CN102845047A - 在路由式以太网网络中的分布式故障恢复 - Google Patents

Abstract

从限定的值范围中选择的链路标识符（诸如VID）由在链路状态协议控制的以太网网络上的每个节点本地分配给它的每个链路或者相邻体。链路标识符由节点分配，使得在节点处的每个链路或者相邻体由不同链路标识符唯一地标识。链路状态协议相邻体通知机制或者其他泛洪机制用来向在链路状态协议控制的以太网网络上的其他节点散播本地分配的链路标识符。链路标识符由节点添加到它们的拓扑数据库以使迂回路能够以分布式方式由网络上的节点本地计算。在出现故障时，链路标识符用来业务进行源路由绕过故障，使得业务可以继续穿越链路状态协议控制的以太网网络。

Description

在路由式以太网网络中的分布式故障恢复

相关申请的交叉引用

本申请要求对2010年3月26日提交的、标题为Source Routed VID Tunnels for Ethernet Packet Steering的美国临时专利申请号61/318,123的优先权，通过引用将其内容结合于此。

技术领域

本发明涉及路由式以太网网络并且更具体地涉及在路由式以太网网络中的分布式迂回（detour）创建。

背景技术

数据通信网络可以包括相互耦合并且配置成相互传递数据的各种计算机、服务器、节点、路由器、交换机、桥接器、集线器、代理和其他网络设备。这些设备将在这里称为“网元”。通过在互连网元的通信链路上传递协议数据单元来经过数据通信网络传送数据。可以将数据组织成离散片用于在通信网络上传输，使得多个数据流可以共享通信网络的资源。分割数据的常见方式包括创建可以跨越通信网络个别转发的因特网协议（IP）分组或者以太网帧。特定协议数据单元可以由多个网元处理并且在它通过网络在它的源与它的目的地之间传播时跨越多个通信链路。

在通信网络上的各种网元使用这里称为协议的预定义规则集相互通信。不同协议用来支配通信的不同方面，诸如应当如何形成信号用于在网元之间传输、协议数据单元应当看来如同什么的各种方面、协议数据单元应当如何由网元处置或者经过网络路由以及网元应当如何在相互之间交换信息以使它们能够在网络上互操作。

以太网是已经由电气和电子工程师协会（IEEE）定义为指定物理层的标准802.3和指定网络层的802.1的公知联网协议。本申请关注于网络层方面，并且如这里所用，术语“以太网网络”指代如下网络，该网络实施802.1协议族（例如包括802.1、802.1Q、802.1ad、802.1ah、802.1Qay或者802.1aq）中的一个或者多个协议。802.1协议族一般指定以太网报头应用于分组，使得在网络上的节点可以朝着分组的预计目的地转发分组。根据在网络上使用的特定协议，这一以太网报头可以包括源MAC地址、目的地MAC地址、一个或者多个虚拟局域网标识符（VID）并且可选地包括其他字段。也可以包括多个报头，例如可以使用客户端MAC寻址空间来应用第一报头并且可以使用网络服务提供商MAC寻址空间来包括第二外报头。

在以太网网络架构中，连接到网络的设备竞争在任何给定时间使用共享***径的能力。当多个桥接器或者节点用来互连网络段时，经常存在通向相同目的地的多个潜在路径。这一架构的益处是它提供在桥接器之间的路径冗余性并且允许以附加链路的形式向网络添加容量。然而为了防止形成回路，生成树一般用来限制在网络上广播或者泛洪（flood）业务的方式。生成树的特性是在网络中的任何一对目的地之间仅有一个路径，并且因此有可能通过观看分组来自何处来“学***面中使用一个或者多个生成树实例以确定哪些链路应当活跃并且应当阻挡哪些链路以防止形成回路。

为了克服在实施生成树的以太网网络中固有的限制中的一些限制，已经开发了IEEE 802.1aq，其使网络上的节点能够实施链路状态路由协议以控制以太网帧在网络上的转发。链路状态路由协议的两个示例包括开放最短路径优先（OSPF）和中间***到中间***（IS-IS）。如这里所用，术语“链路状态协议控制的以太网网络”将指代802.1以太网网络，该网络使用链路状态路由协议控制由节点用来在网络上转发数据业务的转发状态的安装。

当链路状态协议用来控制以太网网络而不是通过使用与透明桥接组合的生成树协议（STP）算法在每个节点处利用学习的网络视图时，形成网络的桥接器交换链路状态通报以使每个节点具有网络拓扑的同步视图。这是经由链路状态路由***的良好理解的机制实现的。网络中的桥接器具有网络拓扑的同步视图、具有对必需单播和多播连通性的知识、可以计算在网络中的任何一对桥接器之间的最短路径连通性并且个别地可以根据网络的计算视图填充它们的转发信息库（FIB）。

当所有节点已经计算它们在同步视图中的作用并且填充了它们的FIB时，网络将具有从如下对等桥接器的集合到任何给定桥接器的无回路单播树（那些桥接器出于无论任何原因而需要向该桥接器的通信）；以及在任何给定桥接器处托管的每个服务实例的从任何给定桥接器到对等桥接器的相同集合或者子集的全等（congruent）和无回路点到多点（p2mp）多播树两者。结果是在给定桥接器对之间的路径不限于使用生成树上的链路，并且总结果可以更好地利用网格中互连的节点集合的连通性广度。实质上，每个桥接器为一个或者多个如下树的根，该树限定向该桥接器的单播连通性和从该桥接器的多播连通性。

在以太网网络中，如同其他网络一样，故障处理对于保证网络的持续可用性而言是重要的。通常，网络以让网络在50毫秒内从故障中恢复为目标。也从实施观点来看，理想地希望实施故障恢复而无需用在网络上用信号发送的附加隧道并且无需附加封装。例如在MPLS网络中，已经开发快速重新路由，该快速重新路由允许业务在故障出现时被置于经过网络的替代路径上。然而快速重新路由解决方案需要信令、要求MPLS网络上的节点维持隧道的状态并且需要用于甚至两个跳跃的重新路由隧道的封装。另外，MPLS重新路由不适用于以太网，因为它需要以太网不固有的IP寻址。因而将希望提供一种用于在路由式以太网网络中实施分布式故障恢复的方法和装置。

发明内容

这里提供以下发明内容和说明书摘要以介绍在下文详细描述中讨论的一些概念。发明内容和说明书摘要章节并不全面并且不旨在于限制由以下所附权利要求书阐述的可保护主题内容的范围。

链路标识符由在链路状态协议控制的以太网网络上的每个节点本地分配给它的每个链路或者相邻体（adjacency）。链路标识符可以是虚拟局域网标识符（VID）并且由节点分配成使得在节点处的每个链路或者相邻体由不同链路标识符唯一标识的。指定的链路标识符范围用来使网络上的节点能够区分与本地分配的链路标识符关联的业务与网络上的其他业务。

链路状态协议相邻体通知机制或者其他泛洪机制用来向在链路状态协议控制的以太网网络上的其他节点散播本地分配的链路标识符。链路标识符由节点添加到它们的拓扑数据库以使迂回路能够以分布式方式由网络上的节点本地计算。在出现故障时，链路标识符用来对业务路由绕过故障，使得业务可以继续穿越链路状态协议控制的以太网网络。在一个实施例中，有序的链路标识符列表可以用作源路由。在另一实施例中，在出现故障时，故障上游的节点将计算绕过故障的迂回路由并且包括在下游节点处的链路标识符，下游节点已经向输出链路分配该链路标识符，该输出链路将使业务能够传输到原始数据路径上的节点以允许业务转向绕过故障并且重新加入经过网络的原始数据路径。当节点接收包含链路标识符（例如VID）的帧时，该帧具有在为本地分配的链路标识符保留的值范围内的值，它将处理帧以使帧在由链路标识符本地标识的输出链路上传递。如果节点接收如下帧，该帧包含保留范围内的与向在节点处的输入链路分配的链路标识符匹配的链路标识符，则节点将把这解释为它是迂回的终结点的指示并且将用应用VID替换链路标识符并且使用正常最短路径转发来转发帧。

附图说明

在所附权利要求书中具体指出本发明的方面。在相似标号指示相似元素的以下附图中通过示例图示本发明。以下附图仅出于示例的目的而公开本发明的各种实施例并且未旨在于限制本发明的范围。为了清楚的目的，在每幅图中可以不标注每个部件。在图中：

图1是示例以太网网络的功能框图；

图2是示出了在图1的示例网络中出现故障时的业务重新路由的功能框图；

图3是示出了在节点之间散播链路状态通报的示例链路状态路由式以太网网络的一部分的功能框图；

图4是示出了散播VID分配以及在节点之间链路状态通报的图3的网络的部分的功能框图；

图5是示出了每个链路或者每个相邻体的VID分配的示例链路状态路由式以太网网络的一部分的功能框图；

图6是图示了使用VID分配以在图5的网络中实施源路由的功能框图；

图7是图示了使用VID分配以规避图5的网络上的故障的功能框图；

图8是与图7相似的功能框图并且提供使用VID分配以规避网络上的故障的附加细节；

图9是与图7相似的功能框图并且提供与等价多路径（ECMP）结合使用VID分配以规避网络上的故障的附加细节；

图10-13是可以实施用于使VID分配能够用来规避网络上的故障的过程的流程图；并且

图14是可以在图1-9中所示链路状态路由式以太网网络之一上使用的示例以太网节点的功能框图。

具体实施方式

图1示出了包括节点12（标注为A至K）的示例以太网网络10。节点12通过链路14互连。在网络上的节点实施链路状态路由协议，诸如中间***到中间***（IS-IS）或者其他链路状态路由协议，以交换相邻体信息。当在网络上的节点学习关于它们的邻近节点的相邻体信息时，节点将生成和泛洪链路状态通报（LSA）。节点使用来自LSA的关于网络拓扑的信息以构建可以用来计算经过网络的最短路径和其他路由的链路状态数据库。

在图1中所示示例通信网络中，节点A互连网络10与客户端网络16。在客户端网络上的以太网业务将具有净荷29和客户端（C）报头20，该报头包括客户端目的地MAC地址（C-DA）22、源MAC地址（C-SA）24和至少一个虚拟局域网ID（VID）。在图1中所示示例中，客户端报头包括如IEEE 802.1ad提供的S-VID 26和C-VID 28。替代地，根据在客户端网络16上使用的802.1协议指定的特定以太网帧格式，客户端报头仅可以包括如在802.1Q中提供的C-VID或者可以不包括VLAN ID。

当向提供商网络传递客户端帧时，接入节点A将用提供商报头30封装客户端业务。这允许节点（节点B-K）基于以提供商为基础的MAC地址空间实施转发而不是要求节点基于客户端MAC地址空间执行转发。

在图1中所示示例中，提供商报头30包括提供商（B）目的地MAC地址（B-DA）32、提供商源MAC地址（B-SA）34、提供商VLAN ID（B-VID）36和服务标识符（ISID）38。在IEEE 802.1ah中指定这一性质的封装。在IEEE 802.1aq中指定使用链路状态协议控制业务在以太网网络上的转发。也可以根据特定实施而应用物理（IEEE 802.3）以太网报头40。

无论链路状态路由协议何时用来控制业务在以太网网络上的转发，都可以在以许多太网网络形式中利用本发明的实施例。因此，如果以这一方式组织客户端网络，则可以在客户端网络内利用本发明的如下实施例，该实施例如下文更详细讨论的那样使用C-VID或者S-VID值以分布式方式创建迂回。同样，当使用链路状态路由协议来实施提供商网络时，可以在提供商网络中利用本发明的如下实施例，该实施例如下文更详细讨论的那样使用B-VID或者ISID值以分布式方式创建迂回。然而一般不与在网络上做出转发决定结合使用ISID值，因而VID字段优选地用来实施这里更详细描述的分布式迂回的创建。

在图1中，黑线18示出了从节点A到节点E的最短路径。最短路径在这一示例中包括节点A、F、G、H和E。如果在节点A与E之间的路径上（诸如在节点F与G之间的链路上）有故障，则将希望使与故障相邻的节点能够执行本地故障保护以使业务能够被路由绕过故障。让故障本地的节点使用节点中包含的信息实现以分布式方式实施迂回创建，因为无需集中确定迂回和用信令通知迂回。例如，如图2中所示，节点F可以使业务转向节点C，节点C然后将向节点H转发业务以继续向节点E转发。理想地，应当完成使业务转向绕过故障而不用信令通知替代路由或者节点之间的协调。

根据本发明的一个实施例，在网络上的节点向它们的链路或者向网络上的相邻体分配链路标识符。可以使用从保留的VID值范围中选择的VLAN ID（VID）（诸如C-VID 28、S-VID 26或者B-VID 36）来实施链路标识符。替代地，特定B-VID可以用于本地重新路由，并且可以向网络上的链路分配ISID值。术语“链路标识符”将在这里用来指代网络上的节点向连接到该节点或者连接到该节点的相邻体的链路分配的的值。每个节点将向它的每个链路分配不同链路标识符，使得在链路标识符与在节点处的链路之间或者在链路标识符与在节点处的相邻体之间有一一对应关系。链路标识符不是全局唯一的（即在网络内不唯一），因为在网络上的多个节点将每个从保留的链路标识符的范围内向它的链路分配链路标识符。

使用链路状态路由协议（例如IS-IS）链路状态通报向网络上的其他节点传送分配的链路标识符。使用链路状态路由协议使节点能够将链路标识符分配信息连同相邻体信息一起传送，使得在网络上的邻近节点可以在它们的拓扑数据库中包括链路分配信息。

图3示出了包括四个节点A-D的以太网网络的小部分。图3也示出了如何在链路状态路由协议（诸如IS-IS）中使用正常链路状态通报。具体而言，IS-IS指定节点应当监听以检测邻近节点。当节点具有在链路上可见的邻近节点时，认为它具有与该节点的“相邻体”。在网络上的每个节点除了监听它的链路上的相邻体之外还将使用将向网络上的所有节点泛洪的链路状态通报传输它的相邻体的列表。

例如，如图3中所示，在网络上的每个节点将生成和传输链路状态通报31以向网络上的其他节点告知它能够看见什么节点。在图3中，节点A将传输链路状态通报31，该通报31指示它可以看见节点B和D并且因此具有与节点B和D的相邻体。将通过在通向网络上的所有其他节点的所有活跃链路上传输该LSA {我看见：B，D}来在网络上泛洪LSA。因此这一LSA将由节点B和D接收并且由这些节点中的一个或者两个节点朝着节点C继续转发。类似地，如图3中所示，节点D将生成和传输LSA，该LSA指定它可以看见节点A和C。同样，节点C将传输LSA {我看见：D，B}，因为节点C连接到节点B和D。节点B将生成与节点D相似的LSA。链路状态通报泛洪在本领域中众所周知并且被理解。

图4示出了如下实施例，在该实施例中，修改节点传输的LSA以包括链路标识符，诸如VLAN ID，这些链路标识符已经由节点分配给相邻体或者邻近节点在其上可见的链路。在下文描述中，将描述如下实施例，在该实施例中，链路标识符是VID。如上文所言，也可以使用其他类型的链路标识符。

在一个实施例中，节点向它们的相邻体（或者链路）分配的VID都是从相对小的VID编号范围中选择的。例如，在全网格通信网络中，将预期给定节点将连接到至多30个其他节点的级别。在其他网络（诸如IEEE 802.1aq）中，节点可以连接到上至64个邻居。因此，VID范围应当至少大到足以容纳给定节点为最大数量的预期相邻体唯一分配的每个邻居一个VID。当等价多路径是问题时，应当增加范围内的VID的数量以使不同VID能够分配给不同路径。因此，上至128个VID级别     的VID集合可以被留出并且由节点用来指明网络上的链路（或者相邻体）。由于每个节点将从这一范围中向它的相邻体/链路分配VID，所以将预期向相邻体/链路分配的VID将在网络上不唯一。

回顾图4，节点A已经向将节点A连接到节点B的链路分配VID #36。替代地，节点A可以视为向它与节点B的相邻体分配VID #36。同样，节点A已经向连接节点A和节点D的链路（或者向它与节点D的相邻体）分配VID #22。因此，代替传输如上文结合图3中描述的LSA {我看见：B，D}，节点A将传输LSA 41，该LSA 41包括向链路（它可以到达这些链路上的节点）分配的VID以及节点ID。因此，如图4中所示，节点A将传输LSA {我看见：B #36，D #22}。每个其他节点也将从指定的VID范围中分配VID，使得在图4中，节点B将传输LSA {我看见：A #1，C #9}；节点C将传输LSA {我看见：D #28，B #22}；并且节点D将传输LSA {我看见：A #41，C #18}。注意每个节点已经向它的每个链路或者相邻体分配唯一VID，使得具体链路标识符唯一地标识该节点上的链路/相邻体。然而，由于网络上的所有节点使用相同的小链路标识符范围来分配链路标识符，所以可能的是不同节点将使用相同链路标识符。例如在图4中，节点A和C两者都使用链路标识符#22以标识在那些节点处的特定链路/相邻体。因此，不要求链路标识符在网络上是全局唯一的。也未在网络上的节点之间协调节点对VID的分配，因为每个节点分配VID而未考虑哪些VID已经由网络上的其他节点分配给链路/相邻体。

在接收LSA时，每个节点将把VID信息连同相邻体信息一起包括在它们的链路状态数据库中。因而，一旦每个节点已经向它的每个链路（或者相邻体）分配VID并且在网络上通报链路标识符分配，每个节点就将在它的链路状态数据库中具有信息，它可以使用该数据库以计算经过网络的业务工程路径（traffic engineered path）。业务工程路径可以是一个跳跃的路径以实现计算本地迂回以回避网络上的故障或者可以是更长路径以通过指定将用来在经过网络的每个跳跃处转发业务的一系列链路标识符来实现经过网络对业务进行源路由。

图5和图6示出了示例网络，在该网络中，每个节点已经向它的每个链路或者相邻体分配了VID并且经由LSA在网络上通报分配的值。如果节点A想要向节点C传输业务，则它可以使用正常最短路径转发或者替代地可以指定由网络上的节点通报的VID形成的源路由。

例如，如图6中所示，节点A可以包括有序VID列表，其中每个VID与在网络上的特定节点处的预计输出链路对应。为了使业务遵循黑箭头指示的路径，使得业务从节点A→节点B→节点E→节点D→节点B→节点C行进并且从节点C沿着黑箭头指示的链路出去，可以使用基于VID的源路由{#2，#3，#2，#2，#1，#1}。具体而言，节点A已经向从节点A向节点B延伸的链路本地分配VID #2。因此，在源路由中的第一条目是#2。类似地，节点B已经向从节点B向节点E延伸的链路分配VID #3。在每个节点读取源路由时，它将确定在源路由的头部的VID并且使用该VID标识输出链路。因此，当节点A接收具有源路由{#2，#3，#2，#2，#1，#1}的帧时，它将使用列表中的第一条目“#2”并且使用该VID向节点B标识输出链路。因此，节点A将向节点B转发帧。在读取源路由中的第一条目时，节点A将去除第一条目，使得后续节点将能够读取新的第一条目并且使用该新的第一条目以做出用于帧的转发决定。如图6中所示，在节点A的入口处的源路由包括六个值。当节点A读取第一个值“#2”时，它将从源路由表去除该值，使得向节点B传递的源路由仅包括5个VID值。节点B将从源路由读取初始VID值、去除该值并且将帧转发出指定的VID值标识的链路。如图6中所示，清楚的是源路由随着节点使用来自源路由的VID在网络上转发业务而在大小上缩减。通过选择适当源路由，使用存储于链路状态数据库中的VID信息，节点能够经过网络对业务进行源路由。

图7和图8示出了VID信息可以如何用来在链路状态协议控制的以太网网络内实施本地迂回的示例。具体而言，在图7和图8中所示示例网络中，将再次假设每个节点已经使用链路状态通报来通报它们的VID/链路或者VID/相邻体分配，使得每个节点具有包含VID分配信息以及正常节点相邻体信息的链路状态数据库。在出现故障时，如图7中所示，与故障相邻的节点将使用这一VID分配信息以如图7-8中所示实施绕过故障的本地迂回。具体而言，故障上游的节点将传输业务，该业务能够绕过故障转发业务。然而在这样做之前，节点将***在下一跳节点处的输出链路的链路ID，使得下一跳节点知道向何处转发业务以使它向原始路径返回。

图8示出了在网络上的节点可以如何使用本地分配和通报的VID以实施绕过网络上的故障的迂回。具体而言，在图8中，起初当从节点A向节点B传输帧时，帧将具有报头，该报头包括目的地MAC地址（DA）、源MAC地址（SA）和应用VLAN ID（App VID）。在802.1ah报头的B-VID字段中携带应用特定VID。也可以使用MAC报头的其他字段，例如根据在网络上使用的802.1以太网版本可以使用C-VID、S-VID或者其他VID字段。

在节点B检测到故障时，节点B将用本地分配的VID之一替换应用VID以向网络上的后续节点指示帧在本地迂回上。由于本地分配的VID都是从设置的VID范围中分配的，所以如上文所言，无论在网络上的节点何时接收具有在这一范围内包含的B-VID值的帧，节点都将知道帧在经过网络的迂回路由上。这向节点指示节点不应使用最短路径转发来转发帧而是应当查看B-VID值以确定如何转发帧。

当节点B检测到故障时，它将确定绕过故障的路由。在图8中，有绕过故障的两个替代路由：第一个经由节点C并且第二个经由节点D。起初，将假设节点B在故障出现时选择经由节点C的路由以实施恢复。

因此，节点B将从链路状态数据库中确定退出链路，节点C将需要使用该链路以使帧传输回到经由节点D的正常路径上。由于节点C已经通报它使用VID #2以向节点B标识链路（或者标识它与节点D的相邻体），所以节点B然后将在报头的B-VID部分中***“#2”并且向节点C转发帧。如图8中所示，报头在帧离开节点B时的格式是{DA，SA，#2}，其中#2标识从节点C到节点D的输出链路。

节点C在从节点B接收帧时将读取B-VID并且根据B-VID的值确定帧在绕过故障的本地迂回上。注意与做出转发决定结合读取B-VID是IEEE 802.1Qay的正常部分，因而要求节点与做出转发决定结合读取B-VID无需任何附加处理，其中使用以太网标准的这一版本来实施网络。

节点C在读取B-VID时将确定B-VID值包含于由节点用来标识它们在网络上的链路/相邻体的范围内。因此，节点将读取该值以确定哪个输出链路应当用来转发帧。在图8中所示示例中，B-VID值“#2”由节点C用来向节点E标识链路，并且因而节点C将向节点E转发帧。

有必要使网络上的节点能够确定帧应当何时移去迂回路径并且何时回到正常转发。为了用信令通知节点应当本身考虑迂回路径的末尾而不是***将用来在网络上转发帧的输出链路的分配VID，上游节点将***在下一节点处的输入链路的分配VID。这向接收节点指示将从旁路路由去除帧并且将帧再次置于经过网络的正常转发路径上。

例如，如图8中所示，节点C知道节点E是绕过故障的迂回的末尾。为了向节点E指示它应当将帧返回到正常转发，节点C将用节点E向连接节点C和E的链路分配的VID替换帧的B-VID值。因此，在图8中，节点E已经向连接节点E与节点C的链路分配#4。当C向节点E转发帧时，节点C将用“#4”替换B-VID值并且然后向节点E转发帧。

当节点E接收帧时，节点E将读取B-VID并且确定B-VID的值在节点向网络上的链路本地分配的VID值的范围内。因此，节点E将知道帧在经过网络的迂回路径上。节点E也将确定B-VID的值与节点向帧在其上到达的链路分配的值相同。因此，节点E将知道它是迂回路径的末尾并且应当将帧切换回到正常转发。因而，节点E将向帧中重新***应用VID并且使用它的正常转发数据库朝着目的地MAC地址转发帧。结合这一点注意在网络上的节点运行链路状态路由协议，该协议使每个节点能够用最短路径转发状态填充链路状态数据库。当节点E接收帧时，它将使用这一转发数据库以正常方式做出转发决定。

在一些网络中，在网络上的节点将实施反向路径转发检查，使得如果在除了预期端口之外的端口上接收分组，则将丢弃分组。例如，节点E可以学习具有特定SA、DA对的帧在来自节点B的链路上到达。当节点E在来自节点C的链路上接收具有SA、DA对的帧时，RPFC过程可以使帧被丢弃以防止形成回路。使用进入链路VID指定帧将移去迂回路径的最后节点解决这一潜在RPFC问题，因为它使帧看来已经被会送。具体而言，让VID标识进入链路使帧看来如同它被回送一样，这是常用来标识特殊行为的旧式U弯技巧。当节点E接收这一性质的帧（具有看似回路一样的索引VID）时，它知道不进行RFPC并且将交换VID与应用VID而且正常转发。替代地，节点可以被配置成不针对包含如下VID的任何帧执行RPFC，该VID与节点分配的用于标识网络上的链路/相邻体的VID的范围关联。

如果未在网络上使用RPFC，则中间节点可以简单地向帧中***应用VID而不是让中间节点在终结节点处***输入端口的链路ID。由于未在中间节点处使用RPFC，则当终结节点接收帧时，它将简单地朝着它在网络上的既定目的地转发分组。如上文所言，RPFC将防止这一行为，因而这一实施将在终结节点处未使用PRFC时不起作用，因为RPFC将使在不正确端口处接收的任何分组被终结节点丢弃。

如上文说明的那样，根据一个实施例，保留例如在64与128个VID值之间的VID值的范围用于实施本地迂回。每个节点将向它的每个链路或者向在网络上的每个相邻体分配来自这一范围的VID值之一。

当接收包含这些特殊VID值之一的分组或者帧时，在网络上的节点将使分组/帧转发到它的邻居中的对应一个或者在它的链路中的对应一个上转发。节点将做到这一点而不实施DA查找并且不对分组执行RPFC，而将简单地在与特殊VID值关联的链路上转发帧。

在转发分组之前，节点将交换VID与关联于下一节点将在其上接收分组的链路的VID。当下一跳在链路上接收分组并且确定与该分组关联的VID匹配于节点向在其上接收分组的链路分配的VID时，节点将确定它是网络上的迂回的末尾。节点将不实施RPFC，并且将交换VID与应用VID。节点然后将执行正常DA查找并且在网络上朝着分组的目的地转发分组。

在链路状态协议控制的以太网网络中，在网络上的节点将使用链路状态数据库以确定转发状态并且将向转发数据库中安装转发状态。根据一个实施例，在以太网网络上的节点可以确定在网络上呈现错误的替代转发状态以计算用于每个目的地的一个跳跃迂回并且也在传出接口的转发表中安装这一替代转发状态。这一替代转发状态将包括在经过网络的替代（迂回）路由上转发分组时将在分组中包括的VID，使得在故障出现之前确定计算哪个输出端口和什么VID值并且安装于节点的转发表中。通过安装将在故障的情况下使用的信息（输出端口和VID），节点可以使业务很快绕过故障重新寻路由并且不等待控制平面生成和安装该信息。另外，由于在网络上的每个节点基于从与链路状态路由协议关联的交换获得的信息来本地执行这一计算，所以无需信令来建立网络上的迂回，并且无需在节点之间交换显式状态，使得在最低限度地维持节点之间的协调。

在一个实施方式中，扩展IS-IS邻居问候消息以包括邻居的列表，不仅仅是位于通信网络上的那些邻居而且还有网络的节点可达的邻居。例如回顾图1，节点A将在与提供商网络10上的其他节点交换问候消息时包括经由节点A可达的来自客户端网络的邻居。另外，也可以扩展问候消息以包括节点分配的特殊VID以到达它的每个邻居。可选地，IS-IS问候消息的扩展邻居信息字段可以用来包含节点分配的链路标识符/VID。

在一些网络实施中，可以有通向目的地的两个或者更多等价路径。当这出现时，节点可以选择将用来转发所有业务的路径之一并且可以使用每个路径以转发业务的一部分。通常，多个等价路径的使用称为ECMP（等价多路径）。

图9示出了在其中使用ECMP的网络。当在网络上使用ECMP时，一种用于标示业务为属于一个或者其他等价路径的方式是将路径之一上的业务称为奇数并且将另一路径上的业务称为偶数。由于在不同路径上转发不同业务，所以向在迂回路径的末尾的节点指示如何转发业务将是有利的——即允许目的地节点为业务恰当选择等价路径之一。

为了使迂回上的目的地节点能够向分组分配正确（奇数或者偶数）应用ID用于在网络上进一步传输，用来在经过网络的迂回上传送分组的链路标识符应当能够向在迂回路径的末尾处的终结节点指定原始应用VID是偶数还是奇数。例如VID的最低有效位可以被保留并且用来经过迂回携带原始VID的奇数/偶数性质。

因此，当在网络上使用ECMP时，在一个实施例中，在网络上的每个节点将向每个链路分配两个VID以用作链路标识符。例如，当使用20位VID时，节点将向链路分配具有19个最高有效位中的相同值的一对VID，并且第20位（最低有效位）可以用来指定分组是否应当置于奇数/偶数ECMP路径上。本地分配的链路标识符两者用来标识节点上的相同输出链路。然而，本地分配的链路标识符之一用来携带原先与奇数ECMP路由关联的业务，并且另一本地分配的链路标识符用来携带原先与偶数ECMP路由关联的业务。当节点接收包含任一VID的分组时，节点将标识正确输出链路。另外，节点将使用最低有效位以在网络上传输之前设置向分组中***的下一链路标识符的最低有效位。以这一方式，可以在经过网络的迂回上携带ECMP业务的偶数/奇数性质，使得在迂回上的目的地节点可以在分组在网络上被转发时向正确ECMP返回业务。

图10图示了在路由式以太网网络上本地分配和通报链路标识符的过程。如图10中所示，在以太网网络上的每个节点将向在节点的链路或者相邻体分配链路标识符（100）。在一个实施例中，从网络上的所有网元使用的特定协定范围内分配链路标识符。虽然可以使用任何链路标识符，但是当以太网报头的字段用于其他目的时，节点本地分配的链路标识符不应由网络上的其他节点用于其他目的。因此从保留范围内分配链路标识符是一种用于保证网络上的正常业务将在字段中无意中包含如下值的便利方式，该值可以向节点之一用信令通知业务在本地迂回上。例如当在网络上的节点分配B-VID值作为链路标识符时。如果节点分配与应用B-VID值重叠的B-VID值，则正常业务可能对于一个或者多个节点看来为与本地迂回关联的业务。因而保留B-VID值范围用作链路标识符防止在迂回业务与网络上的正常业务之间的任何冲突。然而也可以有避免这一类型的冲突的其他方式。

一旦节点向它们的本地链路/相邻体分配链路标识符，节点就将使用链路状态路由协议将链路标识符连同链路/相邻体一起通报给网络上的其他节点（110）。具体而言，节点将生成和传输链路状态协议链路状态通报分组。将向路由式以太网网络上的所有节点泛洪这些链路状态通报。

在路由式以太网网络上的节点从来自网络上的其他节点的链路状态通报收集信息（120）并且使用该信息创建更新的拓扑数据库（130）。更新的拓扑数据库不仅包括网络的拓扑，即哪些节点连接到哪些其他节点，而且包括节点已经分配的用于标识它们的链路或者相邻体的本地分配的链路标识符。拓扑数据库可以用正常方式用来计算经过网络的最短路径转发路径和/或业务工程路径。这一转发状态然后将由节点编程到它的数据平面中以使节点能够在网络上高效地转发业务。

图11示出了可以由节点用来计算在网络内呈现相邻故障的本地迂回的集合。具体而言，在网络上出现故障之前，在网络上的每个节点将呈现失去下游节点的连通性并且计算可以用来在出现失去连通性时规避故障的本地迂回。出于讨论的目的，将假设节点关注于寻找进入网络的两个跳跃的节点不同路径，这将足以用于在节点与它的邻居之间的链路故障以及用于邻居的故障两者。

具体而言，如图11中所示，每个节点将循环遍历它的每个邻居并且假定在该邻居处的相邻故障（200）。节点将计算绕过相邻故障的替代路径（迂回路径）并且确定应当经由可用邻居使用哪个链路集合以绕过假定出故障的节点将业务路由回到通向特定目的地的最短路径上（210）。节点将针对具有穿过邻居的最短路径的所有目的地做到这一点。由于目标对于节点是在绕过故障的迂回路径上传递业务以使业务重新加入原始最短路径，所以不同目的地可以具有用于一个假定故障的不同迂回路由。例如参照图2，当节点F假定节点G的故障时，该故障可能影响从节点F到节点D、H和K的最短路径上的业务。节点F将计算用于到达节点D、H和K中的每个节点的迂回路由，因为用于这些节点中的每个节点的最短路径转发将受节点G的故障影响。类似地，节点F可以具有需要穿过节点G的通向目的地节点C的业务工程路径。因而节点F也将寻找网络上的用于业务工程路径的迂回（其中业务工程路径定义未指定将在故障的情况下使用的替代路径）。

与计算替代路径结合，节点将确定链路标识符分配，这些分配限定绕过故障的迂回（220）。将在业务置于迂回路径上时使用的链路标识符然后将被编程到转发平面中以使节点能够在网络上检测到故障时快速调整网络上的业务流（230）。如上文所言，这一过程由网络上的呈现每个相邻体的故障的每个节点执行。然后对于每个相邻体，节点将查看以确定什么业务流受影响，并且对于每个业务流，将计算和安装本地确定的迂回以在故障的情况下提供冗余转发路径。安装的迂回将包括将用于该业务流的输出端口（以使业务转发到所选相邻体）以及待***的迂回VID，该VID将允许业务由所选相邻体正确转发。

图12是使用迂回路径以绕过网络上的检测到的错误转发业务的过程的流程图。如图12中所示，当节点检测到网络上的故障（300）并且接收将经过其上已经检测到故障的链路转发的分组（310）时，它将用迂回路径上的第一节点使用的链路标识符（该标识符由中间节点用来标识在该节点处的输出链路）替换原始应用VID（320）。通过***在迂回路径上的第一节点处的输出链路的链路标识符，在迂回路径上的发起节点可以向中间节点指示如何转发分组。具体而言，中间节点将接收分组、确定分组包含在为迂回业务保留的VID范围内的VID并且在VID标识的链路上转发分组。

图13是可以由终结节点用来将业务从迂回路径向网络上的正常转发转变的过程的流程图。如图13中所示，当节点接收分组时，该分组包含在为迂回业务保留的VID范围内的VID（400），它将检查以确定VID是否匹配于向输入链路分配的链路标识符（410）。这一检查的目的是确定节点是否为迂回上的中间节点或者节点是否为迂回上的终结节点。如果节点是迂回上的中间节点，则在分组报头中包含的链路标识符将未匹配于节点向输入链路分配的链路标识符（在块410的否）。在这一实例中，节点将使用链路标识符来标识输出链路、确定与业务将在终结节点处置于其上的链路关联的链路标识符并且用向在终结节点处的输入链路分配的链路标识符替换VID（420）。终结节点然后将朝着终结节点转发业务（430）。

如果传入分组包含与接收节点向输入链路分配的链路标识符匹配——即如果在节点处接收分组并且在分组报头内包含的链路标识符匹配于在该节点处的输入链路的链路标识符，则节点将确定它是迂回路径上的终结节点（在块410的是）。如果是这样，则节点将用应用VID替换链路标识符（440）并且如同已经用正常方式接收分组一样转发分组。例如当在网络上使用最短路径转发时，终结节点将用应用VID替换迂回链路标识符VID并且在最短路径上朝着分组的目的地转发分组。

图14是可以用来实施网络上的迂回的分布式计算和实施的节点12的功能框图。如图14中所示，网元包括用于处理网络上的业务接收和转发的数据平面142。数据平面通常包括一个或者多个端口144以及处理电路，诸如用于在网络上转发业务的网络处理单元146。当接收分组时，网络处理单元用来使用报头的一个或者多个字段（诸如结合图1描述的B-DA和B-VID）来转发分组。根据一个实施例，网络处理单元包括输出端口和链路标识符的分配的指示，使得如果接收具有在保留的链路标识符范围内的链路标识符的分组，则网元将如上文描述的那样处理分组的转发。

具体而言，如果分组具有在保留的链路标识符值范围内的VID，则网络处理单元将执行检查以确定与分组在其上到达的链路关联的链路标识符。如果分组的链路标识符未匹配于分组在其上到达的链路标识符，则网络处理单元将使分组在与链路标识符对应的输出链路上转发。如果链路标识符匹配于在其上接收分组的输入链路的链路标识符，则网络处理单元将用正常应用指定VLAN ID值替换链路标识符并且基于B-VID与VID的组合转发分组，如同它已经在正常路径上而不是在迂回路径上到达网元。

网元12也包括被配置成控制以太网网络上的网元的操作的控制平面148。例如，可以使用在网元上的计算机可读存储器150中存储的并且在一个或者多个处理器152上执行的一个或者多个程序指令集来实施这里描述的与网元的操作关联的功能。例如，如图14中所示，网元包括存储器，该存储器包含链路状态路由协议软件154，该软件154在加载到处理器环境中时使网元能够实施链路状态路由过程156。通过交换路由更新，例如链路状态通报，链路状态路由过程将创建也可以存储于存储器中或者存储于另一存储设备中的链路状态数据库158。其他软件可以类似地存储于存储器中并且如需要的那样加载到处理器环境中以使网元能够在网络上运转。

路由过程除了创建链路状态数据库之外还可以用来例如通过计算通向网络上的目的地的最短路径树的集合来确定应当如何在网络上转发业务。最短路径树和业务工程路径将用来创建转发表，这些转发表被编程到网络处理单元146中以使网络处理单元能够对网络上的业务实施转发决定。

路由过程根据一个实施例也将预先计算绕过网络上的预想故障的迂回并且根据存储于网络拓扑数据库中的链路分配来确定哪些链路标识值应当用来实施迂回。也将向网络处理单元传递并且在转发表中包括链路标识值以允许替代转发状态在网络上出现故障之前在网络处理单元的转发表160中可用。在检测到故障时，这一替代转发状态将由网络处理单元用来使业务能够从它的正常路径向迂回路径改变。让替代转发状态预编程到数据平面中允许故障转移很快出现并且无需控制平面的干预。

虽然这里描述的实施例有时是路由式以太网网络（具体为使用802.1aq实施的路由式以太网网络）特定的，但是其他类型的路由式以太网网络也可以利用这些概念。例如可以在RBRIDGE网络或者TRILL网络中实施本发明的实施例。

可以在软件、集成电路（诸如专用集成电路（ASIC））、与可编程逻辑器件（诸如现场可编程门阵列（FPGA）或者微处理器）结合使用的可编程逻辑或者包括其任何组合的任何其他设备中实施这里描述的功能。可编程逻辑可以暂时或者持久固定于有形介质（诸如硬件逻辑、只读存储器芯片、计算机存储器、盘或者其他存储介质）中。所有这样的实施例旨在于落入本发明的范围内。

应当理解，可以在本发明的精神和范围内做出在附图中示出的并且在说明书中描述的实施例的各种改变和修改。因而旨在于在示例而非限制意义上解释在上文描述中包含的并且在附图中示出的所有内容。仅如在所附权利要求书及其等效含义中限定的那样限制本发明。

Claims (13)

1. 一种在链路状态协议控制的以太网网络中的故障恢复的方法，所述方法包括以下步骤：

在所述链路状态协议控制的以太网网络上的每个节点实施链路状态路由协议；

在所述链路状态协议控制的以太网网络上的节点向它们的每个相邻体或者输出链路分配链路标识符；

在所述链路状态协议控制的以太网网络上的每个节点传输链路状态路由协议链路状态通报，所述链路状态路由协议链路状态通报包含相邻体或者链路和对应分配的链路标识符的列表；

在所述链路状态协议控制的以太网网络上的所述节点使用邻近节点的链路标识符计算迂回路由以确定用于在所述网络上的故障的情况下使用的绕过所述相邻体的一跳迂回。

2. 根据权利要求1所述的方法，其中分配的链路标识符是虚拟局域网标识符（VID）。

3. 根据权利要求2所述的方法，其中从保留用于与在所述链路状态协议控制的以太网网络中的分布式故障恢复结合使用的VID的范围中分配所述VID。

4. 根据权利要求2所述的方法，其中所述VID的范围涵盖在所述链路状态协议控制的以太网网络中的每个节点处的最大数量的预期相邻体。

5. 根据权利要求2所述的方法，其中所述VID的范围涵盖在所述链路状态协议控制的以太网网络中的每个节点处的最大数量的预期相邻体的近似两倍。

6. 根据权利要求5所述的方法，其中在所述链路状态协议控制的以太网网络上的所述节点向它们的每个相邻体或者输出链路分配两个链路标识符以使等价多径业务能够在所述迂回路由上被区分。

7. 根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

所述节点之一接收协议数据单元，所述协议数据单元具有MAC报头并且包含将在所述链路状态协议控制的以太网网络上转发的数据；

用所述链路标识符之一替换来自所述MAC报头的应用VID；并且

在所述迂回路由上转发所述协议数据单元。

8. 根据权利要求7所述的方法，其中替换所述应用VID的步骤包括：确定在所述迂回路由上的第一节点处的第一输出链路，所述第一输出链路将使所述协议数据单元返回到经过所述网络的预计路径；并且用所述第一节点向所述第一输出链路分配的第一链路标识符替换所述应用VID。

9. 根据权利要求8所述的方法，还包括以下步骤：

所述迂回路径上的所述第一节点确定所述迂回路由上的第二节点的输入链路的第二链路标识符；并且

用所述第二链路标识符替换所述第一链路标识符；并且

向所述第二节点转发所述协议数据单元。

10. 根据权利要求9所述的方法，还包括以下步骤：

所述第二节点接收所述协议数据单元；

所述第二节点确定所述协议数据单元具有与所述第二节点向所述输入链路分配的VID匹配的第二VID；并且

用所述应用VID替换所述第二VID。

11. 一种在网络上转发业务的方法，所述方法包括以下步骤：

检测所述网络上的故障；

接收将朝着所述网络上的目的地转发的数据业务，所述目的地要求越过所述网络上的所述故障传输所述数据业务，所述数据业务在协议数据单元中被格式化，每个所述协议数据单元包括具有至少一个虚拟局域网标识符（VID）的MAC报头；

用迂回节点向输出链路分配的VID替换所述VID，所述输出链路连接所述迂回节点与朝着所述目的地的超过所述故障的节点。

12. 一种在路由式以太网网络中转发业务的方法，所述方法包括以下步骤：

在所述路由式以太网网络上的第一节点接收将朝着所述网络上的目的地转发的数据业务，所述数据业务在协议数据单元中被格式化，每个所述协议数据单元包括具有至少一个虚拟局域网标识符（VID）的MAC报头；

读取所述VID；

确定所述VID具有为所述路由式以太网网络中的分布式故障恢复而保留的VID值范围内的值；

确定被所述第一节点与所述VID的值关联的输出链路；

在所述输出链路上朝着第二节点转发所述数据业务。

13. 根据权利要求12所述的方法，还包括以下步骤：确定所述第二节点向所述输出链路分配的第二VID的值；并且

在所述输出链路上朝着所述第二节点转发所述数据业务之前用所述第二VID替换所述VID。

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