CN1972234A - 环型以太网及其业务承载实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环型以太网及其业务承载实现方法，该环型以太网包括：多个网络节点设备，相邻的网络节点设备通过一对反向的物理链路连接。环上各节点采用特殊以太网类型标识的拓扑发现数据帧搜集环型以太网拓扑结构，各自建立网络拓扑图；进行业务承载时，在业务源节点，将以太网数据帧封装为环网数据帧，并将其送上环型以太网；环上各节点根据其建立的网络拓扑图对所述以太网数据帧进行转发；在业务目的节点，将以太网数据帧剥离环型以太网。利用本发明，可以提高以太环网能力，简单、有效地实现对二层业务的承载，并能够提供故障检测、快速保护倒换功能，提高业务服务质量。

Description

环型以太网及其业务承载实现方法

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，具体涉及一种环型以太网及其业务承载实现方法。

背景技术

目前，以太网的环网技术主要有EAPS(以太网自动保护***)和RPR(弹性分组环)两种。

EAPS用于对以太网环型拓扑提供快速保护。该机制作用于以太网环状互连拓扑结构，而且不需要增加新的硬件和接口。EAPS将单一个环视为一个EAPS域。任一需要故障保护的VLAN(虚拟局域网)都要设置成包含环上的所有端口，然后将该VLAN指派到一个EAPS域。在该环域上，一台交换机被设成主节点，而所有其它交换机被指定为过度节点。主节点连接到环的一个端口被指派为主节点的主端口，主节点连接到环的另一个端口被设成主节点的从属端口。在正常情况下，主节点堵塞从属端口上属于该EAPS域的所有非控制信息，从而避免了在一个环上形成回路。在这个环上第二层的交换和学习机制按照现有标准运行。

EAPS成本低，一个环只需要一个主节点设备支持即可，并且任何交换机都可以支持，不依赖于具体的硬件平台。

但EAPS环在正常状态下，必须有一个端口是阻塞的，因此从任何一个源节点到任何一个目的节点的带宽都只有一个单环的带宽。由于EAPS所有的保护倒换都是基于主节点一个节点的检测和动作，如果主节点故障，则整个EAPS环会失去保护倒换的功能。在进行故障检测时检测数据帧需要跨越所有的环上节点，而且在EAPS保护时环上的地址需要全部刷新，很难保证在任何情况下的50ms保护时间。

为了提高环网带宽利用率，RPR网基于分组城域网的要求而设计。它是由分组交换节点组成的环形网络，相邻的节点通过一对反向的物理路径连接，其网络拓扑是基于两个相反方向的传输环，沿顺时针传送数据的叫外环，沿逆时针传送数据的叫内环。RPR技术是一种在环形拓扑结构上优化数据业务传送的MAC(媒质接入控制)层协议，能够适应多种物理层媒质，可有效地传送话音、图像等多种业务类型的数据。它融合了以太网技术的经济性、灵活性、可扩展性等特点，同时吸收了SDH(同步数字体系)环网的50ms快速保护的优点，并具有网络拓扑自动发现、环路带宽共享、带宽公平分配、严格的COS(业务分类)等功能。

但现有RPR环网也存在以下缺陷：

(1)为了保证RPR环上从任何一个节点到另外一个节点的带宽都是两倍的环带宽，需要对上RPR环的数据帧另外封装一层PRP MAC帧头；

(2)为了支持组播功能，使得同一个组播数据帧可以在环上同时沿着两个环作转发，更好地利用PRP双环的带宽，还需要对RPR数据帧头做TTL(生存时间)处理；

(3)由于RPR存在两组物理端口向同一组物理端口发送业务的情况，也就是说上环的业务和过环的业务，因此RPR MAC芯片需要片外的数据缓冲存储和TM(通信管理)技术；

(4)RPR的帧格式及封装实现复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种环型以太网，以克服现有RPR环网实现成本高、业务实现复杂的缺点，降低以太环网实现成本，提高以太环网能力。

本发明的另一个目的是提供一种环型以太网业务承载实现方法，使以太环网能够简单地实现对二层业务的承载，并为业务提供快速保护倒换，提高业务服务质量。

为此，本发明提供如下的技术方案：

一种环型以太网，包括：多个网络节点设备，用于将业务数据发送到环型以太网上或从环型以太网上接收业务数据，各网络节点设备接收和发送同一环网数据帧的不同物理端口分别连接到不同的相邻节点设备上；相邻的网络节点设备通过一对反向的物理链路连接，用于传输网络节点间的业务数据；所述物理链路承载的二层业务为两层媒体接入控制MAC头封装格式的环网数据帧。

各网络节点设备在发送上环的业务数据前将接收的以太网数据帧封装成具有两层MAC头封装格式的环网数据帧。

各网络节点设备在发送下环的业务数据前将接收的所述环网数据帧的外层MAC头剥离。

各网络节点设备采用具有特殊以太网类型标识的以太网数据帧实现环上拓扑自动发现及故障检测，所述具有特殊以太网类型标识的以太网数据帧为单层MAC头封装格式。

一种环型以太网的业务承载实现方法，包括：

A、环上各节点采用特殊以太网类型标识的拓扑发现数据帧搜集环型以太网拓扑结构，各自建立网络拓扑图；

B、在业务源节点，将以太网数据帧封装为环网数据帧，并将其送上环型以太网；

C、环上各节点根据其建立的网络拓扑图对所述环网数据帧进行转发；

D、在业务目的节点，将所述环网数据帧剥离环型以太网。

所述方法进一步包括步骤：

E、环上相邻节点间定时发送采用特殊以太网类型标识的拓扑校验数据帧进行环网故障检测；

F、检测到故障的节点向环上所有其他节点发送故障数据帧，将故障信息通知环上所有其他节点。

所述方法进一步包括步骤：

G、当环上出现故障时，先由出现故障的节点进行环回Wrap保护倒换，当各节点的状态数据重新收敛并稳定后，环上所有节点再进行源路由Steer保护倒换。

所述步骤A包括：

A1、各节点定时采用组播方式发送所述拓扑发现数据帧；

A2、收到所述拓扑发现数据帧的节点在该拓扑发现数据帧中添加自己的MAC地址信息；

A3、当源发送节点收到自己发出的拓扑发现数据帧后，根据该拓扑发现数据帧中的各节点的媒体接入控制MAC地址信息建立自己的网络拓扑图。

在所述步骤B中按以下方式将以太网数据帧封装为环网数据帧：

在以太网数据帧外层增加供环型以太网识别的MAC地址头，MAC地址头中的目的MAC地址填写为所述环网数据帧的目的MAC地址，源MAC地址填写为本节点的MAC地址，以太网类型填写为环上节点使用的特殊数值，虚拟局域网VLAN优先级填写为该以太网数据帧的环上优先级，VLAN标识填写为需发送到的环ID，并用常规格式指示标志CFI来标识需要洪泛的以太网数据帧。

按以下方式确定所述以太网数据帧的环上优先级：

根据环网数据帧内层MAC头中的优先级映射确定；或者

根据环网数据帧内层静负荷的访问控制表ACL或者服务质量QOS规格确定。

所述步骤C包括：

C1、本节点判断接收的环网数据帧的类型；

C2、根据所述类型及本节点建立的网络拓扑图转发该环网数据帧；

C3、进行MAC地址学习，具体为：将环网数据帧内层MAC头中的源MAC地址学习到外层MAC头中的源MAC地址下，并将该环型以太网的两个环上的MAC地址学习在一起。

所述步骤D进一步包括：

在对环网数据帧进行剥离时，将环网数据帧的内层MAC头中的源MAC地址学习到外层MAC头中的源MAC地址下。

由以上本发明提供的技术方案可以看出，本发明采用RPR成环的方法使以太网成环，构建环型以太网，并且采用单层MAC头封装格式、及特殊的以太网类型数值来标识拓扑发现数据帧，实现环上各节点的拓扑自动发现，使环上每个节点都可以形成自己的一个拓扑图。环上传送的以太网数据帧采用两层MAC头封装格式，由环上各节点根据自己的拓扑图实现二层数据帧的转发，包括未知单播转发、已知单播转发和组播/广播转发功能。通过环上邻近节点之间的Hello数据帧实现环网故障检测，环网出现故障以后，通过发故障数据帧通知环上的所有节点，使发生故障的节点进行Wrap保护倒换，将一个环上的发送业务倒换到另外一个环上发送，当环上所有节点都得到环网拓扑结构的变化后，进行Steer保护倒换，重新调整业务发送的路线和发送的流量。从而实现了对环型以太网的故障检测与维护，保证了用户业务的正常转发。

该环型以太网不仅具备了RPR环网的所有功能，而且业务处理简单，提高了传输业务的处理效率。由于采用一种特殊的帧封装格式，即在标准以太网数据帧的MAC头前再封装一层MAC头，用以标识目的环网节点地址和发送源环网节点地址，并通过其中的类型数值来标识为两层MAC头承载环网，使各节点设备不需要其他辅助技术即可正确识别处理需要传送的业务数据，降低了网络成本。

附图说明

图1是本发明环型以太网的成环结构示意图；

图2是本发明方法的实现流程图；

图3是本发明环型以太网的保护倒换方式示意图。

具体实施方式

本发明的核心在于采用RPR成环的方法使以太网成环，构建环型以太网，并且采用两层以太网MAC(媒体接入控制)地址封装格式实现二层以太网数据帧的转发，同时使该环型以太网具有拓扑自动发现及故障检测、快速保护等功能。

为了使本技术领域人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

该环型以太网的拓扑结构如图1所示：包括多个网络节点设备R1、R2、R3、R4，采用双环结构，相邻的网络节点设备通过一对反向的物理链路连接，用于传输网络节点间的业务数据。需要经过该以太环网传输的业务数据由各网络节点设备发送到该网上，经过连接网络节点设备之间的物理链路的传输，再由相应的网络节点设备将其接收发送到环网以外的网络设备中。各网络节点设备接收和发送同一环网数据帧的不同物理端口分别连接到不同的相邻节点设备上，这与通常的以太网设备的发送和接收方式不同。对于以太网来说，数据的接收和发送是连接到同一个设备的同一个物理端口，而不是两台设备的两个不同的物理端口。

对于本发明环型以太网，其物理链路承载的二层业务为两层媒体接入控制MAC头封装格式的环网数据帧。各网络节点设备在发送上环的业务数据前将接收的以太网数据帧封装成具有两层MAC头封装格式的环网数据帧；在发送下环的业务数据前将接收的所述环网数据帧的外层MAC头剥离。

该环可以实现拓扑自动发现及故障检测功能。采用具有特殊以太网类型标识的以太网数据帧作为拓扑数据帧，其源地址为发出节点，目的地址是一个组播地址。拓扑数据帧发到每一个节点后，该节点在拓扑数据帧中添加自己的拓扑信息，比如MAC地址，并重新计算CRC(循环冗余校验)，这样一个数据帧回到源发送节点后，源发送节点就可以得到整个环网的拓扑图。

同样，采用具有特殊标识的以太网数据帧作为环网故障检测数据帧，环上各节点向邻近节点周期性地发送环网故障检测数据帧，在该数据帧中包含整个环网的拓扑图信息，根据邻近节点返回的信息判断环上是否发生了故障。

下面首先对以太网数据帧的封装格式作简单说明。

以太网数据帧的封装格式如下表1所示：

表1：

目的MAC地址	源MAC地址	类型/长度	VLAN	类型/长度	静负荷	校验字节
							目的MAC地址	发送源端口的MAC地址	8100	XX XX	XX XX	00	XX XX
6	6	2	2	2	42～1500	4

在上表中有两个类型/长度域，VLAN前面的类型是一个固定的两个字节的类型数值，表示VLAN的类型，而后面的类型数值则根据静负荷的内容不同，有不同的类型数值，比如假设静负荷为IPV4，则类型数值为0806，如果为IPV6，则是另外一个数值。

为了实现网络的拓扑自动发现功能，拓扑发现数据帧采用单层MAC头封装格式，依靠特殊的EtherType(以太网类型)数值(定义其为0811)来识别，即表2中第四栏的类型/长度字段。

拓扑发现数据帧的封装格式如下表2所示：

表2：

目的MAC地址	源MAC地址	类型/长度	VLAN	类型/长度	静负荷	校验字节
							组播MAC地址	发送源节点的MAC地址	8100	XX XX	0811	00	XX XX
6	6	2	2	2	42～1500	4

拓扑发现数据帧发到每一个节点以后，每一个节点在后面添加自己的MAC地址(并重新计算CRC)，这样一个数据帧回到源发送节点的时候，源发送节点就可以得到整个环网的拓扑图。

拓扑发现数据帧的环上节点添加格式如下表3所示：

表3：

目的MAC地址	源MAC地址	类型/长度	VLAN	类型/长度	节点号	节点地址	节点能力	...	节点号	节点地址	节点能力	校验字节
													组播MAC地址	发送源节点的MAC地址	8100	XXXX	0811	01	XX XX XXXX XX XX			n	XX XX XXXX XX XX		XXXX
6	6	2	2	2	1	6			1	6		4

通过这样一个拓扑发现过程，环上的每个节点都可以形成自己的一个拓扑图，该拓扑图包括环ID(在VLAN的数值中包含该值)、本节点、本节点的左右邻居、环上节点与本节点之间的距离、环上节点的能力(如公平算法、倒换能力)等等。有了拓扑图以后，各节点即可根据该拓扑图进行业务数据的转发。

为了实现环上业务的正确传输，本发明采用两层以太网MAC地址封装头来封装环上传输的以太网数据帧。

本发明中基于两层MAC地址头的环型以太网数据帧封装格式如下表4所示：

表4：

目的MAC地址	源MAC地址	类型/长度	VLAN	类型/长度	目的MAC地址	源MAC地址	类型/长度	VLAN	类型/长度	静负荷	校验字节
												目的环网节点地址	发送源环网节点地址	8100	XXXX	0810	目的主机MAC地址	发送源主机MAC地址	8100	XXXX	XXXX	00	XXXX
6	6	2	2	2	6	6	2	2	2	42～1500	4

其中，前面一层MAC头专供环网使用，只在环上有效，在上环的时候加上，在下环的时候去掉。后面的一层MAC头为原来数据帧的MAC头，在上下环的时候都保持不变。

在上面的数据帧格式中，使用前面的MAC头中的后一个类型数值来区分是两层MAC头承载环网，定义其数值为0810。而第一个类型数值为原来的固定数值8100。使用VLAN ID(虚拟局域网标识)来标志是内环转发还是外环转发，即作环ID的标志。仍然使用VLAN中的优先级作优先级标志。以太网头定义中的1个比特的CFI(Canonical Format Indicator，常规格式指示标志，VLAN中的一个比特)指示，被用来标志为Flooding(洪泛)标志。即如果该标志为“1”，代表该数据帧是一个目的MAC未知的单播数据帧，需要在环上作Flooding处理。

下面结合图2所示的流程详细说明利用该环型以太网传送用户业务的流程，包括以下步骤：

步骤201：环上各节点采用特殊以太网类型标识的拓扑发现数据帧搜集环型以太网拓扑结构，各自建立网络拓扑图。

拓扑发现数据帧的封装格式在前面已有详细说明，其与标准以太网数据帧格式相同，采用单层MAC头封装，只是依靠特殊的EtherType数值(定义为0811)来标识。

在该拓扑发现数据帧中，目的MAC地址为组播MAC地址(如何确定的？)，源MAC地址为发送该拓扑发现数据帧的源节点的MAC地址。各节点定时采用组播方式将其发送到目的节点，收到该拓扑发现数据帧的节点在该拓扑发现数据帧中添加自己的MAC地址信息，并重新计算校验值，保持原有的组播MAC地址，然后将其发送到目的节点。这样，该拓扑发现数据帧经过环上所有节点的转发后重新回到源节点，此时的拓扑发现数据帧已经包含了环上所有节点的信息，源节点即可根据该拓扑发现数据帧中的各节点的MAC地址信息建立自己的网络拓扑图。该拓扑图包括：环ID、本节点、本节点的左右邻节点、环上节点与本节点之间的距离、环上各节点的能力等信息。

通过该拓扑自动发现过程，可以使以太网组环不需要进行结构配置，自动适应网络拓扑结构的变化。

步骤202：在业务源节点，将以太网数据帧外层增加供环型以太网识别的MAC地址头，调度上环型以太网。

当环上各节点建立了自己的网络拓扑图后，即可知道自己处于某一个环上，而且知道自己的左右邻节点。

当该节点收到一个上环的以太网数据帧后，根据该网络拓扑图，知道其要转发的下一个目的节点，此时，为了使环上节点能够识别该数据帧是要在环网上传输的环网数据帧，将收到的以太网数据帧外层再增加一层MAC头来对其进行封装。该MAC头中的目的MAC地址填写为环网数据帧的目的MAC地址，具体根据需要转发的数据帧的类型来填写。比如，对于二层未知单播数据帧，填写为未知单播的目的MAC地址；对于二层已知单播数据帧，填写为目的环节点的MAC地址；对于二层广播数据帧，填写为二层广播MAC地址；对于二层组播数据帧，填写为二层组播MAC地址等。源MAC地址填写为本节点的MAC地址，以太网类型填写为环上节点使用的特殊数值(如0810)，VLAN(虚拟局域网)域中的VLAN优先级填写为该以太网数据帧的环上优先级，VLAN标识填写为需发送到的环ID，并用CFI(常规格式指示标志)来标识需要洪泛的以太网数据帧。比如，对于未知单播数据帧，由于不知道该数据帧的目的节点MAC地址，因此，需要将CFI设为“1”，表示需要进行洪泛。

确定以太网数据帧的环上优先级时，可以根据环网数据帧内层MAC头中的优先级映射来确定；也可以根据环网数据帧内层静负荷的ACL(访问控制表)或者QOS(服务质量)规格来确定。比如，以太网数据帧的入物理端口、VLAN及VLAN优先级、源和/或目的MAC地址、源和/或目的IP地址、源和或目的TCP/UDP端口、DSCP数值、协议类型等。

以太网数据帧封装完成后，将其作为环网数据帧，调度上环型以太网。

基于两层MAC头的环网数据帧的封装格式在前面已有详细说明，在此不再赘述。

步骤203：环上各节点根据其建立的网络拓扑图对添加了MAC头的以太网数据帧进行转发。

各节点接收到带有两层MAC头的环网数据帧后，根据该数据帧帧头中的Flooding(洪泛)标志和特殊的EtherType(以太网类型)数值，确定该环网数据帧的类型。

本技术领域人员知道，分组数据的类型以下几种情况：未知单播数据帧、已知单播数据帧、组播数据帧、广播数据帧。不同类型的数据帧其转发过程相类似，大都包括：数据帧的上环、环上转发、再从环上剥离等几个过程，但需要转发的目的节点不同。

比如，对于未知单播数据帧需要两种操作：一种是根据本节点建立的网络拓扑图继续将其发送到发送方向进行Flooding，另一种是将该数据帧从外层MAC头封装中剥离出来，然后再进行二三层的转发。而对于已知单播数据帧，如果本节点不是其目的节点，则只需一种操作：根据本节点建立的网络拓扑图将原数据帧继续发往该环上物理端口的发送方向；如果本节点是其目的节点，则也只需一种操作：将该数据帧从外层MAC头封装中剥离出来，然后再进行二三层的转发。

在进行环网数据帧的转发过程中，各节点还需要同时进行MAC地址学习过程。将环网数据帧内层MAC头中的源MAC地址学习到外层MAC头中的源MAC地址下，考虑到在有些应用情况下，从环上某个源节点到某个目的节点，发送和接收业务通过不同的环承载时，各节点需要知道各业务在环型以太网的不同方向的两个环上的转发情况，因此还需要将该环型以太网的两个环上的MAC地址学习在一起。

步骤204：在业务目的节点，将环网数据帧剥离环型以太网。

环网数据帧被转发到目的节点后，目的节点根据该数据帧中的EtherType数值、Flooding标志、环ID标志、目的节点MAC地址标志等信息，对其进行剥离。在剥离过程中，还要进行MAC地址的学习，将环网数据帧的内层MAC头中的源MAC地址学习到外层MAC头中的源MAC地址下。

下面针对不同情况下环型以太网对业务数据帧的传输过程分别进行详细描述。

1.在环型以太网上进行二层未知单播数据帧的转发

这种数据帧的转发涉及到单播数据帧上环、环上Flooding(洪泛)、从环上剥离等几个过程。

(1)未知单播数据帧的上环

环上节点在上环端口接收到一个准备上环的未知单播数据帧后，由于不知道该数据帧的目的节点MAC地址，所以需要作以下特殊处理：

将外层MAC头中的目的MAC填写为未知单播的目的MAC地址，而源MAC地址填写为该节点本身的MAC地址；

EtherType填写为0810，标志为环上节点使用的特殊数值，代表该层MAC头后面还有另外一层MAC头；

VLAN(虚拟局域网)优先级(3个比特)填写该数据帧的环上优先级，可以根据内层MAC头中的优先级映射得到，或者是根据内层静负荷的ACL或者是QOS(服务质量)规格得到，比如根据数据帧的入物理端口、VLAN及VLAN优先级、源和/或目的MAC地址、源和/或目的IP地址、源和/或目的TCP/UDP(传输控制协议/用户数据包协议)端口、DSCP(差分服务代码点)数值、协议类型等得到。

由于以太网头定义中1个比特的CFI(Canonical Format Indicator，常规格式指示标志)指示被用来标志为Flooding标志，所以该目的MAC地址为未知单播数据帧的Flooding标志有效，为“1”。

VLAN ID(12比特)根据环ID填写，即该未知单播数据帧需发到哪个环上，就填写为哪个环的VLAN ID。确定该数据帧的目的环ID，可以同样使用上面的ACL分类规格。比如将某个VLAN＝100的未知单播数据帧在内环转发，而将另外一个VLAN＝200的未知单播数据帧在外环转发。

这个未知单播数据帧到了环上以后，被发送到环上其它节点。

(2)环上的Flooding过程

环上节点从一个端口的接收方向接收到这个数据帧后，需要做对该数据帧进行以下处理：

(a)判断是否是二层未知单播数据帧

根据该数据帧帧头中的Flooding标志和特殊的EtherType数值，确认是一个二层的未知单播数据帧。将其拷贝一份下环，并将原数据帧继续发往该环上物理端口的发送方向。通常来说，对于环上节点的MAC地址，高位是相同的。比如对于一个256节点的环来说，高40比特的MAC地址是相同的，只有低8位不同。

(b)数据帧的转发处理

对于环上端口来说，需要将一个物理端口接收方向接收到的数据帧，从该物理端口的发送方向发送。这与普通以太网的转发是不同的，在普通的以太网转发过程中，不允许同一个数据帧被从接收其的物理端口发出，以免形成二层循环回路。但这个功能与Wireless Switch(无线会话)功能中的实现要求类似，在Wireless Switch的应用中，由于AP(接入点)不作二层数据转发，所以需要所有的二层数据转发功能在交换机中完成。而交换机与AP之间通常的接口只有一个以太网接口，因此交换机需要支持同一个AP下面的用户互通时，交换机就需要将这个接口来的数据帧再送回到这个接口。

对于环上端口来说，对于Flooding的数据帧需要作两种操作，一个将该数据帧继续发送到发送方向进行Flooding，另外一个是将该数据帧从两层MAC头封装中剥离出来(相当于是从隧道封装中终结)，然后再进行二三层转发。

(c)MAC地址的学习

对于环上端口来说，还需要作MAC地址的学习，将内层MAC头中的源MAC地址，学习到外层MAC头中的源MAC地址下。需要注意的是环型以太网上各节点需要将在两个环上的MAC地址学习结果放在一起，因为在某些环网应用情况下，从某个源环节点(如环节点1)到某个目的环节点(如环节点5)，发送和接收是在不同的环上，比如从环节点1发到环节点5的业务由外环承载，而从环节点5发到环节点1的业务由内环承载。如果不将两个环上的MAC地址学习到一起，则彼此永远学习不到MAC地址，所有业务将在环上Flooding，浪费环网的带宽。

在学习时，只有两个域，一个是二层业务的源MAC地址，另外一个是环节点ID的MAC地址。而没有通常以太网转发时需要的物理端口地址，这个域被环节点ID代替。也就是说，学习的过程是类似VPLS(虚拟专用LAN网段)的学习过程，将某个源MAC地址学习到某个VPN(虚拟专用网)的Site下面。

(3)未知单播数据帧的剥离

该未知单播数据帧被转发回源节点以后，源节点根据该数据帧的EtherType数值、Follding标志、环ID标志和源节点MAC地址标志信息，剥离该数据包。也就是说，如果是一个二层环网的Flooding数据帧，并且其环ID标志与接收到该数据帧的环ID标志相同，并且源节点MAC地址等于该节点的MAC地址，则在该节点要将该数据包剥离，然后将其发送到下环的端口。

需要注意的是一定要判断环ID标志，因为在环网的保护倒换时，在外环上的业务可能不能够到达指定目的节点，这时候它就需要被倒换到内环后再送到目的节点，在这个过程中可能需要穿越源节点，这个时候就不能被剥离。因为其环ID标志与其被接收到的环ID标志不符合。

2.在环型以太网上进行已知二层单播数据帧的转发

对于已知单播的数据帧处理流程仍然涉及到上环、环上转发过程、再从目的节点剥离等几个过程。

(1)已知单播数据帧的上环

环上节点在上环端口接收到一个准备上环的已知单播数据帧后，将外层MAC头(仅供环网MAC头使用)中的目的MAC填写为目的环节点的MAC地址，而源MAC地址填写为该节点本身的MAC地址。

EtherType填写为0810，标志为环上节点使用的特殊数值，代表该层MAC头后还有另外一层MAC头；

VLAN优先级(3个比特)填写为该数据帧的环上优先级，该优先级可以根据内层MAC头中的优先级映射得到，或者是根据内层静负荷的ACL或者是QOS规格得到，比如根据数据帧的入物理端口、VLAN及VLAN优先级、源和/或目的MAC地址、源和/或目的IP地址、源和或目的TCP/UDP端口、DSCP数值、协议类型等得到。

由于以太网头定义中1个比特的CFI指示被用来标志为Flooding标志。所以这个目的MAC地址为已知的单播数据帧的Flooding标志为无效，为“0”。

VLAN ID(12比特)根据环ID填写，即该已知单播需要发到哪个环上，就填写为哪个环的VLAN ID。确定该数据帧的目的环ID，同样可以使用上面的ACL分类规格。比如，将某个VLAN＝100的已知单播数据帧在内环转发，而将另外一个VLAN＝200的已知单播数据帧在外环转发。

这个已知单播数据帧上环后，被发送到环上其它节点。

(2)环上的转发过程

环上节点从一个端口的接收方向接收到该数据帧后，根据该数据帧帧头中的Flooding标志和特殊的EtherType数值，确认是一个二层的已知单播数据帧。因此只需要判断目的节点是否是本节点，如果不是，就需要将原数据帧继续发往该环上该节点的物理端口的发送方向。

对于环上端口来说，还需要作MAC地址的学习，将内层MAC头中的源MAC地址，学习到外层MAC头中的源MAC地址下。

(3)已知单播数据帧的剥离

该已知单播数据帧被转发到目的节点后，目的节点根据该数据帧的EtherType数值、Flooding标志、环ID标志、和目的节点MAC地址标志，进行剥离。也就是说，如果是一个二层环网的已知单播数据帧，并且其目的节点MAC地址等于该节点的MAC地址，那么就需要将该数据包从环上剥离，然后将其发送到下环的端口。

对于环上端口来说，还需要作MAC地址的学习，将内层MAC头中的源MAC地址，学习到外层MAC头中的源MAC地址下。

3.在环上进行二层广播数据帧的转发

对于二层广播的数据帧处理流程同样涉及到上环、环上转发过程、再从目的节点剥离等几个过程。

(1)二层广播数据帧的上环

环上节点在上环端口接收到一个准备上环的二层广播数据帧后，将外层MAC头(仅供环网MAC头使用)中的目的MAC地址填写为二层广播MAC地址，而源MAC地址填写为该节点本身的MAC地址。

EtherType填写为0810，标志为环上节点使用的特殊数值，代表该层MAC头后面还有另外一层MAC头。

VLAN优先级(3个比特)填写为该数据帧的环上优先级，该优先级可以根据内层MAC头中的优先级映射得到，或者是根据内层静负荷的ACL或者是QOS规格得到，比如根据数据帧的入物理端口、VLAN及VLAN优先级、源和/或目的MAC地址、源和/或目的IP地址、源和/或目的TCP/UDP端口、DSCP数值、协议类型等得到。

由于以太网头定义中1个比特的CFI指示被用来标志为Flooding标志，所以该目的MAC地址为二层广播数据帧的Flooding标志为无效，为“0”。

VLAN ID(12比特)根据环ID填写，需要将这个已知单播发到哪个环上，就填写为哪个环的VLAN ID。确定该数据帧的目的环ID，同样可以使用上面的ACL分类规格。比如，将某个VLAN＝100的二层广播数据帧在内环转发，而将另外一个VLAN＝200的二层广播数据帧在外环转发等。

这个二层广播数据帧到了环上以后，被发送到环上其它节点。

(2)环上的转发过程

环上节点从一个端口的接收方向接收到该数据帧后，根据该数据帧帧头中的广播MAC地址、Flooding标志和特殊的EtherType数值，确认是一个二层广播数据帧。因此需要将其拷贝一份下环，并将原数据帧继续发往该环上该节点物理端口的发送方向。对于数据帧的处理过程，与前面介绍的对于未知单播的处理过程相同，在此不再赘述。

对于环上端口来说，还需要作MAC地址的学习，将内层MAC头中的源MAC地址，学习到外层MAC头中的源MAC地址下面。

(3)二层广播数据帧的剥离

该二层广播数据帧被转发回源节点后，源节点根据该数据帧的EtherType数值、Follding标志、环ID标志和源节点MAC地址标志，进行剥离。也就是说，如果是一个二层环网的二层广播数据帧，并且其环ID标志与接收到该数据帧的环ID标志相同，并且源节点MAC地址等于该节点的MAC地址，则将该数据包剥离，然后将其发送到下环的端口。

需要注意的是一定要判断环ID标志，因为在环网的保护倒换时，在外环上的业务可能不能够到达指定目的节点，这时就需要将其倒换到内环后再送到目的节点，在该过程中可能需要穿越源节点，此时就不能将该数据包剥离。因为其环ID标志与其被接收到的环不符合。这一点与二层未知单播的处理流程相同。

4.在环上进行二层组播数据帧的转发

对于二层组播的数据帧处理流程同样涉及到上环、环上转发过程、再从目的节点剥离等几个过程。

(1)二层组播数据帧的上环

环上节点在上环端口接收到一个准备上环的二层组播数据帧后，将外层MAC头(仅供环网MAC头使用)中的目的MAC填写为二层组播MAC地址，而源MAC地址填写为该节点本身的MAC地址。

EtherType填写为0810，标志为环上节点使用的特殊数值，代表该层MAC头后面还有另外一层MAC头，到了目的节点后，目的节点需要将该层MAC头剥离后，再将该数据帧发送到下环的端口。

VLAN优先级(3个比特)填写为该数据帧的环上优先级，该优先级可以根据内层MAC头中的优先级映射得到，或者是根据内层静负荷的ACL或者是QOS规格得到，比如根据数据帧的入物理端口、VLAN及VLAN优先级、源和/或目的MAC地址、源和/或目的IP地址、源和/或目的TCP/UDP端口、DSCP数值、协议类型等得到。

由于以太网头定义中1个比特的CFI指示被用来标志为Flooding标志。所以这个目的MAC地址为二层广播数据帧的Flooding标志为无效，为“0”。

VLAN ID(12比特)根据环ID填写，即需要将该已知单播发到哪个环上，就填写为哪个环的VLAN ID。确定该数据帧的目的环ID，同样可以使用上面的ACL分类规格。比如，将某个VLAN＝100的二层组播数据帧在内环转发，而将另外一个VLAN＝200的二层组播数据帧在外环转发等。

这个二层组播数据帧到了环上以后，被发送到环上其它节点。

(2)环上的转发过程

环上节点从一个端口的接收方向接收到这个数据帧后，根据该数据帧帧头中的组播MAC地址、Flooding标志和特殊的EtherType数值，确认是一个二层组播数据帧。

如果该节点加入到了该组播组(节点是否加入到某个组播组，由上层协议软件来确定)，则需要将其拷贝一份下环，并将原数据帧继续发往该环上该节点物理端口的发送方向。此时对于数据帧的处理过程，与前面介绍的对于未知单播或者是二层广播的处理过程相同。

如果该节点没有加入到该组播组，则将原数据帧继续发往该环上物理端口的发送方向。此时对于该数据帧的处理过程，与前面介绍的对于已知单播数据帧的处理过程相同。

对于环上端口来说，还需要进行MAC地址的学习，将内层MAC头中的源MAC地址，学习到外层MAC头中的源MAC地址下。

(3)二层组播数据帧的剥离

该二层组播数据帧被转发回源节点后，源节点根据该数据帧的EtherType数值、Flooding标志、环ID标志和源节点MAC地址标志，对其进行剥离。也就是说，如果是一个二层环网的二层组播数据帧，并且其环ID标志与接收到该数据帧的环ID标志相同，并且源节点MAC地址等于该节点的MAC地址，则将该数据包剥离。

只所以将组播数据包在源节点进行剥离，主要原因有两个：一是在实际的网络应用中，二层组播和广播的环网应用主要是针对运营商在城域以太网中传送IPTV节目，此时实际上是需要将组播当成广播处理，以满足主要的应用。二是如果采用将组播组在最后一个目的节点剥离的方法，那么由于组播组的上环节点不同，就需要针对每一个组播组单独设置多棵针对不同上环源节点的组播树，虽然该源节点的信息已在数据帧头中有，但随着环上节点数目的增多，需要设置很多表项(比如针对256个节点的环网来说，组播树的数目可能是原来的256倍)，得不偿失。

需要注意的是进行数据帧的剥离时一定要判断环ID标志，因为在环网的保护倒换时，在外环上的业务可能不能够到达指定目的节点，此时需要将其倒换到内环后再传送到目的节点，在这个过程中可能需要穿越源节点，此时就不能将其剥离，因为其环ID标志与其被接收到的环不符合。这一点与二层未知单播的处理流程相同。

为了实现环型以太网的快速保护，在本发明中通过环上相邻节点间定时发送采用特殊以太网类型标识的拓扑校验数据帧进行环网故障检测，而不是采用现有EAPS中的一个主站点检测整个环网的故障状态的方法。

本发明中采用的拓扑校验数据帧与前面介绍的拓扑发现数据帧类似，采用单层MAC头封装格式，如下表5所示。该数据帧同样依靠特殊的EtherType数值(定义为0811)来识别。

表5：

目的MAC地址	源MAC地址	类型/长度	VLAN	类型/长度	子类型	静负荷	校验字节
								组播MAC地址	发送源节点的MAC地址	8100	XX XX	0811	0010	00	XX XX
6	6	2	2	2	2	40	4

子类型是表示环网的子类型数据帧，如拓朴发现、公平算法等等。

当环上各节点建立起自己的网络拓扑图后，则定时向相邻节点发送上述拓扑校验数据帧，在该数据帧的静负荷域中放入拓扑图的校验信息(如4个字节的校验和等)，如果检验没变化，就代表拓扑没有变化；如果有变化，则说明相邻节点发生了故障，此时需要发送故障数据帧通知全网节点。

为了增强环型以太网的保护倒换能力，本发明环型以太网提供了Wrap(环回)保护倒换和Steer(源路由)保护倒换功能。当环上出现故障时，首先先由出现故障的节点进行Wrap保护倒换，当各节点的状态数据重新收敛并稳定后，环上所有节点再进行Steer保护倒换。

图3示出了环型以太网进行保护倒换的示意图：

上图为故障前的正常数据流，R1节点到R3节点，走外环，路径为R1-R4-R3；

中图为故障后Wrap保护方式，当R4节点和R3节点之间发生故障后，在故障两端的节点上通过链路进行环回，数据路径也在此环回，总的路径为R1-R4-R1-R2-R3；

下图为故障后Steer保护方式，从R1节点到R4节点的数据流量改抄近道，走另外一个环到达目的节点，路径为R1-R2-R3。

因为Wrap只是涉及到一个节点的倒换动作，所以速度非常快。在Wrap倒换时，要求倒换节点将在一个环上的发送业务，倒换到另外一个环上发送。这个倒换的工作是在MAC层做的，即将一个MAC接口的发送与另外一个MAC接口的接收进行对接。

在倒换的时候，同时改变环ID的标志，将原来在外环上的传输标志(使用VLAN ID进行标志，如VLAN＝1)改为新的VLAN数值(如VLAN＝3)。将原来在内环上的传输标志(使用VLAN ID进行标志，如VLAN＝2)改为新的VLAN数值(如VLAN＝4)。这样的目的是为了使数据流通过源节点。在另外一个对端的环回站点，再重新改回来，例如将VLAN＝3改为VLAN＝1，将VLAN＝4重新修改为VLAN＝2。

环网的Steer保护方法是环上所有节点都得到环网拓扑变化以后，根据新的拓扑，重新调整业务发送的路线和发送的流量。

本发明结合这两种倒换方式各自的优点，当环型以太网链路出现故障时，立即启动环回方式进行保护，不中断业务；当各节点的各种状态数据(拓扑信息等)重新收敛并稳定下来后，切换到源路由方式，以便节省带宽。从而可以达到最佳的保护效果和带宽利用率。

虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims (12)

1、一种环型以太网，其特征在于，包括：多个网络节点设备，用于将业务数据发送到环型以太网上或从环型以太网上接收业务数据，各网络节点设备接收和发送同一环网数据帧的不同物理端口分别连接到不同的相邻节点设备上；相邻的网络节点设备通过一对反向的物理链路连接，用于传输网络节点间的业务数据；所述物理链路承载的二层业务为两层媒体接入控制MAC头封装格式的环网数据帧。

2、根据权利要求1所述的环型以太网，其特征在于，各网络节点设备在发送上环的业务数据前将接收的以太网数据帧封装成具有两层MAC头封装格式的环网数据帧。

3、根据权利要求1所述的环型以太网，其特征在于，各网络节点设备在发送下环的业务数据前将接收的所述环网数据帧的外层MAC头剥离。

4、根据权利要求1所述的环型以太网，其特征在于，各网络节点设备采用具有特殊以太网类型标识的以太网数据帧实现环上拓扑自动发现及故障检测，所述具有特殊以太网类型标识的以太网数据帧为单层MAC头封装格式。

5、基于权利要求1所述环型以太网的业务承载实现方法，其特征在于，包括：

A、环上各节点采用特殊以太网类型标识的拓扑发现数据帧搜集环型以太网拓扑结构，各自建立网络拓扑图；

B、在业务源节点，将以太网数据帧封装为环网数据帧，并将其送上环型以太网；

C、环上各节点根据其建立的网络拓扑图对所述环网数据帧进行转发；

D、在业务目的节点，将所述环网数据帧剥离环型以太网。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括步骤：

E、环上相邻节点间定时发送采用特殊以太网类型标识的拓扑校验数据帧进行环网故障检测；

F、检测到故障的节点向环上所有其他节点发送故障数据帧，将故障信息通知环上所有其他节点。

7、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括步骤：

G、当环上出现故障时，先由出现故障的节点进行环回Wrap保护倒换，当各节点的状态数据重新收敛并稳定后，环上所有节点再进行源路由Steer保护倒换。

8、根据权利要求5或6或7所述的方法，其特征在于，所述步骤A包括：

A1、各节点定时采用组播方式发送所述拓扑发现数据帧；

A2、收到所述拓扑发现数据帧的节点在该拓扑发现数据帧中添加自己的MAC地址信息；

A3、当源发送节点收到自己发出的拓扑发现数据帧后，根据该拓扑发现数据帧中的各节点的媒体接入控制MAC地址信息建立自己的网络拓扑图。

9、根据权利要求5或6或7所述的方法，其特征在于，在所述步骤B中按以下方式将以太网数据帧封装为环网数据帧：

在以太网数据帧外层增加供环型以太网识别的MAC地址头，MAC地址头中的目的MAC地址填写为所述环网数据帧的目的MAC地址，源MAC地址填写为本节点的MAC地址，以太网类型填写为环上节点使用的特殊数值，虚拟局域网VLAN优先级填写为该以太网数据帧的环上优先级，VLAN标识填写为需发送到的环ID，并用常规格式指示标志CFI来标识需要洪泛的以太网数据帧。

10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，按以下方式确定所述以太网数据帧的环上优先级：

根据环网数据帧内层MAC头中的优先级映射确定；或者

根据环网数据帧内层静负荷的访问控制表ACL或者服务质量QOS规格确定。

11、根据权利要求5或6或7所述的方法，其特征在于，所述步骤C包括：

C1、本节点判断接收的环网数据帧的类型；

C2、根据所述类型及本节点建立的网络拓扑图转发该环网数据帧；

C3、进行MAC地址学习，具体为：将环网数据帧内层MAC头中的源MAC地址学习到外层MAC头中的源MAC地址下，并将该环型以太网的两个环上的MAC地址学习在一起。

12、根据权利要求5或6或7所述的方法，其特征在于，所述步骤D进一步包括：

在对环网数据帧进行剥离时，将环网数据帧的内层MAC头中的源MAC地址学习到外层MAC头中的源MAC地址下。