、端口Ba而转发给用户2。

5、服务器M1连接在交换机C上，和上述流程类似，由于在交换机C上服务器M1所在端口Cm和端口Ca在同一vid＝100的VLAN中，且端口Ca是Tag端口，服务器M1发出的数据包，从端口Cm进入，根据协议802.1Q的VLAN转发数据包的规则，从端口Ca流出，并且携带vid＝100的Tag标识，交换机A的端口Ac收到Tag标识为vid＝100的数据包，由于在交换机A上端口Ac不是vid＝100的VLAN成员，那么端口收到数据包时，交换芯片会产生中断，同样交换机A的自适应VLAN功能模块的中断检测子任务检测到该中断，发出中断处理请求，中断处理请求中包括了中断类型和中断内容，中断类型为2，内容包括vid值100和端口Ac的端口号。交换机A的自适应VLAN功能模块的主处理任务接收到中断处理请求，根据中断类型和内容进行相应处理，中断类型为2，则自动在已有vid＝100的VLAN中添加端口Ac。这样在交换机1上端口Ac和端口Ab同属于vid＝100的VLAN，可以互通。

经过上面的步骤，现在用户2和服务器组M的每个成员同属于vid＝100的VLAN，可以达到相互通信的目的。老化处理子任务主要是定期删除自适应方式加入的VLAN成员，达到减少冗余配置的目的。

此时，如果交换机B的VLAN配置发生变化，如vid＝100改为vid＝300，交换机A也能按照上还流程相应自动更新，将交换机B与交换机互联的端口Ab从vid＝100的VLAN中删除，加入到vid＝300的VLAN中，从而实现相互通信。

上述应用举例和实现说明可以看到：自适应VLAN接入方法优点是可以用实时的软件自动配置代替繁琐的网管配置，减少了管理开销。对于组网的变化，有较好的适应性，不需要复杂的网管配置。

同802.1D和802.1Q所定义的GVRP(GARP VLAN RegistrationPotocol，其中GARP是一般属性注册协议Generic Attribute RegistrationPotocol)协议功能相比，自适应VLAN接入功能也具有明显的优势：

1.GVRP协议支持的动态VLAN技术，需要在交换设备中定期传递一种GVRP协议包文，按协议的缺省值是200cs，开放了该协议功能的每台交换设备都定期发送GVRP报文，需要占用一定的带宽，而本发明中的自适应VLAN技术不需要处理协议包文，不占用带宽资源。

2.GVRP对其它互连设备的要求较高。在组网中，只有网络上所有的设备都支持GVRP协议功能，才能实现动态组成VLAN的功能。而本发明中具有自适应VLAN功能的交换设备对其所连接的其它设备没有特殊要求。

同时该功能也可以根据需要进一步加强为对具有自适应VLAN功能的交换机端口进行分级限制，不同级别用户访问不同范围的VLAN组等。随着支持802.1Q协议的网卡的普及，该功能的灵活性更加明显，具有较大应用价值和潜力。这种接入方法在可以较大地减少网管配置开销，增加了组网的灵活性。

Claims (8)

1、一种以太网接入网虚拟局域网接入技术，包括port端口和802.1Q协议，其特征在于：以太网交换设备通过虚拟局域网标识Tag中的VLANID来实现VLAN的自动加入，并根据数据包Tag中vid的不同在VLAN中灵活切换。

2、根据权利要求1所述的以太网接入网虚拟局域网接入技术，其特征是：自适应VLAN接入方法的实现通过在软件的协议和功能模块内添加自适应VLAN子模块，自适应VLAN子模块包括三个子任务：

1)  中断检测任务，

2)  主处理任务，

3)  老化处理任务。

3、根据权利要求1或2所述的以太网接入网虚拟局域网接入技术，其特征是中断检测任务查询交换芯片相应的中断寄存器，当从某一端口进入的数据包携带的802.1Q协议标识Tag中的vid值与当前的VLAN配置不匹配时，中断检测任务能够获取中断，并根据当前配置，发出不同的中断处理请求。

4、根据权利要求1或2所述的以太网接入网虚拟局域网接入技术，其特征是主处理任务根据中断处理请求的中断属性进行相应处理，如果中断属性表明不存在该vid值的VLAN，则创建新的VLAN，所创建VLAN的vid值与中断处理请求内容中的vid值相同，并将端口以Tag方式加入该VLAN.如果中断属性表明存在该vid值的VLAN，但端口不是VLAN的成员，则将该端口以Tag方式加入相应VLAN，端口用自适应方式加入VLAN或创建VLAN的同时，启动相应的定时器。

5、根据权利要求1或2所述的以太网接入网虚拟局域网接入技术，其特征是老化处理任务处理自适应方式加入VLAN的端口的定时器，以此方式控制自适应方式加入VLAN的端口或创建的VLAN的生存时间，定时器超时则删除自动加入VLAN的端口或创建的VLAN。

6、根据权利要求1或2所述的以太网接入网虚拟局域网接入技术，其特征是中断处理请求包括中断类型和中断内容两部分，其中中断类型分两种：

1)  当前不存在该vid的VLAN，

2)  当前存在该vid的VLAN，但端口不在VLAN中，

中断内容包括所收到数据包的VLAN Tag中的vid值和对应端口号。

7、根据权利要求1或2所述的以太网接入网虚拟局域网接入技术，其特征是在每次查询中断后，加了一段时间的延时，目的在于控制查询中断的频率，延时间隔为ms级，如延时间隔80～120ms。

8、根据权利要求1或2所述的以太网接入网虚拟局域网接入技术，其特征是：每个端口均可以根据需要独立设置为开放或关闭此自适应VLAN接入功能。

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